FR2693514A1

FR2693514A1 - Perfectionnement aux pompes centrifuges.

Info

Publication number: FR2693514A1
Application number: FR9208576A
Authority: FR
Inventors: Baglin Richard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-01-14
Anticipated expiration: 2012-07-10
Also published as: FR2693514B1

Abstract

Pompe centrifuge, par exemple du type de celles utilisées sur les moteurs thermiques, comprenant un corps 30, un roulement-arbré 40, une garniture d'étanchéité 60, un rouet (ou turbine) 70 et une poulie 50 calée sur l'arbre, caractérisée en ce que le dispositif d'étanchéité est amélioré et forme, ou non, un ensemble monobloc avec le rouet et disposé de telle façon que l'assemblage de cet ensemble et du roulement arbré dans la pompe se réalise en une seule opération sur une presse hydraulique unique à double vérins agencée spécialement.

Description

L'invention concerne les pompes centrifuges, par exemple celles utilisées sur les moteurs à combustion interne pour propulser le fluide de refroidissement dans le circuit constitué par le moteur, le radiateur et les annexes.

L'évolution technologique de ces pompes s'est faite dans le sens d'une plus grande fiabilité et d'une réduction des coûts d'assemblage en grandes séries. Ainsi, le nombre de constituants séparés a diminué par la réalisation d'ensembles assurant une fonction complète dont les constituants séparés fragiles sont ainsi mieux protégés lors des manipulations.

Entrent dans cette catégorie le roulement formant palier et la garniture d'étanchéité de l'arbre tournant:
Les différents constituants du palier, tels les roulements à billes et l'arbre ont été regroupés en un ensemble monobloc appelé roulem ent-arbré.

Les éléments séparés de la garniture d'étanchéité à frottement plan contre plan ont été également regroupés de façon à former un ensemble dont les éléments fragiles et précis de frottement sont protégés lors des manipulations. Cette forme d'ensemble est aussi plus aisée à contrôler en étanchéité, plutôt que d'effectuer cette opération sur la pompe assemblée. On a aussi réalisé des ensembles monoblocs regroupant le rouet (ou turbine) et la garniture d'étanchéité.

Ces solutions ont amené une certaine amélioration dans la fiabilité d'assemblage des pompes. Toutefois, les moyens d'assemblage utilisés sont généralement délicats à cause de la méthode de montage, ce qui entrain, en grandes séries, des déformations dans les organes de guidage ou des déréglages en position et en conséquence des montages défectueux qu'il n'est pas toujours possible de détecter au contrôle final. Le plus souvent, les contraintes nécessaires à l'assemblage de tels ensembles dans la pompe amènent à des solutions qui ne sont pas performantes sur le plan rendement et efficacité de celle-ci.

De plus, il existe encore un pourcentage relativement important de pompes qui doivent ètre démontées et remplacées pour cause de fuite du dispositif d'étanchéité de l'arbre tournant ou bien pour des bruits (sifflements) provoqués par le frottement des faces frottantes du même joint.

La présente invention remèdie à ces inconvénients et apporte, en outre, des améliorations et des avantages spécifiques qui sont décrits ci-après.

Suivant l'invention - la figure 1 représente une pompe centrifuge en coupe longitudinale.

La partie entrée liquide et volute n'est pas représentée.

- les figures 2 et 3 illustrent le procédé et le dispositif de montage en une seule opération de l'ensemble rouet-garniture d'étanchéité et roulement-arbré dans le corps de la pompe.

- Les figures 4 et 5 représentent un ressort hélicoidal cylindrique et sa vue de face.

- la figure G est une coupe longitudinale d'une première forme de réalisation d'un ensemble rouet-garniture d'étanchéité à l'état libre identique à celui représenté dans la pompe. Les figures 7, 8, 9, 10, et 11 représentent des détails de réalisation de l'ensemble 6.

- Les figures 12, 13 et 14 représentent une première variante de réalisation d'un rouet et d'une garniture d'étanchéité séparés.

- Les figures 15 et 16 représentent une seconde variante d'une garniture d'étanchéité séparée.

- Les figures 17, 18 et 19 représentent une seconde forme de réalisation d'un ensemble rouet-garniture d'étanchéité.

- Les figures 20 et 21 sont relatives à une troisième forme de réalisation d'un ensemble rouet-garniture d'étanchéité.

Comme le montre la figure 1, la pompe est du type composé d'un corps 30, d'un roulement-arbré 40, d'une poulie d'entrainement 50 et d'un ensemble 70-60 constitué par le rouet et la garniture d'étanchéité.

Le roulement-arbré 40 est constitué de façon classique par un arbre tournant 42 soutenu par deux rangées de billes 43 et 44 contenues dans une cage extérieure 41. Deux joints d'étanchéité à lèvre caoutchouc 45 et 46 étanchent la graisse contenue entre les billes. La garniture d'étanchéité est du type à frottement plan sur plan d'un anneau de frottement 62 coopérant avec une contreface 63. Cet anneau de frottement est contenu dans un boitier métallique 61 et relié à celui-ci par l'intermédiaire d'une membrane 64 en élastomère lui permettant un degré de liberté suivant l'axe et assurant en même temps l'étanchéité statique entre le dit anneau et le boitier. Ce boitier 61 est emmanché à force en 614 dans l'alésage 304 du corps 30, ce qui assure une fixation étanche de ces deux éléments.Le rouet 70, du type emmanché à force en 701 sur l'arbre 42, contient dans sa partie épanouie 703 un manchon en élastomère 68 enserrant la contreface 63. Le serrage radial de la contreface 63 sur la partie intérieure 683 du manchon 68 assure l'étanchéité statique avec l'arbre 42.

