CH476934A - Garniture à régulation de fuite - Google Patents

Garniture à régulation de fuite

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CH476934A
CH476934A CH1648767A CH1648767A CH476934A CH 476934 A CH476934 A CH 476934A CH 1648767 A CH1648767 A CH 1648767A CH 1648767 A CH1648767 A CH 1648767A CH 476934 A CH476934 A CH 476934A
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grain
groove
grains
pressure
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CH1648767A
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Andre Guinard Paul
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Guinard Pompes
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F16J15/3408Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description


  Garniture à régulation de     fuite       La présente     invention    a pour objet une     garniture    à  régulation de fuite pour machines     tournantes,    notam  ment pompes et compresseurs.  



  Ces garnitures comportent, d'une part, un grain  fixe et, d'autre part, un grain mobile, entraîné en rota  tion par l'arbre. Pour qu'un joint tournant fonctionne  correctement, il est nécessaire qu'il existe entre les  faces des grains une pellicule de liquide évitant la  détérioration des faces de ces grains. Par suite des       variations    de     pression    qui peuvent se produire et des  pressions très élevées utilisées actuellement, il est  nécessaire de maintenir la valeur de cette pellicule et  par suite de cette fuite de manière qu'elle reste sensi  blement constante et à une valeur aussi réduite que  possible compatible avec un fonctionnement correct.

    Dans ce but, on a proposé différentes solutions qui  apparaissent plus spécialement sur les     fig.    1 et 2 du  dessin annexé.  



  Sur ces figures, un arbre tournant 1 sur lequel  flotte un grain fixe 2, entraîne en rotation un grain  mobile 3 qui est monté d'une manière étanche sur       l'arbre        par        l'intermédiaire    d'un joint 4. Le grain fixe 2  est     flottant    sur le     support        correspondant    5 grâce à un  joint d'étanchéité 6. Sur ces figures, le jeu entre les  grains est considérablement exagéré pour faciliter la  compréhension de l'exposé.

   La     fig.    1 illustre une solu  tion classique dans laquelle on obtient une fuite déter  minée par laminage de la pression dans un jeu 7, entre  le     grain.        fixe.    2 et une     partie    de la face correspondante  du grain mobile 3,     partie    qui s'étend jusqu'à la valeur  du diamètre D d'équilibrage, c'est-à-dire le diamètre  intérieur de la face extérieure du grain mobile sur  laquelle s'exerce la pression de refoulement de la  pompe. Au delà de ce diamètre, la face du grain  mobile est décrochée de manière que le jeu en 8 soit  plus important que le jeu en 7.  



  La zone de jeu 8 peut être considérée comme zone  d'injection du fluide sous pression et il se produit un  équilibrage. Cependant, du fait de l'usure inévitable  entre les faces dans la     zone-7,    il en résulte une modifi-    cation de la valeur du jeu 8, de sorte que l'équilibrage  initialement prévu est modifié progressivement dans le  temps.  



  Dans une autre réalisation connue illustrée par la       fig.    2, on fait arriver la pression, par des perforations 9  de faible diamètre, ou bien par plusieurs rainures  radiales, dans une gorge 10 située sensiblement au dia  mètre     d'équilibrage    D. L'usure qui se produit ne  change rien à l'équilibrage, mais celui-ci est vite com  promis du fait de l'érosion rapide de ces perforations  et des colmatages et obturations partielles ou totales  des perforations 9.

   D'autre part, si la section des per  forations 9 ou des rainures radiales débouchant dans la  gorge 10 est suffisamment grande pour ne pas être  influencée par l'usure ou les obturations par des impu  retés, il s'établit dans la gorge 10 une pression prati  quement égale à la pression de refoulement de la  pompe:

   il se produit dans ces conditions une chute de  pression très rapide entre cette gorge et la     sortie    de  l'intervalle 7 de sorte que l'équilibrage des pressions et  la     commande    des     fuites    deviennent     difficiles,    raison  pour laquelle dans certains dispositifs connus on  prévoit des dispositifs de rattrapage de jeu assez com  pliqués et coûteux     agissant    sur la     position    axiale du  grain fixe par rapport au grain tournant.  



  On a examiné ci-dessus le cas d'une     garniture    com  portant un grain     tournant    et coulissant disposé en  amont (c'est-à-dire côté haute-pression) et un     grain     fixe en rotation et immobilisé     axialement    en aval  (c'est-à-dire côté basse pression),     mais    les, mêmes  observations s'appliquent au cas d'une garniture com  prenant un grain     fixe    en rotation et coulissant     axiale-          ment,    monté en amont, et un grain tournant immobi  lisé     axialement,    monté en aval,

   un passage pour le  liquide étant ménagé dans ce cas entre l'arbre et la sur  face intérieure du grain fixe en rotation. Dans ce cas la  pression de la pellicule de liquide formée par la fuite à  travers l'intervalle entre les deux grains est équilibrée  par la pression exercée par le liquide pompé sur la face  située côté- haute     pression    du     grain        fixa    en rotation et           coulissant        axialement.    Dans ce cas,

   la surface exté  rieure du grain fixe en rotation est guidée en déplace  ment axial avec     interposition    d'un joint d'étanchéité  coulissant dans un alésage de la partie fixe de la  machine et le diamètre de cette surface extérieure du  grain fixe en rotation correspond au diamètre d'équili  brage.  



