CH637454A5 - Joint d'etancheite interfacial radial. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un joint d'étanchéité interfacial radial servant à assurer l'étanchéité entre des éléments qui tournent l'un par rapport à l'autre, par exemple un arbre et un carter, pour limiter ou empêcher la fuite d'un fluide d'une première région soumise à une pression élevée vers une seconde région soumise à une pression faible. La seconde région peut être sous dépression, auquel cas la fuite éventuelle peut se produire à partir de l'atmosphère vers la région sous dépression.
Les joints d'étanchéité interfaciaux radiaux à jeu positif sont bien connus et les difficultés techniques suscitées par la réalisation d'un joint d'étanchéité satisfaisant ont été décrites dans divers articles, notamment «Inherently stable high pressure face seals», par J.P. O'Donoghue et G.K. Lewis (British Hydromechanical Research Association) de novembre 1969 et «A review of positive clearance radial face seals», par J.P. O'Donoghue (BHRA 1972).
Des joints d'étanchéité interfaciaux formant barrière ou tampon, dans lesquels un fluide tampon est introduit dans le joint d'étanchéité interfacial ou est extrait de celui-ci en un point du trajet de fuite qui existerait sinon entre la première et la seconde région, sont également connus. Un tel joint d'étanchéité formant barrière qui assure la séparation complète du fluide à confiner de manière étanche, par exemple en vue de séparer un gaz toxique, tel que du chlore de l'atmosphère, est décrit par H. Lindeboom dans ASME, article 67-PET-31 (septembre 1967).
Des joints d'étanchéité interfacieux sont aussi décrits dans les brevets anglais Nos 1193604 et 1263693.
Un joint d'étanchéité interfacial doit être stable pour fonctionner de manière satisfaisante. Un joint d'étanchéité interfacial, opérant par poussée verticale hydrostatique et comprenant des faces présentant une géométrie en échelons ou une géométrie inclinée pour garantir la stabilité propre du jeu entre les faces d'étanchéité du joint, s'est révélé utile. Une telle géométrie des faces a jusqu'à présent été obtenue par un usinage soigné d'une face d'étanchéité selon une configuration en échelon ou inclinée souhaitée conforme aux conditions de fonctionnement.
L'invention a pour but de procurer un joint d'étanchéité interfacial radial qui évite la nécessité d'usiner une face d'étanchéité selon une forme en échelons ou inclinée avec précision et dont le film prévu entre les faces présente une fermeté accrue tant dans le mode de déplacement axial que dans le mode d'inclinaison.
A cet effet le joint d'étanchéité interfacial radial selon l'invention présente les caractéristiques définies par la revendication 1.
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L'élément pouvant fléchir peut produire une convergence de la configuration inclinée ou en échelons.
Le joint d'étanchéité interfacial conforme à l'invention fournit, en fonctionnement, un film de fluide continu entre les faces d'étanchéité qui présente une fermeté considérable et qui, lors d'un fonctionnement en régime permanent, empêche les faces d'étanchéité d'entrer en contact l'une avec l'autre. La flexion de l'élément pouvant fléchir appartenant à une face d'étanchéité, qui résulte de la modification de la répartition de la pression entre les faces, améliore la fermeté du film de fluide (c'est-à-dire le taux de variation de l'épaisseur du film de fluide par rapport à la charge) entre les faces par rapport à celle du film présent entre des faces d'étanchéité ayant un degré d'inclinaison fixe de même importance.
Grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire d'usiner avec précision une face d'étanchéité selon une forme en échelons ou inclinée; les deux faces d'étanchéité peuvent être usinées à plat dans le sens radial, ce qui constitue une opération relativement simple.
De plus, la déformation élastique due aux charges de pression de fluide, que l'on rencontre avec des joints d'étanchéité interfaciaux conformes à l'invention, peut supplanter les effets appartenant à la dynamique des fluides dus à la déformation thermique des éléments; en d'autres termes, le joint d'étanchéité est autocompensateur pour les effets de la déformation thermique.
Des joints d'étanchéité interfaciaux conformes à l'invention peuvent être utilisés pour limiter les fuites d'un fluide sous haute pression vers une zone sous une pression moindre ou peuvent aussi comprendre des moyens pour introduire un fluide-tampon dans le passage d'écoulement ou pour l'en extraire en vue d'assurer une séparation complète de fluides qui peuvent être toxiques, très inflammables ou dangereux en cas de fuite.
Des formes d'exécution de l'invention seront décrites ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: la fig. 1 est une vue générale d'une première forme d'exécution d'un joint d'étanchéité interfacial conforme à l'invention;
la fig. 2 est une vue d'une partie de la fig. 1, à plus grande échelle;
la fig. 3 est un diagramme de la variation de pression sur les faces d'étanchéité représentées sur la fig. 2;
la fig. 4 est un diagramme illustrant les effets d'une diminution du jeu entre les faces d'étanchéité sur la variation de pression;
la fig. 5 illustre une variante de joint d'étanchéité interfacial conforme à l'invention dans des conditions de fonctionnement;
la fig. 6 illustre une autre forme d'exécution d'un joint d'étanchéité interfacial conforme à l'invention;
la fig. 7 illustre le joint d'étanchéité de la fig. 6 dans des conditions de fonctionnement;
la fig. 8 illustre une autre forme d'exécution d'un joint d'étanchéité interfacial conforme à l'invention;
les fig. 9 à 14 illustrent d'autres formes d'exécution du joint d'étanchéité interfacial conforme à l'invention, dans des conditions de fonctionnement;
les fig. 14a et 14b sont des vues de détail se rapportant à la fig. 14;
la fig. 15 illustre une forme d'exécution d'un joint d'étanchéité interfacial conforme à l'invention, utilisant un fluide tampon;
la fig. 16 illustre un diagramme de la variation de pression sur les faces d'étanchéité de la fig. 15 ainsi que les effets d'une diminution du jeu entre les faces d'étanchéité sur la variation de pression, et les fig. 17 et 18 illustrent des formes de joint d'étanchéité interfacial qui sont des variantes de celle représentée sur la fig. 15, dans des conditions de fonctionnement.
La structure représentée sur la fig. 1 comprend un carter 11 présentant une ouverture circulaire traversée par un arbre rotatif 12. Le dispositif d'étanchéité est destiné à limiter les fuites du fluide contenu dans une première région sous haute pression 13, vers une seconde région sous basse pression 14.
Une bague 16, comportant une bride radiale 17, est montée sur l'arbre de manière à tourner avec lui. A cet effet, une cheville, ou une clavette 18, est prévue et un anneau d'étanchéité flexible 19 est comprimé dans une gorge de la bague pour arrêter les fuites de fluide entre l'arbre 12 et la bague 16.
Le carter 11 présente un échelon. Un contre-plateau annulaire 20, comprenant une partie cylindrique 21 et une bride radiale 24, entoure l'arbre 12 et sa partie de petit diamètre 21 est en contact étanche avec la partie de petit diamètre du carter 11 par l'intermédiaire de deux anneaux d'étanchéité flexibles 23. Le contre-plateau est empêché de tourner par rapport au carter 11 par une cheville 26, mais peut se déplacer axialement sur une distance limitée par rapport à celui-ci. La face droite de la bride 24 (vue sur la fig. 1) est plane et constitue la face d'étanchéité fixe 25 du joint d'étanchéité. Le contre-plateau 20 présente un alésage central 27 communiquant avec la région 13, la périphérie radialement externe de l'extrémité de l'alésage 27 éloignée de la région 13 formant la périphérie radialement interne de la face d'étanchéité 25.
