FR3061939A1 - BEARING COMBINING ASSEMBLY AND SEAL FOR ROTATING TREES - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble palier et joint d'étanchéité (10) pour un arbre (1), l'arbre (1) étant rotatif autour d'un axe central (Ac). L'ensemble (10) comprend un corps intérieur globalement tubulaire (12) pouvant être disposé autour de l'arbre (1) et accouplé à celui-ci de façon à être rotatif autour de l'axe central (Ac) et comportant une bague de palier intérieure (13), et une surface d'interaction (15) avec le joint d'étanchéité (20). L'ensemble (10) comprend également un corps extérieur globalement tubulaire (14) disposé de manière globalement coaxiale autour du corps intérieur (12), et comportant une bague extérieure de palier (17). Une pluralité de corps roulants (16) est disposée entre la bague intérieure (13) du corps intérieur (12) et la bague extérieure (17) du corps extérieur (14) de façon à former un palier (18). Au moins un élément (50) formant le joint d'étanchéité (20) globalement annulaire est disposé entre les corps intérieur et extérieur (12, 14) et espacé axialement vis-à-vis du palier (18), le ou les éléments (50) formant le joint d'étanchéité (20) formant une surface d'étanchéité circonférentielle intérieure (54) pouvant interagir à étanchéité avec la surface d'interaction (15) lorsque le corps intérieur (12) est globalement stationnaire par rapport à l'axe central (Ac), le joint d'étanchéité (20) étant configuré pour se déplacer globalement radialement vers l'extérieur de façon à être espacé vis-à-vis de la surface d'interaction (15) lorsque le corps intérieur (12) tourne autour de l'axe central (Ac).The invention relates to a bearing and seal assembly (10) for a shaft (1), the shaft (1) being rotatable about a central axis (Ac). The assembly (10) comprises a generally tubular inner body (12) which can be arranged around the shaft (1) and coupled thereto so as to be rotatable around the central axis (Ac) and having a ring bearing (13), and an interaction surface (15) with the seal (20). The assembly (10) also comprises a generally tubular outer body (14) disposed generally coaxially around the inner body (12), and having an outer bearing ring (17). A plurality of rolling bodies (16) is disposed between the inner ring (13) of the inner body (12) and the outer ring (17) of the outer body (14) to form a bearing (18). At least one element (50) forming the generally annular seal (20) is disposed between the inner and outer bodies (12, 14) and axially spaced from the bearing (18), the one or more elements ( 50) forming the seal (20) forming an inner circumferential sealing surface (54) capable of sealingly interacting with the interaction surface (15) when the inner body (12) is generally stationary relative to the central axis (Ac), the seal (20) being configured to move generally radially outwardly so as to be spaced from the interaction surface (15) when the inner body (12) ) rotates around the central axis (Ac).
Description
@ Titulaire(s) : AKTIEBOLAGET SKF, KAYDON RING & SEAL, INC..@ Holder (s): AKTIEBOLAGET SKF, KAYDON RING & SEAL, INC ..
O Demande(s) d’extension :O Extension request (s):
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® ENSEMBLE COMBINANT PALIER ET JOINT D'ETANCHEITE POUR ARBRES ROTATIFS.® COMBINING BEARING ASSEMBLY AND SEAL FOR ROTARY SHAFTS.
FR 3 061 939 - A1 (57) L'invention concerne un ensemble palier et joint d’étanchéité (10) pour un arbre (1), l'arbre (1) étant rotatif autour d'un axe central (Ac). L'ensemble (10) comprend un corps intérieur globalement tubulaire (12) pouvant être disposé autour de l'arbre (1) et accouplé à celui-ci de façon à être rotatif autour de l'axe central (Ac) et comportant une bague de palier intérieure (13), et une surface d'interaction (15) avec le joint d'étanchéité (20). L'ensemble (10) comprend également un corps extérieur globalement tubulaire (14) disposé de manière globalement coaxiale autour du corps intérieur (12), et comportant une bague extérieure de palier (17). Une pluralité de corps roulants (16) est disposée entre la bague intérieure (13) du corps intérieur (12) et la bague extérieure (17) du corps extérieur (14) de façon à former un palier (18). Au moins un élément (50) formant le joint d'étanchéité (20) globalement annulaire est disposé entre les corps intérieur et extérieur (12,14) et espacé axialement vis-à-vis du palier (18), le ou les éléments (50) formant le joint d'étanchéité (20) formant une surface d'étanchéité circonférentielle intérieure (54) pouvant interagir à étanchéité avec la surface d'interaction (15) lorsque le corps intérieur (12) est globalement stationnaire par rapport à l'axe central (Ac), le joint d'étanchéité (20) étant configuré pour se déplacer globalement radialement vers l'extérieur de façon à être espacé vis-à-vis de la surface d'interaction (15) lorsque le corps intérieur (12) tourne autour de l'axe central (Ac).FR 3,061,939 - A1 (57) The invention relates to a bearing and seal assembly (10) for a shaft (1), the shaft (1) being rotatable about a central axis (Ac). The assembly (10) comprises a generally tubular inner body (12) which can be arranged around the shaft (1) and coupled to the latter so as to be rotatable around the central axis (Ac) and comprising a ring inner bearing (13), and an interaction surface (15) with the seal (20). The assembly (10) also comprises a generally tubular outer body (14) disposed generally coaxially around the inner body (12), and comprising an outer bearing ring (17). A plurality of rolling bodies (16) is disposed between the inner ring (13) of the inner body (12) and the outer ring (17) of the outer body (14) so as to form a bearing (18). At least one element (50) forming the generally annular seal (20) is disposed between the internal and external bodies (12, 14) and axially spaced apart from the bearing (18), the element (s) ( 50) forming the seal (20) forming an inner circumferential sealing surface (54) capable of interacting sealingly with the interaction surface (15) when the internal body (12) is generally stationary relative to the central axis (Ac), the seal (20) being configured to move generally radially outward so as to be spaced from the interaction surface (15) when the inner body (12 ) rotates around the central axis (Ac).
TITRE DE L’INVENTIONTITLE OF THE INVENTION
Ensemble combinant palier et joint d'étanchéité pour arbres rotatifsAssembly combining bearing and seal for rotary shafts
ARRIÈRE-PLAN DE L’INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION
La présente invention concerne des paliers et des joints d’étanchéité, et plus particulièrement des paliers et des joints d’étanchéité employés dans des applications à haute vitesse et/ou haute température.The present invention relates to bearings and seals, and more particularly to bearings and seals used in high speed and / or high temperature applications.
Les paliers et les joints d’étanchéité sont chacun généralement connus sous de nombreux types et configurations différents, tels que les paliers lisses, les paliers à corps roulants, les joints d’étanchéité à lèvre élastomérique, les joints d’étanchéité annulaires en carbone, etc. Dans le cadre d’une utilisation dans des applications à vitesse relativement élevée et/ou à température relativement élevée, les paliers sont habituellement des paliers à corps roulants et les joints d’étanchéité sont souvent des joints d’étanchéité annulaires en carbone à étanchéité circonférentielle de sorte qu’ils fonctionnent efficacement dans de telles conditions ambiantes. Généralement, un ensemble formant le joint d’étanchéité annulaire distinct est placé de manière adjacente à un ensemble formant palier afin d’empêcher ou au moins de réduire l’écoulement de certains fluides (par exemple de vapeur, de produits de combustion, etc.) dans le palier.The bearings and seals are each generally known in many different types and configurations, such as plain bearings, rolling body bearings, seals with elastomeric lip, annular carbon seals, etc. For use in relatively high speed and / or relatively high temperature applications, the bearings are usually rolling bearings and the seals are often annular carbon seals with circumferential seals so that they work effectively in such ambient conditions. Generally, a separate annular seal assembly is placed adjacent to a bearing assembly to prevent or at least reduce the flow of certain fluids (e.g., steam, combustion products, etc.). ) in the landing.
