Brevet FR2012086A1 — publié le 19700313

La présente invention se rapporte à des joints d'étanchéité. Plus particulièrement, elle se rapporte à des joints mécaniques du type à faces d'étanchéité. Des joints mécaniques du type à faces d'étanchéité sont très 5 utilisés dans des applications de pompes, telles que des pompes à eau pour automobiles, pour fournir un joint étanche au fluide entre un carter et un arbre h rotation relative. Le montage d'une telle pompe est, dans la plupart des cas, compliqué par suite de la nécessité de contrôler avec précision la relation entre les composants de 10 joints et la roue mobile de la pompe et la position de celle-ci à l'intérieur du carter de la pompe. Normalement, la roue de pompe définit une des deux surfaces d'étanchéité à rotation relative qui sont maintenues en contact é-tanche par une certaine forme de moyens de poussée pour fournir un 15 joint dynamique. Le "moyen de poussée est placé en compression entre une des bagues d'étanchéité et le carter de pompe ou un élément tel qu'une bague comprimée dans le carter de pompe pour fournir la charge axiale sur les bagues d'étanchéité. En conséquence, l'espacement entre la surface d'étanchéité associée à la roue et la surface asso-20 ciée au carter engagée par le moyen de poussée est critique pour la charge de poussée. En conséquence, la roue doit être convenablement placée par rapport aux éléments de joint et au carter de pompe pour établir la charge convenable de poussée. En plus de ce qui précède, le jeu entre les bords des lames ou 25 ailettes de la roue et le carter de pompe est critique du fait que l'efficacité de pompage est déterminé par le contrôle précis de cet espacement. Il est impossible de contrôler ces deux variables jusqu* au degré optimum et le positionnement de la roue doit être établi suivant un compromis avec l'adaptation de tolérance ou d'autres mo-30 des opératoires difficiles de montage pour fournir un fonctionnement efficace de la pompe et une charge de poussée adéquate. Un autre problème rencontré dans le montage d'une pompe est que, d'ordinaire, les éléments de joints sont des parties séparées et doivent être convenablement placé tout autour de l'arbre et fixés 35 à l'intérieur du carter avant que la roue ne puisse être fixée à 1' arbre de pompe. C'est un agencement particulièrement peu souhaitable lorsque les joints sont produits dans un endroit ou par un fabricant et que le montage de la pompe est réalisé à un endroit différent ou par un fabricant différent. 4C En plus de ce que l'on a indiqué ci-dessus, la remisa ©n mar BAD ORIGINAL 69 22152 2 2012086 che ou la reconstruction de la pompe après une panne du joint i*origine présente un problème difficile* La surface d'étanchéité associée à la roue exige normalement un usinage pour rétablir la surface. De son côté, ceci change la relation de dimensions entre les bords des 5 lames de la roue et la surface d'étanchéité et, en conséquence, l'établissement d'une charge de poussée convenable et d'un jeu de roue lors du remontage de la pompe est encore compliqué. On a fait des essais pour fournir un ensemble de joint qui peut être axialement préchargé indépendamment de la roue de la pompe. Ces "0 joints comprennent un agencement préassemblé de palier, de joint et d'arbre. Une bague d'étanchéité séparé rotativeest fixée à l'arbre de pompe qui définit une des surfaces d'étanchéité. Une seconde bague fixe est disposée entre le palier de pompe et la bague qui est fixée à l'arbre» La bagus fixe séparée est poussée jusqu'à un engagement ^5 étanche avec la bague de joint rotative par des moyens de poussée s'étendant entre la bague d'étanchéité et le palier» Une bague en caoutchouc, associée au moyen de poussée, fournit un joint statique, c'est-à-dire qu'il empêche la fuite entre le moyen de poussée et là bague de joint fixe et s'adapte au mouvement axial nécessaire de la 20 bague fixe. Cependant, cet agencement ne s'est pas révélé comme devant êtie la solution finale. Le fluide fuyant entre la surface d'étanchéité à rotation relative ou à travers la bague en caoutchouc est dirigé dans lï palier de pompe par cette dernière. La contamination du palier 25 entraine souvent la rupture de celui-ci et de l'arbre de pompe» Egalement, la bague en caoutchouc est facilement rompue durant le montage et un soin extrême dans la manipulation de la combinaison de palier de joint et d'arbre est nécessaire.* En conséquence, c'est l'objet principal de la présente inwen-30 .on de prévoir une forme améliorée de joint mécanique à surfaces d étanchéité qui peut être montée pour fonctionner avant le montaqs f ,nal de la pompe. C'est un autre objet important de la présente ivi-vncion de fournir une forme perfectionnée de joint mécanique à fat* d étanchéité qui peut être montée indépendamment du carter de pomp > 35 ou de roue de pompe et qui élimine la nécessité d'avoir une bague d-Henchéité associée au moyen de poussée pour fournir Un joint statique. ' .Très généralement, le joint selon la pria nte invention coin-p' end deux bagues d'étanchéité à rotation reli - 40 x -urrir un joint dynamique entre un carter sv un arbre à BAD ORIGINAL 69 22152 3 2012086 relative. Le joint comprend des moyens de poussé® poussant les bagues dans un engagement étanche et des moyens pour fournir un joint statique entre une des bagues et le carter. Le joint est agencé pour se disposer tout autour d'un arbre, une des bagues étant fixe à une 5 certaine distance d'un support d'arbre fixé dans le carter de pompe. Le moyen de poussée et la bague de joint stationnaire sont disposés entre le palier et la bague de joint rotative et le moyen de poussée s'étend entre le palier et la bague de joint fixe pour le pousser en contact étanche avec la bague de joint rotative . Le joint statique 10 est fourni par une bague de joint élastique qui est comprimée entre la bague de joint fixé et le carter de pompe pour empêcher la fuite vers le palier. Le carter comprend un orifice aligné avec le moyen de poussée et débouchant à l'extérieur de la pompe pour permettre au fluide fuyant à travers le joint statique ou dynamique de s'éctep-15 per du carter avant qu'il n'atteigne la surface de palier. Des objets et avantages particuliers de la présente invention apparaîtront d'après la description suivante, en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe 20 d'un ensemble de pompe comprenant un palier selon la présente invention, et La figure 2 est une vue agrandie, partiellement en coupe, d'une partie du dispositif de la figure 1 illustrant l'agencement de palier avec plus de détails. 25 Dans les dessins, on a représenté une pompe centrifuge, géné ralement désignée par 11, qui illustre un exemple de réalisation de la présente invention. La pompe comprend un carter 13, une roue mobile 15 et un ensemble 17 d'arbre,de palier, et de joint d'étanchéité. 30 Plus particulièrement, le carter 13 comprend une partie 19 qui définit une chambre de pompage, généralement en forme de cloche. Une paroi conique 21 est prévue à l'intérieur de la partie 19 dans la surface de chambre de pompage. La partie 19 définit en outre une volute 23 d'entrée de fluide et une volute 25 de sortie de fluide qui 35 comprennent des orifices appropriés d'admission et d'évacuation (non représentés). Une bride boulonnée 27 est prévue autour de la périphérie extérieure de la partie 19 à une extrémité du carter. Une plaque de couvercle 29 est fixée à la bride 27 en agencement étanche par des bou-40 Ions 30. La plaque de couvercle est fixée après le montage des com 69 22152 4 2012086 posants intérieurs de la pompea Le carter 13 comprend, en outre, un moyeu allongé 31 recevant l'arbre qui définit un alésage allongé 33, communiquant avec la chambre de pompage. Le moyeu est pourvu d'un orifice 35 qui s'étend gé-5 néralement transversalement par rapport à l'alésage 33 et qui communique entre l'alésage et l'extérieur du carter. La roue mobile 15 est supportée pour pouvoir être mise en rotation dans la chambre de pompage du carter 13 par l'ensemble 17 d' arbre, de