La bague 16 et le contre-plateau 20 peuvent tourner l'un par rapport à l'autre et peuvent aussi se déplacer axialement l'un par rapport à l'autre. Sur les dessins, on comprendra que le fluide sous haute pression contenu dans la région 13 sollicite le contre-plateau vers la droite. S'il le faut, le contre-plateau peut également être sollicité élastiquement dans le même sens, par des ressorts faibles.
La face gauche de la bague 16, sur la fig. 1, présente une gorge annulaire large et profonde 28 qui est fermée par un mince élément métallique annulaire élastique 29. Ce dernier est reçu dans une feuillure ménagée dans la bague au niveau de son diamètre intérieur et est fixée à la bague, par exemple par des vis, près de sa périphérie externe. L'élément 29 forme donc l'autre face d'étanchéité 30 destinée à coopérer avec la face 25. La gorge 28 est raccordée par un passage 31 à la région sous basse pression 14.
Les faces d'étanchéité 25 et 30 sont planes et peuvent être rodées jusqu'à un poli de l'ordre de 0,2 n en valeur quadratique moyenne sur le contre-plateau massif homogène et sur l'élément élastique 29. L'usinage de l'élément 29 peut produire un certain retrait élastique de sorte qu'il n'est pas nécessaire que l'élément soit exactement plat lors de son installation. L'agencement décrit définit donc deux aires de faces d'étanchéité opposées coopérantes, désignées en A.
Comme la pression du fluide confiné de manière étanche dans la région 13 est supérieure à celle du fluide présent dans la région sous basse pression 14, il se produit un écoulement vers l'extérieur du fluide confiné de manière étanche à partir de l'alésage 27 sur les aires de faces d'étanchéité A. Etant donné que l'alésage 27 est opposé à la partie radialement interne de la gorge 28 prévue dans la bague 16, une zone annulaire de haute pression agit sur la face 30 et, étant donné que la pression entre les aires de faces d'étanchéité A varie à partir de la haute pression au niveau de la périphérie interne vers la basse pression au niveau de la périphérie externe des aires A, l'élément métallique élastique 29 fléchit, comme indiqué sur la fig. 2, pour produire, sur les aires de faces d'étanchéité A, un espace annulaire qui converge vers l'extérieur et qui présente une configuration inclinée.
La convergence du jeu entre les faces d'étanchéité 25, 30, c'est-à-dire à partir de la périphérie interne des aires A vers leur périphérie externe (qui définit le jeu minimal) est au maximum de 10; 1 et ne dépasse pas de préférence 3:1. La convergence est définie comme étant le rapport du jeu à l'endroit où il est maximal entre les aires de faces d'étanchéité A opposées au jeu minimal entre les aires de faces d'étanchéité A opposées. Le jeu minimal entre les faces 25, 30 en fonctionnement ne dépasse pas 0,25 mm et de préférence pas 0,02 mm.
Par conséquent, si le jeu minimal en fonctionnement est de 0,1 mm, le jeu maximal (au niveau du bord radialement intérieur de la face 25) ne dépasse pas 1,0 mm et de préférence pas 0,3 mm. Il est à noter que le chanfrein entre l'alésage 27 et la face 25 ne fait pas partie de la face d'étanchéité pas plus que la partie de la face 30 dont le diamètre est supérieur à celui de la face 25. Le chanfrein pourrait être remplacé par un échelon ou par une feuillure au niveau de la périphérie interne, qui ne ferait pas partie de la face d'étanchéité. De
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plus, une feuillure pourrait être prévue au niveau de la périphérie externe de la face 30, par exemple pour recevoir des boulons ou des organes analogues, qui ne font pas non plus partie de la face d'étanchéité.
La pression de fluide agissant sur la face d'étanchéité 25 du contre-plateau dans des conditions de régime permanent est indiquée par la courbe PF sur la fig. 3; la pression de fluide confinée de manière étanche dans la région 13 est désignée par Pi et la pression dans la seconde région 14 est désignée par P2. Cela produit une charge hydrostatique intervenant pour déplacer le contre-plateau 20 vers la gauche sur la fig. 1, à l'encontre de la charge produite par la pression du fluide confiné de manière étanche dans la région 13 et par les ressorts (éventuels) agissant sur l'extrémité gauche de la partie de petit diamètre 21 du contre-plateau. Ainsi, pourvu que la fermeté du film de fluide (c'est-à-dire le taux de variation de l'épaisseur du film de fluide par rapport à la charge) entre les faces d'étanchéité 25, 30 soit suffisante, lors d'un déplacement axial de la bague 16 par rapport au contre-plateau 20 (par exemple par suite d'un manque de perpendicularité de la bague sur l'arbre), pour surmonter les forces d'inertie et d'amortissement qui s'exercent sur le contre-plateau, le jeu entre la périphérie externe des aires A du contre-plateau et l'élément 29 régit les positions relatives du contre-plateau 20 et de la bague 16.
La fig. 4 illustre l'effet d'une diminution locale du jeu entre les faces d'étanchéité 25, 30 (c'est-à-dire l'effet de la bague 16 et du contre-plateau 20 qui se rapprochent l'un de l'autre d'un bloc, ou en un point de la circonférence par suite d'une inclinaison). Cela produit une augmentation de la pression PFC sur les aires appropriées A des faces d'étanchéité coopérantes 25, 30 par suite d'une convergence accrue. Cette augmentation de pression fait à son tour davantage fléchir l'élément élastique 29 dans la gorge 28 (comme le montre la fig. 4) pour produire un jeu incliné présentant une plus forte convergence. La pression sur les aires A augmente par conséquent davantage, comme indiqué par la courbe PFD, augmentant donc la charge tendant à séparer les faces d'étanchéité 25, 30. La charge agissant sur l'extrémité gauche du contre-plateau, qui tend à diminuer le jeu, reste inchangée et le jeu tend, par conséquent, à revenir à sa valeur initiale. Donc, l'utilisation de l'élément élastique 29 permet de satisfaire au critère essentiel d'une tendance à la stabilité du jeu entre les faces d'étanchéité.
Une variante est représentée sur la fig. 5 dans laquelle un élément élastique annulaire 129 fait partie d'un contre-plateau 120 comportant un alésage 127, l'élément élastique comportant une face d'étanchéité 125 et la bague 116 une face d'étanchéité radiale plane 130 sur sa bride 117, formant une paire d'aires de faces d'étanchéité A.
La partie de grand diamètre 124 du contre-plateau présente une bride radiale 136 qui, au niveau de son diamètre extérieur, comporte une partie cylindrique extérieure 137 qui s'étend vers la face d'étanchéité 130. La périphérie extérieure de l'élément annulaire est fixée à l'extrémité libre de la partie 137; l'élément 129 s'étend vers l'intérieur à partir de cette extrémité et, en l'absence de pression, sa face 125 se trouve dans un plan radial qui a été usiné à plat pendant la fabrication. Cependant, en fonctionnement, l'élément 129 fléchit, sa périphérie interne divergeant à partir de la face d'étanchéité 130 opposée. La périphérie interne de l'élément 129 présente une bride cylindrique 139 dont l'extrémité libre est en contact étanche avec la base de la bride 136 par l'intermédiaire d'un anneau d'étanchéité flexible 140. L'espace clos 141 ainsi formé est raccordé à la région sous basse pression 14 par des lumières 142. Ainsi, en fonctionnement, le passage d'écoulement entre les aires de faces d'étanchéité A s'incline et converge dans la direction de l'écoulement du fluide entre elles. Ce joint fonctionne de la même manière que celui de la forme d'exécution de la fig. 1. Si le jeu minimal au niveau de la périphérie externe de la face 125 est réduit, la pression entre les faces d'étanchéité augmente, la périphérie interne de l'élément 129 fléchit vers la gauche et une charge finale accrue est exercée sur l'extrémité droite du contre-plateau 120. Comme la charge d'extrémité gauche exercée sur le contre-plateau reste inchangée, le contre-plateau se déplace vers la gauche, rétablissant le jeu.