RÉSUMÉ DE L’INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
Sous un aspect, la présente invention concerne un ensemble combinant palier et joint d’étanchéité pour un arbre, l’arbre étant rotatif autour d’un axe central, l’ensemble palier et joint d’étanchéité comprenant un corps intérieur globalement tubulaire pouvant être disposé autour de l’arbre et accouplé à celui-ci de façon à être rotatif autour de l’axe central. Le corps intérieur comporte une première section de surface circonférentielle extérieure formant une bague de palier intérieure et une seconde section de surface circonférentielle extérieure espacée axialement vis-à-vis de la première section de surface extérieure et formant une surface d’interaction avec le joint d’étanchéité. Un corps extérieur globalement tubulaire est disposé de manière globalement coaxiale autour du corps intérieur et comporte une section de surface circonférentielle intérieure espacée radialement vers l’extérieur vis-à-vis de la surface intérieure du corps intérieur et formant une bague extérieure de palier. Une pluralité de corps roulants sont disposés entre la bague intérieure du corps intérieur et la bague extérieure du corps extérieur de façon à former un palier. En outre, au moins un élément formant le joint d’étanchéité formant un joint d’étanchéité globalement annulaire est disposé entre les corps intérieur et extérieur et est espacé axialement vis-à-vis du palier. Le ou les éléments formant le joint d’étanchéité forment une surface d’étanchéité circonférentielle intérieure pouvant interagir à étanchéité avec la surface d’interaction avec le joint d’étanchéité du corps intérieur lorsque le corps intérieur est globalement stationnaire par rapport à l’axe central. Le joint d’étanchéité est configuré pour se déplacer globalement radialement vers l’extérieur de façon à être espacé vis-à-vis de la surface d’interaction lorsque le corps intérieur tourne autour de l’axe central.In one aspect, the present invention relates to an assembly combining bearing and seal for a shaft, the shaft being rotatable about a central axis, the bearing and seal assembly comprising a generally tubular inner body which can be arranged around the shaft and coupled to it so as to be rotatable around the central axis. The inner body has a first outer circumferential surface section forming an inner bearing ring and a second outer circumferential surface section axially spaced from the first outer surface section and forming an interaction surface with the gasket. sealing. A generally tubular outer body is disposed generally coaxially around the inner body and has an inner circumferential surface section spaced radially outward from the inner surface of the inner body and forming an outer bearing ring. A plurality of rolling bodies are arranged between the inner ring of the inner body and the outer ring of the outer body so as to form a bearing. In addition, at least one element forming the seal forming a generally annular seal is disposed between the inner and outer bodies and is spaced axially with respect to the bearing. The element or elements forming the seal form an inner circumferential seal surface capable of interacting with the seal with the surface of interaction with the seal of the inner body when the inner body is generally stationary relative to the axis. central. The seal is configured to move generally radially outward so as to be spaced from the interaction surface when the inner body rotates around the central axis.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le joint d’étanchéité comprend une pluralité de segments globalement arqués comportant chacun des surfaces circonférentielles intérieure et extérieure opposées et des première et seconde extrémités circonférentielles opposées. La première extrémité circonférentielle de chacun de la pluralité d’éléments formant le joint d’étanchéité est disposée de manière adjacente à la seconde extrémité circonférentielle d’un segment adjacent parmi la pluralité de segments de joint d’étanchéité. Les surfaces intérieures de la pluralité de segments forment collectivement une surface d’étanchéité circonférentielle intérieure pouvant interagir à étanchéité avec la surface d’interaction avec le joint d’étanchéité du corps intérieur tubulaire.According to one embodiment of the invention, the seal comprises a plurality of generally arcuate segments each having opposite inner and outer circumferential surfaces and first and second opposite circumferential ends. The first circumferential end of each of the plurality of elements forming the seal is disposed adjacent to the second circumferential end of an adjacent segment of the plurality of seal segments. The interior surfaces of the plurality of segments collectively form an interior circumferential seal surface capable of sealingly interacting with the surface of interaction with the seal of the tubular interior body.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le joint d’étanchéité comprend un corps globalement annulaire essentiellement rigide disposé autour de la seconde section de surface extérieure du corps intérieur et comporte une surface circonférentielle intérieure présentant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la seconde section de surface de façon à définir un espacement de jeu globalement annulaire entre la surface intérieure du joint d'étanchéité et la section de surface extérieure du corps intérieur.According to another embodiment of the invention, the seal comprises an essentially rigid generally annular body disposed around the second outer surface section of the inner body and comprises an inner circumferential surface having an inner diameter greater than the outer diameter of the second surface section so as to define a generally annular clearance spacing between the interior surface of the seal and the exterior surface section of the interior body.
Avantageusement, chaque segment de joint d’étanchéité est constitué de carbone, de céramique ou d’un matériau polymère résistant aux températures élevées.Advantageously, each seal segment is made of carbon, ceramic or a polymer material resistant to high temperatures.
Selon un autre aspect de l’invention, chacun du corps intérieur tubulaire et du corps extérieur tubulaire comprend un corps tubulaire unique.According to another aspect of the invention, each of the tubular inner body and the tubular outer body comprises a single tubular body.
Alternativement, chacun du corps intérieur tubulaire et du corps extérieur tubulaire comprend une pluralité de sections de corps tubulaires raccordées.Alternatively, each of the inner tubular body and the outer tubular body includes a plurality of connected tubular body sections.
Selon un autre aspect de l’invention, le corps extérieur tubulaire est configuré de façon à former un logement pour le ou les éléments formant le joint d’étanchéité.According to another aspect of the invention, the tubular outer body is configured so as to form a housing for the element or elements forming the seal.
Avantageusement, le corps extérieur tubulaire comporte une surface circonférentielle intérieure espacée radialement vers l’extérieur vis-à-vis du joint d’étanchéité et une surface de retenue radiale s’étendant vers l’intérieur à partir de la surface intérieure. L’ensemble palier et joint d'étanchéité comprend en outre un élément de retenue globalement annulaire pouvant être accouplé avec le corps extérieur de telle sorte que le joint d’étanchéité soit disposé de manière globalement axiale entre l’élément de retenue et la surface de retenue radiale du corps extérieur.Advantageously, the tubular outer body has an inner circumferential surface spaced radially outward vis-à-vis the seal and a radial retaining surface extending inwardly from the inner surface. The bearing and seal assembly further includes a generally annular retainer which can be coupled with the outer body such that the seal is disposed generally axially between the retainer and the surface of the seal. radial retention of the external body.
Avantageusement, l’ensemble formant joint d’étanchéité comprend en outre une plaque globalement annulaire disposée entre le joint d’étanchéité et l’élément de retenue, et comportant une surface radiale et une pluralité de ressorts s’étendant entre la plaque et le ou les éléments formant le joint d’étanchéité, le ou les ressorts étant configurés pour solliciter le ou les éléments formant le joint d’étanchéité globalement axialement en direction de la surface de retenue radiale du corps extérieur.Advantageously, the seal assembly further comprises a generally annular plate disposed between the seal and the retaining element, and comprising a radial surface and a plurality of springs extending between the plate and the or the elements forming the seal, the spring or springs being configured to urge the element or elements forming the seal generally axially in the direction of the radial retaining surface of the external body.
Selon un mode de réalisation, le corps extérieur tubulaire comprend une saillie globalement annulaire s’étendant radialement vers l’intérieur à partir d’une partie restante du corps extérieur, la saillie comportant au moins une section de surface circonférentielle intérieure espacée radialement vers l’extérieur vis-à-vis d’une section de surface extérieure du corps intérieur de façon à former un joint d'étanchéité à labyrinthe, la saillie formant la surface de retenue radiale du corps extérieur.According to one embodiment, the tubular outer body comprises a generally annular projection extending radially inward from a remaining part of the outer body, the projection comprising at least one section of inner circumferential surface spaced radially inward. exterior vis-à-vis an exterior surface section of the interior body so as to form a labyrinth seal, the projection forming the radial retaining surface of the exterior body.
Selon un mode de réalisation, le corps intérieur tubulaire comporte des surfaces circonférentielles intérieure et extérieure opposées, et une rainure globalement annulaire s’étendant radialement vers l’extérieur à partir de la surface intérieure et espacée vers l’intérieur vis-à-vis de la section de surface d’interaction avec le joint d'étanchéité, et au moins un passage s’étendant entre la rainure et la surface extérieure et configuré pour orienter les fluides depuis la rainure et globalement en direction du palier.According to one embodiment, the tubular inner body has opposite inner and outer circumferential surfaces, and a generally annular groove extending radially outward from the inner surface and spaced inwardly with respect to the surface section of interaction with the seal, and at least one passage extending between the groove and the external surface and configured to direct the fluids from the groove and generally towards the bearing.
Selon un autre aspect de l’invention, la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité/d’appui comprend un revêtement dur résistant à l’usure (par exemple du carbure de tungstène, etc.) afin de réduire le frottement et par conséquent l’usure au niveau du joint d'étanchéité, mais peut, en variante, être constituée uniquement du matériau du corps intérieur tubulaire.According to another aspect of the invention, the interaction surface with the seal / support joint comprises a hard wear-resistant coating (for example tungsten carbide, etc.) in order to reduce friction and therefore wear at the seal, but may alternatively be made only of the material of the tubular inner body.
