FR2560335A1 - Shaft sealing system - Google Patents

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Abstract

It comprises a support 16 carrying a sealing joint 56 made of carbon intended to rotate against an end surface of a stationary sealing ring 60, the support being connected with a driving sleeve 18 fixed to a shaft 12 of the machine which traverses an end wall 66 upon which the sealing ring is mounted. The connection is formed by driving lugs 36 extending from the inner end of the driving sleeve into slots 48 inside the support 16. A sealing joint 52 is provided between the driving sleeve 18 and the sealing joint support 16 and can move axially along a zone of travel equal to the zone of travel of joints having a longer axial length. The invention applies especially to pumping machines.

Description

La présente invention se rapporte à un système d'étanchéité d'arbre et concerne plus particulièrement un système d'étanchéité pour un arbre qui s'étend à travers une paroi d'extrémité d'une machine à pomper, telle qu'une enveloppe en cloche. The present invention relates to a shaft sealing system and more particularly relates to a sealing system for a shaft which extends through an end wall of a pumping machine, such as a casing made of Bell.

La Société Gits Bros Mfg. Co. Tampa, Floride,
Etats-Unis d'Amériquefabrique un système d'étanchéité d'arbre, connu sous le nom de type 880, dans lequel un manchon d'entraînement est relié à un arbre et est accouplé pour faire tourner un support de joint d'étanchéité dont le joint d'étanchéité a une face d'étanchéité qui est susceptible de tourner par rapport à une surface d'extrémité d'une bague d'étanchéité fixe. L'accouplement entre le manchon d'entraînement et le support de joint d'étanchéité comprend plusieurs pattes s'étendant à partir du support de joint d'étanchéité parallèlement à l'axe de rotation et reçues dans des fentes qui sont formées dans la surface périphérique extérieure du manchon d'entraînement.Le support de joint d'étanchéité comprend une rainure annulaire intérieure qui porte un joint torique qui prend appui contre la surface extérieure du manchon d'entraînement.Gits Bros Mfg. Co. Tampa, Florida,
United States of America manufactures a shaft seal system, known as Type 880, in which a drive sleeve is connected to a shaft and is coupled to rotate a seal holder the seal has a seal face which is rotatable relative to an end surface of a fixed seal ring. The coupling between the drive sleeve and the seal holder includes a plurality of tabs extending from the seal holder parallel to the axis of rotation and received in slots which are formed in the surface outer ring of the drive sleeve. The seal carrier includes an inner annular groove which carries an O-ring which bears against the outer surface of the drive sleeve.

De plus, afin de maintenir la relation d'étanchéité entre la face du joint d'étanchéité et la bague d'étanchéité fixe, il est prévu des ressorts dans le support pour prendre appui contre l'extrémité du manchon d'entraînement.In addition, in order to maintain the sealing relationship between the face of the seal and the fixed seal ring, springs are provided in the support to bear against the end of the drive sleeve.

Le manchon d'entraînement comprend essentiellement deux parties, une partie intérieure qui présente des alésages filetés pour recevoir des vis de fixation pour relier le manchon à l'arbre, une partie extérieure ayant les fentes pour recevoir les pattes d'entraînement et une rainure de soulagement des contraintes entre les deux parties. La surface de la seconde partie sert de zone de parcours pour le joint torique et est délimitée, à l'extrémité extérieure, par la rainure de soulagement des contraintes et, à l'extrémité intérieure, par les extrémités extérieures des fentes recevant les pattes d'entraînement. The drive sleeve essentially comprises two parts, an inner part which has threaded bores for receiving fixing screws for connecting the sleeve to the shaft, an outer part having the slots for receiving the drive lugs and a groove for relief of constraints between the two parties. The surface of the second part serves as a travel zone for the O-ring and is delimited, at the outer end, by the stress relief groove and, at the inner end, by the outer ends of the slots receiving the tabs d 'training.

L'objet de la présente invention est de procurer dans un système d'étanchéité du type décrit d'une façon générale ci-dessus un système d'étanchéité d'arbre nouveau et perfectionné, qui pour la même combinaison de longueur de pattes et de zone de parcours, est axialement plus court que celui connu jusqu'ici dans l'art. The object of the present invention is to provide in a sealing system of the type generally described above a new and improved shaft sealing system, which for the same combination of leg length and travel zone, is axially shorter than that known hitherto in the art.