Une autre forme d'exécution est représentée sur les fig. 6 et 7. Dans ce cas, le contre-plateau 20 est le même que celui représenté sur la fig. 1. L'élément élastique comprend un anneau 229 en un élastomère flexible logé dans une feuillure 128 prévue dans la bague 216. Lorsqu'il n'est pas comprimé, l'anneau 229 est de section transversale rectangulaire et sa face d'étanchéité 230 est radiale.
Pendant un fonctionnement en régime permanent, la répartition de la pression entre les aires de faces d'étanchéité A opposées est semblable à celle représentée sur la fig. 3 et, lorsque l'anneau 229 est soumis à cette répartition de pression, son épaisseur varie à partir d'une valeur minimale en face de la périphérie interne de la face d'étanchéité 25 vers une valeur légèrement accrue au niveau de sa propre périphérie interne 232 et, dans le sens radial opposé, vers un maximum au niveau de sa périphérie externe 233, comme le montre la fig. 7. Le jeu entre les faces d'étanchéité 25,230 converge donc dans le sens de l'écoulement du fluide sur les aires de faces d'étanchéité A entre l'alésage 27 et la périphérie externe de la face 25.
La déformation de l'anneau 229 peut entraîner une augmentation de son diamètre extérieur, comme le montre la fig. 7. Cependant, comme la face d'étanchéité 25 du contre-plateau 20 est radiale, si la périphérie externe de l'anneu 229 a un diàmètre supérieur à celui de la face 25, le jeu minimal se présente au niveau du diamètre extérieur de la face 25.
Si une variation du jeu minimal se produit, la flexion de la face avant 230 de l'anneau 229 varie, comme l'élément élastique 29 des fig. 1 à 4, et modifie la convergence dans un sens tendant à ramener le jeu à sa valeur initiale, entraînant des conditions de fonctionnement stables.
La fig. 8 illustre une variante dans laquelle la bride 417 de la bague 416 présente une gorge 428 qui communique avec l'alésage 427 du contre-plateau 420 et la face d'étanchéité 425 du contre-plateau présente une feuillure dans laquelle est collé un élément élastique 429 qui a la forme d'un épais anneau en matière élastomère. Cet anneau, au niveau de sa périphérie interne, chevauche la gorge annulaire 428 et ainsi l'élément 429 fléchit et est déformé, comme l'élément élastique 229 des fig. 6 et 7, par la pression qui s'exerce entre les faces d'étanchéité 425,430, la flexion maximale se situant près de sa périphérie interné. Dans cette forme d'exécution, les aires de faces d'étanchéité A opposées vont de la périphérie externe de la gorge 428 au bord extérieur de la bride 417 et de l'élément 429.
Dans la forme d'exécution de la fig. 9, le passage entre les faces d'étanchéité 25 et 530 est, en fonctionnement, échelonné plutôt qu'incliné. Dans cette forme d'exécution, le contre-plateau 20 est identique à celui de la fig. 1. La bride radiale 517 de la bague 516 présente une large gorge annulaire 528 qui reçoit un piston annulaire 529 qui est sollicité élastiquement par une série de ressorts hélicoïdaux 532 disposés autour de la gorge. Le piston 529 constitue un élément pouvant fléchir. L'agencement est tel que les ressorts 532 n'amènent pas la face d'extrémité du piston 529 à dépasser la face d'extrémité de la bride 517 qui entoure la piston. Un arrêt mécanique peut être prévu, si on le souhaite. Un élément annulaire 536 en matière flexible, par exemple en polytétrafluoroéthylène, est fixé à la face d'extrémité du piston et aux faces adjacentes de la bride 517 et de la bague 516 pour empêcher toute fuite de fluide, à partir de la région sous haute pression 13, entre le piston 529 et les parois de la gorge 528 et, par conséquent, par l'intermédiaire des évents 531 dans la région sous basse pression 14. L'élément d'étanchéité 536 forme la face d'étanchéité 530 qui, lorsqu'elle n'est pas soumise à une pression de fluide, fournit une aire de face d'étanchéité A qui est plane.
Pendant le fonctionnement, un gradient de pression existe entre les aires de faces d'étanchéité A à partir de la région sous haute pression 13 vers la région sous basse pression 14. La pression moyenne agissant par l'intermédiaire de l'élément d'étanchéité 536 sur la face d'extrémité du piston 529 est supérieure à la pression régnant dans l'espace 14 et fait donc fléchir le piston 529 à l'encontre de la sollicitation des ressorts 532, de sorte que le passage entre les aires de faces
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d'étanchéité A opposées a une configuration en échelon et converge dans le sens de l'écoulement du fluide.
Une variation du jeu minimal entre les faces d'étanchéité produit une variation de la flexion du piston d'une manière tendant à rétablir le jeu minimal à sa valeur de régime permanent. Dans cette forme d'exécution, le piston 529 peut ne pas fléchir en un point de sa circonférence lorsqu'une inclinaison relative se produit entre la bague 516 et le contre-plateau 20. Néanmoins, un couple de rappel est produit et est dû à la plus forte convergence du passage d'écoulement à l'endroit où la bague 516 et le contre-plateau 20 s'approchent l'un de l'autre et à la moindre convergence à l'endroit diamétralement opposé du joint d'étanchéité.
Sur la fig. 10, la bague 716 comporte une bride radiale 717 présentant une face d'étanchéité 730 et peut être exactement telle que décrite avec référence à la fig. 5. Dans cette forme d'exécution, la région de fluide confiné sous haute pression 13 communique avec la périphérie externe des faces d'étanchéité, la région sous basse pression 14 communiquant avec la périphérie interne des faces d'étanchéité par l'intermédiaire de l'alésage 727 du contre-plateau 720. Un piston annulaire 729 est monté sur la partie radialement interne 721 du contre-plateau et l'entoure. Un joint d'étanchéité 723 est prévu entre la partie 721 et le carter 11, et une cheville 26 sert à empêcher sa rotation. L'espace 731 entre la partie 721 et le piston 729 est raccordé par un passage 715a à l'alésage 727, de manière à se trouver à la basse pression de la région 14. Une série de ressorts hélicoïdaux 732 est logée dans des alvéoles qui se font face dans les parties 721 et 729, dans l'espace 731, et sollicite le piston annulaire 729 vers la droite. La périphérie interne échelonnée du piston peut coulisser sur une face cylindrique coopérante de la partie 721 et son étanchéité aux fuites est assurée au moyen d'un joint d'étanchéité annulaire 733. Le piston annulaire 729 comporte une plaque d'arrêt 734 qui y est attachée et qui vient buter contre une bride 735 prévue sur la partie 721 pour limiter le déplacement du piston 729 vers la droite.
Les faces d'extrémité droite de la partie 721 et du piston 729 sont planes et disposées dans un même plan lorsque la plaque d'arrêt 734 vient buter contre la bride 735. Un élément d'étanchéité annulaire 736 est fixé à ces faces et constitue une des aires de faces d'étanchéité A.
En fonctionnement, il se produit un écoulement de fluide vers l'intérieur, entre les aires de faces d'étanchéité A opposées à partir de la région sous haute pression 13 vers la région sous basse pression 14.