DESCRIPTION SUCCINCTE DES MULTIPLES VUES DES DESSINSSHORT DESCRIPTION OF THE MULTIPLE VIEWS OF THE DRAWINGS
Le résumé qui précède, ainsi que la description détaillée des modes de réalisation préférés de la présente invention, seront mieux compris en les lisant conjointement avec les dessins joints. A des fins d’illustration de l’invention, sont représentés sur les dessins, qui sont schématiques, des modes de réalisation qui sont préférés à l’heure actuelle. On comprendra, toutefois, que la présente invention n’est pas limitée aux agencements et moyens spécifiques représentés. Dans les dessins :The foregoing summary, as well as the detailed description of the preferred embodiments of the present invention, will be better understood by reading them in conjunction with the accompanying drawings. For purposes of illustrating the invention, there are shown in the drawings, which are schematic, embodiments which are preferred at present. It will be understood, however, that the present invention is not limited to the specific arrangements and means shown. In the drawings:
la figure 1 est une vue en coupe transversale axiale écorchée d’un ensemble combinant palier et joint d'étanchéité selon la présente invention, représenté installé sur un arbre et à l’intérieur d’un bâti de machine ;Figure 1 is a sectioned axial cross-sectional view of an assembly combining bearing and seal according to the present invention, shown installed on a shaft and inside a machine frame;
la figure 2 est une vue en coupe transversale axiale de l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité, représenté séparé de l’arbre et du bâti ;Figure 2 is an axial cross-sectional view of the assembly combining bearing and seal, shown separated from the shaft and the frame;
la figure 3 est une vue en perspective de l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité ;Figure 3 is a perspective view of the assembly combining bearing and seal;
la figure 4 est une vue éclatée de l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité ; la figure 5 est une vue en perspective d’un élément intérieur tubulaire de l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité ;Figure 4 is an exploded view of the assembly combining bearing and seal; Figure 5 is a perspective view of a tubular inner member of the assembly combining bearing and seal;
la figure 6 est une vue en plan latérale de l’élément intérieur tubulaire ;Figure 6 is a side plan view of the tubular interior member;
la figure 7 est une vue en perspective d’un élément extérieur tubulaire de l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité ;Figure 7 is a perspective view of a tubular outer member of the assembly combining bearing and seal;
la figure 8 est une vue en plan latérale de l’élément extérieur tubulaire ;Figure 8 is a side plan view of the tubular outer member;
la figure 9 est une vue écorchée agrandie d’une partie de la figure 2 ;Figure 9 is an enlarged cutaway view of a portion of Figure 2;
la figure 10 est une vue écorchée très agrandie d’une partie de la figure 9 ;Figure 10 is a greatly enlarged cutaway view of a portion of Figure 9;
la figure 11 est une vue en perspective d’une structure préférée d’un joint d'étanchéité de l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité ;Figure 11 is a perspective view of a preferred structure of a seal of the assembly combining bearing and seal;
la figure 12 est une vue en coupe transversale axiale écorchée, davantage agrandie, de l’ensemble palier et joint d'étanchéité prise à travers un ressort du joint d'étanchéité ; et la figure 13 est une autre vue écorchée, davantage agrandie, d’une partie de la figure 2, illustrant une variante de conception de joint d'étanchéité.FIG. 12 is a more enlarged cutaway axial cross-sectional view of the bearing and seal assembly taken through a spring of the seal; and Figure 13 is another cut away view, further enlarged, of a portion of Figure 2, illustrating an alternative design of seal.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Une certaine terminologie est employée dans la description qui suit par souci de commodité uniquement et n’est pas limitative. Les termes « intérieur », « vers l’intérieur » et « extérieur », « vers l’extérieur » se rapportent à des directions se rapprochant et s’éloignant, respectivement, d’une ligne médiane ou d’un centre géométrique désigné(e) d’un élément décrit, la signification particulière étant rapidement évidente en se basant sur le contexte de la description. En outre, tel qu’utilisés ici, les termes « raccordé » et « accouplé » sont chacun censés inclure des raccordements directs entre deux éléments sans autres éléments intercalés entre eux et des raccordements indirects entre des éléments dans lesquels un ou plusieurs autres éléments sont intercalés entre eux. La terminologie comprend les termes spécifiquement mentionnés ci-dessus, des dérivés de ceux-ci et des termes de signification semblable.Some terminology is used in the following description for convenience only and is not limiting. The terms "interior", "inward" and "exterior", "outward" refer to directions approaching and departing, respectively, from a designated center line or geometric center ( e) of a described element, the particular meaning being quickly evident from the context of the description. In addition, as used herein, the terms "connected" and "mated" are each intended to include direct connections between two elements without other elements interposed therebetween and indirect connections between elements in which one or more other elements are interposed between them. The terminology includes the terms specifically mentioned above, derivatives thereof and terms of similar meaning.
En se référant maintenant en détail aux dessins, dans l’ensemble desquels des numéros identiques sont utilisés pour indiquer des éléments identiques, un ensemble combinant palier et joint d'étanchéité 10 pour un arbre 1 rotatif autour d’un axe central Ac est représenté sur les figures 1 à 13. De préférence, l’arbre 1 est un arbre de moteur haute vitesse disposé à l’intérieur d’un bâti ou d’un logement 2 d’une machine, telle que par exemple une turbine à gaz, une turbine à vapeur, un compresseur ou des dispositifs similaires et est, de préférence, configuré pour fonctionner dans un environnement à température relativement élevée, par exemple dans des conditions ambiantes supérieures à cent degrés Celsius (100 °C). L’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité 10 comprend essentiellement un corps intérieur globalement tubulaire 12 formant une bague intérieure de palier 13 et une surface d’interaction avec le joint d'étanchéité ou surface d’appui 15, un corps extérieur globalement tubulaire 14 disposé autour du corps intérieur 12 et formant une bague extérieure de palier 17, une pluralité de corps roulants 16 disposés entre les bagues intérieure et extérieure 13, 17 de façon à former un palier 18, et un joint d'étanchéité 20 disposé entre les deux corps 12, 14 et pouvant s’appliquer à étanchéité autour de la surface d’interaction/d’appui 15 du corps intérieur. En plaçant la bague intérieure de palier 13 et la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité/d’appui 15 sur le même corps intérieur 12 ou un corps intérieur 12 commun, un désalignement radial entre le palier 18 et le joint d'étanchéité 20 est essentiellement éliminé, comme décrit de manière plus détaillée ci-dessous.Referring now in detail to the drawings, in the set of which identical numbers are used to indicate identical elements, an assembly combining bearing and seal 10 for a shaft 1 rotating around a central axis Ac is shown in Figures 1 to 13. Preferably, the shaft 1 is a high speed motor shaft disposed inside a frame or a housing 2 of a machine, such as for example a gas turbine, a steam turbine, compressor or the like and is preferably configured to operate in a relatively high temperature environment, for example under ambient conditions above one hundred degrees Celsius (100 ° C). The assembly combining bearing and seal 10 essentially comprises an overall tubular inner body 12 forming an inner bearing ring 13 and an interaction surface with the seal or bearing surface 15, an overall tubular body 14 disposed around the inner body 12 and forming an outer bearing ring 17, a plurality of rolling bodies 16 disposed between the inner and outer rings 13, 17 so as to form a bearing 18, and a seal 20 disposed between the two bodies 12, 14 and which can be applied to sealing around the interaction / support surface 15 of the interior body. By placing the inner bearing ring 13 and the surface of interaction with the seal / bearing 15 on the same inner body 12 or a common inner body 12, a radial misalignment between the bearing 18 and the seal sealing 20 is essentially eliminated, as described in more detail below.
En se référant aux figures 1 à 6, le corps intérieur 12 tubulaire présente une ligne médiane 11 et peut être disposé autour de l’arbre 1 et accouplé avec celui-ci de façon à être rotatif autour de l’axe central Ac, comme illustré sur la figure 1. De préférence, le corps intérieur 12 est globalement circulaire et tubulaire et comporte des extrémités axiales opposées 12a, 12b, une surface circonférentielle intérieure 22 définissant un orifice et une surface circonférentielle extérieure 24 opposée. La surface extérieure 24 du corps intérieur comprend une première section de surface circonférentielle extérieure 24a formant la bague de palier intérieure 13 et une seconde section de surface circonférentielle extérieure 24b espacée axialement vis-à-vis de la première section de surface extérieure et formant la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité/d’appui 15. De préférence, la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité/d’appui 15 comprend un revêtement dur résistant à l’usure 19 (par ex. du carbure de tungstène, etc.) afin de réduire le frottement et par conséquent l’usure au niveau du joint d'étanchéité 20, mais peut, en variante, être constituée uniquement du matériau du corps intérieur 12 tubulaire, comme expliqué cidessous.Referring to Figures 1 to 6, the inner tubular body 12 has a center line 11 and can be arranged around the shaft 1 and coupled with the latter so as to be rotatable around the central axis Ac, as illustrated in Figure 1. Preferably, the inner body 12 is generally circular and tubular and has opposite axial ends 12a, 12b, an inner circumferential surface 22 defining an orifice and an opposite outer circumferential surface 24. The outer surface 24 of the inner body includes a first outer circumferential surface section 24a forming the inner bearing ring 13 and a second outer circumferential surface section 24b axially spaced from the first outer surface section and forming the surface Interaction with the seal / support 15. Preferably, the surface for interaction with the seal / support 15 comprises a hard wear-resistant coating 19 (for example carbide of tungsten, etc.) in order to reduce friction and consequently wear at the level of the seal 20, but may, as a variant, consist solely of the material of the tubular inner body 12, as explained below.
