FR3043149A1 - IMPROVED SEALING SYSTEM FOR ROTATING SHAFT - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système d'étanchéité, pour arbre (10) tournant de compresseur mécanique ou électrique, l'arbre (10) étant relié à au moins un compartiment (1, 2) dans lequel est disposée une roue de compresseur (3) et comportant au moins un moyen de guidage (4), le système d'étanchéité comportant au moins un moyen d'étanchéité (8) disposé en amont du moyen de guidage (4), par rapport à la roue (3). L'invention concerne également un compresseur équipé d'un tel système.The present invention relates to a sealing system, for shaft (10) rotating mechanical or electrical compressor, the shaft (10) being connected to at least one compartment (1, 2) in which is disposed a compressor wheel (3). ) and comprising at least one guiding means (4), the sealing system comprising at least one sealing means (8) arranged upstream of the guiding means (4) relative to the wheel (3). The invention also relates to a compressor equipped with such a system.
Description
SYSTEME D'ETANCHEITE AMELIORE POUR ARBRE TOURNANTIMPROVED SEALING SYSTEM FOR ROTATING SHAFT
La présente invention concerne le domaine des systèmes d'étanchéité, et plus particulièrement un système d'étanchéité pour arbre tournant.The present invention relates to the field of sealing systems, and more particularly to a sealing system for rotating shaft.
La présente invention s'applique par exemple aux arbres tournants des compresseurs mécaniques et électriques. Un compresseur électrique est un dispositif utilisé pour suralimenter un moteur thermique et fonctionnant avec un moteur électrique.The present invention applies for example to rotating shafts of mechanical and electrical compressors. An electric compressor is a device used to supercharge a heat engine and operating with an electric motor.
Un compresseur électrique comporte un arbre, pouvant tourner jusqu'à 300000 tours par minutes, qui s'étend dans au moins deux compartiments. Le premier compartiment peut contenir des moyens de guidage en rotation et/ou des moyens d'entrainement de l'arbre. Dans un compresseur électrique, le premier compartiment peut contenir un moteur électrique et des éléments de guidage en rotation tels que des roulements à billes. Le deuxième compartiment peut contenir la roue du compresseur connectée à l'extrémité de l'arbre.An electric compressor has a shaft, which can rotate up to 300,000 rpm, which extends into at least two compartments. The first compartment may contain rotation guiding means and / or drive means of the shaft. In an electric compressor, the first compartment can contain an electric motor and rotating guide elements such as ball bearings. The second compartment may contain the compressor wheel connected to the end of the shaft.
Dans un tel dispositif il est nécessaire qu'une étanchéité maximale soit maintenue au niveau de l'arbre entre le premier et le deuxième compartiment. En effet, des polluants du moteur, tels que l'huile, provenant du deuxième compartiment, peuvent pénétrer dans le premier compartiment au niveau de la portion de l'arbre entre les deux compartiments.In such a device it is necessary that a maximum seal is maintained at the level of the shaft between the first and the second compartment. Indeed, engine pollutants, such as oil, from the second compartment, can enter the first compartment at the portion of the shaft between the two compartments.
Actuellement, pour éviter que des polluants ne pénètrent dans le premier compartiment, un système d'étanchéité est disposé au niveau de la portion de l'arbre entre les deux compartiments. Ce système est composé d'un joint disposé dans un évidement formé directement dans l'arbre. Avec ce type de joints d'étanchéité, la géométrie de l'évidement peut avoir un impact négatif sur l'étanchéité. En effet, la paroi de l'évidement, contre laquelle est disposé le joint, peut ne pas être parfaitement lisse, ou être voilée. Lorsque l'arbre tourne, le joint n'est ainsi pas toujours en contact optimal avec la paroi de l'évidement. Un défaut de géométrie du joint peut également avoir le même effet.Currently, to prevent pollutants from entering the first compartment, a sealing system is disposed at the portion of the shaft between the two compartments. This system is composed of a seal disposed in a recess formed directly in the shaft. With this type of seals, the geometry of the recess can have a negative impact on the seal. Indeed, the wall of the recess, against which is disposed the seal, may not be perfectly smooth, or be veiled. When the shaft rotates, the seal is thus not always in optimal contact with the wall of the recess. A seal geometry defect can also have the same effect.
