CH373933A - Dispositif d'étanchéité rotatif - Google Patents

Description

  Dispositif d'étanchéité     rotatif       La     présente    invention a pour objet un dispositif  d'étanchéité pour un arbre     tournant    au travers  d'une ouverture pratiquée dans une paroi de sépa  ration     de        deux        milieux        fluides,        comprenant    au  moins un premier anneau fixé de manière étanche  sur la paroi, un second anneau entourant l'arbre,  et des moyens     appliquant    ce second anneau contre  le premier,

   le tout étant agencé de manière à empê  cher tout écoulement de     fluide    d'un     milieu    dans  l'autre tout en permettant la formation entre ces  anneaux d'un     filin    de     fluide    de plus grande pression.  Ce     film    est destiné à éviter, lors de la rotation de  l'arbre, le grippage des     surfaces    en contact des deux  anneaux et à assurer un refroidissement     suffisant     de ces     surfaces.     



  De tels dispositifs sont couramment     utilisés    dans  la     construction    de pompes, de compresseurs ou de  turbines hydrauliques et à gaz par exemple.  



  Dans certains de ces dispositifs les moyens de  compression des     anneaux    d'étanchéité     comprennent     par exemple un     ressort    agissant sur l'un de ces       anneaux,        dimensionné    sur la base d'une pression de       service    fixe de manière à     .développer        un        effort        cous-          tant    de     valeur        correspondant    à     celle    de     l'effort        exercé     par la 

  pression du     filin    du fluide sur ce même  anneau. La pression du     film    est directement propor  tionnelle à la pression du fluide le plus     comprimé     et peut en     conséquence    varier en fonction de la  variation de cette dernière.  



  Lorsque cette variation est relativement     impor-          tante,    la     résultante    des efforts opposés produits par  le ressort et le film est     suffisante    pour provoquer  le déplacement de l'anneau sur lequel agit le ressort.  Si cette variation de pression est positive, les deux  anneaux s'éloignent l'un de l'autre et le     fluide     s'échappe au travers de cet espace.

   Si au     contraire     la variation de pression est négative, le ressort    pousse les deux     anneaux    l'un contre l'autre de  manière trop accentuée,     produisant    la     rupture    du  film de     fluide    et le grippage de ces anneaux.  



  La présente invention a précisément pour objet  un joint rotatif obviant aux     inconvénients    cités. Ce       joint    se caractérise par le fait que lesdits     moyens     comprennent au moins     un-    organe de compensation  sensible aux variations du     fluide    de pression la plus  élevée développant sur le second anneau un effort  proportionnel à cette pression et- agissant à l'encon  tre de l'action du     film    sur cet anneau, de manière à  maintenir constante l'épaisseur de ce     film.     



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,       deux    formes d'exécution de l'objet de la présente  invention ;  la     fig.    1 est une coupe     longitudinale    de la pre  mière     forme    d'exécution;  la     fig.    2 une     vue    semblable de la seconde forme  d'exécution.  



  Le dispositif représenté à la     fig.    1 sert à rendre  étanche le passage     d'un    arbre rotatif 1 de l'intérieur  2 d'une pompe ou d'une turbine     hydraulique    par  exemple     (seules-    une partie de     ce    bâti 3 et une bride 4  sont représentées) vers l'extérieur 5 de     ce    bâti.  



  Ce     joint    :est constitué par     un    premier     anneau          fixe    6 solidaire de la bride 4, un second     anneau    7  chassé à     l'intérieur    d'une douille 8, un élément       annulaire    toroïdal 9 et enfin un manchon     cylindri-          que    10 solidaire de l'arbre 1.  



       L'anneau    6, qui est     métallique,    est monté dans la  bride 4 de     manière    étanche nu moyen d'une garni  ture; de joint 60 disposée dans une rainure     annu-          laire    61. L'alésage de cet anneau est de diamètre  supérieur- à celui de l'arbre de manière à     permettre     à ce dernier de     tourner    librement en son intérieur.  



  L'anneau 7, qui est- en contact avec     l'anneau    6  par     l'intermédiaüre    d'une     couronne    70, est monté      dans la douille 8 de manière étanche grâce à un       anneau    80 disposé dans une rainure annulaire 81  de la douille. L'anneau 7 peut être     réalisé    en métal  ou en graphite.  



  L'alésage de l'ensemble anneau     7-douille    8 est  également de diamètre supérieur à- celui de l'arbre 1.  Cet ensemble est     maintenu    centré par rapport à       l'arbre    par     d'intermédiaire   <B> & </B> l'élément     annulaire    9  reposant sur une face tronconique 82 de cette douille  ainsi que sur une face tronconique 11 que présente  l'extrémité du manchon 10. Cet élément annu  laire 9 est en matière élastique, par exemple en  caoutchouc ou en matière plastique, de manière à  pouvoir se déformer facilement sous l'action de la  pression agissant sur sa partie externe.  