La figure 6 représente l'ensemble qui regroupe le rouet 70 et la garniture d'étanchéité à l'état libre. Le boitier métallique 61 est formé d'une partie cylindrique centrale 611 prolongée par un cylindre légèrement plus grand en 612 qui s'évase suivant une partie plane 613 raccordée au cylindre extérieur 614 par un congé. Sur l'extrémité de ce cylindre extérieur sont pratiqués des crans 617 emboutis vers l'extérieur en nombre égal ou supérieur à trois, qui ont plusieurs fonctions: - ils assurent un guidage axial de l'anneau de frottement 62 tout en le maintenant en rotation grâce aux bossages 626 qu'il possède visibles sur la figure 7.

- ils empêchent (figure 1) le liquide présent autour de la surface de frottement 622 de l'anneau 62 de tourner sous l'effet de l'entrainement provoqué par la rotation du rouet . En effet, la rotation du liquide en cet endroit, à chaud, provoque la formation d'un anneau de vapeur, d'autant plus important que la vitesse de rotation est plus élevée, qui entrain une friction à sec du joint d'étanchéité et une destruction des surfaces frottantes. Cette action est efficace grâce au faible jeu Jt entre boitier et face rouet.

- ils servent (figure 1) de butée franche au boitier 61 contre la surface 302 du corps 30 lors de l'emmanchement a force dans l'alésage 304 de celui-ci.

La valeur du jeu Jt doit être relativement faible, de l'ordre de 0,5 mm. Ce jeu J1 pourra être compris entre 0,3 et 0,8 mm par exemple. On voit sur la figure 1 que la face plane 303 du corps 30 se trouve en retrait par rapport à la surface 610 de telle façon que l'on ait J2 > Ji. La valeur optimale de J2 pour assurer un rendement maximum de la pompe est comprise entre 0,9 et 2,5 mm.

Le montage du rouet-garniture d'étanchéité et du roulement-arbré dans la pompe est représenté, sous la forme de coupes longitudinales, sur les figures 2 et 3 qui indiquent les positions finales successives des deux vérins hydrauliques placés dans le même alignement, I'un inférieur, l'autre supérieur au plateau fixe
de la presse d'assemblage. On voit sur ces deux figures que le corps de pompe 30 est positionné et fixe en situation bridé sur sa face 303 contre le plan F1 de la partie centrale du plateau de
presse 120. Au départ de l'opération de montage, les vérins se trouvent de façon classique, éloignés de part et d'autre du plateau fixe 120 de la presse.On introduit le rouet-garniture d'étanchéité, dans le sens indiqué sur la figure 2, sur le cône d'entrée 103 de l'axe de centrage 101 dont le diamètre extérieur est de quelques dixièmes de mm plus petit que l'alésage intérieur de l'ensemble à monter, ce qui permet une présentation facile.

Cet axe 101 est escamotable grâce au ressort 104 se trouvant à l'intérieur du tube de poussée 100, lui-même solidaire du nez de vérin inférieur non représenté.

On introduit ensuite, comme le montre la figure 3, vers le haut, dans l'alésage 109 du piston 105 intérieur au système hydraulique 108 fixé sous le nez du vérin supérieur non représenté, I'extrémité 420 de l'arbre 42 du roulement-arbré. Un système de retenue non représenté dans l'alésage 109, empêche le roulement-arbré de tomber vers le bas sous l'action de son poids.

Le déclenchement de la presse entraine alors la montée du tube de poussée 100 représenté sur la figure 2 de telle façon que poussant sur la surface plane 702 du rouet, le jeu Jî diminue progressivement à partir du moment où le boitier cranté 61 vient toucher le bord de l'alésage 304 du corps de pompe 30. Lorsque Jt est nul, la surface 704 du rouet est en contact avec l'extrémité 610 du boitier cranté 61 qui se trouve alors contraint de pénétrer à force dans l'alésage 304 jusqu'à ce que les crans 617 se trouvent en butée sur la surface 302 du corps 30. Afin de faciliter la compréhension du dessin, un jeu J1 > 0 est représenté sur la figure 2, mais en réalité ce jeu est nul à ce stade de l'opération.

Etant donné que l'on a posé J2 > J1, on a alors toujours J2 > 0, et donc la surface 704 du rouet ne vient jamais en contact avec le plan 303 du corps 30.

A ce moment, ou un peu avant Si l'on souhaite diminuer le temps de cycle au minimum, le vérin supérieur commence sa descente avec le roulement-arbré maintenu dans l'alésage 109 du système hydraulique contenu dans le poussoir 108, comme il est visible sur la figure 3 qui montre cette séquence en fin de montage du roulement arbré 40. On voit sur cette figure que deux emmanchements à force ont eu lieu l'un après l'autre, puis simultanément lors de cette descente, d'une part la cage extérieure 41 du roulement arbré 40 dans l'alésage 301 du corps 30 et d'autre part, l'extrémité 422 de l'arbre 42 dans le moyeu 701 du rouet 70. Pour ce faire, il faut appuyer en même temps sur la surface 412 de la cage extérieure 41 et sur l'extrémité plane 421 de l'arbre 42. Ces deux surfaces déterminent une distance L48 en l'absence de contrainte notable.Or, la longueur L48 varie de quelques dixièmes de mm d'un roulement à l'autre. Le dispositif hydraulique représenté permet un ajustement automatique en fonction de la cote L48 sans effectuer de contrainte axiale exagérée sur le roulem ent-arbré.