En outre, le corps intérieur 12 tubulaire comprend également de préférence une paire d’épaulements 46 globalement annulaires situés de chaque côté axial de la bague intérieure 13 et s’étendant radialement vers l’extérieur à partir de la surface extérieure 24 et de manière circonférentielle autour de l’axe central 11. Les épaulements 26 comportent chacun une surface circonférentielle extérieure 28 destinée à supporter une cage de palier 33 lors de la rotation du palier 18, comme expliqué ci-dessous.In addition, the tubular inner body 12 also preferably includes a pair of generally annular shoulders 46 located on each axial side of the inner ring 13 and extending radially outward from the outer surface 24 and circumferentially around the central axis 11. The shoulders 26 each have an outer circumferential surface 28 intended to support a bearing cage 33 during the rotation of the bearing 18, as explained below.
En se référant aux figures 1, 2, 9, 10 et 13, la surface intérieure 22 du corps intérieur 12 tubulaire est, de préférence, « crénelée » de façon à comporter une section radialement plus petite 22a située globalement intérieurement vis-à-vis de la bague intérieure de palier 13, une section radialement plus grande 22b située globalement intérieurement vis-à-vis de la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité 15 et une section d’épaulement inclinée 22c s’étendant entre les sections radialement plus petite et radialement plus grande 22a, 22b. De préférence, le corps intérieur 12 tubulaire est fixé axialement sur l’arbre 1 en mettant une surface d’extrémité radiale 12c sur une extrémité 12b en contact avec une surface d’épaulement lb correspondante sur l’arbre 1, comme illustré sur la figure 1, de façon à réduire ou pour ainsi dire éliminer les vibrations à l’intérieur du palier 18. En outre, la surface intérieure 22 comporte également, de préférence, une pluralité de rainures axiales 23 s’étendant radialement vers l’intérieur à partir de chaque section de surface 22a, 22b afin de former des chemins à fluide pour un fluide de refroidissement, tel que par exemple de l’huile, sous le palier 18 et le joint d'étanchéité 20.Referring to Figures 1, 2, 9, 10 and 13, the inner surface 22 of the tubular inner body 12 is preferably "crenellated" so as to have a radially smaller section 22a situated generally internally opposite of the inner bearing ring 13, a radially larger section 22b located generally internally with respect to the surface of interaction with the seal 15 and an inclined shoulder section 22c extending between the radially sections smaller and radially larger 22a, 22b. Preferably, the tubular inner body 12 is fixed axially on the shaft 1 by putting a radial end surface 12c on one end 12b in contact with a corresponding shoulder surface lb on the shaft 1, as illustrated in the figure 1, so as to reduce or virtually eliminate vibrations inside the bearing 18. In addition, the internal surface 22 also preferably comprises a plurality of axial grooves 23 extending radially inwards from of each surface section 22a, 22b in order to form fluid paths for a cooling fluid, such as for example oil, under the bearing 18 and the seal 20.
De plus, le corps intérieur 12 tubulaire comporte également, de préférence, une rainure circonférentielle 25 globalement annulaire et au moins un et de préférence une pluralité de passages 27 s’étendant entre la rainure 25 et la surface extérieure 24. La rainure circonférentielle 25 s’étend radialement vers l’extérieur à partir de la surface intérieure 22, de manière circonférentielle autour de l’axe central Ac et est espacée vers l’intérieur vis-à-vis de la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité/d’appui 15, et est destinée à faire circuler le fluide de refroidissement de manière circonférentielle sous la surface d’appui pour le joint d'étanchéité 15. Comme indiqué sur les figures 10 et 13, le ou les passages 27 comportent chacun une entrée 27a au niveau de la rainure 25 et une sortie 27b au niveau de la surface extérieure 24 du corps et s’étendent, de préférence, à la fois radialement et axialement, pour des raisons expliquées ci-dessous.In addition, the tubular inner body 12 also preferably includes a generally annular circumferential groove 25 and at least one and preferably a plurality of passages 27 extending between the groove 25 and the outer surface 24. The circumferential groove 25 s extends radially outward from the inner surface 22, circumferentially around the central axis Ac and is spaced inwardly with respect to the surface of interaction with the seal / support 15, and is intended to circulate the cooling fluid circumferentially under the support surface for the seal 15. As indicated in Figures 10 and 13, the passage or passages 27 each have an inlet 27a at the groove 25 and an outlet 27b at the outer surface 24 of the body and preferably extend both radially and axially, for reasons explained below.
En se référant maintenant aux figures 1 à 4, 7 à 10 et 13, le corps extérieur 14 tubulaire est également, de préférence, globalement circulaire et tubulaire et est disposé de manière globalement coaxiale autour du corps intérieur 12, et peut, de préférence, être inséré à l’intérieur d’un orifice d’un bâti ou d’un logement 2, mais peut, en variante, être raccordé, au niveau d’une extrémité axiale ou des deux, à une autre structure de support (non illustrée). Le corps extérieur 14 comporte des extrémités axiales 14a, 14b opposées et des surfaces circonférentielles intérieure et extérieure 30, 32 opposées, respectivement. La surface intérieure 30 du corps extérieur comprend une section de surface circonférentielle intérieure 30a espacée radialement vers l’extérieur vis-à-vis de la première section de surface intérieure 24a du corps intérieur et formant la bague extérieure de palier 17. De préférence, la surface extérieure 32 du corps extérieur 14 tubulaire présente une section décroissant radialement vers l’intérieur d’une section radialement plus grande adjacente à la première extrémité axiale 14a à une section radialement plus petite adjacente à la seconde extrémité axiale 14b de façon à produire un interstice Ga autour de la section de corps extérieur entourant le joint d'étanchéité 20, comme illustré au mieux sur la figure 1.Referring now to FIGS. 1 to 4, 7 to 10 and 13, the tubular outer body 14 is also, preferably, generally circular and tubular and is arranged in a generally coaxial manner around the interior body 12, and can, preferably, be inserted inside an orifice of a frame or a housing 2, but can, as a variant, be connected, at one or both axial ends, to another support structure (not illustrated ). The outer body 14 has opposite axial ends 14a, 14b and inner and outer circumferential surfaces 30, 32 opposite, respectively. The inner surface 30 of the outer body includes an inner circumferential surface section 30a spaced radially outward from the first inner surface section 24a of the inner body and forming the outer bearing ring 17. Preferably, the outer surface 32 of the tubular outer body 14 has a radially inward decreasing section from a radially larger section adjacent to the first axial end 14a to a radially smaller section adjacent to the second axial end 14b so as to produce a gap Ga around the outer body section surrounding the seal 20, as best illustrated in Figure 1.
En se référant aux figures 1, 9, 10 et 12, le corps extérieur 14 tubulaire est configuré, de préférence, pour former un logement 34 destiné à recevoir le joint d’étanchéité 20 de façon à maintenir le joint d’étanchéité 20 en alignement axial vis-à-vis de la surface d’interaction/d’appui 15. Spécifiquement, la surface intérieure 30 du corps extérieur 14 tubulaire comporte, de préférence, une section de surface circonférentielle intérieure 36 espacée radialement vers l’extérieur vis-à-vis du joint d’étanchéité 20, et axialement vis-à-vis de la bague extérieure 17, et une surface de retenue radiale 38 s’étendant vers l’intérieur à partir de la surface intérieure 30 en position adjacente à une extrémité axiale 36a de la section de surface intérieure 36. La section de surface intérieure et la surface radiale 38 forment une « niche » globalement annulaire destinée à recevoir le joint d’étanchéité 20. De plus, l’ensemble palier et joint d'étanchéité 10 comprend en outre, de préférence, un élément de retenue 40 globalement annulaire pouvant être accouplé avec le corps extérieur 14 en position adjacente à l’autre extrémité 36b de la section de surface intérieure 36. Ainsi, le joint d’étanchéité 20 est disposé de manière globalement axiale entre l’élément de retenue 40 et la surface de retenue radiale 38 du corps extérieur, et est retenu radialement par la section de surface intérieure 36. De préférence, la plaque de retenue 40 est réalisée globalement sous la forme d’un anneau de retenue et est reçue à l’intérieur d’une rainure annulaire 42 s’étendant radialement vers l’extérieur à partir de la surface intérieure 30 du corps extérieur.Referring to Figures 1, 9, 10 and 12, the outer tubular body 14 is preferably configured to form a housing 34 for receiving the seal 20 so as to keep the seal 20 in alignment axial with respect to the interaction / support surface 15. Specifically, the interior surface 30 of the tubular exterior body 14 preferably has an interior circumferential surface section 36 spaced radially outwardly. -vis the seal 20, and axially vis-à-vis the outer ring 17, and a radial retaining surface 38 extending inwardly from the inner surface 30 in a position adjacent to an axial end 36a of the interior surface section 36. The interior surface section and the radial surface 38 form a generally annular "niche" for receiving the seal 20. In addition, the bearing and seal assembly 10 comprises in addition, preferably, an ele retaining ment 40 generally annular capable of being coupled with the external body 14 in position adjacent to the other end 36b of the internal surface section 36. Thus, the seal 20 is disposed generally axially between the element of retaining 40 and the radial retaining surface 38 of the outer body, and is retained radially by the inner surface section 36. Preferably, the retaining plate 40 is generally produced in the form of a retaining ring and is received at the the interior of an annular groove 42 extending radially outward from the interior surface 30 of the exterior body.
