FR2519400A1 - Dispositif d'etancheite a contact axial pour arbres - Google Patents
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Abstract
LE DISPOSITIF D'ETANCHEITE A CONTACT AXIAL ASSURE L'ETANCHEITE ENTRE UN ARBRE ET UNE ENCEINTE. IL COMPREND UN COUPLE DE FROTTEMENT AYANT POUR ELEMENTS UNE GARNITURE D'ETANCHEITE CIRCULAIRE 7 PLACEE DANS LE LOGEMENT 10 D'UNE CAGE 9 REPOUSSEE PAR UN RESSORT 12 ET MOBILE DANS LE SENS AXIAL, ET UNE BAGUE RIGIDE 8. LA BAGUE RIGIDE 8 RELIEE DE MANIERE ETANCHE A L'ENCEINTE 2, SE DEPLACE DANS LE SENS DE L'AXE 4 DE L'ARBRE 1 ET PENETRE DANS LE LOGEMENT 10 DE LA CAGE 9 JUSQU'A CE QU'ELLE VIENNE S'APPUYER CONTRE LA GARNITURE D'ETANCHEITE 7. APPLICATION A LA REALISATION DE SYSTEMES D'ETANCHEITE OU L'ECHANGE DE LA GARNITURE PRINCIPALE D'ETANCHEITE EST POSSIBLE SANS QU'IL SOIT NECESSAIRE DE DEMONTER L'ENSEMBLE DU DISPOSITIF.
Description
DISPOSITIF D'ETANCHEITE A CONTACT
AXIAL POUR ARBRES
La présente invention concerne les dispositifs d'étanchéité et a notamment pour objet un dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres tournants.
AXIAL POUR ARBRES
La présente invention concerne les dispositifs d'étanchéité et a notamment pour objet un dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres tournants.
L'invention peut être utilisée de la maniere la plus efficace pour realiser I'étanchéité des arbres tournants de pompes et de turbines hydrauliques. Le dispositif d'étanchéité faisant l'objet de l'invention peut egalement etre utilisé pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants à l'endroit de leur sortie d'une enceinte contenant des gaz ou des liquides.
L'efficacité et la durée de vie des pompes hydrauliques, des turbines, des appareils chimiques, ainsi que de beaucoup d'autres genres de materiel dépendent dans une grande mesure de l'étanchéité des arbres d'entrainement qu'ils comportent.
Actuellement, les dispositifs d'etanchéité les plus efficaces pour les arbres sont ceux à contact axial. Cela s'explique par le fait que l'on obtient ainsi une bonne étanchéité avec ce genre de dispositifs d'étanchéité, une longue durée de vie, une mise en action automatique et une bonne capacité à retenir les pressions élevées du milieu isolé par le dispositif d'étanchéité. Pour cette raison, les dispositifs d'étanchéité à contact axial remplacent de plus en plus les dispositifs d'étanchéité à contact radial à garniture de presse-étoupe pour les arbres.
Toutefois, les dispositifs d'étanchéité à contact axial sont assez coûteux et nécessitent le montage de toute la machine pour etre remplacés.
I1 en résulte des restrictions d'emploi des dispositifs d'étanchéité à contact axial dans les machines hydrauliques produites en grandes et très grandes séries.
Le problème de la création d'un dispositif d'étanchéité à contact axial peu coûteux et n'exigeant pas le montage de l'ensemble pour être remplacé revêt ainsi une grande actualité.
On connaît un dispositif d'êtanchéité à contact axial pour arbres (brevet britannique n" 1111615) comprenant un couple de frottement dont les éléments sont une garniture d'étanchéité circulaire et une bague rigide.
La garniture d'étanchéité circulaire est disposée dans le logement d'une cage mobile dans le sens axial, repoussée par un ressort et montée dans le corps. La face de la garniture d'étanchéité circulaire faisant saillie sur les bords du logement de la cage mobile dans le sens axial, est serrée contre la face de la bague rigide tournée vers cette garniture.
La bague rigide est fixée sur l'arbre et rendue étanche par rapport à ce lui-ci.
Un tel mode de réalisation du dispositif d'étanchéité à contact axial en diminue notablement le coût et permet de remplacer l'élément à usure rapide (la garniture d'étanchéité) du couple de frottement, sans qu'il soit necessaire de démonter l'ensemble.
Ce dispositif d'étanchéité connu est toutefois inapte à assurer l'étanchéité lorsqu'il s'agit d'étancher un milieu fluide sous pression, car la garniture d'étanchéité circulaire présente une faible rigidité et la cage mobile dans le sens axial est réalisée de manière à etre repoussée à distance de la bague rigide sous l'action de la pression regnant dans le milieu fluide et il se produit des fuites. Pour cette raison il n'est pas beaucoup employé dans la pratique.
On connaît un autre dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres (certificat d'auteur de l'URSS n" 918607) comprenant un couple de frottement constitué d'une garniture d'étanchéité circulaire et d'une bague rigide sous la forme d'une cuvette cylindrique ouverte du côté de la garniture d'étanchéité circulaire.