En reprenant le mouvement de descente du raulement-arbré au moment où la cage extérieure 41 vient toucher l'alésage 301 du corps 30 en position fixe, on voit qu'à cet instant, I'extrémité de t'arbre 422 poussé à son autre extrémité 421, a déjà pénétré d'une certaine longueur dans l'alésage 684 du manchon 68 en repoussant le guide central éclipsable 101. La force nécessaire à cette pénétration, de l'ordre de 50 daN, est suffisante pour faire remonter le piston 105 retenu par le ressort 107 d'une charge de 20 daN par exemple. La cavité 110 est remplie d'huile hydraulique com muniquant par l'électrovanne 111 avec un réservoir en charge non représenté.Un microcontact situé peu après le début de l'emmanchement de la cage 41 dans l'alésage 301 du corps 30, commande la fermeture de la vanne 111, ce qui bloque en position axiale le piston 105 dans le poussoir 108. A ce moment, la distance entre les surfaces planes 1030 et 1080 du système hydraulique est exactement égale à L48. Cette fermeture se fait avant que l'extrémité 422 de l'arbre 42 ne pénètre à force dans l'alésage du moyeu 701 du rouet 70, ce qui est toujours possible étant donné que la longueur axiale du dit moyeu est nettement plus faible que celle de la cage extérieure 41 du roulement-arbré.

Le vérin inférieur est d'une force P1 relativement réduite, juste suffisante pour emmancher le boitier cranté 61 dans le corps 30, soit de l'ordre de 500 daN pour un diamètre de 36,5 mm. Cette différence avec le vérin supérieur qui doit avoir une force de poussée P2 bien plus importante, de l'ordre de 7000 daN, soit 2000 daN pour l'emmanchement de la cage extérieure 41 du roulement-arbré dans le corps 30 et 5000 daN pour
I'emmanchement du moyeu du rouet sur l'arbre 42 d'un diamètre de 16 mm par exemple, est utilisée pour faire redescendre le tube de poussée 100 contre une butée escamotable 130. Cette butée se place à une distance J1 de la collerette de butée 1001 du tube de poussée 100, de façon à récupérer automatiquement ce jeu J1 entre boitier cranté 61 et face rouet 704.Au moment donc, où le bord de l'alésage du moyeu 701 est accosté par l'extrémité 422 de l'arbre 42 dans sa course descendante, la force agissant vers le bas sur le tube de poussée 100 augmente fortement,
I'obligeant à descendre de la valeur du jeu J1 jusqu'à ce que la collerette 1001 vienne en contact avec la butée 130. Ensuite, le poussoir 108 continue sa descente en poussant simultanément la cage 41 dans l'alésage 301 du corps 30 et l'extrémité 422 de l'arbre 42 dans le moyeu 701 du rouet 70, et ceci jusqu'à une butée extérieure non représentée.

Ainsi, comme le représente la figure 3, les deux ensembles rouet-garniture d'étanchéité et roulement-arbré se trouvent montés dans le corps de la pompe pratiquement en même temps dans la même opération, ce qui autorise des cadences de fabrication trés rapides. On remarquera que tous les composants qui servent à cette opération sont de construction massive, ce qui procure une grande sécurité d'assemblage.

Le montage à force sur l'arbre de la poulie 50 visible sur la figure 1 est réalisé ensuite de façon classique.

Les descriptions qui suivent sont relatives aux différents ensembles rouet-garniture d'étanchéité susceptibles d'être assemblés, suivant l'invention, dans un corps de pompe. Comme le montre la figure 6, un boitier cranté 61 contient le dispositif mécanique du joint d'étanchéité. Une membrane 64 en élastomère ou en plastique spécial susceptible de résister à chaud et à froid dans le liquide véhiculé, s'étend de la collerette d'appui 641 qui se prolonge par une partie 642 comprimée radialement entre l'anneau métallique 65 et l'extérieur du diamètre tubulaire 612, suivie par une portion élastique 643 coudée qui s'étend à l'intérieur de l'anneau de frottement 62 pour se terminer par une extension tubulaire cylindrique 644 serrée radialement entre le prolongement 624 du dit anneau de frottement 62 et une entretoise métallique ou plastique dur 66.

Cette membrane 64 procure une large liberté axiale à l'anneau de frottement 62 tout en assurant une parfaite étanchéité statique avec le boitier cranté en 612-642 et avec l'anneau de frottement en 624-644. L'anneau de frottement 62 est réalisé en matériau convenant au frottement d'étanchéité et se présente sous la forme d'un anneau cylindrique dont le diamètre intérieur 621 est d'un diamètre qui lui permet de coulisser librement sur la partie centrale 611 du boitier cranté 61. Ainsi, lorsque la pression p2 du liquide à étancher est importante et pousse sur la portion 643 de la membrane pour la plaquer contre les parties solides, celle-ci ne peut en aucun cas être extrudée ou abimée puisque le jeu 621-611 est faible et que les parties qui peuvent être en contact avec elle ne comportent aucun angle vif.