Selon l'invention, un manchon d'entraînement est destiné à tourner avec un arbre et un second manchonl reçu télescopiquement sur le premier manchon, à savoir un support de joint d'étanchéité, est prévu pour maintenir un joint d'étanchéité tournant contre une surface d'extrémité d'une bague d'étanchéité, Dans une forme de réalisation préférée, le manchon d'entraînement est divisé e-n deux parties comprenant une partie de liaison à l'arbre et une seconde partie d'entraînement du joint d'étanchéité, les deux parties étant séparées par une rainure de soulagement des contraintes. La partie entraînant le support de joint d'étanchéité comprend plusieurs alésages borgnes dans chacun desquels est montée une patte d'entraînement à son extrémité faisant face vers l'intérieur.Le manchon de support est muni de plu
sieurs alésages borgnes espacés, dont chacun loge un ressort s'étendant de là pour venir en prise avec l'extrémité faisant face vers l'extérieur du manchon d'entraînement, des façon ~à tendre à écarter les deux manchons l'un de l'autre. Le manchon de support comprend aussi plusieurs fentes destinées à recevoir les pattes d'entraînement qui sont fixées dans le manchon d'entraînement. Puisque les fentes logeant des pattes d'entraînement sont placées dans le manchon de support entre les alésages borgnes logeant les ressorts
écarteurs, la zone de parcours, jusqu'ici délimitée par les fentes, s'étend maintenant d'un bout à l'autre, de la rainure de soulagement des contraintes à l'extrémité faisant face vers l'intérieur du manchon d'entraînement.Par conséquent, pour obtenir la même zone de parcours que celle dont on disposait précédemment, le manchon d'entraînement peut être rendu nettement plus court.According to the invention, a drive sleeve is intended to rotate with a shaft and a second sleeve received telescopically on the first sleeve, namely a seal support, is provided to maintain a seal that rotates against a end surface of a seal ring, In a preferred embodiment, the drive sleeve is divided into two parts comprising a shaft connection part and a second seal drive part , the two parts being separated by a stress relief groove. The part driving the seal support comprises several blind holes in each of which is mounted a drive tab at its end facing inward. The support sleeve is provided with more
spaced blind holes, each of which houses a spring extending from there to engage the end facing outwardly of the drive sleeve, so as to tend to spread the two sleeves apart from one 'other. The support sleeve also includes several slots for receiving the drive tabs which are fixed in the drive sleeve. Since the slots housing the drive tabs are placed in the support sleeve between the blind bores housing the springs
spacers, the travel area, hitherto delimited by the slots, now extends from one end to the other, from the stress relief groove to the end facing inward of the drive sleeve .Therefore, to obtain the same travel area as that previously available, the drive sleeve can be made significantly shorter.

Dans une forme de réalisation, ceci réduit la longueur du joint de 1,750 à 1,S pouce (44,45 à 38,10 mm) en utilisant la même longueur de patte d'entraînement et la même longueur de ressort.In one embodiment, this reduces the length of the joint from 1.750 to 1.5 inches (44.45 to 38.10 mm) using the same length of lug and the same length of spring.

Un second avantage se trouve dans le fait qu'il faut moins de matériau et de temps d'usinage. A second advantage is that it requires less material and less machining time.

Un troisième et principal avantage tient à ce que la position de l'entraînement enrotation est plus proche du joint. Idéalement, l'entraînement deurait être centré sur le joint, ce qui n'est pas possible du fait de l'utilisation d'un joint en carbone maintenu dans un support en métal. La liaison d'entraînement entre le manchon d'entraînement et le support doit avoir lieu, par conséquent, au support en métal. Plus l'entraînement sera proche de la face d'extrémité du joint, moins il y aura tendance à ce qu'il se produise une oscillation irrégulière ou une ovalisation du mouvement de rotation du manchon (ovalisation radiale). L'ovalisation radiale a 1 inconvénient de permettre un mouvement de côté des deux faces de joint qui peut ouvrir une voie de fuite en forme de demi-lune.De plus, la mise en orbite produit un mouvement en arrière et en avant constant du joint torique, étant donné que le support et le manchon d'entraînement ne sont plus concentriques d'un bout à l'autre du cycle entier de rotation. Ceci augmente l'usure du joint torique et crée de bonne heure une voie de fuite secondaire. A third and main advantage is that the position of the roll-up drive is closer to the joint. Ideally, the drive should be centered on the seal, which is not possible due to the use of a carbon seal held in a metal support. The drive connection between the drive sleeve and the support must therefore take place on the metal support. The closer the drive is to the end face of the joint, the less there will be a tendency for an irregular oscillation or an ovalization of the rotation movement of the sleeve (radial ovalization). The radial ovalization has 1 disadvantage of allowing a movement of side of the two faces of joint which can open a way of escape in the shape of half-moon. In addition, the setting in orbit produces a constant movement in back and forward toric, since the support and the drive sleeve are no longer concentric throughout the entire rotation cycle. This increases the wear of the O-ring and early creates a secondary escape route.