La bague rigide est montée de façon étanche sur l'arbre tournant et est fixée sur celui-ci. La garniture d'étanchéité circulaire est disposée dans un logement cylindrique réalisé dans la face d'une cage mobile dans le sens axial et disposee dans 1 'alésage cylindrique du couvercle du corps tout en étant rendue étanche par rapport a cet alésage. Le diamètre interieur de la paroi cylindrique extérieure du logement, qui présente le plus grand diamètre, est supérieur au diamètre de la surface cylindrique de la cage montée dans le couvercle du corps.
Pour empêcher la cage mobile dans le sens axial d'effectuer des déplacements angulaires par rapport au couvercle du corps sous l'action des réactions de frottement, on a prevu des tenons s'engageant dans des rainures de la cage mobile dans le sens axial. Le logement est réalisé de manière que la bague rigide puisse y pénétrer avec un faible jeu radical, prallèlement à l'axe de l'arbre jusqu'à ce qu'elle vienne s'appuyer contre la garniture d'étanchéité. La bague rigide ferme pratiquement le logement en formant une enceinte presque close, ce qui permet d'augmenter la capacite portante du couple de frottement.
Dans le dispositif d'étanchéité ainsi réalisé, le remplacement periodique de la garniture d'étanchéité circulaire necessite un déplacement axial assez important du couvercle du corps et de la cage mobile dans le sens axial, ce qui exige de laisser libre une zone entretien très etendue,
Cette disposition restreint les possibilités d'utilisation de ce type de dispositif d'étanchéité dans les cas où les cotes d'encombrement axiales de la machine doivent etre reduites au minimum
Un battement radial important de l'arbre ou un désaxage entre le corps de la machine et l'arbre- conduit à remplacer assez frequemment la garniture d'étanchéité, ce qui complique l'utilisation du dispositif d'é étanchéité à contact axial.Etant donné les faibles jeux radiaux existant entre la bague rigide et les parois cylindriques du logement de la cage mobile dans le sens axial, il se produit des usures qui conduisent à l'ex- pulsion et au refoulement de la garniture d'étanchéité circulaire dans ce jeu radial qui augmente au fur et à mesure de l'usure au cours du service.
Cette disposition restreint les possibilités d'utilisation de ce type de dispositif d'étanchéité dans les cas où les cotes d'encombrement axiales de la machine doivent etre reduites au minimum
Un battement radial important de l'arbre ou un désaxage entre le corps de la machine et l'arbre- conduit à remplacer assez frequemment la garniture d'étanchéité, ce qui complique l'utilisation du dispositif d'é étanchéité à contact axial.Etant donné les faibles jeux radiaux existant entre la bague rigide et les parois cylindriques du logement de la cage mobile dans le sens axial, il se produit des usures qui conduisent à l'ex- pulsion et au refoulement de la garniture d'étanchéité circulaire dans ce jeu radial qui augmente au fur et à mesure de l'usure au cours du service.
On s'est donc proposé de créer un dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres dans lequel la cage (mobile dans le sens axial)contenant la garniture d'étanchéité circulaire, et la bague rigide soient disposés de tell-e manière que soient réduites au minimum les cotes axiales de la zone réservée dans la machine pour le montage et l'entretien du dispositif d'étanchéité à contact axial, et de manière à rendre celui-ci plus simple et son utilisation plus aisée.
Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif d'étanchéité à contact axial assurant l'étanchéité entre un arbre tournant et la paroi d'une enceinte et comprenant: un couple de frottement dont les éléments sont disposés de manière coaxiale par rapport à l'arbre, une garniture d'étan chéité circulaire placée dans le logement d'une cage repoussée par un ressort etriobile dans le sens axial > et une bague rigide qui, en se deplaçant
parallèlement à l'axe de l'arbre, pénètre dans le logement de la cage mobile axialement jusqu'à ce qu'elle vienne s'appuyer contre la garniture d'étan
chiite et ferme pratiquement ce logement, l'un des éléments du couple à
frottement étant relié de manière étanche à l'arbre et l'autre, a la parsi
de l'enceinte, caractérisé, selon l'invention, en ce que la liaison etanche entre l'arbre et l'un des éléments du couple de frottement, constitue par la garniture d'etanchéité, est obtenue grâce au fait que la cage mobile dans le sens axial est montée sur l'arbre et que l'autre élément du couple à frottement, relié de manière étanche à la paroi de I'enceinte, est constitué par la bague rigide.
parallèlement à l'axe de l'arbre, pénètre dans le logement de la cage mobile axialement jusqu'à ce qu'elle vienne s'appuyer contre la garniture d'étan
chiite et ferme pratiquement ce logement, l'un des éléments du couple à
frottement étant relié de manière étanche à l'arbre et l'autre, a la parsi
de l'enceinte, caractérisé, selon l'invention, en ce que la liaison etanche entre l'arbre et l'un des éléments du couple de frottement, constitue par la garniture d'etanchéité, est obtenue grâce au fait que la cage mobile dans le sens axial est montée sur l'arbre et que l'autre élément du couple à frottement, relié de manière étanche à la paroi de I'enceinte, est constitué par la bague rigide.