Un gradient de pression entre les aires de faces A va d'une pression maximale au niveau de la périphérie externe jusqu'à une pression minimale au niveau de la périphérie interne. La pression élevée près de la périphérie externe force le piston à se déplacer vers la gauche, comprimant les ressorts 732 et amenant l'élément d'étanchéité 736 à prendre une forme en échelon. Etant donné qu'en fonctionnement, il existe toujours un jeu plus important entre les parties des aires de face A opposées formées par l'élément d'étanchéité 736 à l'endroit où il est fixé au piston 729 qu'entre les parties des aires de faces A formées par l'élément d'étanchéité à l'endroit où il est fixé à la partie interne 721 du contre-plateau, ces dernières parties régissent le jeu minimal entre les faces d'étanchéité 725, 730. Le piston 729 constitue un élément pouvant fléchir qui, lorsqu'il fléchit sous l'effet de la pression de fluide, augmente l'intervalle séparant la partie externe des aires de faces A si le jeu minimal diminue, augmentant ainsi la pression entre ces aires et exerçant une force de séparation visant à rétablir l'intervalle initial.
L'aire du côté droit du piston 729, qui est soumise à une pression moyenne moins élevée que le côté gauche de la région de la plaque d'arrêt 734, est dimensionnée par rapport à l'aire de son côté gauche et compte tenu de la pression faible dans l'espace 731 agissant sur la partie interne du côté gauche du piston, d'une manière telle que la force nette due aux pressions tende à déplacer le piston 729 vers la gauche à l'encontre de la sollicitation des ressorts 732.
Par conséquent, dans ce système, le jeu entre les faces d'étanchéité 725, 730 est également réglé et le débit, allant de la région 13
soumise à la pression plus élevée vers la région 14 soumise à la pression moins élevée, est limité.
La fig. 11 illustre une autre forme d'exécution du joint d'étanchéité interfacial dont le passage entre les faces d'étanchéité 825 et 830 est, en fonctionnement, à nouveau échelonné. Dans cette forme d'exécution, la bague 816 sur l'arbre 12 comporte une bride radiale plane 817 présentant une face d'étanchéité 830.
Le contre-plateau 820 comporte une partie de plus petit diamètre 821 qui présente un alésage 827 et qui est en contact étanche avec le carter 11 par des joints d'étanchéité 823. La partie de grand diamètre 824 du contre-plateau constitue une partie d'une face d'étanchéité 825. Une zone annulaire 827a est en communication avec l'alésage 827 et deux aires de faces d'étanchéité A opposées sont disposées radialement à l'extérieur de la zone 827a.
L'élément pouvant fléchir est à nouveau formé par un piston annulaire 829 sollicité par une série de ressorts hélicoïdaux 832, un élément d'étanchéité annulaire 842 étant fixé à la face droite du piston 829 et dans une feuillure ménagée dans la face d'extrémité droite de la partie de grand diamètre 824. Le piston 829 est de section éehelonnée et est logé dans une gorge annulaire échelonnée 828 et les ressorts 832 sont logés dans des alvéoles adéquats prévus dans la partie de grand diamètre 824 du contre-plateau et dans le piston 829. L'élément d'étanchéité 842, qui est de préférence en poly-tétrafluoroéthylène, fournit une face d'étanchéité 825 qui, lorsqu'elle n'est pas soumise à une pression de fluide, est plane. Pour éviter que la face droite 825 (sur la fig. 11) de l'élément d'étanchéité prévu sur le piston 829 dépasse la face correspondante 825 de l'élément d'étanchéité sur la partie 824 du contre-plateau pendant le fonctionnement, on règle les forces de pression et de ressorts ou, s'il le faut, on prévoit un arrêt mécanique comprenant des organes d'arrêt coopérants 835, 834 respectivement sur le piston 829 et sur la partie de grand diamètre 824 du contre-plateau.
La partie de petit diamètre 836 de la gorge 828 est raccordée par des lumières 837 à l'alésage 827 et donc le côté gauche de la partie de petit diamètre du piston 839 est sollicité par la pression élevée de la région 13. La partie de grand diamètre 839 de la gorge est raccordée par des lumières 840 à la région 14 soumise à une faible pression et le côté gauche de la partie de grand diamètre 843 du piston est donc soumis à une faible pression.
Un élément d'étanchéité 841 est prévu entre la partie de petit diamètre du piston 829 et la partie correspondante de la gorge 836,
pour empêcher toute fuite de l'intérieur de la partie 836 vers la région 14. La partie de l'élément d'étanchéité 842 comprise entre la partie de grand diamètre 843 du piston et la partie correspondante 824 du contre-plateau empêche toute fuite de fluide à partir de la région sous haute pression 13 entre le piston 829 et la partie 824 vers la région 14 par l'intermédiaire de l'espace 839 et de la lumière 840.
Cet agencement fournit deux aires de faces d'étanchéité A opposées, délimitant, en fonctionnement, un passage d'écoulement présentant un profil en échelon variable et convergeant dans le sens de l'écoulement. On obtient donc un gradient de pression sur les aires de faces A entre l'alésage 827 et la région 14 soumise à faible pression au niveau de la périphérie externe des faces 825, 830. Le jeu minimal s'établit entre les périphéries externes de ces faces 825, 830 et règle donc l'écartement des faces.
Comme le montre la fig. 12, le contre-plateau 920 comporte une partie radialement interne 921 qui est montée de manière étanche dans le carter 11 au moyen d'un anneau d'étanchéité 23 et qui est empêchée de tourner par rapport au carter au moyen de la cheville 26 qui s'engage dans les deux brides 924. Un anneau 924a fait partie du contre-plateau et forme une face d'étanchéité 925 qui va de la périphérie externe d'un alésage 927 prévu dans le contre-plateau jusqu'au bord extérieur de l'anneau 924a.
Une bague constituée d'une tête de rotor comprenant un anneau 916 présentant un échelon 943 et d'un élément 929 qui y est fixé par des boulons 946 et qui constitue un élément pouvant fléchir est entraîné à partir de l'arbre 12 au moyen d'une membrane annulaire 944 fixée à une partie de prolongement 945 de l'anneau 916 et à une
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bague de montage 916A fixée à l'arbre par un boulon 918 et ajustée de manière étanche sur l'arbre par l'anneau d'étanchéité 19. L'élément 929 présente une large gorge annulaire 928 formée par les anneaux intérieur et extérieur rigides respectivement 929A et 929B, reliés par un élément élastique 929C et fermée par le corps 917 de l'anneau 916. La face gauche de l'élément 929, lorsqu'elle n'est pas soumise à une pression de fluide, est plane et forme une face d'étanchéité 930. L'anneau intérieur 929A comporte une partie cylindrique
947 qui est montée de manière étanche contre l'anneau 916 par un anneau d'étanchéité 941.
La partie 947 comporte un alésage central 922 communiquant avec la haute pression présente dans l'alésage 927 de sorte que l'échelon 943 de l'anneau 916 et la face d'extrémité 948 de la partie 947, ainsi que la membrane 944, sont exposés à la haute pression de la région 13. La gorge 928 communique avec la région sous basse pression 14 par l'intermédiaire des lumières 931. Une faible pression seulement agit donc sur la face droite de l'élément élastique 929C. Comme l'anneau 916 est monté au moyen de la membrane 944 et comme la face droite de l'échelon 943 et la face 948 sont exposées à la haute pression, l'anneau 916 est sollicité hydrauliquement vers la gauche. De plus, la haute pression agit aussi sur la partie de la membrane 944 comprise entre l'anneau 916 et la bague 916A. La charge nette agissant vers la gauche sur l'extrémité droite de l'anneau 916,
929 est, grâce à une sélection adéquate des aires utilisées, égale à la charge agissant vers la droite sur l'extrémité gauche du contre-plateau 920.