Comme le montre la figure 6 la portée de frottement superfinie 622 se trouve à l'extérieur de ce diamétre 621. Plus à l'extérieur se trouve un second diamètre de centrage 625 visible sur la figure 7 où figurent seulement le boitier cranté 61 et dans la demi-vue inférieure l'anneau de frottement 62. Ce diamètre 625 est susceptible de coulisser librement dans l'alésage 616 du boitier cranté. Les bossages 626 peuvent, eux aussi, coulisser axialement librement dans les crans 617 du boitier cranté et constituent un guidage de l'anneau extrèmement robuste capable de résister sans détérioration aux plus fortes vibrations rencontrées notamment sur les moteurs Diesel.

Un ressort spécial constitué de 3 spires 67 rendues solidaires de l'anneau métallique 65 assure la pression de contact du frottement d'étanchéité entre les deux surfaces planes 622 de l'anneau 62 et 631 de la contreface 63. La plupart des dispositifs similaires utilisent pour assurer cette fonction un ressort cylindrique ou conique hélicoidal qui se termine, ou non, par deux extrémités planes meulées. Prenons, par exemple, un ressort cylindrique à extrémités meulées tel celui représenté sur la figure 4 et rodons la face F sur une machine à roder plan sans effectuer de contrainte sur celui-ci. Ce type de finition avec une huile chargée d'abrasif en poudre donne une surface mate d'une trés grande précision de planéité de l'ordre de 0,3 micron.

Comprimons ensuite le ressort à sa hauteur de travail tout en le frottant sur un marbre plan en alumine imprégné en surface de poudre diamant de 0,5 micron. On constate que deux parties brillantes diamétralement opposées apparaissent alors en A et B comme le montre la figure 5.

Ceci démontre que quelle que soit la précision origine de planéité de l'extrémité d'un tel ressort, celui-ci fournira quand meme sa charge par l'intermédiaire de deux appuis diamétralement opposés. Cet effet a deux conséquences fâcheuses: 1- il provoque, par transmission de contraintes inégales, une tendance à la déformation de l'anneau de frottement 62, et en conséquence de la surface 622 qui ne porte que sur deux aires réduites diamêtralement opposées qui correspondent aux deux appuis du ressort. Ceci entrain une étanchéité défectueuse entre les deux surfaces frottantes qui résulte du jeu plus important existant en dehors de ces deux aires. Ce défaut augmente avec la vitesse de glissement étant donné la formation d'un double coin de liquide.

2- il divise l'anneau de frottement en deux plans diamétraux à 90", ce qui favorise un mode de vibration préférentiel et une propension à une instabilité vibratoire qui se traduit par des sifflements.

Considérons maintenant la figure 8 qui représente, suivant la demi coupe A9, L'ensemble du ressort 67 solidaire de l'anneau 65 dans le sens où il se trouve à la figure 6, mais à l'état libre. Dans l'exemple donné, le ressort est constitué de trois spires 670 qui s'écartent à partir de l'anneau 65 dont la forme en U est constituée de deux parties cylindriques 651 et 654 reliées entre-elles par une couronne plane 653. Le diamètre d44 correspond au diamètre intérieur de la partie 644 de la membrane 64 visible sur la figure 6. Une seule spire en vue en plan est visible sur la figure 9 qui montre l'extension de cette spire à partir de l'anneau en 673 jusqu'en 674. Comme le représente la section
B9 sur la figure 10 , chacune des spires se termine côté anneau 65 par un coude 672 dont l'extrémité entre dans un trou 652 pratiqué dans la couronne plane 653 du dit anneau.Un sertissage 655 visible sur la figure 9 et sur la section C9 représentée sur la figure 1 1 maintient chaque spire solidaire dans le creux de l'anneau 65.

Ce type de ressort assure un appui bien régulier en trois points et procure ainsi une très faible distorsion de l'anneau de frottement, ce qui a pour conséquence une très bonne étanchéité entre les deux surfaces en frottement De plus, il est apparu que le fait d'éviter la formation d'un mode de vibrations par des plans diamétraux inhibait la tendance aux instabilités vibratoires. Dans ce sens, on a constaté un effet positif avec 3, 5 et 7 points de contact du ressort.

La contreface 63, d'une section rectangulaire, est réalisée en matériau approprié au frottement d'étanchéité tels certains oxydes et carbures métalliques. Comme il a été précisé plus haut, sa surface plane superfinie 631 se trouve en contact plan avec la portée 622 de l'anneau de frottement 62. La contreface 63 se trouve maintenue dans le cylindre intérieur 703 du rouet 70 par la compression radiale de l'extrémité 681 du manchon tubulaire 68 en élastomère de dureté relativement élevée ou en plastique. Ce dernier s'étend derrière la contreface suivant une couronne plane 682 qui se prolonge au centre par une portion tubulaire 683, elle-même suivie par une partie amincie en 684 se terminant par un bourrelet 685, maintenant ainsi l'ensemble joint-contreface 60-63 en contact axial à l'état libre suivant la disposition connue par le brevet Français 2 182 272.Ainsi, lors du montage dans la pompe, le joint d'étanchéité 60 se trouve comprimé de telle sorte que la distance J1 diminue jusqu'à sa valeur finale de fonctionnement telle que représenté sur la figure 1, ce qui se traduit par un éloignement axial entre le bourrelet 685 et la couronne plane 613 du boitier 61. Le rouet représenté sur la figure 6 est du type en métal embouti constitué par un moyeu 701 destiné à être emmanché à force sur l'arbre de pompe, qui se prolonge par un épanouissement plan 702 et un cylindre 703, suivi par un flasque 705 supportant les pales 706.

