FR2531514A1 - HYDRAULIC JOINT - Google Patents
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Abstract
CE JOINT EST DU TYPE COMPRENANT UN RENFONCEMENT 3, ORIENTE VERS L'INTERIEUR DANS LE SENS RADIAL ET DELIMITE PAR UNE COLLERETTE AMONT 4 ET UNE COLLERETTE AVAL 5 SITUEES SUR LA PIECE 2 QUI TOURNE A LA VITESSE LA PLUS GRANDE, UN DISPOSITIF 7 AMENANT UN LIQUIDE JUSQU'AU RENFONCEMENT 3, UNE AILETTE D'ETANCHEITE 6, SITUEE SUR L'AUTRE PIECE ROTATIVE 1 ET FAISANT SAILLIE ASSEZ LOIN A L'INTERIEUR DU RENFONCEMENT 3 POUR PENETRER DANS LE LIQUIDE MAINTENU DANS LE RENFONCEMENT PAR LA FORCE CENTRIFUGE. IL COMPREND, EN OUTRE, UNE POMPE TOURNANT AVEC LA PARTIE QUI TOURNE A LA VITESSE LA PLUS GRANDE ET MONTEE DE MANIERE A RECEVOIR LE LIQUIDE PROVENANT DU DISPOSITIF D'ALIMENTATION 7 OU DU RENFONCEMENT 3 POUR ENTRAINER CE LIQUIDE A LA MEME VITESSE QUE LA PIECE 2 ET L'ENVOYER DANS LE RENFONCEMENT 3, DANS LA ZONE QUI SE TROUVE LA LUS PROCHE DE L'EXTERIEUR DANS LE SENS RADIAL.THIS GASKET IS OF THE TYPE INCLUDING A RECESSED 3, ORIENTS INWARDS IN THE RADIAL DIRECTION AND BOUNDARED BY AN UPSTREAM COLLAR 4 AND A DOWNSTREAM COLLAR 5 LOCATED ON PART 2 WHICH RUNS AT THE GREATEST SPEED, A DEVICE 7 PROVIDING A LIQUID UP TO RECESS 3, A SEALING FIN 6, LOCATED ON THE OTHER ROTATING PART 1 AND PROJECTING FAR ENOUGH INSIDE RECESS 3 TO ENTER THE LIQUID HELD IN THE RECESSED BY CENTRIFUGAL FORCE. IT INCLUDES, IN ADDITION, A PUMP ROTATING WITH THE PART WHICH TURNS AT THE GREATEST SPEED AND MOUNTED SO AS TO RECEIVE THE LIQUID FROM THE FEEDING DEVICE 7 OR FROM THE RECESSED 3 TO DRIVE THIS LIQUID AT THE SAME SPEED AS THE PART 2 AND SEND IT IN RECESS 3, IN THE ZONE WHICH IS LUS NEAR THE OUTSIDE IN THE RADIAL DIRECTION.
Description
Joint hydrauliqueHydraulic seal
La présente invention concerne un joint hydraulique. The present invention relates to a hydraulic seal.