  La présente invention a pour but de     remédier    aux  inconvénients exposés ci-dessus. La garniture à régula  tion de fuite selon l'invention     comprenant    un grain soli  daire en rotation à l'arbre et un grain     fixe    en rotation,  l'un de ces grains, qui est disposé en amont, étant  mobile     axialement    et un joint d'étanchéité coulissant  étant interposé entre une surface cylindrique au grain  amont du grain mobile     axialement,        caractérisé    par le  tandis que sa surface cylindrique opposée laisse un  passage au liquide pompé qui pénètre dans l'intervalle  entre les deux grains,

   formant un chemin de     fuite    du  liquide donnant lieu à l'établissement, entre les faces  en regard des deux grains, d'une pellicule de liquide de  protection, la pression régnant entre ces deux faces du  grain équilibrant l'action du liquide pompé sur la face  amont du     grain    mobile     axialement,    caractérisé par le  fait que l'une au moins des faces en regard des deux  grains présente au moins une rainure spirale     d'aEmen-          tation    s'étendant depuis le bord périphérique, commu  niquant avec la haute pression, de l'intervalle entre les  deux grains,

   vers au moins une rainure d'injection  ménagée au voisinage du diamètre de la surface cylin  drique du grain amont qui est munie d'un joint d'étan  chéité coulissant.  



  Plusieurs formes d'exécution de     l'object    de l'inven  tion et des variantes seront décrites, à titre d'exemple,  en référence au dessin annexé, dans lequel:  La     fig.    3 est une vue partielle, en coupe, d'une pre  mière forme de réalisation;  La     fig.    4 est une vue en plan de la face active du  grain tournant;  La     fig.5    est une vue correspondante d'une  variante;  La fi-. 6 est une vue     partielle,    en coupe, d'une  seconde forme de réalisation;  La fi-. 7 est une vue en plan de la face active du  grain fixe;  La     fig.    8 est une variante; et  La     fig.9    illustre le diagramme de fonctionnement  de ces garnitures.  



  Aux     fig.    3 et 4, le grain tournant 3 présente, sur sa  face active, une rainure spirale d'alimentation 11 qui  s'étend du bord marginal extérieur 12, soumis à la pres  sion, vers une gorge     circulaire        d'injection    13 ménagée  au diamètre D d'équilibrage. La     fig.5    illustre une  variante dans laquelle la gorge 13 est remplacée par  des alvéoles 13A, chaque alvéole étant alimenté par  une rainure d'alimentation 11A.  



  La     fig.6    illustre une autre forme de réalisation  dans laquelle le grain 2, dénommé grain     fixe,    est  monté non seulement flottant comme dans les autres  réalisations, mais également coulissant sur le     support     fixe 5 par l'intermédiaire d'un joint     torique    d'étan  chéité 14. Le     grain        tournant    3 n'est plus monté coulis  sant sur l'arbre 1, mais il est bloqué sur celui-ci par un  écrou 15.

   Dans cette réalisation, le grain 2 soumis à la  pression P, la fuite étant indiquée par la flèche F,  porte la gorge d'injection 13B alimentée par la rainure  11B qui     s'étent    de cette gorge 13B vers la bord mar  ginal intérieur 12B soumis à la pression P. La gorge         d'injection    13B est située au     diamètre        d'équilibrage    D.  La     fig.    8 montre une variante dans laquelle, comme  dans la     fig.5,    la gorge d'injection est remplacée par  des alvéoles 13C alimentés par des rainures 11C.  



  Le fonctionnement de la     garniture    décrite est le  suivant:  Pour une pression à étancher donnée d'un fluide de  viscosité et de densité constante, la résultante des  forces s'exerçant sur le grain est nulle pour un jeu  déterminé entre faces. En effet, ces forces, d'ordre  hydrostatique, sont:  1. Une force de répulsion tendant à écarter les  deux faces dont la valeur dépend de la répartition des  pressions sur toute la face. Cette répartition de pres  sion, qui affecte une symétrie de révolution par rapport  à l'axe de l'arbre, dépend de la pression dans la gorge  d'injection. Pour un profil et un tracé donnés de la rai  nure d'alimentation, la pression d'injection ne dépend  que du jeu entre les faces.  



  2. Une force d'équilibrage opposée à la précédente  qui provient de l'action de la pression de refoulement  de la pompe sur la face externe du grain     tournant,    la  valeur de cette force ne dépendant que du diamètre  d'équilibrage. Pour certaines plages de valeurs des dia  mètres d'équilibrage et d'injection, le système est  stable. En effet, si le système fonctionne avec un jeu  entre faces donné, une perturbation extérieure tend à  modifier ce jeu. Si ce jeu augmente, la pression dans la  gorge d'injection diminue et la force de répulsion  diminue. Comme la force d'équilibrage n'est pas modi  fiée, le système revient à son jeu initial. Inversement,  si ce jeu diminue, la pression dans la rainure d'injec  tion augmente et la force de répulsion augmente.

