Brevet FR2273205A1 — publié le 19751226

L'invention est relative aux garnitures d'étanchéité pour pièce tournante et s'applique en particulier aux garnitures d' étanchéité pour arbre tournant dans lesquelles un élément, solidaire en rotation de l'arbre, est en contact facial d'étanchéité avec un élément, fixe en rotation, monté sur le carter, l'élé- ment mobile étant monté de façon étanche sur l'arbre et l'élé- ment fixe étant monté de façon étanche sur le carter. Dans ces garnitures, il est nécessaire d'éviter un frottement à sec des pièces en contact facial, et donc une détérioration rapide par échauffement, en entretenant un film continu et d'épaisseur contrôlable. Or, il est connu que le contrôle de ce film est très délicat, souvent aléatoire, et que l'importance de la fuite limitée nécessaire varie dans le temps jusqu'à atteindre fréquemment une valeur inacceptable. L'invention a pour but de fournir des moyens nouveaux pour l'établissement de ce film continu et d'épaisseur contrôlée. La garniture d'étanchéité pour pièce tournante selon l'invention, comportant un premier élément solidaire en rotation de la pièce tournante et un second élément fixe en rotation et en contact facial d'étanchéité avec l'élément tpurnant, est caractérisée par le fait qu'elle comporte, en outre, des moyens prppres à engendrer des vibrations et des moyens pour coupler l'un des premier et second éléments audits moyens pour que ledit élément soit mis en vibration, de préférence suivant une direction sensiblement perpendiculaire au plan de contact facial desdits éléments. Les moyens pour engendrer les vibrations peuvent être pneumatiques, hydrauliques, mécaniques, électriques, électro-mécaniques ou électro-magnétiques, et les moyens de couplage peuvent entre, selon le cas, pneumatiques, hydrauliques ou mécaniques. On comprendra bien l'invention à l'aide de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés qui montrent divers modes de réalisation de l'ievention; dans ces dessins Fig.1 est une coupe axiale d'une garniture d'étanchéité selon l'invention pour arbre tournant comportant des moyens vibreurs électromagnétiques et des moyens de couplage mécaniques; Fiv.2 est une coupe axiale montrant une garniture comportant des moyens vibreurs et de couplage mécaniques; Fiv.3 est une coupe axiale d'une garniture comportant des moyens vibreurs électromagnétiques et des moyens de couplage mécaniques et à fluide; Figez est une coupe axiale d'une garniture comportant des moyens vibreurs et des moyens de couplage mécaniques;; Fig.5 est une coupe selon V-V de la fig 4; Fît.6 est une coupe axiale d'une garniture comportant des moyens vibreurs mécaniques et des moyens de couplage à fluide; Fig.7 est une coupe selon Vil-Vil de la fig 6; et Fig.8 est une coupe axiale d'une garniture d'étanchéité selon un autre mode de réalisation. La garniture selon l'invention est destinée à assurer 1' étanchéité entre un arbre tournant 1 et un carter 2 d'un appareil, par exemple une pompe, renfermant un liquide ou un brouillard sous pression. La garniture représentée sur les figures comporte, d'une manière connue, un premier élément 3 solidaire en rotation de l'arbre 1 et un second élément 4 fixe en rotation et porté par le carter 1. L'élément 3 comporte une bague 5 calée sur l'arbre 1 par des vis-6, une pièce d'étanchéité 7 sollicitée par un ressort de compression 8 qui agit entre la bague 5 et une bague 9 et qui pousse la bague 9 vers la pièce 7, et un joint annulaire 10 disposé entre les pièces 7, 9 et l'arbre 1. La pièce 7 est solidarisée en rotation à la bague 5 par des bras longitudinaux 11 coopérant avec des doigts radiaux 12 portés par la bague 5. L'élément 4 est constitué par une bague 13 dont la face radiale plane 14 tournée e vers l'intérieur de l'appareil est en contact d'étanchéité avec la face radiale plane 15, tournée vers l'extérieur, de la pièce 7. La bague 13 est fixe en rotation et portée par le carter. Un joint annulaire 16 assure l'étanchéité entre la bague 13 et le carter 1. Le fluide contenu dans le carter est ainsi étanché par le joint 10, par le joint constitué par le contact facial entre la pièce tournante 7 et la bague fixe 13 et par le joint 16 entre la bague 13 et le carter 2. En fonctionnement, il est nécessaire d'éviter un frottement sec entre les faces 14, 15 et donc une détérioration rapide par échauffement des pièces 7, 13, en entretenant un film continu d'épaisseur contrôlable entre les faces 14, 15. Selon l'invention cette fuite limitée est obtenue en soumettant l'une des pièces en contact facial à des vibrations pour créer localement entre les faces en contact un jeu pério dique très faible qui permet à une fine couche ou film de liqui de d'être présente entre les faces 14, 15 et d'éviter un contact direct entre ces faces. Même Si les vibrations ne sont appli quées qu'en un seul point-et excentriquement pour des raisons constructives, la pièce tournante 7 assure la circulation du liquide dans toute la zone du contact facial. De préférence, comme montré aux fig.1 à 7, les vibrations sont créées dans la direction axiale. Dans le mode de réalisation de la fig.1 c'est la bague fixe 13 qui est mise en vibration. Les moyens vibreurs sont constitués par un générateur de vibrations 17 monté sur la face extérieure du carter 2. Ce vibreur est par exemple du type élec tromagnétique, les vibrations qu'il engendre sont transmises à la bague 13 par l'intermédiaire d'un levier oscillant radial 18 articulé sur le carter 2 autour d'un tourillon 19 et sur un tourillon 20 d'un doigt 21 solidaire de la bague 13 et monté en position excentrée et parallèle à l'axe. Dans un tel agencement, la bague 13 vibre suivant une di rection axiale en déformant le joint 16 disposé entre elle et le carter 2; l'amplitude maximale des vibrations se trouve dans la zone du doigt 21 tandis que la zone diamétralement opposée ne subit aucun déplacement axial. Comme précisé ci-dessus, le jeu périodique ainsi créé entre les faces 14, 15 permet à une couche de liquide de pénétrer entre ces faces et d'assurer ainsi une lubrification du contact. Comme la pièce/gourne, elle assure une répartition unciforme du liquide sur toute la surface de con tact entre les pièces 7, 13. Il est à noter que les vibrations imprimées à la bague 13 sont de très faible amplitude, de sorte que le jeu créé entre les pièces 7, 13 est suffisamment petit pour ne pas provoquer de fuite indésirable. Pour la même raison, le joint torique 16 continu d'assurer son rôle d'étanchéité et ne donne même pas lieu à une fuite limitée. Â titre de variante du mode de réalisation de la fig.1, on pourrait prévoir un autre type de générateur de vibrations et/ou prévoir deux doigts 21 diamétralement opposés et accouplés au levier 18 par une fourchette pour que les vibrations soient transmises à la bague 13 suivant deux points diamétralement opposés. Dans la variante de la fig.2, les vibrations sont obtenues à partir de la rotation de l'arbre 1 lui-même et transmises mécaniquement à la bague 13. La garniture de la fig.2 est analogue à celle de la fig.1 quant aux éléments 3 et 4. On pourra se reporter à la description qui en a été donnée en référence à la fig.1. La bague 13 comporte un prolongement axial tubulaire 13a vers l'extérieur du carter 2. Le prolongement 13a est taraudé pour recevoir un anneau fileté 13b. La surface radiale 13c de l'anneau 13b, tournée vers l'intérieur de l'appareil, porte au moins un ergot 13d destiné à coopérer avec au moins un ergot 22 d'une bague 23 calée sur l'arbre 1 et située dans l'espace ménagé par le prolongement 13a. Au cours de la rotation de l'arbre 1, la coopération des ergots 13d et 22 provoque sur la bague 13 des à-coups et lui imprime ainsi une vibration à une fréquence égale à celle de l'arbre 1 ou à un multiple de