Le fait de monter sur l'arbre la cage mobile dans le sens axial contenant la garniture d'étanchéité circulairefpermet de réduire au minimum la cote axiale de la zone nécessaire pour l'entretien du dispositif d'étanchéité dans les machines utilisant le dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres faisant l'objet de l'invention.
Ces resultats sont obtenus du fait que la cage mobile dans le sens axial est repoussée par le ressort servant d'organe d'expulsion, et peut ainsi facilement être sortie de 1 'enceinte après le démontage du couvercle de cette enceinte.
Le fait que la cage mobile dans le sens axial est repoussee du corps de l'enceinte et que son logement est ouvert du côté du couvercle de l'enceinte permet de simplifier l'entretien, de retirer la garniture d'étanchéité usee et de la remplacer par une garniture neuve avec un deplacement axial minimal du couvercle de l'enceinte. Ceci permet, par exemple, d'utiliser l'invention dans les pompes centrifuges les plus courantes et conformes à la norme internationale ISO 2858, où la distance axiale laisse libre pour le déplacement du couvercle d'une enceinte est limitée.On doit noter que la réduction de la cote axiale de la zone necessaire pour le montage et l'entretien du dispositif d'étanchéité à contact axial, permet d'en diminuer le poids et d'améliorer les caracteristiques d'utilisation des pompes hydrauliques, des turbines et d'autres machines qui sont équipées du dispositif d'étanchéité selon l'invention.
Le dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres est plus simple car la bague rigide peut être réalisée de manière à faire corps avec le couvercle de l'enceinte.
il est preferable que la liaison de la bague rigide avec la paroi de l'enceinte soit réalisée de maniere qu'elle puisse être déplacée dans le sens radial par rapport à la paroi de l'enceinte, pour assurer le centrage de la bague rigide par rapport à l'axe de l'arbre.
Ce mode de liaison permet de compenser les battements de l'arbre et les désaxages apparaissant entre l'arbre et l'enceinte qui, avec une bague rigide solidaire de l'enceinte, provoquent une augmentation nuisible des jeux radiaux entre la bague rigide et le logement de la cage mobile dans le sens axial par suite de l'usure de ces éléments.
il est avantageux que l'une des parois du logement de la cage mobile dans le sens axial soit formée par la surface de l'arbre.
Ce mode de réalisation permet de se passer d'un dispositif supplementaire assurant l'étanchéité entre l'arbre et la cage mobile dans le sens axial. En outre, il permet d'utiliser le dispositif d'étanchéité à contact axial selon l'invention même pour des temperatures élevées du milieu fluide a étancher lorsque l'utilisation de bagues en caoutchouc ou en téflon pour l'étanchéité entre l'arbre et la cage mobile dans le sens axial est difficile.
Une condition indispensable au fonctionnement normal du dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres consiste à réduire au minimum le frottement pendant les déplacements de la cage mobile dans le sens axial.
Comme l'ont démontré des essais effectués à ce sujet, lorsque le dispositif d'étanchéité à contact axial comprend une garniture d'étanchéité qui est en contact avec l'arbre tournant, il se produit, à certains régimes de rotation et avec certains matériaux, une diminution de la mobilité de la garniture d'étanchéité par rapport à l'arbre.
il est également préférable de disposer dans le logement de la cage mobile dans le sens axial une bague montée librement sur l'arbre et dont l'une d es faces est en appui sur le fond du logement, alors que son autre face est placée a une certaine distance de la surface de la bague rigide tournée vers cette face.
Ce mode de réalisation permet de diminuer la surface de contact entre la garniture d'étanchéité et l'arbre et donc de diminuer les réactions de frottement, tout en conservant la pression spécifique exercée sur l'arbre par la garniture d'étanchéité. Il en résulte une amélioration de la mo bilité de la cage mobile dans le sens axial contenant la garniture détan- chiite circulaire. Cette disposition améliore la sécurité de fonctionnement et l'étanchéité du dispositif d'étanchéité à contact axial.
il est avantageux que le fond du logement de la cage mobile dans le sens axial, transversalement par rapport à l'axe de l'arbre, forme une surface conique dont le sommet est placé sensiblement sur l'axe de l'arbre et du côté de l'emplacement de la bague rigide.
Ce mode de réalisation permet non seulement de diminuer la surface de contact entre l'arbre et la garniture d'étanchéité, mais aussi de réduire la pression spécifique sur cette zone de contact.
La diminution de la pression spécifique resulte du fait que le contact de la surface conique du fond de la cage avec la garniture d'étanchéité circulaire engendre une force dont l'une des composantes est orientée dans le sens radial par rapport à la surface de l'arbre.
Le centrage de la cage mobile dans le sens radial, par rapport à l'axe de l'arbre diminue l'usure des surfaces cylindriques adjacentes du logement de la cage mobile dans le sens axial et de la bague rigide. Toutefois, comme ce centrage est assuré par les parois cylindriques du logement, il se produit un contact entre lesdites parois et la bague rigide.
il est également préférable que la face frontale de la bague rigide appuyée contre la garniture d'étanchéité soit profilée pour centrer la bague rigide par rapport à la garniture d'étanchéité.
Ce profilage est réalisé de maniere que l'enfoncement de la bague rigide dans la garniture d'étanchéité circulaire engendre des forces tendant a centrer la bague rigide par rapport à la garniture d'étanchéité circulaire tournante, donc par rapport à l'axe de l'arbre.
Ainsi le dispositif d'etancheite à contact axial pour arbre faisant l'objet de l'invention permet de réduire les dimensions de la zone nécessaire pour son montage et son entretien, de simplifier le dispositif d'é tanchéité et de faciliter son entretien.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description de différents modes de rea- lisation,faite à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexe où:
- la figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale, le
dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres,
selon l'invention;
- la figure 2 représente en couple longitudinale, une variante de
réalisation du même dispositif dans laquelle la liaison
entre la bague rigide et la paroi de l'enceinte est réa
lisée de façon qu'elle puisse se déplacer dans le sens
radial par rapport a la paroi de l'enceinte; ;
- la figure 3 représente une variante de réalisation du même disposi
tif que sur la figure 2, dans laquelle la surface inté
rieure du logement de la cage est formée par la surface
de l'arbre;
- la figure 4 représente, toujours en coupe longitudinale, une variante
de réalisation de la figure 3, dans laquelle le logement
de la cage mobile dans le sens axial renferme une bague
montée librement sur l'arbre, selon l'invention; - la figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif
de la figure 3, dans laquelle le fond du logement de
la cage, par rapport a l'axe de l'arbre, forme trans
versalement une surface conique;; - la figure 6 représente une variante de réalisation du dispositif
de la figure 2, dans laquelle la surface de la bague
rigide tournée vers le fond du logement et appuyée con
tre la garniture d'étanchéité est profilee de manière à
former un cône dont le sommet se trouve dans l'axe de
l'arbre et du côté du couvercle de l'enceinte, en coupe
longitudinale, selon l'invention; - la figure 7 représente schématiquement une partie du dispositif
d'étanchéité a contact axial représenté sur la figure 6,
notamment le couple de frottement, la cage à ressort mo
bile dans le sens axial et l'arbrefdans une variante de
réalisation dans laquelle la surface d'appui de la bague
rigide est profilée sous forme d'une partie de tore;; - la figure- 8 représente une variante de réalisation du dispositif re
présente sur la figure 7, dans laquelle la surface d'ap
pui de la bague rigide est profilée sous forme d'un plan
portant une arête centrale; - la figure 9 représente une variante de réalisation du dispositif de
la figure 7, dans laquelle la surface d'appui de la ba
gue rigide est profilée de manière à presenter une rai
nure circulaire dans sa partie centrale; - la figure 10 représente une variante de réalisation du dispositif de
la figure 7, dans laquelle la surface d'appui de la bague
rigide est concave et formée par deux surfaces coniques
coaxiales qui se coupent au centre de la bague;; - la figure 11 représente schématiquement, en coupe longitudinale, le
même dispositif d'étanchéité à contact axial que la fi
gure 3, dans une variante de réalisation de l'invention
dans laquelle la surface de la bague rigide est profilée
en forme de surface conique dont le sommet se trouve sur
l'axe de l'arbre et du côté de la cage mobile dans le
sens axial.
- la figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale, le
dispositif d'étanchéité à contact axial pour arbres,
selon l'invention;
- la figure 2 représente en couple longitudinale, une variante de
réalisation du même dispositif dans laquelle la liaison
entre la bague rigide et la paroi de l'enceinte est réa
lisée de façon qu'elle puisse se déplacer dans le sens
radial par rapport a la paroi de l'enceinte; ;
- la figure 3 représente une variante de réalisation du même disposi
tif que sur la figure 2, dans laquelle la surface inté
rieure du logement de la cage est formée par la surface
de l'arbre;
- la figure 4 représente, toujours en coupe longitudinale, une variante
de réalisation de la figure 3, dans laquelle le logement
de la cage mobile dans le sens axial renferme une bague
montée librement sur l'arbre, selon l'invention; - la figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif
de la figure 3, dans laquelle le fond du logement de
la cage, par rapport a l'axe de l'arbre, forme trans
versalement une surface conique;; - la figure 6 représente une variante de réalisation du dispositif
de la figure 2, dans laquelle la surface de la bague
rigide tournée vers le fond du logement et appuyée con
tre la garniture d'étanchéité est profilee de manière à
former un cône dont le sommet se trouve dans l'axe de
l'arbre et du côté du couvercle de l'enceinte, en coupe
longitudinale, selon l'invention; - la figure 7 représente schématiquement une partie du dispositif
d'étanchéité a contact axial représenté sur la figure 6,
notamment le couple de frottement, la cage à ressort mo
bile dans le sens axial et l'arbrefdans une variante de
réalisation dans laquelle la surface d'appui de la bague
rigide est profilée sous forme d'une partie de tore;; - la figure- 8 représente une variante de réalisation du dispositif re
présente sur la figure 7, dans laquelle la surface d'ap
pui de la bague rigide est profilée sous forme d'un plan
portant une arête centrale; - la figure 9 représente une variante de réalisation du dispositif de
la figure 7, dans laquelle la surface d'appui de la ba
gue rigide est profilée de manière à presenter une rai
nure circulaire dans sa partie centrale; - la figure 10 représente une variante de réalisation du dispositif de
la figure 7, dans laquelle la surface d'appui de la bague
rigide est concave et formée par deux surfaces coniques
coaxiales qui se coupent au centre de la bague;; - la figure 11 représente schématiquement, en coupe longitudinale, le
même dispositif d'étanchéité à contact axial que la fi
gure 3, dans une variante de réalisation de l'invention
dans laquelle la surface de la bague rigide est profilée
en forme de surface conique dont le sommet se trouve sur
l'axe de l'arbre et du côté de la cage mobile dans le
sens axial.
