Joint mécanique. La présente invention a pour objet un joint mécanique pouvant être utilisé pour em pêcher des fuites de liquide entre deux orga nes mobiles l'un par rapport à l'autre. De préférence, ce joint mécanique est utilisé dans les pompes rotatives et mécaniques hydraiih- ques analogues dans -lesquelles un arbre rotatif doit traverser l'enveloppe fixe du mécanisme.
Les joints mécaniques de ce genre com portent d'ordinaire un couple d'éléments ro tatifs l'un par rapport à l'autre, l'un des élé ments étant associé avec l'enveloppe fixe et l'autre avec l'arbre rotatif, une zone de con tact étanche devant être formée entre ces deux éléments. Des difficultés considérables ont été rencontrées dans la recherche du ma tériau permettant d'obtenir les éléments d'un tel joint, susceptibles de garder leur efficacité clans des conditions de fonctionnement.
sévères, comme c'est le cas lorsque ces éléments se trouvent en présence de liquides corrosifs ou de liquides fortement chargés de particules abrasives ou lorsque la température ou la pression sont élevées. Il a été constaté en par ticulier que les particules abrasives sont extrê mement gênantes sous ce rapport. Ainsi, lors que les deux éléments rotatifs l'un par rap port à l'autre formant la zone de contact étanche sont faits en matériaux également durs, les particules abrasives s'interposent entre ces éléments et tendent à les écarter l'un de l'autre, ou à strier leurs surfaces res pectives.
C'est pourquoi les joints utilisant des éléments de duretés égales perdent géné ralement leur efficacité lorsqu'ils se trouvent en présence de particules abrasives. C'est pourquoi également on a réalisé des joints destinés à être mis en présence de liquides chargés d'abrasifs avec des éléments de du retés différentes. Par exemple, un des élé ments peut être fait en matériau dur, tel que le produit marque stellit.e par exemple, tan dis que l'autre peut être fait en matériau ten dre, tel que le carbone.
Selon cette théorie, on admet que losrque les particules abrasives pénètrent entre les éléments qui forment la zone de contact. étanche et qui sont de duretés inégales, elles s'enfoncent dans le matériau le moins dur et de cette façon ne compromet tent pas l'efficacité du joint. Cependant, dans les joints de ce dernier type, l'élément le moins dur se détériore rapidement sous l'action des particules abrasives, de sorte qu'il doit être fréquemment remplacé.
Des recherches récentes ont montré que les joints dans lesquels les deux éléments sont faits en un conglomérat de carbure, tels que le carbure de wolfram ou de bore, se sont révélés hautement satisfaisants lorsqu'ils ont été utilisés en présence d'abrasifs et ne com portent aucun des défauts que l'on a consta tés dans des joints réalisés suivant des mo des d'exécution précédemment connus. Au cours des premiers essais d'utilisation d'élé ments en un conglomérat de carbure dans les joints mécaniques du type mentionné plus haut, ces éléments étaient agglomérés dans des montures métalliques.
Mais, les conglomé rats de carbure dont il est question ici ont. un coefficient de dilatation sensiblement dif férent de celui de leurs montures; c'est" pour quoi, lorsque le fonctionnement a lieu à des températures élevées, ces éléments, ou leurs montures, se fissuraient ou les faces en con tacts des éléments du joint gauchissaient, ce qui compromettait l'efficacité du joint. C'est pourquoi, malgré leurs caractéristiques pré cieuses, l'utilisation pratique des conglomérats de carbures pour la réalisation de joints mé caniques dont il est question ici présentait de très graves problèmes.
Le joint mécanique objet de la. présente invention a pour but de remédier à ces incon vénients.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du jouit objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale d'un joint utilisé avec l'arbre d'une pompe.
Les fi-. 2 et 3 représentent respective ment des vues en coupe suivant les lignes 2-2 et 3-3 de la fig. 1.
La fig. 4 représente une vue de détail, dans laquelle certains éléments du joint de la fig. 1 ont été enlevés.
Le joint représenté est constitué par un joint d'arbre destiné à être livré à l'utilisa teur sous la forme d'un sous-ensemble uni que qui peut être -utilisé comme tel dans .le mécanisme hydraulique particulier devant comporter un joint. L'arbre rotatif 9 d'une pompe à liquide 8 traverse une ouverture cir culaire 5 dans une paroi 7 de l'enveloppe fixe de la pompe. L'ouverture annulaire entre l'ar bre 9 et la paroi 7 doit être fermée par une zone de contact étanche, pour empêcher des fuites du liquide de l'intérieur de la. pompe 8.
A cet effet, le joint mécanique peut être monté sous la forme d'un sous-ensemble uni que entre l'arbre et l'enveloppe de la pompe.
Comme représenté à la fig. 1, l'ensemble formant joint .comporte un disque annulaire 6 enfilé sur l'extrémité de l'arbre 9 .débo-i- chant de l'enveloppe et boulonné à la face externe de la paroi 7 de la pompe 8, comme indiqué en 6a.. Une bague 10 en<B>0</B> est logée dans une cavité 11 pratiquée dans le disque 6 et assure l'étanchéité entre ce disque et la paroi 7 de la pompe afin d'empêcher que des fuites ne se produisent entre ces deux pièces qui sont fixes.