celle de l'arbre 1. Â la différence du mode de réalisation de la fig.1, la bague 13 est sollicitée, dans la fig.2, suivant un point qui se déplace avec la came. Ilest également possible, selon l'invention, de mettre en vibration, non pas la bague 13 elle-même, mais une bague montée flottante sur la bague 13 cette dernière étant rigidement montée dans le carter 1 avec interposition d'un joint plat 16. Une telle réalisation est montage à la fig.3. L'élément 3 de la garniture de la fig.3 est identique à l'élément 3 des fig.1 et 2. Sur sa face radiale tournée vers l'élément 3, la bague 13 présente une cavité annulaire 25 qui reçoit une bague 26. La face radiale 14 de la bague 26, tournée vers l'élément 3, est destinée à coopérer avec la face 15 de la pièce 7. Entre les bagues 13 et 26 sont prévus deux joints annulaires 27 pour définir, derrière la bague 26, une chambre 28 renfermant un liquide.Le montage de la bague 26 par l'intermédiaire d'un volume de liquide permet à celle-ci de s'orienter d'elle-même sous l'action de la pièce 7. La bague 26 est mise en vibration en soumettant depuis ll extérieur le volume de liquide de la chambre 28 à des vibrations. Cela peut être réalisé de diverses manières, par exemple en utilisant le générateur 17 et le levier 18 de la fig.1 et un piston agissant sur le liquide de la chambre 28. Toutefois, comme montré à la fig.3, on préfère utiliser un générateur hydraulique de vibrations 24 dont la sortie communique avec la chambre 28 par un conduit 29 et un canal 30 débouchant dans la chambre 28. Le conduit 29 et le canal 30 sont emplis du même liquide que la chambre 28. Les vibrations du générateur 24 sont transmises hydrauliquement au liquide de la chambre 28 qui les transmet à son tour à la bague 26 Le fonctionnement est donc analogue à celui de la fig.1. Comme variantes de la réalisation de la fig.3, on pourrait utiliser tous autre moyens vibreurs et de couplage pour actionner la bague 26. On peut également, selon l'invention, mettre en vibration, non pas l'élément fixe 4, mais la pièce 7 de l'élément mobile 3 de la garniture. De telles réalisations sont montrées aux fig. 4 à 7. Sur les fig.4 et 5, la pièce tournante 7 porte au moins une came axiale 32 propre à coopérer avec au moins un galet 33 d'axe radial. L'axe du galet 33 est porté par un bras axial 34 monté rigidement dans le carter 2. En fonctionnement, à chaque passage d'une came 32 sur un galet 33, la pièce 7 subit un faible mouvement de recul. La multiplicité de ces contacts entrain la mise en vibration de la pièce 7. Sur les fig.6 et 7, la pièce 7 comporte au moins une saillie axiale excentrée 36 propre à traverser au moins un passage fixe 37 d'étranglement ou elle subit un choc hydraulique sans contact mélanique. Le passage 37 est en forme de U; il est défini par deux ailes en arc de cercle 38 et par un fond 39 présentant une partie inclinée 40 orientée vers l'arrière, c' est-à-dire en sens contraire du sens de rotation de l'arbre 3 montré par la flèche Â de la fig.7. La partie inclinée 40 est précédée d' une partie droite 41 en retrait. La distance radiale entre les ailes 38 est à peine supérieure à l'épaisseur de la saillie 36. La longueur axiale de la saillie 36 est telle que 1'extrémité 42 de la saillie, en traversant le passage 37, vient frôler le fond 39. L'extrémité 42 de la saillie 36 présente une surface 43 inclinée vers l'avant par rapport au sens de rotation A. En fonctionnement, quand la saillie 36 penètre dans le passage 37 suivant la flèche A, le fluide compris entre les surfaces 40, 41, 42, 43 est fortement comprimé et exerce une pression axiale sur la saillie 36. La répétition de ces chocs entraîne la mise en vibration de la pièce 7. Dans les modes de réalisation des fig.1 à 7, les vibrations étaient appliquées suivant une direction axiale. Toutefois, comme indiqué précédemment, il est possible de créer des vibrations dans