Les aires sont choisies de la manière suivante:
L est la dimension radiale correspondant à l'aire A des faces d'étanchéité coopérantes 925,930.
1 est la dimension radiale correspondant à l'aire nette du contre-plateau 920 exposé à la haute pression régnant dans la région 13 et tendant à solliciter la face d'étanchéité 925 vers la droite. De plus, 1 doit aussi être la dimension radiale correspondant à l'aire nette équivalente sur laquelle la haute pression agit pour exercer une force sur l'anneau 916 et sur la partie 947, afin de solliciter la face d'étanchéité
930 vers la gauche. Le terme équivalent est utilisé pour tenir compte du fait que la force agissant vers la droite sur l'anneau 916 par l'intermédiaire de la membrane 944 est équilibrée par la force agissant vers la gauche sur l'aire de l'échelon 943, non incluse dans l'aire délimitée par la dimension 1.
z est la dimension radiale correspondant à l'aire nette de la face
948 sur laquelle la haute pression dans l'alésage 922 agit vers la gauche sur la partie 947.
Par conséquent, L>l>z, et 1 est de préférence égal environ au deux tiers de L et z environ à la moitié de L, pour maximaliser la fermeté du film de fluide entre les aires de faces d'étanchéité A.
La force due à la pression agissant sur l'aire nette représentée par la dimension z sollicite la partie 929A vers la gauche. Puisque l>z, 1—z est positif et représente la force agissant par l'intermédiaire de l'anneau 916 pour solliciter vers la gauche la partie de l'anneau extérieur 929B qui fait partie des aires de faces d'étanchéité A coopérantes. Comme une diminution de pression se produit à partir de la haute pression de la région 13 au niveau de la périphérie interne des aires de faces d'étanchéité A vers la basse pression de la région 14 au niveau de la périphérie externe et comme les forces axiales sont en équilibre, un moment dirigé dans le sens contraire de celui des aiguilles de la montre est exercé sur l'élément élastique 929C et le jeu existant entre la face 930 de l'anneau extérieur 929B et la face 925 de l'anneau 924, en fonctionnement, est par conséquent inférieur à celui existant entre la face 930 de l'anneau intérieur 929A et la face 925. De plus, le degré de flexion n'est régi que par les charges de pression et par la raideur de l'élément élastique 929C et aucun ressort supplémentaire n'est requis. Les aires de faces d'étanchéité A opposées sont formées par la totalité de la face d'étanchéité 925 de l'anneau 924A et par la partie de la face d'étanchéité 930 qui est immédiatement opposée et ne s'étendent pas au-delà des diamètres intérieur et extérieur de la face d'étanchéité 925.
Sur la fig. 13, le joint d'étanchéité interfacial est monté à l'intérieur du carter 11 et le sens de l'écoulement à partir de la région sous haute pression 13 vers la région sous basse pression 14 est dirigé radialement vers l'intérieur vers l'arbre 12, c'est-à-dire dans un sens opposé à celui de la fig. 12. Cette forme d'exécution est semblable sous certains rapports à celle de la fig. 12, la bague 1116 étant montée de manière à tourner avec l'arbre 12 et étant à même de se déplacer axialement sur une distance limitée par rapport à celui-ci, au moyen d'un élément de montage 1116A fixé à l'arbre par une vis 1118, et le contre-plateau 1120 étant empêché de tourner par rapport au carter au moyen d'une cheville 1126. Le contre-plateau 1120 est monté de manière étanche dans le carter par l'anneau d'étanchéité 23 et peut se déplacer axialement sur une distance limitée par rapport à celui-ci. La partie de grand diamètre 1124 du contre-plateau 1120 fournit une face d'étanchéité 1125. La partie de montage 1116A est adaptée de manière étanche à l'arbre 12 et à une partie de prolongement de plus grand diamètre 1145 de la bague 1116 par des anneaux d'étanchéité 19 et 1149 respectivement. La bague 1116 comporte un organe 1129 constituant un élément pouvant fléchir et présentant une face d'étanchéité 1130 qui, lorsqu'elle n'est pas soumise à une pression de fluide, est plane, et qui constitue avec la partie de la face d'étanchéité 1125 qui lui est opposée, deux aires de faces d'étanchéité A opposées. L'organe 1129 comporte des anneaux rigides intérieur et extérieur respectivement 1129A et 1129B, reliés par un élément élastique 1129C. L'anneau 1129A est fixé à la partie 1117 de la bague par exemple par des boulons tels que 1146. L'organe 1129 présente, en face de l'élément élastique 1129C, une large gorge annulaire 1128 qui est en communication avec la région sous basse pression 14 par l'intermédiaire d'un passage 1131 et qui est fermée par la partie 1117 de la bague et isolée de manière étanche de la haute pression de la région 13 au moyen d'un anneau d'étanchéité 1141 intercalé entre une partie cylindrique 1147 de l'anneau 1129B et la partie 1145 de la bague.
La bague 1116 est soumise à une charge préalable déterminée par l'expression L>l>z, mentionnée plus haut avec référence à la fig. 12, ces dimensions étant prises à partir d'une ligne axiale 1150 représentant le diamètre extérieur des aires de faces d'étanchéité A. La référence z représente une charge préalable exercée sur la face de pression 1148 delà partie cylindrique 1147 de l'anneau 1129B, et 1—z est une force qui agit sur la face de pression 1143 de la partie 1145 de la bague, divisant ainsi les forces transmises aux aires de faces d'étanchéité A et produites par la haute pression de la région 13 agissant sur la bague. En fonctionnement, l'élément élastique 1129C de l'organe 1129 fléchit, comme indiqué aux dessins,
pour former un passage qui converge radialement vers l'intérieur dans le sens de l'écoulement à partir de la région sous haute pression 13 vers la région sous basse pression 14.
Au moins une des faces d'étanchéité est en une matière qui puisse être attaquée par abrasion ou être usée sans dommage sérieux. Une matière à même de s'user est le carbone. Si une seule face est faite d'une telle matière, l'autre face d'étanchéité peut être faite d'une matière résistant à l'usure, par exemple un métal dur adéquat ou une matière céramique. En adoptant cette particularité, on peut compenser les imperfections de la fabrication, du montage et de la mise en œuvre du joint d'étanchéité par une usure de la ou des faces d'étanchéité jusqu'à la forme correcte par une opération de rodage.
Cette particularité est incorporée à la forme d'exécution de la fig. 14 à laquelle on se référera maintenant.
Sur la fig. 14, une bague 1016 comportant une bride radiale 1017 est montée sur l'arbre 12 de manière à tourner avec lui au moyen d'une cheville ou d'une clavette 1018 fixée à un organe de montage 1016A fixé lui-même à l'arbre 12. L'étanchéité de la bague 1016 par rapport à l'arbre 12 est assurée par un anneau d'étanchéité 1019 arrêtant les fuites de fluide de la région 13 vers la région 14, entre l'arbre 12 et la bague 1016, laquelle est sollicitée mécaniquement vers la gauche (comme le montre le dessin) au moyen d'un anneau 1049 qui agit entre l'anneau d'étanchéité 1019 et l'organe de montage 1016A.
