Brevet FR2296124A1 — publié le 19760723

La présente invention concerne un agencement de coussinet restricteur à centrage autonatique conçu en vue de imiter llécoulenent d'un liquide entre des paires de co-po- tirants d'une machine dans laquelle se produit un mouvement rotatif relatif entre lesdites paires. Il est de pratique courante, lorsqutil est nécessaire de limiter la fuite de liquide entre de telles paires, de prévoir une surface d'obturation cylindrique sur chaque composant, lesdites surfaces d'obturation étant disposées de façon à être sensiblement concentriques l'une par rapport à l'autre et disposées aussi de manière que l'espace libre les séparant soit aussi petit que possible. Il est également de pratique courante, lorsque des surfaces d'obturation sont prévues, d'incorporer des coussinets dans l'un ou dans les deux composants susmentionnés de manière que la surface d'obturation soit effectivement la surface d'une coussinet qui peut être renouvelé suivant les exigences en vue de remettre les surfaces d'obturation à l'état neuf. Ces coussinets ne sont pas normalement prévus pour porter des charges de support. La lubrification de ces surfaces n'est pas actuel liement possible sauf à l'aide du liquide présent dans cette zone de la machine. On appelle souvent de tels coussinets, anneaux de scellement ou anneaux d'étanchéité On utilise ces anneaux très souvent dans des pompes centrifuges en vue de limiter les fuites entre les roues à aubes et les manchons de pompes et entre un étage et un autre dans des poupes à étages multiples. Dans le cas de presse-étoupes a balayage à l'eau, il est de pratique courante de prévoir des coussinets restricteurs dans la boîte à garniture en vue de contrôler les fuites d'eau de balayage du presse étoupe. L'efficacité des agencements connus de coussinets restricteurs est limitée en raison du fait que l'espace libre qui faut laisser entre les surfaces d'obturation par suite des exigences mécaniques est souvent bien plus grand que l'espace libre souhaitable pour effectuer le contrôle des fuites de liquide. Dans de tels agencements connus de coussinets restricteurs, lesdits coussinets sont fixés dans les composants respectifs de la machine. Ces coussinets sent communément positionnés par pressage ou rétrécissement et sont ultérieu- rement fixés par des clavettes ou goujons Pour s'assurer que ces coussinets ne s'appuient pas contre la surface d'obturation d'accouplement lors du fonctionnement de la machine, il est nécessaire que l'espace libre initial entre lesdites surfaces soit suffisant pour accommoder l'effet cumulatif des tolérances de fabrication de tous les composants associés de' la machine qui exercent une influence sur la concentricité et l'alignement deadites surfaces d'obturation et qu'en outre l'espace libre initial prévu entre les surfaces soit suffi- sant pour tenir compte des effets supplémentaires de déflexion et de distorsion des composants de la machine résultant des charges de fonctionnement et/ou des changements de température. Lorsque l'espace libre initial entre les surfaces d'obturation d'accouplement des coussinets restricteurs fixes ou entre la surface d'obturation d'accouplement d'un tel coussinet et la surface d'obturation du cl posant d'accoupl*- ment de la machine est insuffisant, de graves dommages peuvent être provoqués dans la machine et/ou dans le matériel d'en- traînement de ladite machine. Les effets d'un appui par inadvertance d'une surface d'obturation sur l'autre peuvent être corrigés dans une certaine mesure en réalisant des coussinets restricteurs qui soient faits de matières telles que les surfaces d'obturation soient compatibles lorsqu'elles s'appuient l'une sur l'autre.Cependant, lorsqu'il s'agit de coussinets fixes, les charges d'appui obtenues risquent d'être excessive- ment élevées lorsque l'espace libre initial est insuffisant. Pour s'assurer que les surfaces des anneaux de scellement fixes ne s'appuient pas les unes sur les autres, il est de pratique courante, en ce qui concerne les spécifications de pompes, d'exiger que l'espace libre initial entre les anneaux de scellement soit égal à deux fois la déflexion de l'arbre. La présente invention a pour but de réaliser un agencement de coussinet restricteur permettant de surmonter les inconvénients susmentionnés, ce qui donne lieu ainsi à une limitation maximum des fuites de liquide entre les surfaces d'obturation sans que soient exigées des tolérances de fabrication exagérément fines en ce qui cencerne les composants associés en vue de maintenir l'alignement desdites surfaces d'obturation ou sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une construction excessivement lourde en vue de réduire la déflio La présente invention a pour but supplémentaire de réaliser un agenceaent de coussinet restricteur tel que la pression d'appui éventuelle susceptible de se produire entre les surfaces d'obturation soit limitée à une faible intensité de manière qu'il ne se produise aucun dommage et que l'usure qui s'ensuit des