En se référant aux figures 9, 10 et 13, le corps extérieur 14 tubulaire comprend en outre, de préférence, une saillie 44 globalement annulaire s’étendant radialement vers l’intérieur à partir d’une partie restante du corps extérieur 14 et formant la surface de retenue radiale 38 décrite ci-dessus. La saillie 44 comporte au moins une section de surface circonférentielle intérieure 46 espacée radialement vers l’extérieur vis-à-vis d’une section de surface extérieure 24c du corps intérieur 12 tubulaire au niveau d’un emplacement situé globalement entre la bague intérieure 13 et la surface d’interaction/d’appui 15, et est configurée pour former un joint d'étanchéité à labyrinthe 48. De préférence, la saillie 44 comporte une surface intérieure filetée 46 unique s’étendant de manière circonférentielle et axiale sur une pluralité de tours et une rainure en spirale 47 unique entre les « tours » de la surface intérieure 46. Ainsi, tout fluide pénétrant à l’intérieur de la rainure 47 est orienté par un « effet de vis sans fin » dans une direction s’éloignant globalement axialement du joint d’étanchéité 20 et se rapprochant du palier 18 lors de la rotation de l’arbre 1.Referring to Figures 9, 10 and 13, the tubular outer body 14 further preferably includes a generally annular projection 44 extending radially inward from a remaining portion of the outer body 14 and forming the radial retention surface 38 described above. The projection 44 comprises at least one inner circumferential surface section 46 spaced radially outward vis-à-vis an outer surface section 24c of the tubular inner body 12 at a location located generally between the inner ring 13 and the interaction / support surface 15, and is configured to form a labyrinth seal 48. Preferably, the projection 44 has a single threaded interior surface 46 extending circumferentially and axially over a plurality of turns and a single spiral groove 47 between the "turns" of the inner surface 46. Thus, any fluid penetrating inside the groove 47 is oriented by a "worm effect" in a direction moving away generally axially of the seal 20 and approaching the bearing 18 during the rotation of the shaft 1.
Cependant, la saillie 44 peut, au lieu de cela, être réalisée de façon à comporter une pluralité de sections de surface 46 séparées et de rainures 47 séparées situées entre des sections de surface 46 adjacentes afin de former un chemin tortueux de façon à empêcher essentiellement un écoulement de fluide en direction du joint d’étanchéité 20. De préférence, la ou les surfaces intérieures 46 de la saillie sont placées radialement extérieurement vis-à-vis des sorties 27b des passages 27 du corps intérieur, de telle sorte que le fluide de refroidissement circulant depuis la rainure intérieure 25 soit orienté globalement en direction du joint d’étanchéité 20 par le joint d'étanchéité à labyrinthe 48 lors de la rotation de l’arbre 1 et du corps intérieur 12. En outre, la saillie 44 est, de préférence, globalement « en forme de L » avec une section cylindrique intérieure 44a formant la surface intérieure 46 et la ou les rainures 47 et une section de liaison extérieure 44b relativement étroite s’étendant entre la section cylindrique 44a et le reste du corps 14 tubulaire, mais peut présenter toute autre forme appropriée, telle que par exemple essentiellement circulaire et cylindrique ou annulaire avec une surface intérieure comportant une ou plusieurs rainures s’étendant vers l’extérieur à partir d’un orifice intérieur (non illustré).However, the protrusion 44 may instead be made to have a plurality of separate surface sections 46 and separate grooves 47 located between adjacent surface sections 46 to form a tortuous path so as to essentially prevent a flow of fluid in the direction of the seal 20. Preferably, the interior surface or surfaces 46 of the projection are placed radially externally with respect to the outlets 27b of the passages 27 of the interior body, so that the fluid cooling circulating from the inner groove 25 is oriented generally towards the seal 20 by the labyrinth seal 48 during the rotation of the shaft 1 and the inner body 12. In addition, the projection 44 is , preferably, overall "L-shaped" with an inner cylindrical section 44a forming the inner surface 46 and the groove or grooves 47 and a relatively narrow outer connecting section 44b extending between the cylindrical section 44a and the rest of the tubular body 14, but may have any other suitable shape, such as for example essentially circular and cylindrical or annular with an interior surface comprising one or more grooves extending outwards from an interior port (not shown).
De préférence, chacun du corps intérieur 12 tubulaire et du corps extérieur 14 tubulaire est réalisé sous la forme d’un corps tubulaire d’un seul tenant unique (c'est-à-dire de structure monolithique) comme représenté sur les figures, mais peut, en variante, être réalisé sous la forme d’au moins deux sections tubulaires (non illustrées) qui sont raccordées de manière permanente ou amovible. En outre, chacun des corps intérieur et extérieur 12, 14 est, de préférence, constitué d’acier pour paliers, tel que par exemple d’acier à base de carbone et de chrome durci à cœur (par ex. 100Cr6), d’acier inoxydable à haute teneur en azote, etc., de telle sorte que la bague intérieure 13 soit usinée directement sur la surface extérieure du corps intérieur et que la bague extérieure 17 soit usinée directement sur la surface intérieure 30 du corps extérieur. Toutefois, chaque corps 12 ou 14 tubulaire peut, au lieu de cela, être constitué de tout autre matériau approprié et/ou peut comporter des garnitures annulaires (non illustrées) formant les bagues intérieure et extérieure 13, 17.Preferably, each of the inner tubular body 12 and the outer tubular body 14 is produced in the form of a tubular body in a single piece (that is to say of monolithic structure) as shown in the figures, but may alternatively be produced in the form of at least two tubular sections (not shown) which are permanently or removably connected. In addition, each of the inner and outer bodies 12, 14 is preferably made of bearing steel, such as for example carbon-based steel and chromium hardened to the core (eg 100Cr6), stainless steel with high nitrogen content, etc., so that the inner ring 13 is machined directly on the outer surface of the inner body and the outer ring 17 is machined directly on the inner surface 30 of the outer body. However, each tubular body 12 or 14 may, instead, be made of any other suitable material and / or may comprise annular packings (not shown) forming the inner and outer rings 13, 17.
En se référant aux figures 1, 2, 4 et 9, la pluralité de corps roulants ou rouleaux 16 sont disposés entre, et roulent simultanément sur, la bague intérieure 13 du corps intérieur et la bague extérieure 17 du corps extérieur de façon à former le palier 18. De préférence, chacun des corps roulants 16 est un rouleau cylindrique, mais peut, en variante, être réalisé sous la forme de billes, d’aiguilles, de rouleaux toroïdaux ou de tout autre type de corps roulant approprié (non illustré) en fonction de l’application particulière de l’ensemble palier et joint d'étanchéité 10. En outre, le palier 18 comprend, de préférence, une cage 33 globalement annulaire comportant une pluralité de cavités 35 rectangulaires, chaque corps roulant 16 étant disposé à l’intérieur d’une cavité distincte parmi les cavités 35 de façon à maintenir un espacement souhaité entre les rouleaux 16. Comme expliqué ci-dessus, la cage de palier 33 est, de préférence, supportée par les épaulements 26 du corps intérieur 12 tubulaire et glisse généralement sur les surfaces circonférentielles extérieures 28 des épaulements lors de la rotation du corps intérieur 12.Referring to Figures 1, 2, 4 and 9, the plurality of rolling bodies or rollers 16 are disposed between, and roll simultaneously on, the inner ring 13 of the inner body and the outer ring 17 of the outer body so as to form the bearing 18. Preferably, each of the rolling bodies 16 is a cylindrical roller, but can, as a variant, be produced in the form of balls, needles, toroidal rollers or any other suitable type of rolling body (not illustrated) depending on the particular application of the bearing and seal assembly 10. In addition, the bearing 18 preferably comprises a generally annular cage 33 comprising a plurality of rectangular cavities 35, each rolling body 16 being disposed at the interior of a separate cavity among the cavities 35 so as to maintain a desired spacing between the rollers 16. As explained above, the bearing cage 33 is preferably supported by the shoulders 26 of the inner body 12 tubular and generally slides on the outer circumferential surfaces 28 of the shoulders when the inner body 12 rotates.