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Un contre-plateau annulaire 1020, comportant un alésage central 1027 en communication avec la région sous haute pression 13 entoure l'arbre 12 et a une section transversale (en substance en L) dont la partie de petit diamètre 1021 est engagée dans l'intervalle annulaire séparant le carter 11 et l'arbre 12. Dans le contre-plateau
1020 se trouve un anneau de carbone 1039 en L, pouvant se déplacer axialement supporté axialement, positionné radialement au niveau de sa périphérie externe par le contre-plateau 1020 et présentant un prolongement cylindrique 1048 pouvant coulisser dans la partie
1021 du contre-plateau. L'anneau en carbone et le contre-plateau sont aussi reliés l'un à l'autre pour empêcher un mouvement de rotation relatif. La bague 1016 et le contre-plateau 1020 peuvent tourner l'un par rapport à l'autre. Le contre-plateau 1020 comporte une partie de grand diamètre 1024 dans laquelle une cheville 1026 s'engage pour empêcher le contre-plateau de tourner par rapport au carter, mais le contre-plateau peut se déplacer axialement sur une distance limitée par rapport à ce carter. On comprendra que le fluide sous haute pression contenu dans la région 13 sollicite le contre-plateau vers la droite aux dessins. La bride radiale 1017 fournit une face d'étanchéité 1030 dont la partie, qui s'étend radialement vers l'intérieur de la périphérie externe de l'élément 1039 pouvant fléchir, constitue l'une des aires d'une paire d'aires de faces d'étanchéité A coopérantes et opposées.
L'élément 1039 présente une face d'étanchéité 1025 qui constitue l'autre aire de la paire d'aires de faces d'étanchéité A opposées. Le prolongement cylindrique 1048 de l'élément 1039 s'étend dans le carter 11 sur une plus grande distance que la partie 1021 du contre-plateau, formant un siège pour un élément d'étanchéité coulissant 1023 qui assure l'étanchêité du contre-plateau 1020 et du prolongement 1048, par rapport au carter 11, et fournit donc aussi un joint d'étanchéité entre le contre-plateau 1020 et le prolongement 1048. Le prolongement 1048 comporte un alésage 1027 qui communique avec la région sous haute pression 13. L'anneau 1039 comporte une bride 1050 qui peut fléchir sous l'effet des pressions agissant sur ses faces droite et gauche (aux dessins). Un espace clos 1041 est prévu entre la face droite (sur les dessins) de la partie 1024 du contre-plateau et la face gauche de la bride 1050 et est en communication avec la région sous basse pression 14 par des lumières 1042.
Dans la forme d'exécution représentée sur la fig. 14, la face d'étanchéité 1025 prévue sur l'anneau 1039 est normalement plane et la face d'étanchéité 1030 prévue sur la bague 1016 est usinée à plat, par exemple par rectification, et est faite d'une matière résistant à l'usure, par exemple un métal dur ou une matière céramique. Initialement, la face d'étanchéité 1030 peut venir en contact avec la face d'étanchéité 1025 pendant une opération de rodage qui use les faces et les adapte l'une à l'autre. Ensuite, les pressions sont telles que, en fonctionnement, la bride 1050 fléchisse et forme un passage entre les aires de faces d'étanchéité A coopérantes formées par les faces d'étanchéité 1025,1030, ce passage convergeant dans le sens de l'écoulement et présentant le jeu minimal entre les faces d'étanchéité à l'extrémité d'aval de la partie convergente. La face d'étanchéité 1025 peut donc être qualifiée de face autogénératrice.
En pratique, le jeu maximal entre les aires de faces d'étanchéité A coopérantes (dans ce cas au niveau du rayon intérieur), lorsqu'elles sont installées mais qu'elles ne sont pas en charge, doit être au moins égal et de préférence supérieur au jeu minimal (dans ce cas au niveau de leur rayon extérieur), c'est-à-dire que la zone annulaire ou l'espace entre les aires des faces d'étanchéité est parallèle ou converge, dans cet exemple, dans un sens dirigé radialement vers l'extérieur.
Comme la pression du fluide confiné de manière étanche dans la région 13 est sensiblement plus élevée que celle du fluide présent dans la région sous basse pression 14, un écoulement de fluide confiné s'établit vers l'extérieur par-dessus les aires de faces A entre leur périphérie interne et leur périphérie externe.
Etant donné que l'alésage 1027 est opposé à la partie radialement interne de la face 1030 prévue sur la bague, formant une zone annulaire de haute pression agissant sur la face 1030, et que l'espace 1041
du côté gauche de l'anneau 1039 est en communication avec la région sous basse pression 14, et étant donné que la pression entre les aires de faces A varie à partir de la haute pression au niveau de la périphérie interne vers la basse pression au niveau de la périphérie externe des aires A, la bride 1050 fléchit pour produire un espace annulaire entre les faces d'étanchéité 1025,1030 sur les aires de faces d'étanchéité A, cet espace convergeant vers l'extérieur.
La charge nette qui agit vers la droite sur l'extrémité gauche de l'anneau 1039 est, moyennant un choix adéquat des aires, rendue égale à la charge agissant vers la gauche sur l'extrémité droite de la bague 1016.
Les aires sont choisies de la manière suivante:
L est la dimension radiale correspondant à l'aire des faces d'étanchéité coopérantes 1025,1030, c'est-à-dire les aires A.
1 est la dimension radiale correspondant à l'aire nette sur laquelle agit la haute pression dans la région 13, pour solliciter les aires de faces A l'une vers l'autre.
X est la dimension radiale correspondant à l'aire 1047 de l'anneau 1039 sur laquelle la haute pression de la région 13 agit vers la droite.
Par conséquent, L>1>A., et de préférence 1 vaut environ deux tiers de L et X vaut environ la moitié de L, pour maximaliser la fermeté du film de fluide entre les aires de faces d'étanchéité A.
Bien entendu, la haute pression dans la région 13 agissant sur l'aire annulaire 1047 représentée par la dimension X est la charge préalable mentionnée plus haut.
On a découvert, par des expériences effectuées pendant des opérations de rodage au cours desquelles les aires de faces d'étanchéité A sont amenées en contact, que, en raison des flexions thermiques initiales de l'anneau 1039, la partie d'aile radialement interne non soutenue de la bride 1050 est usée, mais non le bord radialement externe de l'anneau qui est soutenu par la partie 1024 du contre-plateau 1020. Comme le montre la fig. 14b, cela produit, après refroidissement à température ambiante, un chanfrein supplémentaire 1051 sur la partie d'aile, radialement interne, non soutenue 1052 de la bride 1050. La fig. 14a illustre une forme de l'anneau 1039 pendant le processus de rodage, avant qu'il ait atteint sa forme finale. L'anneau, pendant un fonctionnement normal, après le rodage, est amené par flexion à la forme représentée sur la fig. 14b, le jeu étant minimal au niveau de la périphérie externe.
L'autre face d'étanchéité 1030, qui ne fléchit pas, peut être faite d'une matière (par exemple du carbone) qui tolère une perte par usure sans dommage grave, en lieu et place de la face d'étanchéité 1025 qui fléchit.
Les fig. 15 à 18 concernent des joints d'étanchéité formant barrière ou tampon. La forme d'exécution représentée sur la fig. 15 est la même que celle représentée sur la fig. 1 sauf qu'un fluide-tampon est introduit par un passage 15 dans le carter 11 entre les anneaux d'étanchéité 23. Le fluide-tampon est réglé extérieurement de manière à être à une pression qui (dans cette forme d'exécution et dans toutes les formes d'exécution dans lesquelles le fluide-tampon est introduit dans le joint d'étanchéité interfacial au lieu d'en être extrait) est à tout moment supérieure à celle régnant dans la première région 13 qui, à son tour, est plus élevée que celle régnant dans la deuxième région 14, habituellement dans une mesure appréciable. Le passage 15 est en communication avec un passage 22 ménagé dans la partie de plus petit diamètre 21 du contre-plateau 20 et se termine, à son extrémité éloignée du passage 15, dans une gorge annulaire 22a entourant la face d'étanchéité 25 qui, dans cette forme d'exécution, est plus proche du bord radialement intérieur de la face d'étanchéité 25 que du bord extérieur. Cet agencement définit donc une première paire d'aires de faces d'étanchéité opposées (désignées en A) à un diamètre supérieur à celui de la zone annulaire définie par la gorge 22a, et une seconde paire d'aires de faces d'étanchéité opposées (désignées en B) à un diamètre plus petit que celui de la zone annulaire définie par la gorge 22a.