D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention, son organisation, sa construction et son fonctionnement seront mieux compris à la lumière de la description qui va suivre avec plus de détails en se référant aux dessins annexés, dans lesquels
la figure 1 est une vue en perspective, avec coupe partielle d'un système d'étanchéité d'arbre construit selon la présente invention
la figure 2 est une vue de côté en coupe d'un système d'étanchéité d'arbre construit selon la présente invention et représenté monté sur un arbre à l'intérieur, par exemple, d'une pompe
la figure 3 est une vue en coupe prise le long de la ligne III-III de la figure 2 ; et
la figure 4 est une vue en coupe prise le
long de la ligne IV-IV de la figure 2.Other objects, characteristics and advantages of the invention, its organization, its construction and its operation will be better understood in the light of the description which will follow in more detail with reference to the appended drawings, in which
Figure 1 is a perspective view, partly in section of a shaft sealing system constructed according to the present invention
Figure 2 is a sectional side view of a shaft seal system constructed in accordance with the present invention and shown mounted on a shaft inside, for example, a pump
Figure 3 is a sectional view taken along line III-III of Figure 2; and
Figure 4 is a sectional view taken on
along line IV-IV of Figure 2.

La figure 1 représente un système d'étanchéite d'arbre désigné par le chiffre de référence générale 10 monté sur un arbre (12 trait mixte) et comprenant un ensemble de manchon d'entraînement 14 et un ensemble de joint d'étanchéité annulaire 16. FIG. 1 represents a shaft sealing system designated by the general reference numeral 10 mounted on a shaft (12 dashed line) and comprising a drive sleeve assembly 14 and an annular seal assembly 16.

Comme le représente avec plus de détails la figure 2, l'ensemble de manchon d'entrainement 14 comprend un manchon 18, par exemple en acier inoxydable, qui comprend Dlusieurs alésages filetés 20 débouchants destinés à recevoir plusieurs vis de fixation 22 correspondantes pour fixer le manchon à l'arbre 12. Le manchon 18 comprend une surface intérieure 24 qui comprend une rainure annulaire 26 munie d'un joint torique 28 pour rendre étanche le manchon 18 par rapport à l'arbre 12. As shown in more detail in Figure 2, the drive sleeve assembly 14 includes a sleeve 18, for example of stainless steel, which includes multiple threaded bores 20 through which are intended to receive several corresponding fixing screws 22 for fixing the sleeve to the shaft 12. The sleeve 18 comprises an inner surface 24 which comprises an annular groove 26 provided with an O-ring 28 to seal the sleeve 18 relative to the shaft 12.

Le manchon. 18 comprend une extrémité extérieure présentant plusieurs alésages borgnes 30 parallèles à l'axe de
l'arbre 12 et recevant chacun un tronçon cylindrique 34 d'une patte d'entrai
nement 32, la partie saillante 36 de la patte d'entraînement étant approximativement rectangulaire et parallèle à l'axe de l'arbre 12.The sleeve. 18 comprises an outer end having several blind bores 30 parallel to the axis of
the shaft 12 and each receiving a cylindrical section 34 of a drive leg
32, the projecting part 36 of the drive tab being approximately rectangular and parallel to the axis of the shaft 12.

Un second manchon 38, c'est-à-dire un support de joint d'étanchéité, est reçu télescopiquement sur le manchon d'entraînement 18 et comprend une surface intérieure annulaire 40 et plusieurs alésages borgnes 42, un.ressort 44 étant monté dans chaque alésage pour prendre appui contre la surface d'extrémité 46 du manchon d'entraînement. A second sleeve 38, that is to say a seal support, is received telescopically on the drive sleeve 18 and comprises an annular inner surface 40 and several blind bores 42, a spring 44 being mounted in each bore to bear against the end surface 46 of the drive sleeve.

Comme on peut le voir sur la figure 2 et mieux encore sur la figure 3, le support de joint d'étanchéité 38 comprend plusieurs fentes 48 (ici deux fentes), parallèles à l'axe de rotation de l'arbre 12 pour recevoir les parties 36, en saillie des pattes d'entraînement 32. Ainsi qu'on peut le voir, les fentes sont plus grandesl dans la direction d'action, que les dimensions correspondantes des pattes d'entraînement. As can be seen in FIG. 2 and better still in FIG. 3, the seal support 38 comprises several slots 48 (here two slots), parallel to the axis of rotation of the shaft 12 to receive the parts 36, projecting from the drive tabs 32. As can be seen, the slots are larger in the direction of action than the corresponding dimensions of the drive tabs.