En se référant maintenant aux figures 1, 2, 4, 9 à 11 et 13, le joint d’étanchéité 20 ίο comprend au moins un et de préférence une pluralité d’éléments formant le joint d’étanchéité 50, et est, de préférence, un joint d'étanchéité annulaire à étanchéité circonférentielle, comme décrit en détail ci-dessous. Le joint d’étanchéité 20 est disposé entre les corps intérieur et extérieur 12, 14 et est espacé axialement vis-à-vis du palier 18. Le ou les éléments formant le joint d’étanchéité 50 comportent chacun une section de surface d’étanchéité circonférentielle intérieure formant individuellement ou collectivement une surface d’étanchéité 54 (c'est-à-dire qu’avec un seul élément 50, l’intégralité de la section de surface intérieure forme la surface d’étanchéité 54), et des extrémités axiales 50a, 50b opposées. La surface d’étanchéité 54 peut interagir à étanchéité avec la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité 15 du corps intérieur lorsque le corps intérieur 12 est globalement stationnaire par rapport à l’axe central Ac, en d’autres termes lorsque la machine se trouve dans un état statique avec un arbre 1 non rotatif. En outre, la surface radiale 55 d’une extrémité axiale 50a du ou des éléments formant le joint d’étanchéité 50 peut interagir à étanchéité avec la surface de retenue radiale 38 du corps extérieur 14 tubulaire de façon à empêcher un écoulement de fluide entre le joint d’étanchéité 20 et le corps extérieur 14, comme expliqué plus en détail ci-dessous.Referring now to Figures 1, 2, 4, 9 to 11 and 13, the seal 20 ίο comprises at least one and preferably a plurality of elements forming the seal 50, and is preferably , an annular seal with a circumferential seal, as described in detail below. The seal 20 is disposed between the inner and outer bodies 12, 14 and is axially spaced from the bearing 18. The element or elements forming the seal 50 each have a sealing surface section inner circumference forming individually or collectively a sealing surface 54 (i.e. with a single element 50, the entire interior surface section forms the sealing surface 54), and axial ends 50a, 50b opposite. The sealing surface 54 can interact sealingly with the interaction surface with the seal 15 of the inner body when the inner body 12 is generally stationary relative to the central axis Ac, in other words when the machine is in a static state with a non-rotating shaft 1. In addition, the radial surface 55 of an axial end 50a of the element or elements forming the seal 50 can interact sealingly with the radial retaining surface 38 of the tubular external body 14 so as to prevent a flow of fluid between the seal 20 and the outer body 14, as explained in more detail below.
En outre, le joint d’étanchéité 20 est, de préférence, configuré pour se déplacer globalement radialement vers l’extérieur de façon à être espacé de la surface d’interaction 15 du corps intérieur lorsque le corps intérieur 12 tourne autour de l’axe central Ac, c'est-àdire lorsque la machine se trouve dans un état de fonctionnement ou « dynamique » avec l’arbre 1 en rotation, de façon à réduire le frottement et l’usure au niveau du joint d’étanchéité 20. Cependant, le ou les éléments formant le joint d’étanchéité 50 peuvent, en variante, être configurés de telle sorte que la surface d’étanchéité 54 reste globalement juxtaposée contre, ou espacée de manière fixe vis-à-vis de, la surface d’interaction/d’appui 15 du corps intérieur, comme décrit plus en détail ci-dessous. De plus, bien qu’un seul joint d’étanchéité 20 soit représenté et décrit ici, l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité 10 peut comprendre deux joints d’étanchéité 20 (un seul illustré) disposés axialement de manière adjacente l’un à l’autre et s’appliquant à étanchéité autour de la même surface d’interaction avec le joint d'étanchéité/d’appui 15 ou de surfaces d’interaction avec le joint d'étanchéité/d’appui 15 adjacentes du corps intérieur (une seule illustrée) à la manière d’un joint d’étanchéité « annulaire double ».Furthermore, the seal 20 is preferably configured to move generally radially outward so as to be spaced from the interaction surface 15 of the inner body when the inner body 12 rotates about the axis. central Ac, that is to say when the machine is in an operating or “dynamic” state with the shaft 1 in rotation, so as to reduce friction and wear at the level of the seal 20. However , the element or elements forming the seal 50 can, as a variant, be configured so that the sealing surface 54 remains globally juxtaposed against, or fixedly spaced with respect to, the surface of interaction / support 15 of the inner body, as described in more detail below. In addition, although only one seal 20 is shown and described here, the assembly combining bearing and seal 10 may comprise two seals 20 (only one illustrated) arranged axially adjacent the to each other and applying sealing around the same interaction surface with the seal / support 15 or of interaction surfaces with the seal / support 15 adjacent to the body interior (only one illustrated) in the manner of a "double annular" seal.
De préférence, chacun de la pluralité préférée d’éléments formant le joint d’étanchéité 50 est un segment « d’anneau » de joint d’étanchéité 56 arqué comportant des surfaces circonférentielles intérieure et extérieure 58, 60, respectivement, opposées et des première et seconde extrémités circonférentielles 56a, 56b, respectivement, opposées. Les surfaces intérieures 58 de la pluralité de segments de joint d’étanchéité 56 forment collectivement la surface d'étanchéité circonférentielle intérieure 54 du joint d’étanchéité, comme expliqué ci-dessus. En outre, les segments d’éléments formant le joint d’étanchéité 56 sont agencés de telle sorte que la première extrémité circonférentielle 56a de chacun de la pluralité de segments 56 soit disposée de manière adjacente à, et de préférence puisse interagir avec, la seconde extrémité circonférentielle 56b d’un segment adjacent parmi la pluralité de segments d’éléments formant le joint d’étanchéité 56, de sorte qu’ils forment ainsi collectivement le joint d’étanchéité 20 annulaire. En outre, le joint d’étanchéité 20 comprend également, de préférence, un élément de sollicitation 62 configuré pour solliciter la pluralité de segments 56 arqués globalement radialement vers l’intérieur en direction de la surface d’interaction/d’appui 15 du corps intérieur. L’élément de sollicitation 62 est, de préférence, un ressort jarretière 64 circulaire disposé de manière circonférentielle autour de la surface extérieure 60 de chacun des segments 56 et maintient le contact entre la surface d'étanchéité 54 et la surface d’interaction/d’appui 15 du corps intérieur.Preferably, each of the preferred plurality of elements forming the seal 50 is an arcuate seal "ring" segment 56 having inner and outer circumferential surfaces 58, 60, respectively, opposite and first and second circumferential ends 56a, 56b, respectively, opposite. The interior surfaces 58 of the plurality of seal segments 56 collectively form the interior circumferential seal surface 54 of the seal, as explained above. Further, the segments of elements forming the seal 56 are arranged such that the first circumferential end 56a of each of the plurality of segments 56 is disposed adjacent to, and preferably can interact with, the second circumferential end 56b of an adjacent segment among the plurality of segments of elements forming the seal 56, so that they collectively form the annular seal 20. In addition, the seal 20 also preferably includes a biasing element 62 configured to bias the plurality of segments 56 arched generally radially inwardly towards the interaction / support surface 15 of the body. interior. The biasing element 62 is preferably a circular garter spring 64 arranged circumferentially around the outer surface 60 of each of the segments 56 and maintains contact between the sealing surface 54 and the interaction surface / d 'support 15 of the inner body.