Comme la pression du fluide-tampon amené par le passage 22 dans la gorge 22a est supérieure à celle du fluide confiné de manière
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étanche dans la région 13, il se produit un écoulement (vers l'intérieur) de fluide-tampon sur les aires de faces d'étanchéité B du contre-plateau 20 et de la bague 16 vers l'espace situé à l'intérieur du contre-plateau; de plus, comme la pression du fluide-tampon est sensiblement supérieure à celle de la région sous basse pression 14, il se produit un écoulement vers l'extérieur de fluide-tampon sur les aires de faces d'étanchéité A du contre-plateau 20 et de la bague 16, entre la gorge 22a et la périphérie externe des faces d'étanchéité coopérantes 25, 30.
Etant donné que la gorge 22a est opposée à la partie radialement interne de la gorge 28 prévue dans la bague, l'élément métallique élastique 29 fléchit pour produire un espace annulaire entre l'aire A du contre-plateau et l'élément 29, cet espace convergeant dans le sens d'écoulement du fluide, c'est-à-dire vers l'extérieur, dans cette forme d'éxécution.
La convergence du jeu entre les faces d'étanchéité 25, 30 à partir de la périphérie interne de l'aire A (c'est-à-dire au niveau du bord extérieur de la gorge 22a) vers la périphérie externe de l'aire A (qui définit le jeu minimal) est telle que décrite pour les aires de faces d'étanchéité A de la fig. 1.
Bien entendu, le jeu minimal est défini par les deux aires de facés d'étanchéité opposées qui comprennent l'élément pouvant fléchir et, par conséquent, le jeu entre les aires de faces d'étanchéité de l'autre paire est toujours égal ou de préférence supérieur au jeu minimal.
La pression de fluide, agissant sur la face d'étanchéité 25 du contre-plateau 20 sur la fig. 15 dans des conditions de fonctionnement en régime permanent, est représentée par la courbe PF sur la fig. 16 qui illustre aussi l'effet d'une diminution locale du jeu entre les faces d'étanchéité 25, 30 et qui est la même que sur la fig. 4, à l'exception des modifications dues à l'introduction d'un fluide-tampon. Sur la fig. 16, la pression-tampon dans la gorge 22a est désignée par P3 (il est à noter que, à l'encontre de certaines propositions connues, aucun étrangleur n'est requis dans l'alimentation de la pression-tampon pour permettre au joint d'étanchéité de fonctionner). Pour le reste, les pressions du fluide dans la première et dans la seconde région 13 et 14 et la manière selon laquelle le joint d'étanchéité-tampon fonctionne sont telles que décrites avec référence aux fig. 3 et 4, sauf que le fluide-tampon empêche le fluide de s'échapper de la région 13 vers la région 14; et pourvu en outre que la conception soit telle que les effets de la dilatation thermique tendent à réduire le jeu au niveau de la périphérie externe, ce qui est souhaitable, on est également assuré qu'un jeu déterminé soit toujours présent entre les deux aires de faces d'étanchéité B internes opposées du contre-plateau et de la bague 16. Cela règle à son tour l'écoulement du fluide-tampon à partir de la gorge 22a vers l'intérieur dans la région 13.
La variante de la fig. 17 est un joint d'étanchéité-tampon à double balayage représenté dans des conditions de fonctionnement en régime permanent. L'élément pouvant fléchir 29, lorsqu'il n'est pas soumis à la pression de fluide, est plat. Par comparaison avec la fig. 15, il est à noter que la face d'étanchéité 25 est pourvue de deux autres gorges annulaires 32, 33 raccordées à de basses pressions (c'est-à-dire à des pressions nettement inférieures aux pressions régnant respectivement dans les régions 13,14) par des passages 34, 35. La gorge intérieure 32, entre la gorge 22a et l'extrémité interne de la face 25, est de préférence raccordée à une pression qui est réglée à une valeur constante inférieure à celle du fluide confiné de manière étanche dans la région 13. Il se produit donc un écoulement de fluide-tampon mélangé à partir de la gorge 22a et de fluide confiné de manière étanche à partir de la région 13 par le passage 34, l'écoulement du fluide confiné dépendant du jeu entre les aires de faces d'étanchéité B opposées.
La gorge extérieure 33, entre la gorge 22a et la périphérie externe des faces d'étanchéité coopérantes, est de préférence raccordée à une pression réglée à une valeur constante inférieure à celle de la région 14. Il se produit donc un écoulement à partir de la région 14 (vers l'intérieur) vers la gorge 33 et un écoulement de fluide-tampon à partir de la gorge 22a (vers l'extérieur) vers la gorge 33. Comme la gorge 22a est en substance à la pression maximale du système et que la gorge 33 est à la pression minimale, il est clair que la différence de pression principale et le gradient de pression s'établissent dans la zone séparant ces deux gorges 22a, 33 et cela forme les deux aires de faces d'étanchéité A opposées dans cette forme d'exécution. L'élément élastique 29 se trouve, par conséquent, dans cette zone et fléchit donc comme décrit plus haut en réglant le jeu qui le sépare de la partie radialement externe des aires de faces d'étanchéité A opposées. Cela régit à son tour le jeu entre les deux autres aires de faces d'étanchéité B opposées, entre la lèvre inférieure de la gorge 32 et la région 13, ainsi qu'entre l'aire de face d'étanchéité située à l'extérieur de la gorge 33 et celle située entre les gorges 22a, 32 et la surface opposée correspondante de la bague 16.
La construction représentée sur la fig. 18 est identique à celle de la fig. 10, sauf qu'un passage 715 est prévu pour le fluide-tampon et s'ouvre entre les deux anneaux d'étanchéité 723 dont un est comprimé dans une gorge annulaire prévue dans un prolongement cylindrique du contre-plateau 720, qu'un passage de communication 722 se termine dans une gorge annulaire 722a et que le passage 715a ainsi que l'organe d'étanchéité 736 sont omis, l'organe 736 étant remplacé par l'organe d'étanchéité annulaire 733a entre la face interne en échelons du piston 729 et une face coopérante en échelons du contre-plateau. Dans ce cas, au lieu que du fluide à une pression supérieure à celle régnant dans la région 13 ou dans la région 14 soit injecté entre les bords périphériques du point d'étanchéité, le passage 715 traversant le carter est raccordé à un point soumis à une pression inférieure à celle régnant dans la région 13 ou dans la région 14 pour extraire du fluide à une pression inférieure à celle régnant dans la région 14 à partir d'une zone annulaire située entre les faces d'étanchéité. La partie de grand diamètre 724 du contre-plateau fait partie de la face d'étanchéité 725 et le reste de la face d'étanchéité 725 est formé par le piston à ressort 729 qui constitue l'élément pouvant fléchir, la face d'étanchéité 725, lorsqu'elle n'est pas soumise à la pression de fluide, étant plane.
Comme la pression à laquelle le passage 715 est raccordé est inférieure à la pression régnant dans la région 13 ou dans la région 14, il se produit un écoulement de fluide vers l'intérieur entre une paire d'aires de faces d'étanchéité opposées A, à partir de la région 13 vers la zone annulaire définie par la gorge 722a, et un écoulement se produit à partir de la région 14 par l'alésage de l'arbre et, vers l'extérieur, entre une autre paire d'aires de faces d'étanchéité opposées B dans la gorge 722a.