Comme le représente en particulier la partie inférieure de la figure 2, le manchon d'entraînement 18 comprend une surface qui constitue une zone de parcours 62. As shown in particular in the lower part of FIG. 2, the drive sleeve 18 comprises a surface which constitutes a travel zone 62.

Télescopiquement sur celle-ci se trouve une partie du support de joint d'étanchéité 38 qui comprend une surface 40 munie d 'une rainure annulaire 50 qui porte un joint torique 52 qui prend appui contre la surface 62. Par conséquent, quand le support 38 se déplace axialement, le joint torique 52 a un rôle d'étanchéité sur toute la longueur axiale de la surface 62.Telescopically thereon is a part of the seal support 38 which includes a surface 40 provided with an annular groove 50 which carries an O-ring 52 which bears against the surface 62. Therefore, when the support 38 moves axially, the O-ring 52 has a sealing role over the entire axial length of the surface 62.

A son extrémité extérieure, le support 38 comprend un évidement annulaire 54 qui sert de siège à un joint d'étanchéité 56 ayant une face d'extrémité 64. Le joint d'étanchéité 56 peut par exemple être en carbone. La face d'étanchéité 64 tourne contre une surface 58 d'une bague d'étanchéité 60 qui, ainsi qu'il est indiqué, est fixée à un presse-garniture 66 ou paroli de machine au moyen d'une bague de serrage 68 et de plusieurs vis de fixation 70. At its outer end, the support 38 comprises an annular recess 54 which serves as a seat for a seal 56 having an end face 64. The seal 56 may for example be made of carbon. The sealing face 64 rotates against a surface 58 of a sealing ring 60 which, as indicated, is fixed to a stuffing box 66 or paroli of the machine by means of a clamping ring 68 and several fixing screws 70.

Ainsi qu'il a été dit plus haut, le manchon d'entraînement 18 peut être muni d'un élément de soulagement des cor,traintes sous la forme d'une rainure 65 qui s'étend autour de la périphérie du manchon d'entraînement et divise le manchon d'entraînement en une partie de liaison avec l'arbre et une partie d'accouplement avec le support de joint d'étanchéité. As mentioned above, the drive sleeve 18 can be provided with a horn relief element, traced in the form of a groove 65 which extends around the periphery of the drive sleeve and divides the drive sleeve into a connection part with the shaft and a coupling part with the seal support.

Avantageusement, le système d'étanchéité d'arbre est équilibré hydrauliquement, par exemple à AD:20, par la position radiale du diamètre extérieur du joint torique 52 par rapport à l'étendue radiale de la zone d'étanchéité de la face d'étanchéité 64. Cette structure aide les ressorts 44 à appliquer des forces de fermeture entre la face d'étanchéité 64 et la surface 58 de la bague fixe d'étanchéité 60. Advantageously, the shaft sealing system is hydraulically balanced, for example at AD: 20, by the radial position of the external diameter of the O-ring 52 relative to the radial extent of the sealing zone of the face. sealing 64. This structure helps the springs 44 to apply closing forces between the sealing face 64 and the surface 58 of the fixed sealing ring 60.

