Brevet FR2326635A1 — publié le 19770429

lia présente invention concerne une garniture mécani- que tournante d'étanchéité du type compensé, comportant un premier élément annulaire, fixe, appelé grain fixe o contrebague, un deuxième élément annulaire, tournant, appelé coupelle7 grain de friction ou bague de frottement, et un ressort hélicoïdal qui est agencé pour repousser axialement le deuxième élément contre le premier. De telles garnitures métalliques tournantes d'étan chérit8 sont notamment utilisées dans des machines tournantes telles que des pompes, pour assurer l'étanchéité du passage de l'arbre tournant de la pompe à travers les flasques d'ex trémitédu carter de la pompe.Le premier élément annulaire, fixe, est généralement monté dans un chapeau, qui est fixé au flasque du carter de la pompe, tandis que le deuxième élément annulaire, tournant, est monté à une extrémité d'un troisième élément en forme de douille cylindrique, appelé cage de coupelle ou porte-grain,qui peut etre calé en rotation avec un certain jeu axial sur l'arbre de la-pompe. I1 existe en général deux types de garnitures mécaniques tournantes, celles du type dit "non compensé" (type U),destineesnotamment à équiper les pompes dans lesquelles la pression hydraulique ne dépasse pas quelques bars, et celles du type dit "compensé" (type 3), destinées à équiper les pompes dans lesquelles la pression hydraulique atteint une dizaine de bars ou plus.Dans les garnitures mécaniques tournantes du type compensé, des dispositions sont prises pour que les forces hydrauli-es,gui s'exercent axialement dans deux directions opposées sur les parties du deuxième et du troisième élément sus-mentionnés qui baignent dans le liquide, s'annulent sensiblement l'une l'autre, de telle sorte que le deuxième élément annulaire, tournant, soit appliqué contre le premier élément annulaire, fixe, avec une force qui dépend pratiquement seulement de la force de compression du ressort hélicoïdal, que la pompe fonctionne sous vide ou en pression. Généralement, pour un même diamètre d'arbre de pompe, les garnitures mécaniques tournantes du type compensé ont des dimensions d'encombrement "nors tout" plus grandes que celles des garnitures mécaniques tournantes du type non compensé. Pour un même diametre d'arbre, il faut donc prevoir des pièces de dimensions différentes respectivement pour les garnitures mécaniques tournantes du type compensé et pour les garnitures mécaniques tournantes du type non compensé. Ceci augmente donc l'importance des stocks de pièces détachées. En outre, avec les garnitures tournantes du type compensé, il faut généralement prévoir un épaulement sur l'arbre de la pompe, et le calage en rotation de la cage de coupelle ou porte-grain s'effectue au moyen de vis de blocage,qui prennent directement appui sur l'arbre de la pompe et qui, par conséquent, blessent ce dernier. La présente invention a essentiellement pour but de remédier aux inconvénients sus-mentionnés présentés par les garnitures mécaniques tournantes du type compensé antérieurement connues en fournissant une nouvelle garniture de ce type, qui presente les dimensions d'encombreuent hors tout d'une garniture du type non compcnsé et qui peut être adaptée sur un arbre lisse sans le blesser. A cet effet, la garniture mécanique tournante d'étan hésite du type compensé selon la présente invention est caracté- risée en ce que le troisieme élément (c'est-à-dire la cage de coupelle ou porte-grain), à son autre extrémité, entoure coaxialement un manchon de compensation, qui peut être lui- même calé en rotation sur l'arbre tournant par l'intermédiaire d'une bague fendue disposée dans son alésage, ce manchon de compensation étant percé radialement de deux trous taraudés, dont les axes font entre eux un angle prédéterminé et qui reçoivent chacun une vis de serrage, les deux vis prenant appui radialement sur la bague fendue chacune dn c8té de la fente de cette bague et s'engageant chacune dans une lumière oblongue respective,formée longitudinalement dans la paroi péri- phérlque du troisième élément, et en ce que deux joints sent prévus respectivement entre le troisième elém;ent et le manchon de coin- sensation CL entre ce dernier et 1' arbre tournant. On dolera maintenant une description détaillé de la présente invention en faisant référìnce aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une garniture mécanique tournante d'étanchéité selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale de la garniture selon l'invention,lorsqu'elle est montée sur l'arbre d'une machine tournante telle qu'une pompe. La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne I II de la figure 2. La garniture mécanique tournante d'étanchéité du type compensé représentée sur les figures 1 et 2 comporte essentiellement une partie fixe 1 et une partie mobile 2, qui se présente sous la forme d'une cartouche préassemblée, l'ensemble présentant un encombrement hors tout égal à celui d'une garniture mécanique tournante du type non compensé pour un même diamètre d'arbre. La partie fixe 1 est composée d'un grain fixe ou contre-bague 3 et d'un joint torique 4. Le grain fixe 3 comporte d'un côté une face annulaire épaulée de frottement 3a et de l'autre côté, une queue 3b présentant, de manière connue en soi, une entaille 3c destinée à recevoir une goupille anti-rotation 5, lorsque le grain fixe est place dans le logement d'un chapeau 6, lui-même fixé de manière connue en soi au flasque (non montré) d'une pompe. Le joint torique 4 peut être réalisé en toute qualité d'élastomère ou de polytétrafluoréthylène (en abrégé PTFE), de preférence conforme aux spécifications des normes américaines US AM 6227-B et AM 6230-B. La partie mobile 2 est essentiellement composée d'une coupelle 7, encore appelée grain de friction ou bague de frottement, qui est montée à une extrémité d'une cage de coupelle 8 en forme de douille cylindrique, qui, à son autre extrémité, entoure un manchon de compensation 9. Ce manchon de compensation 9 peut être calé en rotation sur l'arbre 10 d'une machine tournante, telle qu'une pompe, au moyen d'une bague fendue 11 et de deux vis de serrage 12. En outre, un ressort hélicoï- dal de compression 13, disposé coaxialement dans un espace annulaire entre la cage de coupelle 8 et l'arbre 10, prend axialement appui d'un coté contre la faced'extrémité interne du manchon de compensation 9 et, de l'autre cOté, contre la face de la coupelle 7 qui est opposée à sa face de frottement, afin de repousser cette coupelle 7 contre- la face épaulée de frottement3a du grain fixe 3. Comme le montrent plus particulidrnment les figures l et 3, le manchon de compensation 9 est percé radialement de deux trous taraudés 14, dont les axes font entre eux un angle prédéterminé, par exemple 900, et qui reçoivent chacun l'une des deux vis 12. En outre, les deux vis 12 ont des extrémités coniques et la bague fendue 11 présente,dans sa périphérie, deux empreintes coniques 15, ayant une forme complémentaire de celle des extrémités coniques des vis 12 et situées respectivement de part et d'autre de sa fente longitudinale 16. Les axes des deux empreintes coniques 15 se coupent sur l'axe de la bague fendue 1l et forment entre eux un angle très légèrement plus grand que l'angle prédéterminé sus-mentionné, par exemple 920.Du fait que les vis 12 sont légèrement désaxées par rapport aux empreintes coniques 15 de la bague fendue 11, les contes des vis 12 ne portent que sur une génératrice des cônes 15 de la bague fendue. En conséquence, les deux cô- nes agissent l'un sur l'autre ccmme des rampes et, lorsqu'on serre les deux vis 12, la bague fendue 11 tend alors à se refermer et à serrer l'arbre 10 sur toute sa circonférence sans le marquer. Ceci permet d'obtenir un blocage efficace en rotation de la bague fendue 11 et du manchon de compensation 9 sur l'arbre 10. Les deux vis 12 s"étendent radialement vers l'exté- rieur au-del de la périphérie du manchon de compensation 9 et s'engagent chacune dans une lumière oblonge respective 1 forme longitudinalement dans la paroi périphérique de la cage de coupelle 8. Ceci permet à la fois un certain mouvement axial d'amplitudude limitée de la cage de coupelle 8 par rapport au manchon de compensation 9, et ltentraSnement en rotation de cette cage de coupelle 8 par les vis 12 lorsque la bague fendue 11 est serrée sur l'arbre 10. A son extrémité adjacente au grain fixe 3, la cage de coupelle 8 présente un alésage épaulé recevant la coupelle annulaire 7 de section rectangulaire. Cette coupelle 7 est rendue solidaire de la cage de coupelle 8 au moyen dune colle ou dkncinlent approprié aux cas d'utilisation. La coupelle 7 est montée sans serrage dans l'alésage épaulé de la cage de coupelle 8 afin de pouvoir être facilement enlevetpar décollage pour permettre son remplacement par une autre coupelle lorsqu'elle est usée. La coupelle 7 est de préférence réalisée en oxyde d'alumine pur fritté, tandis que le grain fixe 3 peut être réalisé soit en carbone chargé ou non, soit en PTFE chargé, soit encore en oxyde d'alumine pur fritté suivant les conditions de service demandées. Le manchon de compensation 9 présente, dans sa surface périphérique, un épaulement extérieur 9a tourné vers la coupelle 7, tandis que la cage de coupelle 8 présente, dans son alésage, un autre épaulement 8a tourné vers l'épaulement 9a du manchon de compensation 9. Les deux épaulements 8a et 9a délimitent entre eux et avec la surface périphérique extérieure du manchon 9 et avec la surface intérieure de la cage de coupelle 8- une chambre annulaire logeant un joint 18, réalisé de préférence sous la forme d'un joint torique, qui assure l'étanchéité entre la cage de coupelle 8 et le manchon de compensation 9. L'épaulement 9a du manchon de compensation 9 délimite sur la surface périphérique de ce dernier une partie à faible diamètre extérieur et une partie à plus grand diamètre