Dans certains cas, le constructeur de pompes ne souhaite pas une intégration aussi poussée que l'ensemble rouet-garniture d'étanchéité. Effectivement, un tel ensemble est souvent encombrant à cause du rouet et relativement lourd à manipuler. Il préfère donc utiliser un rouet et une garniture d'étanchéité séparés. Cette possibilité est prévue dans la présente invention et ne change pas les modalités d'assemblage de la pompe. En effet, considérons la figure 12, qui représente une variante de l'invention constituée par deux ensembles séparés, d'une part le rouet et d'autre part la garniture d'étanchéité monobloc généralement et respectivement désignés par 170 et 160. Ces deux ensembles indépendants sont représentés sur cette figure en coupe longituNinale, en contact suivant la surface de séparation 1703. Dans la demi coupe supérieure la garniture est à l'état libre et dans la demi coupe inférieure, elle est figurée montée dans la pompe. Il suffit pour le montage, et si l'on se réfère à la figure 2, de présenter en premier sur l'axe 101 le rouet 170 et en second la garniture d'étanchéité 160, pour qu'ensuite l'opération de montage se déroule exactement de la même façon que décrit plus haut.

Le rouet 170 représenté sur la figure 12 est du type plastique surmoulé sur un moyeu métallique constitué d'un cylindre 1701 prolongé par un épanouissement se terminant par des crans en 1702. Le flasque du rouet 170 comporte un cylindre de poussée 1704 qui fait face à la partie extérieure 1610-1617 du boitier cranté 161. C'est ce cylindre de poussée 1704 qui a pour fonction de pousser sur le boitier 161 pour l'emmancher dans l'alésage 1304 du corps de pompe 130. Après montage, le jeu JI réapparaît comme figuré sur la demi coupe inférieure de la figure 12. Le manchon tubulaire 168 est contenu dans sa partie 1681 à l'intérieur d'une coupelle métallique 169 en forme de L. L'alésage 1691 de cette coupelle est dimensionné pour un emmanchement à force sur l'arbre 1422.On assure ainsi la solidarisation en rotation avec l'arbre de l'ensemble constitué par les éléments 169 et 168 dans lesquels est maintenue solidairement par serrage radial sur son diamètre extérieur la contreface 163. Dans cette variante, le joint d'étanchéité comporte un boitier-cranté 161 et un anneau 165 supportant les spires du ressort 167 qui sont identiques par rapport à la solution présentée sur la figure 6.

L'anneau de frottement 162 et l'extrémité 1644 de la membrane 164 visibles sur la figure 12 sont disposés de telle façon que la dite extrémité est comprimée radialement sur le pourtour 1623 de l'anneau 162 par une coupelle métallique généralement désignée par 166. Cette coupelle est constituée, comme le précisent les figures 13 et 14 qui la montrent seule, par un cylindre 1661 qui se prolonge vers le centre par une couronne plane 1662 dans laquelle sont découpés des secteurs plans 1664 alternants avec des languettes 1663 rabattues circulairement. La conjonction des secteurs 1664 et des languettes cylindriques 1663 sert d'appui axial et de centrage aux extrémités des spires du ressort 167.La figure 15 représente en coupe longitudinale une autre variante de la garniture d'étanchéité, représentée isolée et à l'état timbre. La différence avec les descriptions précédentes concerne le mode de tenue et de guidage de l'anneau de frottement 262 dont la partie extérieure 2623 est entourée par l'extrémité 2644 en U de la membrane 264. Cette extrémité 2644 est elle-même entourée et serrée radialement par une coupelle métallique 266 dont la forme extérieure est inscrite dans la partie correspondante du boitier cranté 261 dans lequel elle peut coulisser axialement librement.

La figure 16, qui représente le joint d'étanchéité seul en vue de face, montre comment les deux cylindres 2661 et 2616 et les renflements correspondants 2666 et 2617 coulissent axialement l'un dans l'autre avec un jeu de quelques dixièmes de mm. Dans cette version, l'anneau de frottement 262 est entièrement cylindrique, ce qui peut être intéressant pour sa fabrication.

Une autre disposition d'un ensemble rouet-garniture d'étanchéité suivant l'invention, est représentée en coupe longitudinale sur la figure 17. En considérant les désignations générales à trois chiffres des constituants, il est visible que le rouet 370 est solidaire en rotation du joint d'étanchéité constitué des éléments 361, 362, 364, 365, 366, 367 et 368, qui coopère avec un ensemble fixe dans le carter de pompe, composé des éléments 351, 352 et 353. Une telle disposition avec un joint tournant est peu utilisée actuellement en raison du mauvais équilibrage dynamique qui résulte de l'utilisation de ressorts hélicoidaux cylindriques ou cônique centrés sur l'arbre. A ce défaut qui limite la vitesse de rotation utilisable à des valeurs faibles, s'ajoute la mauvaise stabilité en planéité de l'anneau de frottement dont les causes ont été développées en référence aux figures 4 et 5.

Pourtant, cette disposition offre l'avantage d'autoriser l'utilisaton de pressions de contact frottant sensiblement moitié de celles nécessaires aux joints fixes tels que ceux décrits en relation avec les figures 1, 6, 12 et 15. Ceci résulte du fait que l'arbre en tournant dans le palier formé par le roulement arbré est le siège de fortes vibrations dont l'amplitude croit avec la vitesse de rotation, alors que le carter de pompe qui est solidaire du bloc moteur, est beaucoup plus stable. Il faut donc une force bien plus élevée pour appliquer en permanence, malgré son inertie, l'anneau de frottement du joint contre la portée plane de la contreface lorsque celle-ci est fixée sur l'arbre et tourne avec lui.