  Dans une     variante    non représentée, cet élément  pourrait par exemple être constitué par un     anneau     toroïdal     métallique    creux.  



  Le manchon cylindrique 10, qui est rendu soli  daire de l'arbre 1 par des moyens non représentés,  est monté de façon étanche sur cet arbre au moyen  d'un     anneau    12 de     manière    que le fluide contenu  dans le     milieu    2 ne puisse remplir le logement 13  pratiqué à     l'intérieur    de ce manchon.   Dans ce logement est disposé un ressort hélicoï  dal 14 tendu autour de l'arbre 1 entre le manchon  et     lai    douille 8.  



  Ce     ressort    est     dimensionné    de, manière à dévelop  per sur la douille 8, un effort :axial de valeur iden  tique;     mais    de     sens    contraire à     celui        exercé    sur       l'anneau    7 par le     film    de liquide qui s'établit entre  la     couronne    70 et     l'anneau    6, notamment lorsque  l'arbre 1 est en mouvement.  



  Ce     film        permet    un déplacement relatif des       anneaux    6 et 7 sans que les surfaces en contact ne       grippent   <B>-</B>et il contribue en outre à l'évacuation de  la chaleur -produite<B>;</B> la     pression    du     liquide    formant  le     film    est     proportionnelle    à la pression     régnant    dans  l'espace 2 mais sa distribution n'est pas constante  sur toute la surface de la couronne 70.  



  Le     ressort    14 ne peut bien entendu assurer un       fonctionnement    correct des joints que pour une       valeur        déterminée    de- la pression.     Il    est     indispensable     lorsque cette pression est de valeur relativement  basse, par exemple égale à la pression du fluide du       milieu    5.  



  A toute     variation    de pression dans l'espace 2, par       rapport    à la pression de référence du ressort, cor  respond une déformation de l'élément 9 tendant à  comprimer cet élément vers son     intérieur,    lorsque  cette variation est positive, ou à le tirer vers     l'exté     rieur lorsqu'elle est négative.

   De même la pression  du     filin    tend à déplacer     l'anneau    7 vers le man  chon 10, lorsque la variation de la     pression    est posi  tive ou au contraire -à permettre que     cet        anneau    se  dirige vers l'anneau 6 lorsque     cette    variation est  négative.  



  Lés     surfaces    coniques 82 et 11 de la     douille    et du  manchon, contre lesquelles l'élément 9 appuie, sont       inclinées    précisément de     manière    que la compo-    santé axiale de l'effort produit par la déformation  de l'élément élastique 9 soit de     valeur    égale et de  sens contraire à la     résultante    de l'effort produit par  la     pression    du liquide du     film    agissant sur la cou  ronne 70 et de l'effort développé par le     ressort    14.

    L'effort dû à la déformation de l'élément 9 et celui  du     film    étant tous deux directement     proportionnels     à la pression du liquide contenu dans l'espace 2, la  distance comprise entre la couronne 70 et l'anneau 6  et correspondant à     l'épaisseur    du     film    compris entre       ces    éléments demeure donc constante lorsque     cette     pression varie. Bien entendu, cette caractéristique  ne s'étend, pour chaque élément 9, que     dans    un  domaine de pression bien     déterminé,    fonction. des  propriétés élastiques de cet élément.  



  Lorsque la     pression    du     liquide    contenu dans le       milieu    2 ne peut tomber en dessous     d'une    valeur       déterminée    supérieure à la pression ambiante du       milieu    5, il est possible dans une seconde     forme     d'exécution représentée en     fig.    2, de supprimer le       ressort    14 et de remplacer le manchon 10 par un       anneau    10' fixé de façon étanche sur l'arbre 1.  



  Dans l'une     comme    dans l'autre forme d'exécu  tion, l'entraînement rotatif de     l'anneau    7 par le  manchon 10, respectivement de     l'anneau    7' par  l'anneau 10', se fait par l'intermédiaire de l'élé  ment 9, respectivement 9'. Cette solution qui est  satisfaisante pour des dispositifs d'étanchéité rota  tifs de faibles     dimensions    ou pour des     vitesses    de  rotation de l'arbre relativement basses     ne    l'est plus  lorsque ces dispositifs atteignent des dimensions  relativement grandes ou que les régimes de rota  tion de l'arbre sont élevés.

   On peut, dans une  variante non représentée entraîner en rotation la  douille 8, respectivement 8', et partant     l'anneau    7,  respectivement 7', par exemple à     l'aide    de tiges  solidaires du manchon ou de     l'anneau    10' s'éten  dant parallèlement à l'arbre en direction de la  douille 8, respectivement 8', dans des logements de  laquelle     elles    sont engagées par leur extrémité.  