surfaces d'obturation soit négligeable. On réalise ces buts selon la présente invention à l'aide d'un agencement de coussinet restricteur à centrage automatique ayant pour fonction de limiter les fuites de liquide entre des paires de composants de machines à mouvement rotatif l'un par rapport à l'autre, ledit agencement comprenant un coussinet restricteur et un moyen de support flexible dudit coussinet restricteur soutenant ledit coussinet restricteur et le reliant de façon étanche avec l'un desdits composant de la machine, ledit coussinet ayant une surface d'obturation qui s'accouple avec une surface d'obturation correspondante de l'autre composant de la machine, ledit moyen de support flexible étant adapté en vue de permettre audit coussinet restricteur d'aligner sa surface d'obturation avec la surface d'accouplement sur ledit autre composant, ce qui permet ainsi de limiter la charge d'appui entre lesdites surfaces. Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de support flexible du coussinet restricteur forment un montage dans lequel un joint étanche de liquide est prévu entre le coussinet restricteur et le coaposant de la machine dans laquelle il est monté et dans lequel, de plus, le coussinet est restreint de façon rotative dans ses mouvements par rapport au composant dans lequel il est monté. Le moyen de support flexible permet au coussinet restricteur de centrer sa surface d'obturation cylindrique par rapport à la surface d'obturation d'accoupleuent de l'autre composant de la machine indépendamment de l'excentricité et/ou du mauvais alignement résultant de déviations de fabrication et/ou de déflexions de fonctionnement. Il n'est pas nécessaire de tenir compte de l'excen- tricité ou de la déflexion lorsqu'on détermine l'espace libre entre le coussinet restricteur et sa surface d'obturation d'accouplement étant donné que le coussinet se centre teueurs par rapport à celui-ci. L'action de centrage automatique provoque l'application d'une force sur le coussinet par la surface d'obtoration du composant d'accouplement. Cependant, ladite force est li il tée à la force nécessaire pour donner lieu à la déflexion nécessaire du moyen de support flexible prévu poar le cousgi- net. La construction du moyen de support est telle que la force requise pour donner lieu à la déflexion nécessaire dudit moyen de support soit faible. La pression d'appui résultante sur la face d'obturation du coussinet restricteur sera donc faible et en choisissant correctement les matériaux des surfaces d'obturation, l'usure ultérieure des surfaces sera très faible. Il est recommandé de réaliser le coussinet et sa surface d'obturation d'accouplement en matériaux compatibles de manière que lorsqu'ils se déplacent l'un par rapport à l'autre avec une faible charge d'appui, aucune lubrification ne soit nécessaire autre que celle obtenue au moyen du liquide se trouvant entre les surfaces d'obturation. Lorsqu'on choisit le matériau constitutif du coussinet, il convient de tenir compte du fait que le matériau doit résister à la pression du liquide sur le joint sans distorsion et qu'il doit être apte, sous les conditions de fonctionnement, à maintenir l'espacé libre moyen prédéterminé par rapport à sa surface d'obturation d'accouplement. L'invention sera maintenant décrite d'une façon plus détaillée à titre d'exemple en liaison avec les dessins annesi- qui représentent plusieurs modems de réalisation de l'invention. La figure i est une coupe transversale d'un agencement de coussinet restricteur à centrage automatique typique selon l'invention incorporant un joint du type a rebord. La figure 2 représente une coupe transversale d'un coussinet restricteur à centrage automatique monté dans un presse-étoupe à balayage à l'eau. La figure 3 représente l'agencezent du coussinet restricteur à centrage automatique de la figure 1 utilisé en tant que bague d'étanchéité dans une pompe centrifuge typique. La figure 4 représente en coupe transversale l'utilisation d'un anneau en O en tant que support de coussinet restricteur. La figure 5 représente en coupe un coussinet restricteur soutenu par un soufflet et La figure 6 représente un agencement similaire à celui de la figure i dans lequel la surface dtobturation du coussinet restricteur est taillée en cône vers l'extérieur. A la figure i, les composants 2 et 6 de la machine se déplacent l'un par rapport à l'autre et le coussinet restricteur 1 est monté dans le compostant 2 de la machine à l'aide d'un support flexible 3. Le support selon ce mode de réalisation de l'invention est constitué par un anneau en caoutchouc moulé ou on matière plastique.Le coussinet 1 comporte une surface d'obturation 4, réalisé de façon à être disposé avec un espace libre minimum en une position adjacente à la surface d'obturation 5 de l'organe d'accouplement 6 formé par un autre compostant de la machine L' agencement de coussinet restricteur, suivant ce mode de réalisation, est prévu de manière à limiter les fuites de liquide entre une zone 7 sous haute pression et une zone 