Il existe ainsi toujours un problème de fuites résiduelles.There is always a problem of residual leaks.
La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant un système d'étanchéité amélioré pour arbre tournant permettant d'éviter la pollution du premier compartiment, et notamment du moteur électrique.The present invention therefore aims to overcome one or more of the disadvantages of the devices of the prior art by providing an improved sealing system for rotating shaft to prevent pollution of the first compartment, including the electric motor.
Pour cela la présente invention propose un système d'étanchéité, pour arbre tournant de compresseur mécanique ou électrique, l'arbre étant relié à au moins un compartiment dans lequel est disposée une roue de compresseur et comportant au moins un moyen de guidage, le système d'étanchéité comportant au moins un moyen d'étanchéité disposé en amont du moyen de guidage, par rapport à la roue.For this purpose, the present invention proposes a sealing system, for a rotary shaft of a mechanical or electrical compressor, the shaft being connected to at least one compartment in which a compressor wheel is arranged and comprising at least one guide means, the system sealing device comprising at least one sealing means arranged upstream of the guide means, relative to the wheel.
Un tel moyen d'étanchéité permet d'obtenir une étanchéité maximale vis-à-vis des polluants provenant du deuxième compartiment du compresseur.Such a sealing means makes it possible to obtain maximum sealing with respect to the pollutants coming from the second compartment of the compressor.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'étanchéité est une rondelle, de préférence une rondelle souple.According to one embodiment of the invention, the sealing means is a washer, preferably a flexible washer.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'étanchéité est disposé au niveau d'une face du roulement, face perpendiculaire à l'axe X longitudinale de l'arbre du compresseur.According to one embodiment of the invention, the sealing means is disposed at a bearing face, face perpendicular to the longitudinal axis X of the compressor shaft.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'étanchéité est pincé par son extrémité, correspondant à son diamètre externe, entre une bague externe du roulement et le fond d'un logement du roulement dans un corps du compresseur.According to one embodiment of the invention, the sealing means is gripped by its end, corresponding to its outer diameter, between an outer ring of the bearing and the bottom of a bearing housing in a compressor body.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'extrémité du moyen de d'étanchéité, correspondant au diamètre interne du moyen d'étanchéité, est configurée pour frotter axialement sur une bague interne du moyen de guidage.According to one embodiment of the invention, the end of the sealing means, corresponding to the internal diameter of the sealing means, is configured to rub axially on an inner ring of the guide means.
Selon un mode de réalisation de l'invention, une extrémité du moyen de d'étanchéité, correspondant au diamètre interne du moyen d'étanchéité, est configurée pour frotter axialement sur un épaulement de l'arbre. L'avantage de la présence d'un tel moyen d'étanchéité est que la sur-pression créée en amont du moyen d'étanchéité, c'est-à-dire du côté roue compresseur 3, permet d'exercer un effort de plaquage du moyen d'étanchéité sur la partie tournante contre laquelle il frotte.According to one embodiment of the invention, an end of the sealing means, corresponding to the internal diameter of the sealing means, is configured to rub axially on a shoulder of the shaft. The advantage of the presence of such a sealing means is that the overpressure created upstream of the sealing means, that is to say the compressor wheel side 3, makes it possible to exert a plating force sealing means on the rotating part against which it rubs.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système comporte au moins un joint d'étanchéité.According to one embodiment of the invention, the system comprises at least one seal.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système deux joints d'étanchéité.According to one embodiment of the invention, the system has two seals.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système un trou d'évent débouchant entre les deux joints. L'invention concerne également un compresseur mécanique ou électrique équipé d'un système d'étanchéité selon l'invention. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'une partie d'un dispositif selon l'invention.According to one embodiment of the invention, the system has a vent hole opening between the two seals. The invention also relates to a mechanical or electrical compressor equipped with a sealing system according to the invention. Other objects, features and advantages of the invention will be better understood and will appear more clearly on reading the description given hereinafter with reference to the appended figures given by way of example and in which: FIG. 1 is a schematic representation of a longitudinal sectional view of an embodiment of a device according to the invention; FIG. 2 is a schematic representation of a longitudinal sectional view of an embodiment of FIG. part of a device according to the invention.