palier et de joint. La roue, qui est du type à écoulement 10 d'admission axial - écoulement d'évacuation radial comprend un moyeu central 37 qui reçoit l'ensemble d'arbre 17. La roue est pourvue de plusieurs ailettes de pompage 41 comportant des bords 43 disposés en étant intimement espacés de la paroi conique 21 du carter 13. Le jeu entre les bords 43 et la paroi conique 21 doit être soigneusement 15 contrôlé pour assurer un pompage efficace. L'ensemble 17 d'arbre, de palier et de joint d'étanchéité comprend un arbre 45, un agencement de palier 47 et un ensemble de joint 49. L'arbre 45 est supporté de manière rotative dans l'alésage 33 20 du moyeu 31 du carter de pompe 13 par l'agencement de palier 47^ L' arbre comprend une extrémité 51 disposée dans la cavité de pompage. La roue 15 est fixée à l'extrémité 51 par emmanchement à la presse ou par interférence à l'intérieur du moyeu 37. Une extrémité opposée 53 de l'arbre s'étend vers l'extérieur 25 du carter et comprend un flasque à boulons 55. Le flasque est adapté pour être assemblé à une poulie ou analogue (non représentée) qui peut être entraînée par une source d'énergie pour provoquer le pompage du fluide dans 1« cavité de pompage. Classiquement, le flasque h boulons est fixé à l'extrémité d'arbre 53 par soudure ou autre fixa-30 tion permanente. Ceci est réalisé avant le montage de l'arbre avec d'autres composants de la pompe» Puisque le flasque a un diamètre qui est plus grand que le diamètre de l'alésage 33, l'installation de l'arbre dans le carter de pompe doit être réalisé depuis l'extrémité du moyeu et, en conséquence, la roue 15 doit être emmanchée par 35 pression suf l'extrémité 51 de l'arbre après que celui-ci ait été placé dans le carter de pompe. L'agencement de palier 47 comprend un chemin de roulement extérieur allongé 57 et deux rangées de billes de roulement 59 qui sont disposées dans des rainures de forme appropriée dans l'arbre de pompe 40 45. Ce chemin de roulement extérieur est également rainuré pour rece- BAD ORfGWAL 69 22152 5 2012086 voir les billes 59. Cette relation permet au palier d'absorber la charge de poussée. Le chemin de roulement extérieur 57 comprend une surface cylindrique extérieure 63 qui est emmanchée par compression dans l'alésage 33 du carter de pompe pour maintenir l'ensemble 17 5 dans son emplacement convenable dans le carter de pompe. L'ensemble de joint d'étanchéité 49 est disposé tout autour de l'arbre 45 dans l'alésage 33 du carter de pompe 13, Comme on le voit bien sur la figure 2, l'ensemble de joint 49 comprend une bague rotative de joint 65 en acier ou analogue, associée à l'arbre 45 et 10 une bague de joint essentiellement fixe ou non rotative, associée au carter 13, axialement mobile et constituée de carbone, de matière plastique ou d'autres matières semblables. Les deux bagues ont un diamètre légèrement plus petit que le diamètre de l'alésage 33 du moyen 31 du carter. 15 La bague de joint 65 est généralement annulaire et comprend un alésage central 69 dimensionné pour se monter en étant bien serré sur l'arbre 45, afin de former une étanchéité entre l'arbre et la bague et afin de retenir la bague dans sa position convenable sur l'arbre. A titre de variante, d'autres moyens tels qu'un joint torique conte-20 nu dans une rainure appropriée à l'intérieur de la bague 65 peuvent être utilisés pour la fixer. La bague 65 comprend aussi une surface radiale d'étanchéité 71 qui est en engagement coulissant avec la bague d'étanchéité 67 pour fournir un joint dynamique entre l'arbre et le carter. 25 La bague d'étanchéité non rotative est également généralement annulaire et comprend un alésage central entourant l'arbre 45. L'alésage central est plus grand que le diamètre de l'arbre et permet un mouvement rotatif de l'arbre par rapport à la bague de joint. La bague 67 comprend, en outre, une surface d'étanchéité radiale 73 sur 30 son extrémité disposée en contact d'étanchéité avec la surface 71 de la bague rotative 65. L'extrémité opposée de cette bague annulaire 67 comprend une rainure périphérique définie par une paroi axiale 75 et une paroi radiale 77. 35 Les bagues d'étanchéité 65 et 67 sont maintenues en engagement d'étanchéité pour fournir un joint dynamique par un moyen de poussée 79 sous forme d'un ressort à boudin comprimé, interposé entre la bague fixe ou non rotative 67 et une extrémité de la bague extérieure de palier 57. Une bague ou virole 81 est disposée entre l'extrémité 40 du chemin de roulement extériëur d'appui et le ressort 79 et comprend 22152 6 2012086 un rebord 83 dirigé vers l'intérieur se terminant tout près ae l'arbre 45. Ce rebord sert de déflecteur pour du fluide fuyant et d'autres matières étrangères et empêche le mouvement de ces produits de contamination jusque dans la surface de palier. 5 Une plaque généralement annulaire 85, dirigée radialement, est interposée entre le ressort 79 et la bague d'étanchéité fixe 67.Cette plaque comprend une partie de contact 87 s'engageant dans l'extrémité de la bague de joint 67 pour transmettre la force du ressort de poussée à la bague de joint et à une partie de retenue 89. Un premier 10 côté de la partie de retenue 89 est mis en contact par le ressort 79 et reçoit la force de poussée axiale qui, à son tour, est transmise li la bague de joint non rotative. Une face opposée est disposée à une certaine distance de la paroi jradiale 77 de la bague de joint67 et définit une paroi de la rainure formée dans cette bague. 15 Un joint torique 91 est disposé dans la rainure formée dans la bague d'étanchéité non rotative 67. Ce joint torique est dimensionné pour être comprimé entre l'alésage interne 33 du moyen 31 du carter et là paroi axiale 75 et également entre la paroi radiale 77 et la-partie de retenue 89 de la plaque 85. Cette relation fournit un joint 20 statique qui empêche la fuite du fluide le long de l'alésage 33 et, en outre, fournit une force de réaction sur la bague de joint 67 pour empêcher la rotation due I la force transmise h travers les surfaces d'étanchéité 71 et 73 à rotation relative. L'^agencement de joint décrit fournit un joint dynamique entre 25 le carter 13 et l'arbre de pompe 45 à rotation relative et des joints statiques entre le carter 13 et la bague de joint fixe 67 et entre l'arbre 45 et la bague rotative 65<> Le fluide pompé est en conséquence totalement retenu dans la chambre de pompage 19 et on l'empêche de s'échapper le long de l'arbre 45. Si une fuite devait se produire 30 entre les surfaces d'étanchéité 71 et 73 à rotation relative ou entre le joint torique 91 et l'alésage 33 du carter ou .entre la bague 65 et l'arbre 45, le rebord 83 dirigé vers l'intérieur empêcherait la pénétration du fluide dans la surface de palier. Le fluide fuyant dans l'alésage 33 est dirigé vers l'extérieur de la pompe parl'orifïce 35 ou "trou d'écoulement" 35, empêchant la panne ou rupture prématurée -lier. Le montage du joint peut être facilement réalisé avant l'installation de l'ensemble 17 de palier, d'arbre et de joint dans le - -'■■■r de pompe. Le chemin de roulement extérieur 57 du palier et 40 les billes 59 sont d'abord placés sur l'arbre 45. La bague ou virole BAD ORIGINAL 69 22152 7 2012086 81, le ressort 79, la plaque 85, le joint torique 91 et la bague de joint fixe 67 sont alors placés tout autour de l'arbre entre l'agencement de palier 47 et l'extrémité d'arbre 51. La bague 65 d'étanchéité rotative est alors comprimée ou autrement fixée à l'arbre,en 5 relation d'espacement convenable par rapport au chemin de roulement extérieur du palier. Le ressort 79 est ainsi comprimé pour pousser les surfaces d'étanchéité 71 et 73 à rotation relative à s'engager de manière étanche. Simultanément, le joint torique 91 est comprimé dans un engagement étanche avec la partie 89 de la plaque 85etlapami 10 radial» 77 de la bague d'étanchéité fixe. Comme on peut le voir, la charge préalable de ressort est établie avec précision, indépendamment de la roue 15 et en conséquence on peut établir une force de poussée optima. Le chemin de roulement extérieur 67 du palier est alors compri-15 mé dans l'alésage 33 du carter de pompe 13. Durant cette compression, le joint torique est comprimé suivant un engagement étanche avec la paroi axiale 75 de la bague d'étanchéité fixe 67 et avec l'alésage 33 du moyeu 31 du carter pour fournir un joint statique entre ces éléments. 