On connaît des joints hydrauliques qui relient deux -pièces pouvant tourner l'une par rapport à l'ur et qui oi Rpranniant une première pièce rotative dans laquelle on a m-ana&ge un renfoncerant orienté dans le sens radial vers lintérieur et une deuxième pièce rotative tournant dans la n 2 ema, sens, mais à une vitesse inférieure, et comportant une ailet-te d'étonchéité -qui fait saillie à l'intérieur du ren -iofenemo U e renfo ncement est délimite par une collerette E,amee et une collerette aval et est rempli de liquide Le Hydraulic seals are known which connect two pieces which are rotatable relative to the ur and which provide a first rotary part in which a radially inwardly oriented recess and a second rotary part are provided. rotating in the n 2 ema, direction, but at a lower speed, and having an alet-te of étonchéité -projected inside the ren -iofenemo U e renfo ncement is delimited by a collar E, amee and a downstream collar and is filled with liquid The
Aiide est Maintonu on place par la force centrifuge et l'ai- Aiide is Maintonu is placed by centrifugal force and
2 te sBtend asso, nein dans le siens railour arordoani G e liq:ulde conztain dans la renfoncement et forie -à 5 merz une brir mhn tout pas sage do gaz à tiraarers le j oî à tLes termes;D s Vmntdee e déiisn ar, -, rp LQ iau oens d,55 coulement des gaz Si la colles-rette aval Z cec-ed ass ZGF loi L dans le zemus radial -, oie 7 peut faire en s Jr e Mue la foree centrifuage qui S 9 ezerce sur le liquide entr G leted 16 &tanàchë 6 ité et la collerette aval soit supérieure erees de îrsinqui, S O oexercent Our lea liq%Éâe an zkamont de 2 ailete dtnc te qui a pour effet de r Czaiise:r G be rri I're compllto S 9 opposant au passage da gaz au nra de l,ailette d 1 6 tanchéité L force detanmn qui produit la rotation du lisuidedans le renfoncement résulte du frottement qui, 2 a Gzcrea entre L le liquide et les parois du rnocmn ou a J qt:;ur due liquide lui- même Il y a donc un facteur do aotqui lmh a totalit& du liquide d'atteindre son o mmentangula"ire mâaimal -ce qui a, pour effet de provoquer 2 you think of it in your own way as a result of the recessing and forging at 5 merz an all-wise shredder of throttle guns at the end of the day; If the downstream glue Zcec-ed ass ZGF law L in the radial zemus, goose 7 can make the centrifugation drill which is carried out on the ground. and the flange downstream is greater than five inches, so that it exerts an additional amount of air, which has the effect of reducing the amount of oil required. opposed to the passage of gas at the nr of the airtight vane The force which produces the rotation of the liner in the recess results from the friction which, at a distance between L, the liquid and the walls of the wall or ceiling. There is, therefore, a factor that causes all the liquid to reach its humeral mouth, which has effectively and provoke
pn Gr-î de pressien de centrifugation dalla la liquide. The pressure of centrifugation presses the liquid.
Les, joints de ce type -e sont donc utilisés et ne Lfonctionient d 9 une manière satisfaisante qu'avec de faibles cautc'urs de collerettes et lorsque la pression de gaz est assez fable 9 do l 9 ordre de 35)455 à 7 O910 Pa par exemple O De plus leujr utilisation est limitée au cas o les deux pièces The seals of this type are therefore used satisfactorily only with small flanges and when the gas pressure is relatively low (35) 455 to 790.degree. Pa for example O Moreover leujr use is limited to the case where the two parts
constituant la joint tournent dans le même sens. constituting the joint rotate in the same direction.
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Lorsque la pression de gaz est beaucoup plus élevée, de l'ordre de 426 473 à 569-306 Pa par exenp Ie, il faut eue lee When the pressure of gas is much higher, of the order of 426 473 to 569-306 Pa for example, it was necessary to
forces centrifuges dans le liai'-ide Soient beaucoup Plus considé- Centrifugal forces in the relationship are much more important.