Il existe donc un gradient de pression dans le passage d'écoulement échelonné entre les aires de faces d'étanchéité A à partir d'une pression maximale au niveau de la périphérie externe jusqu'à une pression minimale au niveau de la gorge annulaire 722a. Comme il y a toujours un jeu plus grand entre la partie des aires de faces opposées A formée par le piston 729 qu'entre la partie des aires de faces A formée par le contre-plateau 720 immédiatement à l'extérieur de la gorge 722a, cette dernière partie règle le jeu minimal entre les faces d'étanchéité 725, 730. De plus, le piston 729 et les ressorts 732 augmentent l'intervalle entre la partie externe des aires de faces A si le jeu minimal diminue, augmentant ainsi la pression entre ces aires de faces et produisant une force de séparation visant à rétablir l'intervalle initial.
Le jeu entre les aires de faces B de l'autre paire situées entre la périphérie interne et la gorge 722a peut être égal à celui présent dans la partie des aires de faces A immédiatement extérieure à la gorge ou, en variante, la partie de la face 725, formant une des aires de faces de la paire B, peut être décalée vers l'arrière de la partie située immédiatement à l'extérieur de la gorge, pour fournir un jeu accru entre les aires de faces opposées B.
L'aire située du côté droit du piston 729, qui est soumise à une pression moyenne moins élevée que le côté gauche, est dimensionnée par rapport à l'aire située du côté gauche d'une manière telle que la force nette due à la pression tende à déplacer le piston 729 vers la gauche, à l'encontre de la sollicitation des ressorts 732.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
9
637 454
Ainsi, dans cette réalisation, le jeu entre les faces d'étanchéité 725, 730 est réglé, les fuites s'écoulant dans la gorge 722a sont limitées et l'écoulement à partir de la région 13 soumise à la pression plus élevée vers la région 14 soumise à la pression moins élevée est évité. 5
Dans cette réalisation, le joint d'étanchéité 733a entre le contre-plateau 720 et le piston 729 peut être remplacé par un élément d'étanchéité disposé au ras de la face 725 sur le piston et le contre-plateau, comme décrit avec référence à la fig. 10, s'il le faut.
On comprendra que les formes d'exécution des fig. 5 à 9 et 11 à 14 peuvent être modifiées pour introduire un fluide-tampon à une pression plus élevée que celle de la région à haute pression 13,
suivant les lignes de la fig. 15.
Il ressort des dessins que, compte tenu du jeu minimal et de la convergence minimale indiqués plus haut, pour plus de clarté dans l'explication du fonctionnement des joints d'étanchéité au fluide, les dessins ne sont pas tracés à l'échelle, mais les jeux minimaux et maximaux entre les aires de faces d'étanchéité sont fortement exagérés.
R
7 feuilles dessins
Claims (12)
1. Joint d'étanchéité interfacial radial, caractérisé en ce qu'au moins une de ses deux faces d'étanchéité opposées (25, 30; 125, 130; 25, 230; 725, 730; 825, 830; 925, 930; 1025, 1030) comprend un élément annulaire élastique ou sollicité élastiquement (29; 129, 229, 529, 729, 829, 929,1129) pouvant fléchir sous l'effet de la pression existant entre les côtés (13,14) en amont et en aval, respectivement, de sa surface d'étanchéité, cet élément présentant intialement en direction radiale une surface d'étanchéité plane et fléchissant élastiquement dans des conditions de fonctionnement sous l'effet de la pression entre les faces d'étanchéité, pour permettre à l'une des faces d'étanchéité de se mouvoir axialement par rapport à l'autre pour former, entre elles, un jeu qui converge vers l'extérieur dans le sens radial.
2. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément pouvant fléchir comprend un anneau plat (29,129, 929,1129) en matière élastique flexible, qui fléchit dans des conditions de fonctionnement en régime permanent, pour déterminer une convergence continue.
2
REVENDICATIONS
3. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément pouvant fléchir est associé à un piston (529, 729, 829) qui est placé dans une cavité prévue dans la face d'étanchéité et qui peut être déplacé à l'encontre d'une charge élastique par une pression de fluide entre les faces d'étanchéité pour déterminer une convergence en échelons.
4. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément pouvant fléchir comprend une matière pouvant être usée par abrasion dont la surface (1025) formant face d'étanchéité a été usée par frottement pendant une opération de rodage.
5. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une seule face d'étanchéité (1025) comprend l'élément pouvant fléchir sous l'effet de la pression, l'autre face d'étanchéité (1030)
étant formée par la surface d'un élément fait d'une matière pouvant être usée par abrasion.
6. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément pouvant fléchir (929, 1129) comprend un organe flexible annulaire (929C, 1129C) comportant des parties annulaires rigides de renforcement (929A, 929B, 1129A, 1129B) qui partent d'une face et s'étendent respectivement autour de ses périphéries interne et externe, une des parties annulaires rigides (929B, 1129B) étant fixée à une périphérie de la face d'extrémité d'un des organes (916,1116) pouvant tourner l'un par rapport à l'autre et l'autre partie annulaire rigide (929A, 1129A) pouvant coulisser par rapport à l'autre périphérie de l'organe (916,1116), l'espace entre l'anneau flexible intermédiaire (929C, 1129C) de l'élément pouvant fléchir, et la face d'extrémité de l'organe (916,1116) étant raccordée à la région (14) du joint d'étanchéité soumise à la pression peu élevée.
7. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (929) pouvant fléchir est supporté par une bague (916) qui entoure un arbre (12) et est calée sur celui-ci de manière à tourner avec lui par un diaphragme annulaire (944) qui permet un déplacement limité de la bague (916) dans le sens axial de l'arbre.
8. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le jeu minimal entre les faces d'étanchéité se situe au niveau de leurs périphéries internes.
9. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens (15,22a, 715,722a) sont prévus pour introduire un fluide tampon, à une pression supérieure à celle du fluide présent dans la région (13) en amont du joint d'étanchéité, dans une zone annulaire d'une face d'étanchéité entre ses périphéries interne et externe.
10. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens (34, 35) sont prévus pour extraire du fluide d'une zone annulaire (32, 33) d'une face d'étanchéité entre ses périphéries interne et externe.
11. Joint d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre face (948,1148) de l'élément (29, 929,1129) pouvant fléchir sous l'effet de la pression, qui se trouve de l'autre côté de la face (30,930, 1130) sur laquelle agit le fluide de fuite et qui lui fait face, est sollicitée par la pression de fluide, la charge nette résultant de la pression de fluide et de la pression moyenne du fluide de fuite étant contrecarrée par les forces produites par la flexion de l'élément (29, 929,1129).
12. Joint d'étanchéité suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'élément (929,1129) pouvant fléchir sous l'effet de la pression est un élément annulaire qui comporte des parties annulaires rigides (929A, 929B, 1129A, 1129B) radialement interne et radialement externe supportant un élément élastique intermédiaire (929C, 1129C), l'autre face (948,1148) étant sollicitée, sur au moins une partie (948,1148) de la partie annulaire rigide d'amont (929B, 1129B), par la pression d'amont (13) du joint d'étanchéité et étant sollicitée, sur une partie restante de ladite partie annulaire (929B, 1129B) ainsi que sur l'élément intermédiaire (929C, 1129C), par la pression d'aval (14) du joint d'étanchéité, l'élément (929,1129) pouvant fléchir sous l'effet de la pression étant maintenu, de manière à ne pas se déplacer axialement, au niveau de l'autre partie annulaire (929A, 1129 A), afin d'assurer que le jeu entre les faces d'étanchéité converge dans le sens radial, vers la zone d'aval du joint d'étanchéité.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |