Brevet FR2269655A1 — publié le 19751128

La présente invention concerne un passage étanche et fiable pour arbre tournant traversant une paroi séparant deux espaces contenant des fluides maintenus à des pressions différentes dont l'étanchéité est assurée à chaque fonctionnement du passage tournant par un léger glissement d'au moins un joint par rapport à une partie graissée de l'arbre. On sait que dans le domaine des joints tournants, il existe de tres nombreuses réalisations ; certaines d'entre elles assurent une étanchéité particulièrement rigoureuse mais elles ne sont guère utilisables qu'en laboratoire ou dans le domaine nucléaire en raison de leur prix. Par contre, a la connaissance de l'inventeur, il n'existe pas a l'heure actuelle de dispositif à caractère industriel assurant une très bonne étanché- ité, de manière fiable sur une période de plusieurs années lorsque le régime d'utilisation peut comporter des périodes d'inactivité prolongée séparées par des périodes de fonctionnement rapide et alternatif. En effet, on observe, au bout d'une certaine période dtinactivite, un gommage du joint dû a son maintien en position comprimée pendant une période prolongée. Au démarrage de l'arbre, une partie du joint est alors arrachée et très rapidement le passage tournant perd son étanchéité. Partant de la constatation qu'un mouvement transmis à un axe de rotation comportait toujours une légère composante longitudinale correspondant par exemple au jeu des butées dudit axe, l'inventeur s'est proposé de réaliser un passage tournant à montage flottant longitudinalement avec une très faible amplitude. En alimentant alors en graisse ou en huile de graissage l'une des faces d'un joint ordinaire, du type torique bien connu par exemple, on peut assurer le graissage du joint au moment où l'arbre se met en rotation et où il coulisse très légèrement par rapport au joint. On évite ainsi tout gommage et la vie du joint se trouve prolongée de façon spectaculaire. L'objet de l'invention est donc un passage étanche et fiable pour arbre tournant traversant une paroi separant deux espaces contenant des fluides maintenus a des pressions différentes constitué par un palier solidaire de la paroi de séparation, doté d'au moins un coussinet baigné par de l'huile de graissage et d'au moins un joint torique, ainsi que par deux ressorts prenant appui chacun sur une butée solidaire de l'arbre tournant caractérisé en ce que ledit joint torique est placé å proximité du coussinet, au contact de la partie graissée de l'arbre et en ce que lesdits ressorts, de force égale, prennent appui par leurs extrémités libres sur chacune des extrémités du palier assurant ainsi a chaque mise en marche de l'arbre tournant un léger glissement de l'arbre par rapport au palier, entraînant le graissage du joint torique. Etant donné qu'il est nécessaire de disposer un ressort de chaque côté de la paroi pour obtenir un montage flottant longitudinalement de l'arbre, il a paru souhaitable de compléter la symétrie de la figure en mettant en oeuvre deux coussinets alimentés en huile de graissage à partir d'une source centrale puis de prolonger chacun des coussinets par un joint doté de moyens de serrage. Le dispositif devenant parfaitement symétrique peut alors être utilisé dans un passage où la pression peut devenir prépondérante tour à tour des deux côtés de la paroi. Il est à noter que tant dans le cas où un seul joint est mis en oeuvre que dans le cas où deux joints symétriques sont utilisés, la composante longitudinale de l'effort appliqué sur l'arbre pour le faire tourner provoque un glissement oscillatoire, immédiatement amorti, de faible amplitude, mais suffisant pour déplacer le point d'application du joint et l'amener un court instant sur la partie huilée de l'arbre. La base du joint est alors irriguee en huile de graissage et peut alors tourner par rapport à l'arbre sans qu'une partie de la matière du joint demeurée en contact prolongé avec l'arbre soit arrachée. Par ailleurs, les moyens de serrage du joint torique sont sélectionnés de telle sorte que durant la période d'immobilité prolongée de l'arbre, le joint demeure appliqué contre la face interne de son logement. Le joint restant comr primé sous charge constante en permanence, il ne se produit pas de phénomène de fluage intempestif du joint. Un exemple de réalisation décrit en référence à la figure unique représentant en coupe un passage étanche à double joint, est présenté ci-dessous sans que l'invention soit limitée pour autant à cet exemple. Si l'on se reporte à la figure unique on y voit en 1 un arbre traversant une paroi 2 delimitant un espace (3) et un espace (4) entre lesquels il règne une différence de pression de l'ordre de quelques bars. Le palier constituant le passage de l'arbre à travers la paroi 2 comporte en son centre une chantre d'huile 5 à niveau visible 6, alimentée par une source (non representée). De part et d'autre de la chambre d'huile de graissage se trouvent disposés deux coussinets 7 et 8 alimentes en huile de graissage par la chantre 5. A l'extrémité périphérique de chacun des coussinets, on a formé dans le volume du palier deux logements annulaires 10 et il contenant