rables, ce qui conduit', à dourrazc à la collerette aval une beau- rable, which leads to the collar downstream a beautiful
coup ?Ius grande Hauteur dans 2 sens Or, pour des Big height in 2 directions Gold, for
p-P t OUJOUI-2-0 Possible d'uti-p-P t OUJOUI-2-0 Possible to use
îOGZ des pa -,_oîllcs domz IED _no Z-adial F,mn G le czz O leo, piièceo le iolls-ú -0 en O Gns contraire y 7 D(D d pas zang, c U t G m a Z -Z G C -a e C C, u î d C rai d ,a Z 41 z (C-o nicuiv(:-me-n"Its IOGZ of the pa-, _ o_ lllls domz IED _no Z-adial F, mn G the czz O leo, piièceo the iolls-ú -0 in O Gns opposite y 7 D (D dz zang, c U t G ma Z -ZGC - CC, Z, C, Z, Z, Z (Co nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn
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C,but est attaint, 11-Ritiliza-This goal is attainted, 11-Ritiliza-
L) dlum 'à-hydraul tourn(Dr 1-lune par rae or' à llau'Z G -,lui acmprend un renfoncement, P L Il criont A_ -fers l'intérieur danz IG ozmno radial et déliîait 4 par une collerette amont et fine a-val qui font partie de la pièce qui tourne à la pluo grande vitesse, un dispositif L) dlum 'to -hydraulic turn (Dr 1-moon by rae or' to llau'Z G -, it takes a recess, PL He criont A_ -fers inside danz IG ozmno radial and deliait 4 by an upstream collar and fine a-val that are part of the piece that rotates at most speed, a device
_ 35 de l'huile ju Gqu-le Ll _rsnfzacement, une ailette d Iétan- _ 35 of the oil ju lquirements, a fin of
oui fait partie de Ilmutra pièce rotative et fait yes is part of Ilmutra rotating part and done
253 1514253 1514
saillie assez loin à l'intérieur du renfoncement pour pénétrer dans le liquide maintenu dans le renfoncement par une force centrifuge et une pompe montée sur la pièce qui tourne à la plus grande vitesse de manière à pouvoir recevoir du liquide provenant d'un réservoir ou du renfoncement pour entraîner le liquide à la vitesse de la pièce et à l'introduire dans le renfoncement dans la zone de ce renfoncement qui se trouve protruding far enough into the recess to penetrate the liquid held in the recess by a centrifugal force and a pump mounted on the workpiece which rotates at the highest speed so as to be able to receive liquid from a reservoir or recess to drive the liquid at the speed of the workpiece and to introduce it into the recess in the area of this recess that is
la plus proche de l'extérieur dans le sens radial. the closest to the outside in the radial direction.
Cette disposition-fait que, notamment dans un joint formé de deux parties tournant en sens contraire, il y a davantage de liquide entraîné à la vitesse de la pièce qui tourne à la plus grande vitesse et que le liquide est soumis This arrangement-fact that, especially in a seal formed of two parts rotating in the opposite direction, there is more liquid entrained at the speed of the part which rotates at the fastest speed and that the liquid is subjected
à une force centrifuge maximale qui compense l'action con- maximum centrifugal force which compensates for the
traire de la rotation des pièces en sens contraire De plus, si l'on fait en sorte que le dispositif amenant le-liquide le fasse arriver à l'entrée de la pompe, celle-ci, après une In addition, if it is made that the device bringing the liquid to arrive at the inlet of the pump, the latter, after a
quelconque perte de liquide du joint, réamorcera le renfonce- any loss of liquid from the seal, reinitiate the recess-
ment en y refoulant du liquide sous une pression de centri- by delivering liquid at a centrifugal pressure
fugation maximale, ce qui permettra d'arrêter le passage d'air maximum fugation, which will stop the passage of air
au niveau de l'ailette d'étanchéité. at the level of the sealing fin.
La pompe est constituée de préférence par des aubes ou par un élément poreux qui assure l'entraînement positif The pump is preferably constituted by vanes or by a porous element which ensures the positive drive
du liquide.liquid.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les deux pièces qui tournent l'une par rapport à l'autre sont les deuxarbres, tournant en sens contraire, d'une turbine à gaz et c'est de l'huile qui est employée comme liquide empêchant In one embodiment of the invention, the two parts which rotate relative to each other are the two axially rotating trees of a gas turbine and oil is used. as a liquid preventing
le passage de l'air entre les arbres. the passage of air between the trees.
L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen de deux exemples de réalisation en se référant au dessin, La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un joint suivant l'invention placé entre deux arbres; La figure 2 est une vue en coupe similaire à la figure 1 d'une autre forme de joint suivant l'invention;placé entre The invention is described below in more detail by means of two exemplary embodiments with reference to the drawing. FIG. 1 is a view in axial section of a seal according to the invention placed between two shafts; Figure 2 is a sectional view similar to Figure 1 of another form of seal according to the invention placed between
deux arbres.two trees.
25315,1425315.14
Les arbres ( 1) et ( 2) représentés sur la figure 1 tournent en sens contraire, l'arbre qui est situé le plus à l'extérieur dans le sens radial étant celui qui tourne à la plus grande vitesse La surface intérieure de cet arbre extérieur comporte un renfoncement ( 3) délimité par la collerette amont ( 4) et la collerette aval ( 5) et compris entre elles Les termes d'amont d'aval se définissent par rapport au sens d'écoulement des gaz, entre les arbres, indiqué par The shafts (1) and (2) shown in FIG. 1 rotate in the opposite direction, the shaft which is located furthest in the radial direction being the one rotating at the highest speed. The inner surface of this shaft outside comprises a recess (3) defined by the upstream flange (4) and the downstream flange (5) and between them The upstream downstream terms are defined with respect to the direction of flow of the gases, between the shafts, indicated by
la flèche (A).the arrow (A).
L'arbre intérieur, qui est celui qui tourne à la vites- The inner shaft, which is the one that rotates
se la plus faible, comporte une ailette annulaire ( 6) qui fait saillie dans le sens radial à sa surface et s'étend assez loin dans le sens radial pour pénétrer dans le liquide maintenu dans le renfoncement par les collerettes Le liquide arrive dans le renfoncement par un tube ( 7) qui amène le the weakest, has an annular fin (6) which projects radially at its surface and extends far enough in the radial direction to penetrate the liquid held in the recess by the flanges The liquid arrives in the recess by a tube (7) which brings the
liquide dans le renfoncement depuis son extrémité aval. liquid in the recess from its downstream end.
L'air qui s'écoule dans l'espace annulaire compris entre les arbres dans la direction de la flèçhe (A) doit passer par-dessus le bord de l'ailette d'obturation ( 6) pour traverser le joint Dans ces conditions, mi la collerette ( 5) est suffisamment haute, la force centrifuge qui s'exerce sur toute la hauteur de l'huile entre la collerette( 5) et l'ailette ( 6) produit une pression qui est assez forte pour surpasser la pression de l'air exercée sur l'huile de l'autre The air flowing in the annular space between the shafts in the direction of the arrow (A) must pass over the edge of the shutter blade (6) to pass through the seal. Under these conditions, the collar (5) is sufficiently high, the centrifugal force acting on the entire height of the oil between the flange (5) and the fin (6) produces a pressure which is strong enough to overcome the pressure of the air exerted on the oil of the other
cêté de l'ailette et réaliser un blocage total de l'air. end of the wing and realize a total blockage of the air.
Du fait que les arbres tournent en sens contraire l'ailette d'obturation exerce sur l'huile une traction due à la viscosité qui s'oppose à la force d'entraînement exercée Because the shafts rotate in opposite directions the shutter vane exerts on the oil a pull due to the viscosity which opposes the driving force exerted
par les surfaces du renfoncement Cette opposition tend à ré- by the surfaces of the recess This opposition tends to re-
duire la vitesse moyenne de l'huile dans le renfoncement d'un the average speed of the oil in the recess of a
"facteur de glissement" qui peut être très élevé Pour s'op- "sliding factor" which can be very high.