8 sous une pression inférieure. Le joint, par conséquent, fonctionne comme suit. la pression en 7 force le rebord 9 du support flexible 3 contre le composant 2 de la machine, ce qui a pour effet d'empêcher les fuites de liquide entre le coussinet restricteur 1 et le composant 2. Le support flexible 3 est également comprimé en 7 10 par la pression de la zone/sur le coussinet 1 et sur le support flexible 3. La compression du support flexible 3 par la pression en 7 est telle que les forces résultantes qu'il exerce sur les surfaces de contact des composants 2 et du support 3 sont suffisantes pour empêcher la rotation du aussi net 1 par rapport au composant 2. Lorsqu'à un moment quelconque, il y a un mauvais alignement entre les composants 2 et 6 tel que la surface d'obturation 4 du coussinet i entre en contact avec la surface d'obturation 5 du composant 6, le coussinet i se déplace de manière que le support 3 ne soit déformé qu'à un degré suffisant pour aligner les surfaces d'obturation 4 et 5 et la charge d'appui sur les surfaces d'obturation 4 et 5 est ainsi limitée à la charge requise pour donner lieu à la distorsion nécessaire de l'organe flexible 3. A la figure 2, un coussinet restricteur 21 et son montage flexible 22, présentant une configuration telle que représentée à la figure 1, sont montés dans un presse-étoupe à balayage à l'eau d'une pompe centrifuge. On introduit de l'eau de balayage dans le presseétoupe 23 par une tuyauterie convenable reliée au taraudage à vis 26 prévu dans le presse-étoupe à cet effet. On introduit de l'eau de balayage du presse-étoupe sous une pression plus élevée que la pression du liquide dans la pompe au point 28. L'eau de balayage est distribuée autour de l'arbre par l'anneau à lanterne 27. On contrôle les fuites d'eau de balayage du presse-étoupe vers l'atmosphère à l'aide des anneaux de garnissage de presse-étoupe 29 et de la bague 20 du presse-étoupe. La surface d'obturation du coussinet 21 est agencé de façon à s'accoupler avec la surface du manchon 25 de l'ar- bre et à limiter les fuites de l'eau de balayage du presseétoupe depuis l'anneau à lanterne 27 dans la pompe. L'6coul-- ment de l'eau entre l'extérieur du coussinet 21 et le presseétoupe 23 est empêché par l'organe à montage flexible 22 et la rotation du coussinet 21 est empêchée par la pression de l'organe flexible 22 sur le coussinet 21 et le presse-étoupe 23. La figure 3 représente une coupe transversale de coussinets restricteurs à centrage automatique adaptés à une pompe centrifuge à étage unique en tant que joints d'étanchiVe' Dans cet agencement, il est nécessaire de limiter les fuites de fluide provenant du fluide sous haute pression dans la zone 33 du manchon 32 vers la zone de basse pression 34. Dans l'agencement représenté, le coussinet à centrage automatique 35 est adapté au manchon de la pompe 32 au moyen du montage flexible 36. La surface d'obturation 37 du coussinet 35 est disposée de façon à se centrer et à fonctionner en coopération avec la surface extérieure diamétrale d'un coussinet fixe 38 adapté à la roue à aubes 31. Dans toutes les formes de l'invention décrites jusqu'a présent, le moyen de support ou de montage flexible se présente sous la forme d'un anneau moulé en matière élastomere incorporant une surface d'obturation du type à rebord. Cet organe élastomère flexible peut être lié au coussinet restricteur ou il peut être constitué par une pièce séparée formant un joint avec le coussinet et le fixant uniquement par pression. Selon encore un autre mode de réalisation de 1'in- vention le coussinet restricteur et l'organe flexible peuvent comporter un moulage intégral avec une partie de la surface d'obturation convenablement durcie et/ou renforcée de manière qu'elle présente une stabilité dimensionnelle. D'autres formes de l'invention sont représentées en coupe transversale à la figure 4 et à la figure 5. A la figure 4, l'anneau en 0 44 de grande dimension forme le moyen de support ou de montage flexible Le coussinet restricteur 43 est disposé de façon à limiter les fuites de fluide provenant de la zone sous haute pression 45 vers la zone de pression plus basse 46. L'anneau en O forme un joint entre le coussinet 43 et le composant 41 de la machine tout en permettant à la surface d'obturation 47 du coussinet 43 de s'aligner et de se centrer sensiblement par rapport à la surface d'obturation cylindrique 48 du composant 42 de la machine. On peut disposer des coussinets à centrage automa- tique selon la présente invention en vue de réaliser soit une surface d'obturation mâle ou femelle ou les monter en paire l'un étant introduit dans l'autre. Le fait que ledit coussinet restricteur soit fixé à un composant stationnaire ou mobile d'une machine n'a pas d'importance. La figure 5 représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel le moyen de montage flexible prévu est un soufflet 54 pouvant être façonné à partir de étaux ou de matières synthétiques selon la pression, la température et les propriétés du fluide manipulé. A la figure 