une direction radiale. Pour cela, divers moyens peuvent être utilisées, par exemple les mêmes moyens vibreurs que ceux des fig.1 à 7, et des moyens de couplage agencés pour l'application des vibrations dans une direction radiale. On a montré, à titre d'exemple, à la fig.8, un mode de réalisation dans lequel c'est la bague 13 elle-même qui est mise en vibration radiale, étant entendu qu'on pourrait tout aussi bien agir sur une bague telle que 26 (fig.3) ou sur la pièce 7 (fig.4 à 7). La garniture et son montage sur 1 'arbre 1 et sur le carter 2 sont identiques à ceux qui ont été décrits en référence à la fig.1. Le carter porte extérieurement un générateur de vibrations 17 dont la tige de sortie 18 vibre longitudinalement et est couplée rigidement à un doigt 21 fixé sur la bague 13. En fonctionnement, la bague 13 vibre suivant une direction radiale en créant un faible jeu avec la pièce 7 pour l'obtention d'un film de liquide entre les faces 14 et 15. Pour adapter les modes de réalisation des fig.2 ét 4 à 7 aux vibrations radiales, il suffit de transformer la coopération axiale de la bague 13 avec la came 23 (fig.2), de la pièce 7 avec le galet 33 (fig.4 et 5) ou avec le passage 37 (fig.6 et 7) en une coopération radiale. Quel que soit le mode de réalisation adopté, l'amplitude et la fréquence des vibrations seront établies en fonction de divers paramètres, notamment de la viscosité et de la nature du liquide, de la vitesse de rotation de l'arbre, de la force du ressort 8 et de l'aire de contact entre les surfaces 14, 15. Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont que des exemples pour la mise en oeuvre de l'invention, on pourrait prévoir diverses variantes quant aux moyens vibreurs et aux moyens de couplage, sans sortir de son cadre. EEVENDICA NS 1. - Garniture d'étanchéité pour pièce tournante, notamment pour arbre tournant comportant un premier élément solidaire en rotation de la pièce tournante et un second élément fixe en rotation et en contact facial d'étanchéité avec l'élément tournant, caractérisée par le fait qu'elle comporte1 en outre, des moyens propres à engendrer des vibrations et des moyens pour coupler l'un des premier et second éléments auxdits moyens pour que ledit élément soit mis en vibration. 2.- Garniture d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens de couplage coopèrent avec l'élément fixe. 3.- Garniture d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens de couplage coopèrent avec l'élément tournant. 4.- Garniture d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les moyens vibreurs sont extérieurs et couplés audit élément fixe. 5.- Garniture d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte un générateur de vibrations mécaniquement couplé audit élément fixe. 6.- Garniture d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une came portée par ladite pièce tournante et couplée audit élément fixe. 7.- Garniture d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les moyens de couplage sont hydrauliques. 8.- Garniture d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'élément tournant comporte au moins une came propre à coopérer avec au moins une butée fixe. 9.- Garniture d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'élément tournant comporte au moins une saillie axiale propre à trave'rser au moins un passage d'étranglement dans lequel le liquide à étancher est comprimé et repousse axialement ledit élément tournant sans contact mécanique. 10.- Garniture d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait que les moyens vibreurs et les moyens de couplage sont agences pour que ledit élément soit mis au moins localement en vibration axiale. 11.- Garniture d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à , caractérisée par le fait que les moyens vibreurs et les moyens de couplage sont agencés pour que ledit élément soit mis en vibration radiale.