Le dispositif d'étanchéité a contact axial pour arbres représenté sur la figure 1 est destiné, selon l'invention, à assurer l'étanchéité entre un arbre 1 (figure 1) et une enceinte 2.
L'enceinte 2 est dotée d'un couvercle 3 dont le montage étanche est assure par un moyen connu et qui est dispose perpendiculairement à l'axe 4 de l'arbre 1 et doté d'un alésage central (non représenté) traverse par l'arbre 1.
Le couvercle 3 de l'enceinte 2 est également doté d'un epaulement 5 servant à le centrer par rapport à la surface intérieure cylindrique de la paroi 6 de l'enceinte 2. Le dispositif d'étanchéité à contact axial de l'arbre 1 comprend un couple de frottement constitué d'une garniture d'étanchéité circulaire 7 et d'une bague rigide 8 disposés dans l'enceinte 2 coaxialement à l'arbre 1.
Une cage 9 mobile dans le sens axial est montée sur l'arbre 1 et comporte un logement annulaire 10 recevant la garniture d'étanchéité 7 et ouvert du côté ducouvercle 3. La cage 9 est dotée d'un prolongement annulaire 11 s'étendant vers la gauche parallèlement à la surface de l'arbre 1 sur la figure 1. Sur le prolongement annulaire 11 est monté un ressort 12 servant à repousser axialement la cage 9. Une des extremites du ressort 12 s'appuie sur la cage 9 tandis que l'autre s'appuie sur une pièce annulaire 13 fixée rigidement sur l'arbre 1 par un moyen connu. L'étanchéité entre la cage 9 et l'arbre 1 est obtenue à l'aide d'une bague d'étanchéité 14 montée'dans un rainure (non représentée) de la cage 9, et appliquee contre la surface de l'arbre 1.Dans le prolongement annulaire 11 de la cage 9 est menagee une rainure longitudinale 15 dans laquelle est engagéeune broche cylindrique 16 fixée sur l'arbre 1. La bague rigide pénetre dans le logement 10 de la cage 9 parallèlement à l'axe 4 de l'arbre pour venir en butée contre la garniture d'étanchéité 7 et ferme ainsi pratiquement le logement 10 de la cage 9. La bague rigide 8 est montée de manière étanche dans le couvercle 3 de l'enceinte 2 et en est solidaire comme représenté en l'occurrence.
Ce mode de liaison des éléments du couple de frottement (de la garniture d'étanchéité 7 avec l'arbre 1 et de la bague rigide 8 avec l'enceinte 2) permet de réduire au minimum les cotes axiales du dispositif d'étan chéite à contact axial et de sa zone d'entretien et de simplifier son utilisation, car le ressort 12 set à repousser la cage hors de l'enceinte 2, lorsque le couvercle 3 est enleve en vue de remplacer la garniture d'étan chéite 7. Le fait de réaliser la cage 9 de manière qu'elle soit ouverte du côté du couvercle 3 de l'enceinte 2 contribue ainsi à faciliter le remplacement de la garniture d'étanchéité 7. Le fait que la bague rigide 8 soit solidaire du couvercle 3 permet de simplifier le dispositif d'étanchéité à contact axial de l'arbre 1.
En cas de défaut d'alignement de la surface cylindrique 6 de l'enceinte 2 par rapport à l'arbre 1 ou de battement radial de l'arbre 1, on utilise le mode de réalisation représenté sur la figure 2. Dans ce cas, les principaux éléments du dispositif sont réalisés et disposés essentiellement de la meme façon que dans le dispositif représenté sur la figure 1, à l'exception de la bague rigide 17 qui est raccordée a la face interieure du couvercle 18 de l'enceinte 2.