chacun un joint du type torique 12 et 13 maintenu appliqués contre la face interne de chacun des logements annulaires 10 et 11. Ils peuvent être appliqués par une ou plusieurs rondelles élastiques (non représentées) soit par une rondelle plate 14 et un ressort 15.Dans le logement annulaire 10, on retrouve également soit un jeu de rondelles élastiques (non représentées) soit une rondelle plate 16 et un ressort 17, les deux ressorts 15 et 17 exerçant une action antagoniste et égale n'ont pour effet que de maintenir, chacun, le joint torique correspondant sous pression constante. Le jeu longitudinal de l'arbre est assuré comme suit Sur la face droite du palier est montée une rondelle de frottement 20 formant butée, en contact avec l'arbre tournant, entrainée en rotation avec celuici. La face de la rondelle 20 en contact avec la face droite du palier a reçu un recouvrement en teflon afin d'éviter son échauffement par frottement contre le palier. Une butée 22 délimite la course du ressort 21, monté autour de l'arbre. Lors de la rotation de l'arbre, le ressort 21, la butée 20 et la butée 22 tournent tous trois. Sur la face gauche du palier, on retrouve une rondelle de frottement 23 formant butée, un ressort 24 identique au ressort 21 et finalement une butée 25 solidaire de l'arbre 1. Le rôle du ressort 24 est identique à celui du ressort 21, tous deux servant à rattrapper le jeu longitudinal de l'arbre par rapport au pallier qui se produit au moment de la mise en marche de l'arbre en raison de ce que les forces appliquées à l'arbre ne constituent pas un couple parfait et comportant une composante longitudinale donnant naissance à une translation de l'arbre de faible amplitude. Lorsque l'arbre est au repos, l'huile de graissage arrive au contact des joints 12 et 13 mais sa propogation se trouve arrêtée précisément par la partie portante du joint. Le léger mouvement de translation de l'arbre se produisent à chaque démarrage permet à la partie portante du joint de venir lécher la partie graissée de l'arbre, de sorte que la capacité d'étanchéité des joints se trouve renouvelée précisément au moment critique du démarrage de arbre après une longue période d'immobilisation. L'expérimentation effectuée sur ce type de passage depuis une période assez longue permet d'escompter qu'un palier doté de joints de ce type, puisse continuer à assurer son service de façon satisfaisante pendant des périodes de l'ordre--de- 10 à 12 ans, même lorsque des périodes d'immobilisation atteignent plusieurs mois. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux pour la mise en oeuvre de l'invention, notamment en raison de sa structure symétrique, on comprendra que diverses modifications puissent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention en remplaçant en particulier le deuxième joint et son moyen de serrage par tout autre élément susceptible d'assurer une fonction technique équivalente en présence de pressions très différentes de celles qui ont été envisagées ci-dessus. REVENDICATIONS 1/ Passage étanche et fiable pour arbre tournant traversant une paroi séparant deux espaces contenant des fluides maintenus à des pressions différentes, constitué par un palier solidaire de la paroi de séparation doté d'au moins un coussinet baigné par de l'huile de graissage et d'au moins un joint torique, ainsi que par deux ressorts prenant appui chacun sur une butée solidaire de l'arbre tournant, caractérise en ce que ledit joint torique (12) est placé à proximité du coussinet (7) au contact de la partie graissée de l'arbre (1) et en ce que lesdits ressorts (21 et 24), de force égale, prennent appui par leurs extrémités libres sur chacune des extrémités du palier (2) assurant ainsi à chaque mise en marche de l'arbre tournant, un léger glissement de l'arbre (1) par rapport au palier.(2), entrainant le graissage du joint torique (12). 2/ Passage étanche et fiable pour arbre tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint torique (12) est maintenu sous charge constante. 3/ Passage étanche et fiable pour arbre tournant selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des ressorts 21 et 24 prend appui sur les faces externes du palier 2 par l'intermédiaire de rondelles de frottement (20 et 23). 4/ Passage étanche et fiable pour arbre tournant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit passage comprend deux joints toriques (12 et 13) disposés a proximité du coussinet (7), au contact de la partie graissée de l'arbre. 5/ Passage étanche et fiable pour arbre tournant selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit passage comprend deux coussinets (7 et 8) disposés symétriquement par rapport a une chambre d'huile de graissage (5). 6/ Passage etanche et fiable pour arbre tournant selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que les joints toriques (12 et 13) sont maintenus sous charge constante respectivement par des rondelles (14 et 16) et des ressorts (15 et 17). 7/ Passage étanche et fiable pour arbre tournant selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que les joints toriques (12 et 13) sont maintenus sous charge constante par des rondelles élastiques de modèle connu.