poser au glissement, l'appareil est muni d'une pompe ( 9) qui a la forme d'aubes montées entre le côte aval de la collerette ( 5) et une autre paroi ( 10) faisant saillie à partir de 3.5 l'arbre ( 2) et s'étendant vers l'intérieur dans le sens slide, the apparatus is provided with a pump (9) which has the shape of vanes mounted between the downstream side of the flange (5) and another wall (10) projecting from 3.5 the shaft (2) and extending inward in the direction
radial Le tube d'amenée du liquide qui, dans l'exemple dé- radial The liquid supply tube which, in the example de-
crit, fait arriver le liquide au niveau de l'extrémité aval du renfoncement, est monté de telle manière qu'il amène le liquide aux extrémités des aubes qui sont situées le plus à l'int&rieur dans le sens radial et constituent l'entrée de la pompe ( 9) La sortie de la pompe fait passer le liquide, au niveau du diamètre du renfoncement qui est le plus vers l'extérieur dans le sens radial, dans un passage annulaire ( 12) qui se termine à proximité immédiate du bord de l'ailette crit, makes the liquid arrive at the downstream end of the recess, is mounted in such a way that it brings the liquid to the ends of the vanes which are located the innermost in the radial direction and constitute the inlet of the pump (9) The output of the pump passes the liquid, at the diameter of the recess which is the most outward in the radial direction, in an annular passage (12) which terminates in close proximity to the edge of the the fin
6 Si l'on fait en sorte que les extrémités des aubes repren- 6 If the ends of the blades are
nent tout le liquide qui passe par-dessus la collerette( 5), on peut réaliser un circuit de reoyclage dans le renfoncement, le liquide à grande vitesse qui provient du passage annulaire ( 12) descendant vers l'intérieur en traversant l'espace libre ( 13) compris entre l'ailette ( 6) et la paroi ( 14) du passage ( 12) Le courant de recyclc peut compléter ou remplacer all the liquid that passes over the flange (5), it is possible to realize a re-circling circuit in the recess, the high-speed liquid coming from the annular passage (12) descending inwards through the free space (13) between the fin (6) and the wall (14) of the passage (12) The recycle stream can supplement or replace
l.apport de la pompe ( 9) On voit donc que la pompe ( 9) en- The pump supply (9) shows that the pump (9)
traîne le liquide positivement à la vitesse de rotation de l'arbre ( 2) Il en résulte qu'une partie au moins de l'huile atteint la pression de centrifugation maximale La largeur du passage annulaire ( 12) est égaleà celle de l'expace libre compris entre l'ailette ( 6) et la base du renfoncement ( 3) de sorte que la pression dé centrifugation maximale peut être réalisée à l'intérieur de l'huile dans la totalité de traps the liquid positively at the rotational speed of the shaft (2) As a result, at least part of the oil reaches the maximum centrifugation pressure. The width of the annular passage (12) is equal to that of the expasse between the fin (6) and the base of the recess (3) so that the maximum centrifugal pressure can be achieved inside the oil in the entire
l'espace libre.free space.
La poâpe augmente donc l'efficacité du joint en Aliminant le facteur de glissement à l'interieur du liquide,9 The poop therefore increases the effectiveness of the seal by eliminating the slip factor inside the liquid, 9
qui intervient dans tous les joints dans lesquels le frotte- which intervenes in all the joints in which the rub-
ment entre le liquide et les surfaces du renfoncement con titue la seule force entraînant le liquide Elle permet donc de produire une pression plus grande à l'int 6 rieur du liquide between the liquid and the surfaces of the recess con tain the only force driving the liquid It thus allows to produce a greater pressure inside the liquid
pour une moindre hauteur du liquide dans le sens radial. for a lesser height of the liquid in the radial direction.
Dans un joint pour turbines à gaz comportant des arbres tournant en sens contraire 9 le liquide utilis& est In a gas turbine gasket with counter-rotating shafts 9 the liquid used is
de l'huile de moteur et le brassage de l'huile par les ailet- engine oil and the mixing of the oil by the aileron
tes tournant en saens contraire provoque son échauffement, da sorte qu'il est important d'amener au renfoncement de turning in the opposite direction causes it to warm up, so it is important to bring the recess
= 2531514= 2531514
l'huile froide pour éviter l'ébullition ou la formation d'é- cold oil to prevent boiling or formation of
cume dans l'huile, ce qui permettrait un passage d'air dans le joint Des orifices ( 8) ménagés en amont de la collerette amont ( 4) permettent aux éclaboussures d'huile produites en amont de cette collerette de passer dans les drains montés oil in the oil, which would allow an air passage in the seal Orifices (8) provided upstream of the upstream flange (4) allow splashing oil produced upstream of this collar to pass into the mounted drains
en amont de l'appareil.upstream of the device.