  Dans une autre variante, également non     reprè-          sentée,    'le dispositif d'étanchéité rotatif pourrait  présenter les mêmes éléments que ceux des formes  d'exécution     décrites,    mais les     conicités    de     la     douille 8 et du manchon 10, respectivement de  l'anneau 10', seraient de sens inverse, le     fluide     sous pression agissant sur l'élément élastique 9, de  l'intérieur du dispositif vers l'espace l'entourant.  



  Cette     variante    est     particulièrement    indiquée  lorsque l'un des milieux fluides est constitué par  un liquide sous vide, comme ce serait par exem  ple le cas avec de l'eau de condensation récupérée  par     succion    sous une     machine    à fabriquer le papier.  



  Dans une troisième variante, le     dispositif    pour  rait être à double effet et utilisable par exemple  lorsque les deux     milieux    à séparer sont soumis à  des pressions alternant avec des dépressions. Dans  ce cas, la face de la     douille    8 et     celle    du man  chon 10,     repectivement    de     l'anneau    10', en con  tact avec l'élément 9 présenteraient une     rainure         annulaire de section droite triangulaire dans le  fond de laquelle cet élément vient se     placer.     



  Enfin, dans une quatrième variante, également  non représentée, la douille 8 pourrait être suppri  mée et     l'anneau    de graphite 7 présenter une     face     conique opposée à celle en contact avec l'anneau  fixe 6.

Claims (1)

1. REVENDICATION Dispositif d'étanchéité rotatif pour un arbre traversant une paroi de séparation de deux milieux fluides différents, comprenant au moins un pre mier anneau' fixé de manière étanche sur la paroi, un second anneau entourant l'arbre et des moyens appliquant ce second anneau contre le premier, le bout étant agencé de manière à empêcher tout écoulement de fluide d'un milieu dans l'autre tout en permettant la formation, entre ces anneaux, d'un film de fluide du milieu de plus grande pres sion destiné à éviter, lors de la rotation de l'arbre,

   le grippage des surfaces en contact, ce filin pro duisant sur les anneaux un effort proportionnel à cette pression, caractérisé par le fait que lesdits moyens comprennent au moins un organe de com pensation sensible aux variations de pression du fluide de pression la plus élevée, développant sur le second anneau un effort proportionnel à cette pression agissant à l'encontre de l'action du film sur cet anneau de manière à maintenir constante l'épaisseur de ce filin. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Dispositif selon la revendication, caractérisé par le fait que le second anneau est monté de manière étanche dans une douille annulaire enga gée sur l'arbre. 2. Dispositif selon la revendication et la sous- revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de la face de la douille opposée au second anneau est de forme tronconique. 3.

   Dispositif selon la revendication et la sous- revendication 1, caractérisé par le fait qu'il com prend un manchon de forme cylindrique monté solidairement sur l'arbre de manière étanche entre un épaulement de cet arbre et la douille, ce man chon présentant un logement annulaire s'étendant autour de l'arbre sur une partie au moins de la longueur de ce manchon, l'ouverture de ce loge ment étant tournée vers la douille. 4.

   Dispositif selon la revendication et les sous- revendications 1 et 3, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de la face du manchon tournée vers la douille est de forme tronconique. 5. Dispositif selon la revendication et les sous- revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend une bague fixée de manière étanche sur l'arbre entre un épaulement de cet arbre et la douille, au moins une partie de la face de cette bague tournée vers la douille étant de forme tronconique. 6.

   Dispositif selon la revendication et les sous- revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ledit organe est un élément annulaire toroïdal, déformable élastiquement, disposé entre la douille et le manchon en contact avec la face tronconique de chacun de ces éléments. 7.

   Dispositif selon la revendication et les sous- revendications 1, 2 et 5, caractérisé par le fait que ledit organe est un élément annulaire toroïdal, déformable élastiquement, disposé entre la douille et la bague en contact avec la face tronconique de chacun dë ces éléments. 8. Dispositif selon la revendication, caractérisé par le fait que l'élément annulaire toroïdal est en caoutchouc.

   9:. Dispositif selon la revendication, caractérisé par le fait que l'élément annulaire toroïdal est en matière plastique. 10. Dispositif selon la revendication, caractérisé par le fait que l'élément annulaire toroïdal est un tube métallique. 11.

   Dispositif selon la revendication et les sous- revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que les moyens comprimant l'un contre l'autre les anneaux comprennent au moins un ressort cylindrique dis posé à l'intérieur du logement du manchon, autour de l'arbre; entre ce manchon et la douille annulaire. 12.

   Dispositif selon la revendication et les sous- revendications 1, 2 et 5, caractérisé par le fait que la face de la bague tournée vers la douille présente des tiges dont les extrémités sont engagées dans des ouvertures éorrespondantes de la douille, de manière à communiquer à cette douille le mouve ment rotatif de l'arbre. 13.

   Dispositif selon la revendication et les sous- revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la face du manchon tournée vers la douille présente des tiges dont les extrémités sont engagées dans des ouvertures correspondantes de la douille, de manière à communiquer à cette douille le mouvement rota tif de l'arbre.