Bien que l'invention ait été décrite en se référant à une forme de réalisation particulière à titre de démonstration, de nombreuses variations et modifications peuvent apparaître à 1' homme de l'art sans s'écarter de
l'esprit et de la portée de l'invention. Although the invention has been described with reference to a particular embodiment by way of demonstration, many variations and modifications may appear to those skilled in the art without departing from
the spirit and scope of the invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Système d'étanchéité d'arbre pour rotation '-tan-  1. Shaft sealing system for rotation '-tan- che par rapport à une surface d'extrémité d'une bague d'étanchéité che relative to an end surface of a sealing ring traversée par un arbre tournant, système caractérisé en ce qu'il comprend un premier manchon annulaire (18), destiné à entourer crossed by a rotating shaft, system characterized in that it comprises a first annular sleeve (18), intended to surround l'arbre tournant (12), manchon comprenant une première partie the rotating shaft (12), sleeve comprising a first part s'étendant axialement, une seconde partie s'étendant axialement, extending axially, a second part extending axially, une surface extérieure et une surface intérieure (24) ; une an outer surface and an inner surface (24); a première rainure (26) ménagée dans la surface intérieure (24) first groove (26) formed in the interior surface (24) logeant un premier joint touique (28) pour rendre étanche aux housing a first touic joint (28) to make it watertight fluides la liaison entre ce premier manchon (18) et l'arbre fluids the connection between this first sleeve (18) and the shaft (12);un moyen de liaison (20,22) dans ladite première partie (12); a connecting means (20,22) in said first part pour relier le premier manchon (18) à l'arbre (12) et le faire to connect the first sleeve (18) to the shaft (12) and do so tourner avec lui ; plusieurs pattes d'entraînement (32) fixées à turn with him; several drive tabs (32) fixed to la seconde partie dru premier manchon (18) et s'étendant parallè the second part of the first sleeve (18) and extending parallel lement à l'axe de rotation ; un second manchon (38) en forme lement to the axis of rotation; a second shaped sleeve (38) de bague destiné à entourer arbre tournant (12) et compre ring intended to surround rotating shaft (12) and compre nant une première partie, une seconde partie recouvrant la nant a first part, a second part covering the seconde partie du premier manchon (18), une surface intérieure second part of the first sleeve (18), an inner surface et une surface extérieure, une seconde rainure (50) ménagée and an outer surface, a second groove (50) formed dans ladite surface intérieuue de cette seconde partie du in said interior surface of this second part of the second manchon (38) logeant un second joint torique (52) pour second sleeve (38) housing a second O-ring (52) for rendre étanche au fluides la liaison entre le second manchon seal the connection between the second sleeve (38) et le premier manchon (18) ; plusieurs fentes (48 > de (38) and the first sleeve (18); several slots (48> of la surface intérieure de la première partie du second manchon the inner surface of the first part of the second sleeve (38) s'étendant parallèlement à l'axe de rotation pour rece (38) extending parallel to the axis of rotation to receive voir télescopiquement les pattes d'entraînement (32) see telescopically the drive lugs (32) plusieurs alésages borgnes espacés (30) ménagés dans la pre several spaced blind holes (30) formed in the pre mière partie du second manchon (38) s'étendant parallèlement à first part of the second sleeve (38) extending parallel to l'axe de rotation ; plusieurs ressorts (44) logés dans les the axis of rotation; several springs (44) housed in the alésages borgnes (30) prenant appui contre ces alésages (30) blind bores (30) bearing against these bores (30) et contre la seconde partie du premier -manchon (18) pour and against the second part of the first sleeve (18) for tendre à écarter axialement lesdits manchons (18, 38); et tend to axially separate said sleeves (18, 38); and un joint d'étanchéité annulaire (56),porté par le second an annular seal (56), carried by the second manchon (38), traversé par l'arbre (12) et comprenant une sleeve (38), crossed by the shaft (12) and comprising a face d'extrémité (64) destinée A tourner, de façon étanche aux end face (64) intended to rotate, sealingly fluides, en s'appuyant sur la surface d'extrémité (58) de la bague fixé d'étanchéité (60). fluids, resting on the end surface (58) of the fixed sealing ring (60). 2. Système d'étanchéité d'arbre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier manchon en forme de bague (18) comprend plusieurs alésages borgnes espacés (30) dans sa seconde partie et en ce que chacune des pattes d'entraînement (32) comprend une première partie (34) fixée dans un alésage borgne (30) correspondant de ce premier manchon (18) et une seconde partie (36) reçue dans une fente correspondante (48) de la première partie du second manchon (38). 2. Shaft sealing system according to claim 1, characterized in that the first ring-shaped sleeve (18) comprises several spaced-apart blind bores (30) in its second part and in that each of the drive lugs (32) comprises a first part (34) fixed in a corresponding blind bore (30) of this first sleeve (18) and a second part (36) received in a corresponding slot (48) of the first part of the second sleeve (38 ). 3. Système d'étanchéité d'arbre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de liaison comprend plusieurs alésages filetés (20) traversan-t la première partie du premier manchon (18) et plusieurs vis de fixation (22) dans lesdits alésages filetés (20) pour fixer le premier manchon (18) à l'arbre (12). 3. Shaft sealing system according to claim 1, characterized in that said connecting means comprises several threaded bores (20) traversing the first part of the first sleeve (18) and several fixing screws (22) in said threaded bores (20) for fixing the first sleeve (18) to the shaft (12). 4. Système d'étanchéité d'arbre suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une rainure de soulagement des contraintes (65) autour du premier manchon (18) entre ladite première et ladite seconde partie, ladite rainure de soulagement des contraintes et l'extrémité axiale de la seconde partie du premier manchon (18) définissant les limites d'une zone de parcours pour le second joint torique (52) sur la surface extérieure du premier manchon (18).  4. shaft sealing system according to claim 1, characterized in that it further comprises a stress relief groove (65) around the first sleeve (18) between said first and said second part, said stress relief groove and the axial end of the second part of the first sleeve (18) defining the limits of a travel area for the second O-ring (52) on the outer surface of the first sleeve (18).
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