Les deux modes de réalisation visibles sur les figures 17 à 21, procurent cet avantage qui entraine une réduction notable du couple de frottement absorbé par la garniture, et donc un moindre échauffement des surfaces en contact, tout en évitant les inconvénients de mauvais équilibrage et de déformations cités plus haut.

La description détaillée du dispositif rouet-garniture d'étanchéité à joint tournant représenté sur les figures 17, 18 et 19 va permettre de préciser les caractéristiques particulières de cet ensemble. Le rouet en métal moulé 370 est formé d'un moyeu 3701, dont l'alésage est prévu pour être monté à force sur l'arbre de pompe, à partir duquel s'étend un épanouissement courbe 3703 jusqu'à un cylindre de poussée 3704, lui-même entouré d'un flasque sensiblement plan 3705 qui supporte les pales 3706.

Sur le diamètre 3702 faisant partie du moyeu 3701 est emmanché à force un anneau métallique embouti-découpé généralement désigné par 365. La partie cylindrique 3654 de cet anneau se prolonge d'une part en se resserrant jusqu'à une autre partie cylindrique plus petite 3652 terminée par une collerette 3651, et d'autre part par un épanouissement 3655 dans lequel sont découpées et rabattues des pattes 3656. A l'intérieur de l'anneau 365 est maintenu en place contre l'épaulement 3653 le talon 3641-3642 d'une membrane souple en élastomère généralement désignée par 364. Cette membrane s'étend vers l'extérieur suivant une partie sensiblement plane 3643 dont la périphérie comporte un bourrelet circulaire 3644 qui entoure un épaulement 3621 faisant partie d'un anneau de frottement 362.Ces deux parties extérieures se trouvent comprimées axialement l'une contre l'autre entre la collerette 3611 d'un boitier métallique 361 et la portion circulaire plane 3662 d'une entretoise emboutie-découpée également métallique 366 sur laquelle est sertie l'extrémité 3613 du boitier. Cette disposition qui permet d'obtenir une étanchéité statique absolue entre la membrane 364 et l'anneau de frottement 362 est connue par le brevet Français
No 1 144 001. Plus vers le centre, L'anneau de frottement 362 est dégagé en 3623 du coté opposé à la surface de frottement 3625 par rapport à la partie centrale 3624. L'entretoise 366 comporte içi cinq groupes de trois languettes dont chaque languette centrale 3663 plus étroite supporte un ressort cylindrique 367. La figure 18 représente une section A17 de l'ensemble et la figure 19 montre une coupe circulaire applanie de l'engagement relatif entre l'entretoise 366 et l'anneau 365 dont les cinq languettes 3656 coulissent axialement entre les cinq groupes de trois languettes correspondantes 3663-3664 de la dite entretoise. On voit sur ces figures que l'ensemble des languettes se trouve sur le même cylindre moyen de façon à former un entrainement positif en rotation entre l'anneau 365 solidaire du rouet et l'entretoise 366 qui se trouve liée rigidement à l'anneau de frottement 362. Des poinçonnages 3657, visibles sur la figure 19, centrent l'extrémité des ressorts coté anneau 365. On remarquera que cette disposition procure un parfait équilibrage en rotation du dispositif avec la possibilité d'utiliser 3, 5 ou 7 ressorts suivant l'encombrement disponible.Ainsi qu'on le voit sur la figure 17, la surface plane 3625 de l'anneau de frottement 362 se trouve en contact avec son homologue faisant partie intégrante de la contreface 351. Cette contreface 351 est contenue dans un boitier métallique cranté 353 par l'intermédiaire d'un joint en élastomère 352 de section en L.Ce joint 352 est serré radialement entre le diamètre extérieur de la contreface 351 et l'intérieur du cylindre 3532 du boitier cranté 353, assurant ainsi une bonne tenue en rotation et une étanchéité statique absolue de la contreface par rapport au dit bolier. La partie cylindrique 3532 porte à son extrémité des crans 3534 en nombre égal ou supérieur à trois inscrits extérieurement dans un cylindre dont la forme est visible sur la figure 18 et dont les fonctions, sauf celle de guidage de l'anneau de frottement, sont identiques à celles des crans 617 décrits en relation avec les figures 1 et 6.

L'extrémité plane 3536 du boitier fait face au cylindre de poussée 3704 du rouet 370, ce qui permet le montage de l'ensemble dans un corps de pompe suivant la description faite plus haut en relation avec les figures 1, 2 et 3. Un manchon cylindrique de liaison 368 en élastomère de dureté élevée ou en plastique, placé au centre du dispositif maintient, à Vétat libre, l'ensemble 351-352-353 en contact avec l'anneau de frottement 362 du joint d'étanchéité. Ce manchon de liaison est prévu pour un montage légèrement serré sur l'arbre de pompe et comprend à une extrémité un bourrelet 3683 qui se loge dans un épaulement intérieur 3708 du rouet, et à l'autre extrémité un autre bourrelet sur le quel vient se centrer et prendre appui le boitier 353.