Comme illustré au mieux sur la figure 11, chacun des segments de joint d’étanchéité 56 arqués comporte, de préférence, au moins un et le plus préférablement une pluralité de plans inclinés de soulèvement 66, formés chacun sur la surface intérieure 58 du segment. Chaque plan incliné de soulèvement 66 est configuré pour générer une force de soulèvement orientée radialement vers l’extérieur sur le segment 56 arqué lorsque le corps intérieur 12 tubulaire tourne autour de l’axe central Ac. Ainsi, la force de soulèvement déplace le segment 56 globalement radialement vers l’extérieur par rapport à la surface d’interaction 15 du corps intérieur de façon à réduire le frottement entre le joint d’étanchéité 20 et le corps intérieur 12 dans des conditions de fonctionnement dynamiques. En outre, chaque segment de joint d’étanchéité 56 comporte, de préférence, au moins un passage axial 68 destiné à orienter des fluides vers chaque plan incliné de soulèvement 66, bien que des moyens différents ou supplémentaires pour orienter les fluides vers les plans inclinés 66 puissent être prévus.As best illustrated in Figure 11, each of the arcuate gasket segments 56 preferably includes at least one and most preferably a plurality of tilted uplifts 66, each formed on the interior surface 58 of the segment. Each inclined lifting plane 66 is configured to generate a lifting force oriented radially outwards on the arcuate segment 56 when the tubular inner body 12 rotates around the central axis Ac. Thus, the lifting force moves the segment 56 generally radially outward with respect to the interaction surface 15 of the interior body so as to reduce the friction between the seal 20 and the interior body 12 under conditions of dynamic operation. In addition, each seal segment 56 preferably comprises at least one axial passage 68 intended to direct fluids towards each inclined lifting plane 66, although different or additional means for orienting the fluids towards the inclined planes 66 could be provided.
Etant donné que l’homme de l’art de l’étanchéité pertinent connaît les plans inclinés de soulèvement sur des joints d’étanchéité « annulaires circonférentiels », ou sur les surfaces d’appui de tels joints d’étanchéité, une description détaillée de la structure et du fonctionnement de tels plans inclinés sort du cadre de la présente divulgation.Since the person skilled in the art of the relevant seal knows the inclined planes of lifting on “circumferential annular” seals, or on the bearing surfaces of such seals, a detailed description of the structure and operation of such inclined planes is outside the scope of this disclosure.
Toutefois, il convient de noter que chaque plan incliné de soulèvement 66 peut être configuré de façon à être « unidirectionnel » (non illustré), de telle sorte qu’une force de soulèvement ne soit générée que lorsque le corps intérieur 12 tourne dans une direction angulaire autour de l’axe central Ac, ou peut être « bidirectionnel » comme représenté sur la figure 11, de façon à générer une force de soulèvement dans l’une ou l’autre des directions de rotation du corps intérieur 12. De tels plans inclinés de soulèvement 66 bidirectionnels sont, de préférence, globalement similaires à ceux divulgués dans la demande de brevet des États-Unis N° 20150167846A1, dont l’intégralité du contenu est incorporée par voie de référence dans la présente.However, it should be noted that each inclined lifting plane 66 can be configured to be "unidirectional" (not shown), so that a lifting force is only generated when the inner body 12 rotates in one direction angular around the central axis Ac, or can be “bidirectional” as shown in FIG. 11, so as to generate a lifting force in one or the other of the directions of rotation of the internal body 12. Such planes bi-directional uplift 66 are preferably broadly similar to those disclosed in United States Patent Application No. 20150167846A1, the entire contents of which are incorporated by reference herein.
Bien qu’une structure actuellement préférée du joint d’étanchéité 20 soit constituée de segments 56 arqués qui comprennent un ou plusieurs plans inclinés de soulèvement 66 formés sur chaque segment 56, comme décrit ci-dessus et représenté sur la figure 11, les segments 56 arqués peuvent, en variante, être formés sans plans inclinés de soulèvement. Dans de tels cas, le corps intérieur 12 tubulaire peut comporter une surface d’interaction/d’appui 15 comportant des plans inclinés de soulèvement (non représentés) formés dans celle-ci afin de générer une pression de fluide de façon à déplacer les segments de joint d’étanchéité radialement vers l’extérieur par rapport à la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité ou d’appui 15. Dans une autre variante, à la fois les segments de joint d’étanchéité 56 arqués et la surface d’interaction avec le joint d'étanchéité 15 peuvent être formés sans plans inclinés de soulèvement, auquel cas les surfaces intérieures 58 des segments restent globalement juxtaposées contre la surface d’interaction/d’appui 15 aussi bien dans l’état statique que dans l’état dynamique de la machine. Un tel joint d’étanchéité 20 a la capacité de « s’élargir » afin de s’adapter à une dilatation de l’arbre 1, mais subit davantage de frottement que le joint d’étanchéité 20 préféré ayant la capacité de se déplacer radialement vers l’extérieur par rapport à l’arbre 1 dans des conditions de fonctionnement dynamiques.Although a currently preferred structure of the seal 20 is made up of arcuate segments 56 which include one or more inclined uplifts 66 formed on each segment 56, as described above and shown in Figure 11, the segments 56 arcuate can, alternatively, be formed without inclined planes of lifting. In such cases, the tubular inner body 12 may have an interaction / support surface 15 having inclined lifting planes (not shown) formed therein in order to generate a fluid pressure so as to move the segments. of gasket radially outward relative to the surface of interaction with the gasket or support 15. In another variant, both the gasket segments 56 arcuate and the surface of interaction with the seal 15 can be formed without inclined lifting planes, in which case the interior surfaces 58 of the segments remain generally juxtaposed against the interaction / support surface 15 both in the static state and in the dynamic state of the machine. Such a seal 20 has the capacity to "widen" in order to adapt to an expansion of the shaft 1, but undergoes more friction than the preferred seal 20 having the capacity to move radially. outwardly relative to the shaft 1 under dynamic operating conditions.
En se référant en particulier à la figure 13, dans une autre variante de structure, le joint d’étanchéité 20 peut être réalisé sous la forme d’un joint d’étanchéité « à bague flottante » comprenant un corps 90 essentiellement rigide globalement annulaire comportant une surface circonférentielle intérieure 92 avec un diamètre intérieur IDs supérieur au diamètre extérieur ODb de la surface d’interaction/d’appui 15 du corps intérieur 12 tubulaire. Ainsi, un interstice Gc globalement annulaire est défini entre la surface intérieure 92 du joint d’étanchéité et la surface extérieure 15 du corps intérieur, de sorte qu’un certain volume de fluide puisse passer à travers l’interface joint d’étanchéité/corps intérieur mais que la majorité du fluide soit retenue du côté haute pression Ph du joint d’étanchéité 20. De plus, la surface intérieure 92 du corps du joint d’étanchéité est dimensionnée en fonction de la surface d’interaction/d’appui 15 de telle sorte que l’interstice Gc soit présent dans les conditions de fonctionnement à la fois statiques et dynamiques, c'est-à-dire lorsque l’arbre 1 s’est dilaté thermiquement. Comme avec les structures de joint d’étanchéité segmentées décrites ci-dessus, le corps 90 annulaire comporte une surface d'étanchéité 94 radiale sur une extrémité axiale 90a qui peut interagir à étanchéité avec la surface de retenue radiale 38 du corps extérieur 14 tubulaire. En outre, le corps 90 annulaire de joint d’étanchéité flottant peut être d’une structure monolithique, y compris être soit une bague continue soit une bague fendue, ou peut être constitué d’une pluralité de sections ou segments de corps accouplé(e)s formant une bague globalement continue une fois raccordé(e)s.With particular reference to FIG. 13, in another variant of the structure, the seal 20 can be produced in the form of a seal "with a floating ring" comprising a body 90 essentially rigid generally annular comprising an inner circumferential surface 92 with an inner diameter IDs greater than the outer diameter ODb of the interaction / support surface 15 of the tubular inner body 12. Thus, a generally annular gap Gc is defined between the interior surface 92 of the seal and the exterior surface 15 of the interior body, so that a certain volume of fluid can pass through the seal / body interface. inside but the majority of the fluid is retained on the high pressure side Ph of the seal 20. In addition, the interior surface 92 of the body of the seal is dimensioned as a function of the interaction / support surface 15 so that the gap Gc is present in both static and dynamic operating conditions, that is to say when the shaft 1 has thermally expanded. As with the segmented seal structures described above, the annular body 90 has a radial sealing surface 94 on an axial end 90a which can interact sealingly with the radial retaining surface 38 of the tubular outer body 14. In addition, the annular floating seal body 90 may be of a monolithic structure, including either being a continuous ring or a split ring, or may be made up of a plurality of sections or segments of coupled body. ) s forming a generally continuous ring once connected.
De préférence, chaque segment d’anneau 56 arqué ou le corps 90 annulaire est constitué d’un matériau à base de carbone, tel que du graphite, du graphène etc., d’un matériau céramique ou d’un matériau polymère résistant aux températures élevées, mais peut, en variante, être constitué de tout autre matériau approprié. En outre, bien que le joint d’étanchéité 20 soit, de préférence, constitué d’une pluralité de segments 56 ou réalisé sous la forme du corps 90 rigide annulaire « flottant », le joint d’étanchéité 20 peut, en variante, être réalisé de n’importe quelle autre façon appropriée permettant à l’ensemble palier et joint d'étanchéité 10 de fonctionner comme généralement décrit ici.Preferably, each arcuate ring segment 56 or the annular body 90 is made of a carbon-based material, such as graphite, graphene etc., a ceramic material or a temperature-resistant polymer material but may alternatively be made of any other suitable material. In addition, although the seal 20 is preferably made up of a plurality of segments 56 or produced in the form of the rigid annular “floating” body 90, the seal 20 may, as a variant, be performed in any other suitable way allowing the bearing and seal assembly 10 to function as generally described here.