5, le soufflet 54 est fixé et scellé contre le composant 51 en 59 et contre le coussinet restrictor 53 en 50 tout en permettant à la surface d'obturation 57 du coussinet 53 de s'aligner avec la surface d'obturation 58 du composant d'accouplement 52 de la machine. Avec cette dispo sition de l'invention, il est possible de limiter les fuites de 55 vers 56 ou de 56 vers 55 lorsque des moyens de fixation convenables sont prévus en 59 et 50; La figure 6 représente une modification de l'agen cessent de la figure 1 qui limite les fuites entre les espaces 65 et 66.Le coussinet restricteur 61 comporte une surface d'obturation 63 profilée de manière que 'l'espace libre entre ladite surface d'obturation et la surface d'obturation d'accouplement 64 soit supérieur en 62, ou les fuites entrent dans espace situé entre les surfaces d'obturation, a l'espace libre prévu entre la partie principale des surfaces d'obturation.Depuis 62, l'espace libre est taillé en cône et diminue progressivement sur environ 1/4 de la longueur du coussinet restricteur 61. En réalisant le coussinet 61 sous cette forme de type entonnoir, on confère au fluide une avance dans l'es- pace libre annulaire et on obtient un effet de centrage supplémentaire résultant de la pression du fluide et de l'écoulement du fluide. Cet effet donne lieu à une lubrification sup plémentaire du coussinet 61, ce qui a pour résultat de didnuer l'usure des surfaces d'obturation 63 et 64. Dans les conceptions connues de coussinets restricteurs fixes, il est d'usage de prévoir des rainures dans leurs surfaces d'obturation en vue d'augmenter la résistance aux fluides par suite de la turbulence provoquée dans l'écoulement de fuites par ces rainures. Cependant, le fait que les surfaces d'obturation des coussinets à centrage automatique, selon la présente invention, comportent une surface d'obturation lisse ou à rainures n'a aucune importance. Le choix des matériaux utilisables pour la construction des coussinets restricteurs à centrage automatique et de leurs surfaces d'obturation d'accouplement est fonction des conditions règnantes. Les coussinets réalisés en résines phé- noliques renforcées,en carbone ou en céramique peuvent~tre utilisés dans de nombreuses applications. Des surfaces d'accou pliement faites d'acier inoxydable durci, de stellite ou de carbure de tungstène sont utilisables dans la plupart des applications. La description détaillée ci-dessus ne se rapporte qu'à quelques modes de réalisation de l'invention. I1 doit être entendu que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Agencement de coussinet restricteur à centrage automatique ayant pour fonction de limiter les fuites de fluide entre des paires de composants de machine à mouvement rotatif l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que ledit agencement comprend un coussinet restricteur, un moyen de support flexible dudit coussinet restricteur soutenant et reliant de façon étanche ledit coussinet restricteur à l'un desdits composants, ledit coussinet restricteur comportant une surface d'obturation en accouplement avec une surface d'obturation correspondante de l'autre desdits composants, ledit meyen de support flexible étant adapté de façon à permettre audit coussinet restricteur d'aligner sa surface d'obturation avec la surface d'accouplement dudit autre composant, ce qui a pour effet de limiter la charge d'appui éventuelle entre lesdites surfaces. 2. Agencement de coussinet restricteur a centrage automatique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu le moyen de support flexible comprend un seul organe élastomère fixant ledit coussinet audit composant unique, ce qui a pour effet d'empêcher la rotatibn dudit coussinet par rapport audit a composant unique de la machine et de former un joint entre ledit coussinet et ledit composant de la machine. 3. Agencement de coussinet restricteur à centrage automatique selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen de support flexible unique est un anneau élastomère meulé incorporant un joint du type à rebord. 4. Agencement de coussinet restricteur à centrage automatique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de support flexible comprend un organe élastomère unique ayant la forme d'un anneau en O interposé entre ledit coussinet et ledit composant unique. 5. Agencement de coussinet restricteur à centrage automatique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de support flexible comprend un soufflet fixant de façon étanche ledit coussinet audit composant unique et empêchant tout mouvement rotatif relatif entre ceux-ci. 6. Agencement de coussinet restricteur à centrage automatique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite surface d'obturation du coussinet restricteur est formée par une surface annulaire taillée en cane à l'extérieur en vue de réaliser un guide du type entonnoir de l'écoulement de fluide dans la section à espace libre minimum entre ladite surface d'obturation et la surface d'obturation d'accouplement dudit autre composant