Dans la bague rigide 17 est pratiquee une rainure circulaire frontale (non représentée) dans laquelle est placée une bague d'étanchéité 19 assurant l'étanchéité entre la bague rigide 17 et le couvercle 18. La bague rigide 17 est reliée au couvercle 18 de l'enceinte 2 à l'aide de broches 20 engagées dans des rainures radiales 21 pratiquées dans la face de la bague rigide 17, tournée vers le couvercle 18. Les rainures radiales 21 présentent une longueur et une largeur telles que la bague rigide 17 puisse se déplacer dans le sens radial par rapport aux broches 20 d'une valeur égale à la valeur du battement radial de l'arbre 1 ou à la valeur du défaut d'alignement de l'arbre par rapport à la surface intérieure cylindrique 6 de l'enceinte 2.
Ce mode de réalisation permet de conserver des jeux radiaux minimaux entre les surfaces latérales cylindriques des parois du logement 10 et de la bague rigide 17, ces jeux déterminant la durée de vie du dispositif d'étanchéité à contact axial, comme il a été signalé plus haut.
Dans les cas où le milieu fluide a étancher risque d'attaquer les bagues d'étanchéité en caoutchouc ou en teflon (les bagues 14 en 1 'occurren- ce),par exemple à température élevée, ainsi que dans le but de simplifier au maximum le dispositif d'étanchéité à contact axial, on a recours au modede réalisation représenté sur la figure 3. La réalisation et la disposition des principaux éléments du dispositif sont les mêmes que dans le dispositif représenté à la figure 2, à l'exception de la cage 22 qui est mobile dans le sens axial et montée sur l'arbre 1 de manière à ménager un faible jeu. La garniture 7 est montée dans un logement 23 ouvert du côté de l'arbre 1 qui forme sa paroi intérieure. La garniture d'étanchéité circulaire 7 disposée dans le logement 23 agit de manière à centrer la cage mobile 22 par rapport à l'arbre 1.
Pour améliorer l'étanchéité du dispositif d'étanchéité à contact axial on utilise le mode de réalisation représenté sur la figure 4. La réalisation et la disposition des principaux éléments y sont les mêmes que dans le dispositif représenté sur la figure 3, sauf que le logement 23 renferme une bague 24 montée librement sur l'arbre 1. Le bord 25 de la bague 24 est en contact avec le fond 26 du logement 23. Le bord opposé 27 de la bague 24 se trouve à une certaine distance de la face de la bague rigide 17, qui est en contact avec la garniture d'étanchéité circulaire 7.
Grâce à la diminution de la surface de contact entre la garniture d'étanchéité circulaire 7 et l'arbre 1, on obtient une diminution des forces de frottement qui permet d'assurer un contact plus efficace entre la garniture 7 et la bague rigide 17.
Une autre variante de réalisation permettant également d'atteindre ce but est représentée sur la figure 5.
La réalisation et la disposition des principaux éléments sont les mêmes que sur la figure 3, sauf le mode de réalisation du fond 28 du logement 10 de la cage 22 mobile dans le sens axial . Le fond 28 du logement 10dans le sens transversal par rapport à l'axe 4 de l'arbre 1, forme une surface conique dont le sommet se trouve sur l'axe 4 de l'arbre 1 et du côté de la bague rigide 17.
Pour améliorer la securite de fonctionnement du dispositif d'étan chéité à cpntact axial, on utilise le mode de réalisation représenté sur la figure 6. Les principaux éléments sont réalisés et disposés d'une fa çon identique à celle du dispositif représenté sur la figure 2. La différence consiste dans le mode de réalisation de la bague rigide 17. Sa face frontale 29 portant sur la garniture d'étanchéité circulaire 7 est prof-ilée et réalisée en l'occurrence sous la forme d'un cône dont le somment se trouve sensiblement sur l'axe 4 de l'arbre 1 du côté du couvercle 18 de l'enceinte 2. Cette disposition permet de centrer la bague rigide 17 par rapport à la garniture d'étanchéité 7 et donc par rapport à l'axe4 de l'arbre 1.
Le centrage de la bague rigide 17 par rapport à la garniture d'étanchéité circulaire tournante 7 permet d'éviter qu'elle ne vienne en contact avec les parois du logement 10. Cette disposition permet, à son tour, d'éviter l'usure de leurs surfaces cylindriques conjuguées qui risquerait de se produire en cas de contact, et de conserver des jeux radiaux invariables entre lesdites surfaces.
Le mode de profilage de la surface 29 représenté est simple à fabriquer et permet d'assurer une pression maximale au contact de la bague rigide 17 avec la garniture d'étanchéité circulaire 7 du côté du milieu fluide a étancher. Cette disposition permet d'améliorer la securité de fonctionnement du dispositif d'étanchéité à contact axial en présence de particules abrasives.
Pour améliorer l'étanchéité du dispositif d'étanchéité à contact axial, tout en conservant les avantages presentes par le centrage de la bague rigide par rapport à la garniture d'étanchéité circulaire, on a recours au mode de réalisation représenté sur la figure 7. Les principaux éléments y sont realisés et disposés d'une manière identique à celle du dispositif représenté sur les figures 2 et 6. La différence consiste dans le mode de réalisation de la face frontale profilée 30 de la bague rigide 17, qui s'enfonce dans la garniture d'étanchéité circulaire 7. Cette face frontale profilée présente une section bombée en forme de portion de tore.