La figure 20 représente en coupe longitudinale, une autre variante d'un rouet-garniture d'étanchéité avec joint tournant suivant l'invention. Le rouet 470 est ici du type plastique surmoulé sur un moyeu métallique 4701 et comporte un prolongement cylindrique 4707 qui se termine par un épaulement intérieur 4708, à l'intérieur desquels est logé le talon 4641 de la membrane 464, la maintenant ainsi en position axiale. Plus à l'extérieur se trouvent, sur un diamètre moyen sensiblement égal, des trous axiaux 4709 dans lesquels viennent se loger les extrémités des ressorts 467, et des creux 4710 de forme semi-circulaire qui servent de guidage axial à chacune des languettes d'entrainement 4664 venant de l'entretoise 466.La figure 21 qui représente une section A20 précise comment se répartissent ici les cinq ressorts 467 centrés sur le premier jeu de cinq languettes 4663 venant de l'entretoise 466 d'un coté et dans les trous 4709 de l'autre coté.

Le second jeu de cinq languettes d'entrainement 4664 venant de l'entretoise et centrées entre les précédentes coulissent avec un jeu d'au moins 0,5 mm dans les creux correspondants 4710 moulés dans le rouet 470. La partie du joint visible sur la figure 20 qui s'étend à partir de la membrane 464 comprend un anneau de frottement 462 entouré par un boitier 461 serti sur l'entretoise 466 de façon identique à la description relative à la figure 17 précédente.

L'anneau de frottement 462 est en contact par sa surface 4622 avec la contreface 451. Cette contreface comporte un épaulement qui permet de loger le talon 4521 du joint 452 serré radialement à l'intérieur du boitier cranté 453 dont la forme est identique à celui correspondant à la figure 17 précédente. Dans cette version de la figure 20 la contreface 451 est directement en contact avec la surface 4531 du boitier 453, ce qui améliore l'échange thermique entre ces deux pièces. Sur le rouet 470 se trouve le cylindre de poussée 4704 qui fait face à l'extrémité 4534 du boitier cranté 453, afin d'assurer le montage et le respect du jeu Jî après l'assemblage dans le corps de pompe. Il est visible que dans la position comprimée du joint après montage, le boitier 461 se centre à l'intérieur du cylindre de poussée 4704 avec un jeu de quelques dixièmes de mm. Au centre du dispositif se trouve un tube métallique mince embouti 468 dont une extrémité 4683 renflée vers l'extérieur se clipe dans un creux correspondant du talon de la membrane 4641 en laissant une partie 4640 de ce talon découverte à l'intérieur afin d'assurer l'étanchéité statique par serrage radial avec l'arbre de pompe. Ce tube 468 est dimensionné intérieurement pour coulisser avec un faible jeu sur l'arbre de pompe et comporte à son autre extrémité un épanouissement 4685 pour la retenue et le centrage du boitier cranté 453 lorsque le dispositif rouet-garniture d'étanchéité est à l'état libre.

Claims

Revendications

1- Pompe centrifuge composée d'un corps 30, d'un palier 40

constitué par un roulement-arbré, d'une garniture d'étanchéité

60 à frottement plan sur plan, d'un rouet 70 et d'une poulie 50

montés à force sur l'arbre 42, caractérisée en ce que le boitier

61, emmanché à force dans le logement 304 correspondant du

corps de pompe 30 et contenant la garniture d'étanchéité 60,

comprend un prolongement cylindrique 614 comportant des

crans 617 emboutis vers l'extérieur faisant face à un cylindre

de poussée 704 solidaire du rouet 70.

2- Pompe centrifuge selon la revendication 1 caractérisée en ce

que le jeu J1 entre l'extrémité 610 du boitier cranté 61 et le

cylindre de poussée 704 du rouet 70 est compris entre 0,3 et

0,8 mm avec une valeur préférentielle de 0,5 mm.

3- Pompe centrifuge selon les revendications 1 et 2 caractérisée

en ce que le montage de l'ensemble rouet-garniture

d'étanchéité 70-60 et du roulement arbré 40 dans le corps de

pompe 30 se fait en une seule opération sur une presse

hydraulique comprenant un plateau 120 sur lequel est bridé le

corps de pompe 30, un vérin inférieur sur lequel est fixé un

outil tubulaire de poussée 100 contenant un axe éclipsable 101

sur lequel est positionné l'ensemble rouet-garniture

d'étanchéité 70-60 et un vérin supérieur sous lequel est

positionné le roulement-arbré 40, le tout disposé de telle façon

que le vérin inférieur monte en premier pour emmancher dans

le logement 304 du corps de pompe 30 le boitier cranté 61 de

la garniture d'étanchéité 60 et que le vérin supérieur descend

ensuite en forçant en place la cage extérieure 41 du roulement

arbré 40 dans le corps de pompe 30 et l'extrémité 422 de

l'arbre 42 dans l'alésage du moyeu 701 du rouet 70, en

repoussant sur une butée éclipsable 130 le vérin inférieur

soutenant la partie rouet 70-manchon 68-eontreface 63 d'une

cote égale au jeu J1.

4- Pompe centrifuge selon les revendications 1 à 3 caractérisée

en ce que le poussoir hydraulique supérieur 108 de montage

du roulement-arbré 42 comporte une cavité cylindrique 110

contenant un piston 105 agissant sur de l'huile hydraulique

dont l'échappement est bloqué par une électrovanne 111

commandée automatiquement après que le réglage

d'approche en longueur entre l'extrémité 421 de l'arbre 42 et la

surface d'appui 412 de la cage extérieure 41 du

roulement-arbré 40 est effective.