La présente invention concerne un système d'étanchéité pour un arbre tournant.The present invention relates to a sealing system for a rotating shaft.
Selon un mode de réalisation de l'invention l'arbre tournant est un arbre pour compresseur mécanique ou électrique.According to one embodiment of the invention, the rotating shaft is a shaft for a mechanical or electrical compressor.
Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par un moteur électrique, dans le but de suralimenter un moteur thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur asynchrone à courant continu ou alternatif.In the context of the invention, the term electric compressor, an air compressor, volumetric or not and for example centrifugal or radial, driven by an electric motor, for the purpose of supercharging a heat engine. According to one embodiment of the invention, the electric motor is a DC or AC asynchronous motor.
Plus précisément, selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à réluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Réluctance Motor selon la terminologie anglaise).More specifically, according to one embodiment of the invention, the electric motor is a variable reluctance motor (also called SRM machine for Switched Reluctance Motor according to English terminology).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur est un moteur à aimant permanent.According to another embodiment of the invention, the motor is a permanent magnet motor.
Dans la suite de la description, le terme compresseur signifie indifféremment compresseur mécanique ou compresseur électrique, sauf précision complémentaire.In the following description, the term compressor means indifferently mechanical compressor or electric compressor, unless additional precision.
Comme illustré sur les figures 1 et 2, l'arbre 10 est un arbre classique, longitudinal, de forme cylindrique. L'arbre 10 est disposé dans un alésage 13 d'une pièce fixe 14 du compresseur, formant le corps du compresseur. On entend par pièce fixe, une pièce qui n'est pas entraînée en rotation ou en translation. L'arbre 10 tourne en général à une vitesse comprise entre 0 et 300000 tr/min et de préférence entre 50000 et 80000 tr/min.As illustrated in Figures 1 and 2, the shaft 10 is a conventional longitudinal shaft, cylindrical. The shaft 10 is disposed in a bore 13 of a fixed part 14 of the compressor, forming the compressor body. By fixed part is meant a part which is not driven in rotation or in translation. The shaft 10 rotates generally at a speed between 0 and 300000 rpm and preferably between 50000 and 80000 rpm.
Comme illustré sur la figure 1, l'arbre 10 s'étend dans et entre au moins deux compartiments 1, 2. Plus précisément, une extrémité de l'arbre débouche à l'intérieur d'un premier compartiment 1 du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier compartiment 1 contient des moyens d'entrainement de l'arbre, comportant des moyens de guidage en rotation 4. Par exemple, pour un compresseur électrique, le premier compartiment 1 comporte un moteur électrique. L'autre extrémité de l'arbre débouche à l'intérieur d'un deuxième compartiment 2 du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention le deuxième compartiment 2 comporte la roue 3 du compresseur. L'arbre 10 est ainsi entraîné en rotation par les moyens de guidage 4 disposés dans le premier compartiment 1, et entraîne lui-même en rotation la roue 3 du compresseur disposée dans le deuxième compartiment 2.As illustrated in Figure 1, the shaft 10 extends in and between at least two compartments 1, 2. More specifically, an end of the shaft opens into a first compartment 1 of the compressor. According to one embodiment of the invention, the first compartment 1 contains drive means of the shaft, comprising means for guiding rotation 4. For example, for an electric compressor, the first compartment 1 comprises an electric motor . The other end of the shaft opens into a second compartment 2 of the compressor. According to one embodiment of the invention the second compartment 2 comprises the wheel 3 of the compressor. The shaft 10 is thus rotated by the guide means 4 arranged in the first compartment 1, and itself rotates the wheel 3 of the compressor disposed in the second compartment 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de guidage 4 sont formés par au moins un roulement 4.According to one embodiment of the invention, the guide means 4 are formed by at least one bearing 4.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les roulements 4 sont au nombre de deux, disposés de part et d'autre du moteur électrique (non illustré).According to one embodiment of the invention, the bearings 4 are two in number, arranged on either side of the electric motor (not shown).