Un manchon 12, dont l'alésage interne a- un diamètre correspondant. à celui de l'arbre 9 de la pompe, est enfilé sur cet arbre et traverse en Lin point. situé entre sies extrémités le disque annulaire 6. Ce manchon 12 est adapté pour être entraîné en rotation avec l'arbre 9 et les éléments essentiels du joint sont disposés entre lui et le disque n, ainsi que cela résultera, de la suite de cette description.
Les éléments essentiels du joint compor tent deux bagues d'étanchéité identiques 13, 14 juxtaposées et qui entourent le manchon 7.2, d'une fa@.on qui sera décrite en détail plus loin, de sorte que leurs faces respectives 13a et 14a qui sont planes et lisses viennent en contact l'une de l'autre sans que le liquide puisse pénétrer entre elles. Une de ces bagues, la bague 14, est fixée :sur l'arbre 9 avec lequel elle tourne, tandis que l'autre, 13, reste im mobile.
Chaque bague est formée d'un matériau dur, non élastique, de préférence conglomé rat de carbure tel que le carbure de wolfram ou de bore, ce qui donne à ces bagues une durée utile considérable, même si elles sont mises en présence de liquides contenant une quantité importante de particules fortement abrasives. Chacune de ces bagues est logée dans une coupelle annulaire 16, 17.
Afin de permettre aux bagues 13, 14, faites en car bure de se dilater lorsque la température de fonctionnement augmente, sans que les ba gues, les coupelles qui les supportent ou d'au tres éléments du dispositif n'aient à subir de tensions, ou ne se fissurent; les coupelles<B>16,17</B> doivent être réalisées en un matériau élasti que ou semi-élastique. Un caoutchouc synthé tique peut être utilisé à. cet effet dans les conditions normales. Néanmoins, le joint dé crit gardera son efficacité dans des eondi- tions de fonctionnement anormales et plus par ticulièrement lorsque la température atteint un niveau qui est incompatible avec l'utilisa tion du caoutchouc synthétique.
Par consé quent, les coupelles sont faites en un maté riau semi-élastique résistant à la chaleur et à la corrosion, tel que le polytétrafluoro-éthy- lène connu sous la marque commerciale Té flon . En utilisant les matériaux qui viennent d'être indiqués, respectivement pour les ba gues 13, 14 et pour les coupelles 16, 17, on obtient, ainsi qu'on a pu le constater, une zone de contact étanche dans le cas de liqui des fortement corrosifs ou abrasifs à une tem pérature pouvant atteindre 200 C.
Jusqu'à présent, les bagues d'étanchéité formant la zone de contact étanche étaient exactement ajustées dans leurs coupelles res pectives, de telle façon que le contact de fric tion entre chaque coupelle et la bague d'étan chéité qu'elle recevait était suffisant pour empêcher toute rotation de l'une par rapport à l'autre durant le fonctionnement de la pompe et, dans des conditions de fonctionne ment normales, le degré d'élasticité du pol;
,T- tétrafluoro-éthylène est suffisant pour com penser les différences de dilatations pouvant exister entre les bagues de carbure et les cou pelles qui les reçoivent. Néanmoins, pour per mettre L'utilisation du joint décrit, dans des conditions extrêmes en ce qui concerne la température, on a prévu des bagues d'étan chéité de dimensions suffisamment différen tes de celles de leurs coupelles respectives, c'est-à-dire avec un certain jeu, pour permet tre une dilatation aisée des premières dans les secondes.
Ainsi, le danger que les cou pelles ou les bagues ne se fendillent du fait de dilatations différentes. lorsque la tempé rature augmente, est pratiquement éliminé. Pour permettre aux bagues d'étanchéité de rester en place dans de telles conditions à l'intérieur de leurs coupelles respectives, c'est-à-dire pour leur permettre soit de tour ner, soit de rester immobile suivant que ces coupelles sont entraînées en rotation ou res tent immobiles, des encoches diamétralement opposées 18 sont prévues à la périphérie de chaque bague 13, 14,
ces encoches étant des tinées à recevoir des bossages correspondants 19 prévus dans les coupelles 16 et 17 (fig. 4). Grâce à cela., toute possibilité de déplacement en rotation relatif entre les bagues et les cou pelles est exclue. L'extérieur de chaque cou pelle comporte également des nervures dia métralement opposées 20 à l'aide desquelles chaque coupelle est verrouillée à l'intérieur d'un siège circulaire pourvu de rainures cor respondantes.
Un de ces sièges 21 est formé sur la surface interne du disque annulaire 6 qui comporte une bague 22 munie de rai nures 23, cette bague faisant corps avec le dis que 6 (fig. 1).
On comprendra, par consé quent, que la bague d'étanchéité 13 et sa cou pelle 16 qui sont montées à l'intérieur de ce siège 21 sont rigidement empêchées de tourner puisque le disque 6 est boulonné à la paroi fixe 7 de la pompe, comme décrit ci-dessus. L'autre siège 24 est formé par l'extrémité chambrée 25 d'un tambour creux 26, la pa roi cylindrique interne de l'extrémité alésée de ce tambour comportant des rainures 27 destinées à recevoir les nervures 20 de la seconde coupelle 17 (fig. 4).