5- Pompe centrifuge selon les revendications 1 à 4 dont

l'ensemble monobloc rouet-garniture d'étanchéité 70-60

comprend un rouet 70 formé d'un moyeu 701 prolongé

extérieurement par un alésage 703 dans lequel est maintenue

une contreface 63 par l'intermédiaire d'un manchon tubulaire

68 assurant également par l'intérieur le maintien axial de

l'ensemble à l'état libre, la dite contreface 63 étant destinée à

coopérer en frottement plan sur plan avec un anneau de

frottement 62 coulissant axialement dans un boitier cranté 61, à

la partie centrale tubulaire 612 duquel il est relié par une

membrane souple 64 maintenue extérieurement dans le dit

anneau de frottement 62 par un anneau simple 66 et sur la

partie centrale 612 du boitier cranté 61 par un autre anneau 65

caractérisé en ce que cet anneau 65 est en forme de U dans

lequel sont serties 3, 5, ou 7 spires élastiques coudées 670

identiques positionnées angulairement dans des trous 652

correspondants et formant ressort pour assurer le rappel

élastique du dit anneau de frottement 62 sur la contreface 63.

6- Pompe centrifuge selon les revendications 1 à 4 caractérisée

en ce que le rouet 70 et la garniture d'étanchéité 60 sont deux

ensembles séparés.

7- Pompe centrifuge selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 6 dont

l'ensemble garniture d'étanchéité 160 comprend une coupelle

cylindrique 169 comportant un trou central 1691 destiné à etre

emmanché à force sur l'arbre 1422 et un cylindre extérieur

dans lequel est maintenue une contreface 163 par

l'intermédiaire d'un manchon tubulaire 168 assurant également

par l'intérieur le maintien axial en légère compression de

l'ensemble à l'état libre, la dite contreface 163 étant destinée à

coopérer en frottement plan sur plan avec un anneau de

frottement 162 coulissant axialement dans un boitier cranté 16t

à la partie centrale tubulaire duquel il est relié par une

membrane souple 164 maintenue sur cette partie centrale par

un anneau 165 en forme de U dans lequel sont serties 3, 5, ou

7 spires élastiques coudées 167 identiques positionnées

angulairement dans des trous correspondants, assurant ainsi

le rappel élastique contre un autre anneau extérieur 166

enserrant le dit anneau de frottement 162 caractérisé en ce que

cet anneau extérieur 166 comporte des languettes axiales

cylindriques 1663 et des secteurs radiaux plans 1664, à

l'intérieur desquels se positionnent les extrémités des spires

167 formant ressort.

8- Pompe centrifuge selon les revendications 6 et 7 caractérisée

en ce que l'ensemble garniture d'étanchéité 260 comprend un

anneau de frottement 262 extérieurement maintenu et serré

radialement dans un creux cylindrique 2644 de la membrane

264 par un anneau 266 comportant d'un coté des languettes

axiales et des secteurs radiaux maintenant les spires

extérieures du ressort et de l'autre côté des bossages 2666

emboutis vers l'extérieur destinés à coulisser dans les crans

correspondants 2617 du boitier cranté 261.

9 - Pompe centrifuge selon les revendications 1 à 4 dont

l'ensemble monobloc rouet-garniture d'étanchéité comprend

une partie tournante constituée par un rouet 370 sur une

extrémité centrale 3702 duquel est fixé un anneau 365

contenant le talon 3641-3642 d'une membrane 364 souple

axialement dont l'épanouissement 3643 comporte un bourrelet

3644 lié à un anneau de frottement 362 par serrage axial dans

un boitier épaulé 361 serti sur une entretoise 36G et une partie

fixe formée d'une contreface 351 contenue dans un boitier

cranté 353 par l'intermédiaire d'un joint 352 en forme de L, le

tout maintenu ensemble en légère compression à l'état libre

par un manchon tubulaire central 368 comportant un bourrelet

l'entretoise 366 comporte des groupes de 3 languettes axiales

3683-3685 à chaque extrémité, caractérisé en ce que

ou 7.

la contreface 351, le nombre de ressorts 367 étant égal à 3, 5

rappel élastique pour appliquer l'anneau de frottement 362 sur

prenant appui de l'autre coté sur l'anneau 365 assurant ainsi le

que chaque languette centrale 3663 supporte un ressort 367

pour former un entrainement positif en rotation de telle façon

avec des languettes correspondantes 3656 de l'anneau 365

3664-3663-3664 pouvant coulisser sur un diamètre équivalent

10 - Pompe centrifuge selon la revendication 9 caractérisée en ce

que l'ensemble monobloc rouet-garniture d'étanchéité

comprend un rouet 470 du type plastique surmoulé sur un

moyeu métallique 4701 et comporte > sur un diamètre donné,

des trous semi-circulaires 4710 dans lesquels viennent

coulisser axialement des languettes 4664 prolongeant

l'entretoise 466 et entre ceux-ci des trous cylindriques 4709

dans lesquels sont centrés des ressorts 467 qui se trouvent

guidés à leur autre extrémité sur un second jeu de languettes

4663 venant de la dite entretoise 466.

pompe.

serrage radial, l'étanchéité statique par rapport à l'arbre de

une partie 4640 du dit talon 4641 afin que celui-ci réalise par

4641 de la membrane 464 de telle façon qu'il laisse découverte

positionné dans un creux intérieur correspondant du talon

métallique embouti qui comporte un renflement 4683

comprend un manchon central 468 constitué d'un tube

en ce que l'ensemble monobloc rouet-garniture d'étanchéité

11 Pompe centrifuge selon les revendications 9 et 10 caractérisée