Afin d'obtenir une étanchéité maximale vis-à-vis des polluants provenant du deuxième compartiment 2 du compresseur, l'invention prévoit un système d'étanchéité comportant au moins un moyen d'étanchéité 8 disposé en amont des moyens de guidage 4 par rapport à la roue 3.In order to obtain maximum sealing with respect to the pollutants coming from the second compartment 2 of the compressor, the invention provides a sealing system comprising at least one sealing means 8 arranged upstream of the guiding means 4 with respect to at the wheel 3.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'étanchéité selon l'invention, est disposé entre le premier et le deuxième compartiment de façon à réaliser l'étanchéité entre les deux compartiments.According to one embodiment of the invention, the sealing system according to the invention is disposed between the first and the second compartment so as to seal between the two compartments.
Selon un mode de réalisation le moyen d'étanchéité 8 est une rondelle, de préférence une rondelle souple.According to one embodiment, the sealing means 8 is a washer, preferably a flexible washer.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ce moyen d'étanchéité 8 est disposé au niveau d'une face du roulement, face perpendiculaire à l'axe X longitudinale de l'arbre 10 du compresseur. Plus précisément, le moyen d'étanchéité 8 est disposé au niveau de la face du roulement 4 orientée vers la roue 3.According to one embodiment of the invention, this sealing means 8 is disposed at a bearing face, face perpendicular to the longitudinal axis X of the shaft 10 of the compressor. More specifically, the sealing means 8 is disposed at the level of the face of the bearing 4 facing the wheel 3.
Dans le cadre de l'invention, le moyen d'étanchéité 8 est fixe par rapport au corps 14 du compresseur.In the context of the invention, the sealing means 8 is fixed relative to the body 14 of the compressor.
Selon un mode de réalisation, le moyen d'étanchéité 8 est pincé par son extrémité correspondant au diamètre externe 81 entre la bague externe du roulement et le fond du logement 42 du roulement dans le corps 14.According to one embodiment, the sealing means 8 is gripped by its end corresponding to the outer diameter 81 between the outer ring of the bearing and the bottom of the housing 42 of the bearing in the body 14.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'extrémité correspondant au diamètre interne 82 du moyen d'étanchéité 8 est configurée pour frotter axialement sur la bague interne 43 du roulement 4.According to one embodiment of the invention, the end corresponding to the internal diameter 82 of the sealing means 8 is configured to rub axially on the inner ring 43 of the bearing 4.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'arbre 10 comporte un épaulement non illustré. De cette façon, l'extrémité correspondant au diamètre interne 82 du moyen d'étanchéité 8 est configurée pour frotter axialement sur l'épaulement de l'arbre 10. L'avantage de la présence d'un tel moyen d'étanchéité est que la sur-pression créée en amont du moyen d'étanchéité, c'est-à-dire du côté roue compresseur 3, permet d'exercer un effort de plaquage du moyen d'étanchéité sur la partie tournante contre laquelle il frotte.According to one embodiment of the invention, the shaft 10 includes a not illustrated shoulder. In this way, the end corresponding to the internal diameter 82 of the sealing means 8 is configured to rub axially on the shoulder of the shaft 10. The advantage of the presence of such a sealing means is that the overpressure created upstream of the sealing means, that is to say the compressor wheel side 3, allows to exert a plating force of the sealing means on the rotating part against which it rubs.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le diamètre interne et le diamètre externe sont ajustés de façon à obtenir un compromis entre : l'effort de plaquage important pour une bonne étanchéité et une friction faible.According to one embodiment of the invention, the internal diameter and the outer diameter are adjusted so as to obtain a compromise between: the large plating force for good sealing and low friction.
Les dimensions des diamètres interne et externe de la rondelle ont un double impact à la fois sur la souplesse et sur la surface d'application de la pression.The inner and outer diameter dimensions of the washer have a dual impact on both the flexibility and the pressure application surface.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'épaisseur du moyen d'étanchéité 8 est configurée pour optimiser la souplesse du moyen d'étanchéité.According to one embodiment of the invention, the thickness of the sealing means 8 is configured to optimize the flexibility of the sealing means.