Le tambour 26 est monté coulissant sur le manchon 12, mais est claveté pour tourner avec ce dernier par une paire de broches 28 qui pénètrent dans des cavités axiales 29 formées sur la face externe dit manchon 12. Par conséquent, le tambour 26, la deuxième coupelle 17 et la bague d'étanchéité 14 forment un ensemble entraîné en rotation avec le manchon 12.
A l'autre extrémité du tambour 26 est prévue une cavité 30 destinée .à recevoir une garniture 31 et une bague mobile 32 (fig. 1). Un ressort de compression 33 enroulé en hélice sur le manchon 12 est interposé entre un re bord 34 que ce manchon comporte à son extré mité gauche et la bague 32 qu'il repousse vers la droite, suivant la vue représentée à la fig. 1. Le ressort 33 tend., par conséquent, à appliquer la bague 32 contre la garniture 31, qui est ainsi .comprimée et, par conséquent, forme une zone de contact étanche entre le tambour 26 et le manchon 12.
En outre, le ressort 33 fournit la pression nécessaire pour créer ladite zone de contact étanche entre les faces 13a et 14a des bagues d'étanchéité 13 et 14, puisque l'action du ressort est trans mise par le tambour coulissant 26 à la cou pelle 17 logée dans l'extrémité chambrée 25 de ce tambour et appliquée de cette manière à la bague d'étanchéité 14, logée dans la cou pelle 17, cette bague étant ainsi repoussée contre la bague fixe 13.
En outre, la pous sée exercée contre la bague fixe 13 main tient celle-ci fermement contre le siège cL- culaire 21, formé dans le disque annulaire 6. La pression d'étanchéité entre les faces 13a. et 14a des bagues 13 et 14 est déterminée uniquement par la construction du ressort '->3 et le degré de sa compression 1, et des moyens sont prévus pour régler cette compression à partir d'un point situé à l'extérieur de la pompe et. sans démontage des éléments for mant le joint.
Dans ce but, une bague 35 entoure le manchon 1.2 en un point situé à l'extérieur de la paroi 7 de la pompe à droite du disque annulaire 6, comme représenté à la fig. 1. En ce point, le manchon 12 com porte un épaulement 36 muni en des points diamétralement opposés, comme indiqués en 36a de rainures longitudinales destinées à re cevoir des vis de réglage 37, dirigées radiale- ment et vissées dans des trous taraudés 38, prévus dans la bague 35.
Lorsqu'on visse les vis 37, la portion contiguë du manchon 12 flé chit et vient en contact de frottement avec l'arbre 9, ce qui rend impossible tout mouve ment relatif rotatif et axial entre l'arbre et le manchon, sans que l'arbre soit déformé, comme dans le cas habituel où la vis de ré glage vient directement. en contact. avec l'arbre.
Une garniture 39 est pressée contre l'ex trémité 40 du manchon 12 par un presse- étoupe 41 afin d'empêcher toute fuite entre l'arbre 9 et le manchon 12. Des boulons -t2 traversent des trous 43 prévus dans le presse- étoupe 41 et pénètrent dans des trous tarau dés 44 prévus dans la bague 35 pour per mettre d'appliquer une pression à la garni ture 39 pour conserver à celle-ci son effica cité du point de vue de l'étanchéité.
Lorsqu'on desserre les vis de réglage 37, vis sées dans la bague 35, le manchon 12 peut être déplacé axialement par rapport à l'arbre 9 et l'enveloppe 7 de la pompe pour faire varier le degré de compression du ressort 33. 7n obtient ainsi un dispositif commode, situé à l'extérieur et permettant de régler la pres sion entre les faces 13a. et 14a des bagues d'étanchéité 13 et 14.
Une fois que le sous-ensemble qui vient d'être décrit a été essay é à l'endroit où il a, été fabriqué, il peut être facilement enlevé de Finstallation d'essai en desserrant les vis de réglage 37 de la bague 35 et. en enlevant les boulons qui fixent le disque 6 sur l'en veloppe 7. L'ensemble peut alors être retiré de l'arbre 9 de la pompe, les faces 13a et. 14a des bagues d'étanchéité restant en prise, de sorte qu'elles ne sont exposées à aucun ris que de déformation. Une fois enlevé, l'ensem ble peut être expédié à l'utilisateur qui par une opération inverse peut le mettre rapide ment en place.
Grâce à l'utilisation de eonglomérats de carbure dans la fabrication de bagues d'étan chéité et du polytétrafluoro-éthylène dans la fabrication des coupelles qui reeoivent. ces ba gues, et grâce à la faon nouvelle dont ces bagues sont. placées dans ces coupelles, le joint mécanique susdécrit ne s'use pratique ment pas et. n'est pas exposé aux craquelures dues aux tensions de dilatation.
Il garde son efficacité durant de longues périodes, même quand il est employé en contact. avec des liquides d'un caractère corrosif ob abrasif prononcé, à des températures anormalement élevées.