En se référant aux figures 1, 9, 10 et 12, le joint d’étanchéité 20 comprend en outre, de préférence, une plaque « à ressort » 78 globalement annulaire et au moins un et de préférence une pluralité de ressorts 80 (un seul représenté, figure 12) configuré pour solliciter le ou les éléments formant le joint d’étanchéité 50 ou le corps 90 annulaire. La plaque à ressort 78 est disposée entre le ou les éléments formant le joint d’étanchéité 50 et l’élément de retenue 76 et comporte une surface radiale 79 orientée globalement en direction de l’élément formant le joint d’étanchéité 50 ou du corps 90 annulaire. Chaque ressort 80 s’étend globalement entre la plaque 78 et le ou les éléments formant le joint d’étanchéité 50 ou le corps 90. Le ou les ressorts 80 sont configurés pour solliciter le ou les éléments formant le joint d’étanchéité 50 ou le corps 90 globalement axialement en direction de la surface de retenue radiale 38 du corps extérieur 14 tubulaire de façon à empêcher un écoulement de fluide entre le joint d’étanchéité 20 et le corps extérieur 14. De préférence, chaque ressort 80 comprend un ressort hélicoïdal de compression 82 comportant une première extrémité 82a disposée contre la plaque à ressort 78 et une seconde extrémité 82b disposée à l’intérieur d’une cavité 57 s’étendant axialement dans un segment distinct parmi les segments de joint d’étanchéité 56 arqués, comme illustré sur la figure 12, ou à l’intérieur du corps 90 annulaire (non illustré). Cependant, le ou les ressorts 80 peuvent être construits de toute autre manière appropriée ayant la capacité de solliciter le joint d’étanchéité 20 axialement contre la surface de retenue radiale 38, telle que par exemple sous la forme d’un ressort ondulé (non illustré).Referring to Figures 1, 9, 10 and 12, the seal 20 further preferably comprises a generally spring-loaded "spring" plate 78 and at least one and preferably a plurality of springs 80 (a single shown, Figure 12) configured to urge the element or elements forming the seal 50 or the annular body 90. The spring plate 78 is disposed between the element or elements forming the seal 50 and the retaining element 76 and has a radial surface 79 oriented generally in the direction of the element forming the seal 50 or of the body. 90 ring finger. Each spring 80 extends generally between the plate 78 and the element or elements forming the seal 50 or the body 90. The spring or springs 80 are configured to urge the element or elements forming the seal 50 or the body 90 generally axially in the direction of the radial retaining surface 38 of the tubular external body 14 so as to prevent a flow of fluid between the seal 20 and the external body 14. Preferably, each spring 80 comprises a helical spring of compression 82 comprising a first end 82a disposed against the spring plate 78 and a second end 82b disposed inside a cavity 57 extending axially in a separate segment among the arcuate seal segments 56, as illustrated in Figure 12, or inside the annular body 90 (not shown). However, the spring or springs 80 may be constructed in any other suitable manner having the capacity to bias the seal 20 axially against the radial retaining surface 38, such as for example in the form of a wavy spring (not illustrated ).
L’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité 10 présente un certain nombre d’avantages par rapport aux paliers et joints d'étanchéité séparés connus antérieurement, en particulier dans des applications à vitesse élevée et température élevée. Un problème avec les paliers et joints d'étanchéité séparés est que, souvent, un changement de jeu radial se produisant une fois par révolution existe entre le logement de joint d’étanchéité stationnaire et la surface d’appui, qui peut être conséquent (0,001 à 0,008 pouce de crête à crête) dans les configurations de joint d’étanchéité standard. Ce mouvement constant donnant lieu à une usure de contact réduit la durée de vie d’un joint d’étanchéité en carbone du fait d’une usure des surfaces d'étanchéité essentielles des éléments de l’anneau formant le joint d’étanchéité. L’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité 10 de la présente invention présente un déplacement radial réduit et, de préférence, essentiellement éliminé par la combinaison à la fois du logement 70 du joint d’étanchéité et de la bague extérieure 17 du palier 18 et de la surface d’appui 15 du joint d’étanchéité et de la bague intérieure 13 du palier 18. En d’autres termes, le fait de combiner la bague intérieure 13 du palier 18 et la surface d’interaction avec le joint d’étanchéité/d’appui 15 sur le même corps intérieur 12 tubulaire ou sur un corps intérieur 12 tubuloire « commun » améliore l’alignement de la surface d’appui 15 et de la ligne médiane Ac de l’arbre.The combined bearing and seal assembly 10 has a number of advantages over previously known separate bearings and seals, particularly in high speed and high temperature applications. One problem with separate bearings and seals is that often a once-revolution radial clearance change exists between the stationary seal housing and the bearing surface, which can be substantial (0.001 0.008 inch peak-to-peak) in standard seal configurations. This constant movement giving rise to contact wear reduces the life of a carbon seal due to wear of the essential sealing surfaces of the elements of the ring forming the seal. The combination of bearing and seal assembly 10 of the present invention has reduced radial displacement and, preferably, essentially eliminated by combining both the housing 70 of the seal and the outer ring 17 of the bearing 18 and the bearing surface 15 of the seal and the inner ring 13 of the bearing 18. In other words, the fact of combining the inner ring 13 of the bearing 18 and the interaction surface with the seal d 'sealing / support 15 on the same tubular inner body 12 or on a tubular inner body 12 "common" improves the alignment of the bearing surface 15 and the center line Ac of the shaft.
Les ensembles connus antérieurement avec une surface d’appui de joint d'étanchéité et une bague de palier séparées accentuent le désalignement de la surface d’appui du joint d’étanchéité en raison de variations du parallélisme dans la « superposition en sandwich». Dans l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité 10 de la présente invention, la surface d’appui du joint d’étanchéité 15 et la bague intérieure 13 du palier combinées conduisent à une seule superposition en parallélisme. Le même avantage du point de vue de l’alignement s’applique à un logement 34 de joint d’étanchéité et une bague extérieure 17 combinés, chacun étant formé sur un corps extérieur 14 tubulaire unique ou commun. En outre, l’usinage simultané des composants formant le palier 18 et le joint d’étanchéité 20 augmente la précision de fabrication, le rendement et réduit les coûts. L’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité 10 facilite également l’assemblage en réduisant le nombre d’étapes et d’outils nécessaires pour installer les 5 composants formant le joint d’étanchéité et le palier dans l’ensemble 10. De plus, étant donné que les difficultés du point de vue de la tribologie pour les paliers et les joints d'étanchéité sont très similaires dans les environnements de fonctionnement des turbines à gaz, des traitements thermiques du matériau des paliers et des améliorations des propriétés de surface peuvent être utilisés pour produire les caractéristiques structurelles à la fois du 10 palier 18 et du joint d’étanchéité 20 de l’ensemble combinant palier et joint d'étanchéité 10.Previously known assemblies with a separate seal support surface and bearing ring accentuate the misalignment of the seal support surface due to variations in parallelism in the "sandwich overlay". In the assembly combining bearing and seal 10 of the present invention, the bearing surface of the seal 15 and the inner ring 13 of the bearing combined lead to a single superposition in parallelism. The same advantage from the alignment point of view applies to a seal housing 34 and an outer ring 17 combined, each being formed on a single or common tubular outer body 14. In addition, the simultaneous machining of the components forming the bearing 18 and the seal 20 increases manufacturing precision, efficiency and reduces costs. The combination of bearing and seal assembly 10 also facilitates assembly by reducing the number of steps and tools required to install the 5 components forming the seal and bearing in assembly 10. In addition , since the tribology difficulties for bearings and seals are very similar in the operating environments of gas turbines, heat treatments of the bearing material and improvements in surface properties can be used to produce the structural characteristics of both the bearing 18 and the seal 20 of the combination of bearing and seal assembly 10.
L’homme de l’art comprendra que des modifications pourraient être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus sans s’écarter de leur concept inventif général. On comprendra donc que cette invention n’est pas limitée aux modes de réalisation particuliers divulgués, mais qu’elle est censée englober les modifications s’inscrivant dans l’esprit et la 15 portée de la présente invention telle que généralement décrite ici et dans les revendications jointes.Those skilled in the art will understand that modifications could be made to the embodiments described above without departing from their general inventive concept. It will therefore be understood that this invention is not limited to the particular embodiments disclosed, but that it is intended to encompass modifications within the spirit and scope of the present invention as generally described herein and in the attached claims.
Claims (10)
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