Avec ce mode de réalisation on peut obtenir une pression spécifique bien plus grande dans le couple de frottement sans risque d'expulsion de la garniture d'étanchéité circulaire 7 dans le cas où il existe des jeux radiaux entre la bague rigide 17 et le logement 1Q de la cage 9 mobile dans le sens axial.
Pour obtenir une bonne étanchéité et une longue durée de vie du dispositif d'étanchéité à contact axial dans des milieux contenant de particules abrasives, on a recours au mode de réalisation représenté sur la figure 8. Les principaux éléments y son réalisés et disposés d'une façon identique à celle du dispositif représenté sur les figures 2 et 6.
La différence consiste en ce que la surface 31 de la bague rigide 17 est profilée sous forme d'un plan représentant une arête circulaire en saillie 32 qui est coaxiale par rapport aux surfaces latérales cylindriques de la bague rigide 17 rentrant dans le logement 10 de la cage 9 mobile dans le sens axial. L'arête circulaire en saillie 32 s'incruste dans la garniture d'étanchéité circulaire 7, en assurant ainsi le centrage de la bague rigide 17.
La figure 9 représente un mode de réalisation du dispositif d'étanchéité à contact axial, dans lequel la réalisation et la disposition des principaux éléments sont identiques aux modes de réalisation décrits plus avant et représentés sur les figures 2, 6, 7 et 8. La difference consiste dans le mode de profilage de la surface frontale 33 de la bague rigide 17.
La surface frontale 33 est réalisée sous forme d'un plan doté d'une rainure circulaire en creux 34 dans sa partie centrale. La rainure circulaire
34 dans laquelle pénetre la garniture d'étanchéité circulaire 7, assure le
centrage de la bague rigide 17. Le fait de prévoir la rainure circulaire 34 permet d'améliorer les conditions de graissage du couple de frottement, ce qui augmente la durée de service du dispositif d'étanchéité à contact axial.
34 dans laquelle pénetre la garniture d'étanchéité circulaire 7, assure le
centrage de la bague rigide 17. Le fait de prévoir la rainure circulaire 34 permet d'améliorer les conditions de graissage du couple de frottement, ce qui augmente la durée de service du dispositif d'étanchéité à contact axial.
La figure 10 représente un mode de réalisation du dispositif d'é tanchéite à contact axial dans lequel la réalisation et la disposition des principaux éléments sont indentiques aux modes de réalisation représentés sur les figures 2, 6, 7, 8 et 9, sauf le mode de profilage de la surface frontale 35 de la bague rigide 17, qui est concave et formée par deux surfaces coniques qui se coupent sensiblement au centre de la section de la bague et sont coaxiales à la bague rigide 17.
Un tel mode de réalisation de la surface 35 permet de bien centrer la bague rigide 17 par rapport à la garniture d'étanchéité circulaire 7 et de diminuer le risque qu'elle soit expulsee dans le jeu radial existant entre le logement 23 et la bague rigide 17. Un tel mode de réalisation est simple a fabriquer.
La figure 11 représente un mode de réalisation du dispositif d'é tanchéité à contact axial dans lequel les principaux éléments sont realisés et disposés de maniere identique au mode de réalisation décrit plus haut et représenté sur la figure 3. Ce mode de réalisation differe en ce que lasurface 36 de la bague rigide 17 est profilée sous forme d'une partie de surface conique dont le sommet se trouve sur l'axe 4 de l'arbre 1 et est tourné du côté de la cage 22 mobile dans le sens axial. Dans ce cas, en plus de l'effet de centrage de la bague rigide 17 par rapport à la -garniture d'étanchéité circulaire 7, on diminue -les forces de frottement de la garniture d'étanchéité circulaire 7 sur l'arbre 1.Cette diminution des forces de frottement provient de la diminution de la surface de contact entre l'arbre 1 et la garniture d'étanchéité circulaire 7, ainsi que de la diminution de la pression spécifique exercée par cette dernière sur l'arbre 1, c'est-à-dire que l'effet obtenu est analogue à celui décrit plus haut et réalisé dans le dispositif représenté sur la figure 5.
Il est également possible de combiner les modes de réalisation représentés sur les figures 3 et 11 avec n'importe laquelle des variantes de profilage de la surface frontale de la bague rigide 17. D'autres variantes de profilage de la surface frontale de la bague rigide 17 sont également possibles à condition qu'elles permettent de créer dans le couple de frottement des forces radiales agissant sur la bague rigide 17 mobile dans le sens radial de maniere à la centrer par rapport à la garniture d'étanchéité circulaire tournante 17.
Le fonctionnement du dispositif d'étanchéité à contact axial faisant l'objet de l'invention est le suivant.