Pendant le fonctionnement normal de l'appareil, la pression de l'air enfermé est toujours fonction de la vitesse During the normal operation of the unit, the air pressure locked up is always dependent on the speed
de l'appareil de sorte qu'aux faibles vitesses, lorsque la pres- of the apparatus so that at low speeds, when the pressure
sion de centrifugation de l'huile est faible, la pression de centrifugation of the oil is low, the pressure of
l'air à laquelle elle doit résister est également faible. the air to which it must resist is also weak.
Cependant, si, pour une raison quelconque, l'arrivée d'huile se trouvait interrompue après que la pression de l'air ait atteint sa valeur maximale et Si le joint était déficient, un jet d'air extrêmement rapide passerait au-dessus du bord de l'ailette ( 6) de sorte qu'au moment, o l'arrivée d'huile reprendraitil'huile ne pourrait pas atteindre le renfoncement ni arriver à la pleine valeur de sa force centrifuge Par contre, dans le joint muni d'une pompe qui fait l'objet de la présente invention, la pompe entraine l'huile positivement jusqu'à la vitesse de rotation maximale et la pousse dans However, if, for any reason, the oil supply is interrupted after the air pressure has reached its maximum value and if the seal is deficient, an extremely fast air jet would flow over the edge of the fin (6) so that at the moment o the arrival of oil would resume the oil could not reach the recess nor reach the full value of its centrifugal force On the other hand, in the joint provided with a pump which is the subject of the present invention, the pump drives the oil positively up to the maximum speed of rotation and pushes it into
le renfoncement sous la pression de centrifugation maximale. the recess under the maximum centrifugation pressure.
De ce fait, le joint se trouve réamorcé. As a result, the seal is rebooted.
Un autre mode de réalisation d'un joint constituant une solution plus particulière du problème est représenté par la figure 2 Les parties du joint identiques à celles de la figure 1 sont désignées par les mêmes références Dans ce Another embodiment of a seal constituting a more particular solution of the problem is represented by FIG. 2. The parts of the joint identical to those of FIG. 1 are designated by the same references.
mode de réalisation, la hauteur dans le sens radial de la col- embodiment, the height in the radial direction of the collar
lerette aval ( 5) est supérieure à la hauteur dans le sens radial de la paroi ( 10) de la pompe ( 9) située encore plus en aval et la totalité de l'huile amenée au joint arrive à l'entrée de la pompe Le passage annulaire ( 12) est délimité par l'arbre ( 2) et un manchon cylindrique ( 15) qui s'étend vers l'amont au-delà de l'ailette ( 6) et le passage ( 12) amène -35 l'huile directement dans le renfoncement du côté amont de l'ailette à travers les orifices ( 16) Des aubes de pompage the downstream beam (5) is greater than the height in the radial direction of the wall (10) of the pump (9) located further downstream and all the oil supplied to the gasket arrives at the inlet of the pump annular passage (12) is delimited by the shaft (2) and a cylindrical sleeve (15) which extends upstream beyond the fin (6) and the passage (12) brings -35 the oil directly into the recess on the upstream side of the vane through the orifices (16) Pumping vanes
eépplmentaires ( 17) sont montées sur la collerette aval ( 5). epplmentaires (17) are mounted on the downstream flange (5).
Dans ces conditions, apres un incident de fonction- In these circumstances, after an operational incident,
nement du joint dû à une perte d'huile momentanée, lorsque l'arrivée de l'huile reprend, l'huile est envoyée sous une pression de centrifugation maximale du côté amont de l'ailet- Due to a momentary loss of oil, when the arrival of the oil resumes, the oil is sent under a maximum centrifugal pressure on the upstream side of the airfoil.
te ( 6) de manière à reconstituer le joint. te (6) so as to reconstitute the joint.
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