    Comme la force     d'équilibrage    n'est pas modifiée, le  système revient à son jeu initial.  



  La     fig.    9 représente la     répartition    des pressions P  entre les     faces    pour différentes valeurs du jeu.  



  En effet, le jeu de fonctionnement se situe entre le  jeu presque nul et le jeu très élevé. Pour un jeu  presque nul, le débit de fuite est très faible et la perte  de charge de la rainure est minimum. Pratiquement, la  pression dans la gorge d'injection est égale à la pres  sion statique de refoulement de la pompe et la chute  de pression se produit entre les points K et L. Le gra  dient moyen de la chute de pression est maximum.  Inversement pour un jeu très élevé, le débit de fuite de  la rainure est très faible devant le débit entre faces.  Une partie de la chute de     pression    se fait entre J et K.  La valeur moyenne de la chute de pression est  minimum.  



  La courbe en traits mixtes correspond à un jeu  réduit au minimum possible entre les faces des grains  du joint tournant. La courbe en tirets     illustre    la valeur  des pressions pour un jeu très élevé et la courbe en  trait plein correspond à un jeu normal de fonctionne  ment.  



  Le diagramme a été établi en supposant la haute  pression P agissant sur le diamètre extérieur du grain.  La longueur développée de la rainure peut être  augmentée à une valeur permettant l'usinage d'un  profil de dimensions suffisantes pour:  - être usiné avec des moyens classiques,  - ne pas nécessiter de     tolérances    d'usinage très  serrées,  - être peu sensible à l'encrassement ou à l'érosion,  - être peu sensible au colmatage,  - être peu sensible à l'usure des faces.      De plus, les faces des grains sont nettoyées auto  matiquement en cas d'introduction de particules étran  gères grâce à la     rainure        spirale        d'alimentation.     



  De façon à ne pas     perturber    la symétrie de révolu  tion de     récoulement,    la     section    et le     tracé        de;    la     rainure     sont définis par la famille de courbe telle que pour un  débit constant circulant dans la rainure, la perte de  charge d'une portion de la courbe limitée entre le dia  mètre haute pression et un diamètre quelconque soit       proportionnelle    à la perte de charge due au laminage  entre les faces à débit constant entre les deux mêmes  diamètres.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Garniture à régulation de fuite pour machines tour nantes, notamment pompes et compresseurs, compre nant un grain solidaire en rotation à l'arbre et un grain fixe en rotation, l'un de ces grains, qui est disposé en amont, étant mobile axialement et un joint d'étanchéité coulissant étant interposé entre une surface cylindrique du grain amont et la partie de la machine dont il est solidaire, tandis que sa surface cylindrique opposée laisse un passage au liquide pompé qui pénètre dans l'intervalle entre les deux grains, formant un chemin de fuite du liquide donnant lieu à l'établissement, entre les faces en regard des deux grains, d'une pellicule de liquide de protection,
    la presssion régnant entre ces deux faces du grain équilibrant l'action du liquide pompé sur la face amont du grain mobile axialement, caractérisé par le fait que l'une au moins des faces en regard des deux grains présente au moins une rainure spirale d'alimentation s'étendant depuis le bord péri phérique, communiquant avec la haute pression, de l'intervalle entre les deux grains, vers au moins une rainure d'injection ménagée au voisinage du diamètre de la surface cylindrique du grain amont qui est munie d'un joint d'étanchéité coulissant. SOUS-REVENDICATIONS 1. Garniture suivant la revendication, caractérisée par le fait que la rainure d'injection est constituée par une gorge circulaire. 2.
    Garniture suivant la revendication, caractérisée par le fait que la rainure d'injection est constituée par des alvéoles en forme d'arc de cercle dans chacun des quels débouche une rainure spirale. 3. Garniture suivant la revendication et l'une des sous-revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la rainure d'alimentation présente une section variable en fonction de son éloignement du bord marginal soumis à la pression de manière que la perte de charge d'une section quelconque de la rainure soit sensible ment égale au laminage existant entre les faces des grains sur la distance la plus courte séparant cette sec tion du bord marginal.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0354470A2 (fr) * 1988-08-12 1990-02-14 Westinghouse Electric Corporation Pompe de refroidissement pour vecteur avec un double joint de barrage incorporant un mécanisme de pompe d'injection
WO1996024789A1 (fr) * 1995-02-06 1996-08-15 Sundstrand Corporation Joint hydrostatique ameliore

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EP0354470A3 (fr) * 1988-08-12 1991-04-03 Westinghouse Electric Corporation Pompe de refroidissement pour vecteur avec un double joint de barrage incorporant un mécanisme de pompe d'injection
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