Sous l'action de la pression du milieu fluide retenu dans 1 'enceinte 2 et du ressort 12, la cage mobile dans le sens axial (9 pour les figures 1, 2, 6, 7, 8, 9, 10 et respectivement 22 pour les figures 3, 4, 5, 11) se déplace vers la droite. La garniture d'étanchéité 8 placée dans le logement (10 pour les figures 1, 2, 6, 7, 8, 9, 10 et respectivement 23 pour les figures 3, 4, 5, 11) se trouve alors pressée contre~la bague rigide 8 de la figure 1 ou la bague 17 des figures 2 à 11. L'étanchéité entre la cage 9 mobile dans le sens axial et l'arbre 1 est assuree à l'aide de la bague d'étanchéité 14. L'étanchéité entre la cage 22 mobile dans le sens axial et l'arbre 1 est assuree par le serrage contre l'arbre 1 grâce à sa déformation transversale, de la garniture d'étanchéité circulaire 7.
Le fait de disposer la garniture d'étanchéité 7 dans un espace pratiquement fermé permet d'assurer une haute capacité portante du couple de frottement.
Les particularités de fonctionnement et d'utilisation du dispositif d'étanchéité à contact axial faisant l'objet de l'invention ont éte indiquées plus haut. En cas de remplacement de la garniture d'étanchéité circulaire 7, le couvercle 3 de la figure 1 ou le couvercle 18 des figures 2 à 11 est séparé de l'enceinte 2 et repoussé vers la droite. La cage mobile dans le sens axial (9 pour les figures 1, 2, 6, 7, 9,10 et respectivement 22 pour les figures 3, 4, 5, 11)est alors facilement repoussée vers la droite par le ressort 12, ce qui facilite la dépose de la garniture d'éétanchéité circulaire 7 usée et le montage de la garniture neuve dans le logement 10 des figures 1, 2, 6, 7, 8, 9, 10 ou 23 des figures 3, 4, 5, 11.Le déplacement axial minimal nécessaire du couvercle 3 de la figure 1 ou 18 des figures 2 à 11 pour assurer le dégagement de la garniture 7 est alors égal à l'épaisseur de la garniture d'étanchéité 7. Le mode de montage de la garniture d'étanchéité 7 dans le logement 10 ou 23 est identique au mode de montage de la garniture d'étanchéité 7 dans les dispositifs d'étanchéité connu contact radial. Lorsque le couvercle 3 ou 18 est remis en place sur l'enceinte 2, la bague rigide 8 ou 17 rentre automatiquement dans le logement 10 ou 23.
Un certain nombre de prototypes du dispositif d'étanchéité selon l'invention ont été fabriqués et essayés sous tous les aspects. La durée de vie et l'étanchéité des prototypes du dispositif d'étanchéité à contact axial selon l'invention qui ont été testés s'approchent de celles des dispositifs d'étanchéité à contact axial comprenant des couples de frottement composés de bagues dures rodées.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'hommede l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.
Claims (6)
1.- Dispositif d'étanchéité à contact axial assurant ltétanchéite entre un arbre et une enceinte et comprenant: un couple de frottement dont les éléments sont disposés coaxialement par rapport à arbre, une garniture d'étanchéité circulaire placée dans le logement d'une cage repoussee par un ressort et mobile dans le sens axial, et une bague rigide qui, en se déplaçant parallèlement à l'axe de l'arbre, pénètre dans le logement de la cage mobile dans le sens axial jusqu'a ce qu'elle vienne s'appuyer contre la garniture d'étanchéité et fermer pratiquement le logement de la bague, l'un des éléments du couple de frottement étant relié de manière étanche à l'arbre et l'autre à l'enceinte, caractérisé en ce que la liaison etanche entre l'arbre (1) et l'un des éléments du couple de frottement constitue par la garniture d'étanchéité (7), est assurée du fait que la cage (9) mobile dans le sens axial est montée sur l'arbre (1), et que l'autre élément du couple de frottement, relié de manière étanche à l'enceinte (2) est constitué par la bague rigide (8).
2.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague rigide (17) est reliee à l'enceinte (2) de manière qu'elle puisse se deplacer dans le sens radial par rapport à l'enceinte (2) pour assurer le centrage de la bague rigide (17) par rapport à l'axe (4) -de l'arbre (1).
3.-Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'une des parois du logement (23) de la cage (22) mobile dans le sens axial est formée par la surface de l'arbre (1).
4.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que le logement (23) de la cage (22) mobile dans le sens axialtrenferme une bague (24) montée librement sur l'arbre (1) et dont l'une des faces (25) est en appui sur le fond (26) du logement (23) et dont l'autre face (27) se trouve à une certaine distance de la surface de la bague rigide (17) tournée vers cette face.
5.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3, caractériSe en ce que le fond (28) du logement (23) de la cage (22) mobile dans le sens axial dispose transversalement par rapport à l'axe (4) de l'arbre (1), forme une surface conique (28) dont le sommet est placé sensiblement sur l'axe (4) de l'arbre (1) et est tourné vers la bague rigide (17).
6.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, caractérise en ce que la surface frontale (29-36) de la bague rigide (17) portant sur la garniture d'étanchéité (7) est profilée de manière à centrer la bague rigide (17) par rapport à la garniture d'étanchéité (7).
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