20 Ensuite, le moyeu de roue 37 est emmanché par pression sur 1' extrémité 51 de l'arbre 45. La roue est placée avec précision par rapport à la partie de carter 19 pour établir un espacement optimum entre la paroi conique 21 et les bords45 des ailettes de la roue, pour fournir un fonctionnement efficace de la pompe. Ce mode opéra-25 toire n'affecte en aucune manière la charge préalable du joint. S'il était nécessaire de reconstruire le joint, de nouveaux éléments pourraient être facilement installés et placés pour fournir une charge préalable optima d'étanchéité et la roue pourrait être réinstallée pour fournir une efficacité optima d'étanchéité. 30 Egalement, l'ensemble complet 17 d'arbre, de palier et de joint peut être monté avant l'installation dans une pompe. Cet ensemble peut être alors utilisé à des endroits distants pour terminer une structure de pompe. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réali-35 sation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 40 i 69 22152 8 2012086 REVENDICATIONS 1 - Pompe comprenant un carter définissant une chambre de pompage renfermant une entrée de fluide et une sortie de fluide, et un moyeu allongé contenant un alésage intérieur, une roue rotative dis- 5 posée dans la chambre de pompage pour pomper le fluide de l'admission à l'évacuation, et un arbre ainsi qu'un ensemble de joint et de palier disposé dans l'alésage du moyeu du carter, cet arbre comportant une extrémité s'étendant vers l'extérieur du carter et une extrémité fixée à la roue, le palier supportant cette roue dans le carter et 10 comprenant un chemin de roulement extérieur fixé à l'alésage du moyeu» caractérisée en ce que le joint comprend une bague d'étanchéité rotative fixée à l'arbre h une certaine distance du chemin de roulement extérieur du palier, une bague d'étanchéité relativement fixe entourant l'arbre entre le chemin de roulement extérieur et la bague d'é-15 tanchéité rotative, ces bagues comportant des surfaces de contact d'étanchéité en engagement d'étanchéité essentiellement étanche au fluide, le joint comprenant en outre des moyen* de poussée interposés entre le chemin de roulement extérieur et la bague de joint fixe, poussant cette dernière dans un engagement étanche avec la bague ro-20 tative, et un joint d'étanchéité torique comprimé entre la bague .fixe et l'alésage interne pour fournir un joint statique. 2 - Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter comprend un orifice communiquant entre son extérieur et son alésage, lequel orifice est entre le chemin de roulement extérieur 25 du palier et les bagues d'étanchéité. 3 - Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité relativement fixe comprend une rainure périphérique, adjacente aux moyens de poussée définis par une paroi généralement axiale et une paroi généralement radiale, le joint torique 30 étant disposé à l'intérieur de la rainure et étant comprimé entre 1' alésage et la paroi axiale et la paroi radiale. 4 - Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité comprend une plaque annulaire dirigé généralement radialement,entre le moyen de poussée et la bague d'étanchéité rela- 35 tivement fixe, cette plaque comprenant une partie de contact définissant une paroi de la rainure et le joint torique étant comprimé entre la partie de contact et la paroi radiale et entre l'alésage du carter et la paroi axiale. 5 - Pompe selon les revendications, 1,2,3 ou 4, caractérisée 40 en ce que le joint comprend une virole disposée entre le chemin de 69 22152 9 2012086 roulement extérieur de palier et les moyens de poussée, la virole comportant un rebord dirigé radialement, s'étendant radialement vers l'intérieur et se terminant tout près de l'arbre.