Dans un exemple non limitatif de réalisation de l'invention le moyen d'étanchéité 8 à les dimensions suivantes : - diamètre extérieur 22mm - diamètre intérieur 8.1mm - épaisseur 0.2 à 0.3mmIn a non-limiting embodiment of the invention, the sealing means 8 has the following dimensions: outer diameter 22 mm internal diameter 8.1 mm thickness 0.2 to 0.3 mm
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'étanchéité est en acier ou inox à ressort.According to one embodiment of the invention, the sealing means is made of steel or stainless steel spring.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'étanchéité comporte un traitement de surface anti-friction, et par exemple un traitement à base de Polytétrafluoroéthylène (ou PTFE).According to one embodiment of the invention, the sealing means comprises an anti-friction surface treatment, and for example a treatment based on polytetrafluoroethylene (or PTFE).
Selon un mode de réalisation de l'invention, la bague interne du roulement ou l'épaulement de l'arbre lorsqu'il est présent, comporte un traitement de surface antifriction, et par exemple un traitement à base de PTFE.According to one embodiment of the invention, the inner ring of the bearing or the shoulder of the shaft when it is present, comprises an anti-friction surface treatment, and for example a treatment based on PTFE.
Selon une variante de l'invention, le système d'étanchéité comporte également au moins un joint 5, 6 d'étanchéité. Le joint 5, 6 entoure l'arbre et est disposé dans un évidement.According to a variant of the invention, the sealing system also comprises at least one sealing gasket 5, 6. The seal 5, 6 surrounds the shaft and is disposed in a recess.
Dans le cadre de l'invention, on entend par joint, un segment d'étanchéité.In the context of the invention, the term "seal" means a sealing segment.
Selon un mode de réalisation du système selon l'invention, l'arbre comporte au moins un joint 5 disposé du coté du premier compartiment 1 du compresseur. Dans ce mode de réalisation, le joint permet de maintenir l'étanchéité au niveau de la jonction entre l'arbre et le premier compartiment.According to one embodiment of the system according to the invention, the shaft comprises at least one seal 5 disposed on the side of the first compartment 1 of the compressor. In this embodiment, the seal maintains the seal at the junction between the shaft and the first compartment.
Selon un mode de réalisation de cette variante, l'arbre comporte un joint disposé du coté du deuxième compartiment 2 du compresseur. Dans ce mode de réalisation, le joint permet de maintenir l'étanchéité au niveau de la jonction entre l'arbre et le premier compartiment.According to an embodiment of this variant, the shaft comprises a seal disposed on the side of the second compartment 2 of the compressor. In this embodiment, the seal maintains the seal at the junction between the shaft and the first compartment.
Selon une autre variante de l'invention, deux joints 5, 6 sont disposés dans deux évidements. Un premier joint 5 est disposé du coté du premier compartiment 1 du compresseur, un deuxième joint 5' est disposé du coté du deuxième compartiment 2 du compresseur.According to another variant of the invention, two seals 5, 6 are arranged in two recesses. A first seal 5 is disposed on the side of the first compartment 1 of the compressor, a second seal 5 'is disposed on the side of the second compartment 2 of the compressor.
Selon un mode de réalisation de cette autre variante, le corps du compresseur comporte un trou d'évent 7 disposé de manière à déboucher dans un espace situé entre les deux joints 5, 6. Ce trou d'évent 7 permet l'évacuation des polluants arrivant du deuxième compartiment 2. En effet, il est possible que des polluants franchissent le joint disposé du coté du deuxième compartiment 2. La présence du trou d'évent 7 évite ainsi l'accumulation de ces polluants entre les deux joints 5, 6.According to an embodiment of this other variant, the body of the compressor comprises a vent hole 7 arranged to open into a space between the two seals 5, 6. This vent hole 7 allows the evacuation of pollutants arriving from the second compartment 2. Indeed, it is possible that pollutants cross the seal disposed on the side of the second compartment 2. The presence of the vent hole 7 thus prevents the accumulation of these pollutants between the two seals 5, 6.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.The scope of the present invention is not limited to the details given above and allows embodiments in many other specific forms without departing from the scope of the invention. Therefore, the present embodiments should be considered by way of illustration, and may be modified without departing from the scope defined by the claims.
Claims (10)
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