extérieur.Le diamètre d de la partie à faible diamètre extérieur est prédéterminé de façon à assurer une bonne compensation hydraulique. Plus précisément, ce diamètre d est choisi de telle manière que le rapport surface hydraulique/surface de frottement soit compris entre environ 0,6 et 0,75 suivant les diamètres d'arbres. Par surface hydraulique, on entend la surface d'une couronne circulaire ayant pour diamètre extérieur, le diamètre extérieur de la surface annulaire de frottement entre le grain fixe 3 et la coupelle 7 et pour diamètre intérieur le diamètre d. Le manchon de compensation 9 présente, en outre, dans son alésage,. un épaulement 9b délimitant une partie à petit diamètre intérieur et une partie à plus grand diamètre intérieur. La bague fendue 11 est logée dans la partie à plus grand diamètre intérieur et un joint 19 est disposé dans la gorge formée entre ltépaulement 9b et une extrémité de la bague fendue 11. La largeur de cette gorge est déterminée par une collerette lla prévue sur la bague fendue 11, qui vient prendre appui contre un autre épaulement 9c prévudans la face d'extrémité externe du manchon de compensation 9. Le joint 19, de préférénce torique, est destin à assurer l'étanchéité entre le manchon de compensation 9 et l'arbre 10.Les deux joints 18 et 19 sont de préférence conformes aux spécifications des normes -américaines US AM 6227-B et Md 6230-D. Ils peuvent être réalisés en toutes qualités d'élastomère ou de PTFE et dérivés. Comme celaa déjà été indiqué plus haut, le ressort hélicoïdal 13 travaille à la compression, son rôle étant, une fois le manchon de compensation 9 bloqué sur l'arbre 10, de pousser la coupelle 7 de façon à mettre en pression les faces de frottement de cette coupelle 7 et du grain fixe 3. La seule fonction du ressort hélicoïdal 13 est de mettre ces faces de frottement en contact sous une pression d'environ 1 à 2 kg/cm. Il n'intervient pas pour l'entrainement de la parie mobile 2 de la garniture mécanique tournante et, par conséquent, le sens d'enroulement de ses spires est indépendant du sens de rotation de la garniture mécanique tournante. Il suffit donc de prévoir un seul type de ressort 13 par diamètre d'arbre pour une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. En outre, on remarquera que le ressort 13 n'est pas en contact avec le fluide à étancher. De ce fait, il ne peut pas se bloquer par suite de dépotes ou par cristallisation du fluide à étancher. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, la garniture mécanique tournante selon la présente invention peut être montée sur un arbre lisse et ne nécessite ni épaulement d'arbre, ni bague d'arrêt, ni frein d'axe d'aucune sorte, et le blocage de la partie tournante 2 sur l'arbre 10 par l'inter médiaire de la bague fendue 11 évite tout marquage de l'arbre 10. REVENDICATIONS ================ 1.- Garniture mécanique tournante d'étanchéité du type compensé, comportant un premier élément annulaire, fixe, appelé grain fixe ou contre-bague, un deuxième élément annulaire, tournant, appelé coupelle, grain de friction ou bague de frottement, qui est monté à une extrémité d'un troisième élément en forme de douille cylindrique, appelée cage de coupelle ou porte-grain, qui peut etre calé en rotation avec un certain jeu axial sur l'arbre d'une machine tournante telle qu'une pompe, et un ressort hélicoïdal qui est agencé pour repousser axialement le deuxième élément contre le premier, caractérisée en ce que le troisième élément 8, à son autre extrémité, entoure coaxialement un manchon de compensation 9 qui peut être lui-même calé en rotation sur l'arbre tournant 10, par l'intermédiaire d'une bague fendue 11 disposée dans son alésage, ce manchon de compensation 9 étant percé radialement de deux trous taraudés 14, dont les axes font entre eux un angle prédéterminé et qui reçoivent chacun une vis de serrage 12, les deux vis prenant appui radialement sur la bague fendue 11 chacune d'un côté de la fente 16 de cette bague et s'engageant chacune dans une lumière oblongue respective 17 formée longitudinalement dans la paroi périphérique du troi sième élément 8, et en ce que deux joints 18, 19 sont prévus respectivement entre le troisième élément 8 et le manchon de compensation 9 et entre ce dernier et l'arbre tournant 10. 2.- Garniture selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon de compensation 9 présente dans sa surface périphérique un épaulement 9a tourné vers le second élément 7, et en ce que le troisième élément 8 présente dans son alésage un épaulement 8a tourné vers l'épaulement 9a du manchon de compensation 9 et délimitant avec celui-ci une chambre annulaire logeant l'un 18 des deux joints. 3.- Garniture-selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'épaulement 9a de la surface périphérique du manchon de compensation 9 délimite sur cette surface une première partie à faible diamètre extérieur et une seconde partie à plus grand diamètre-extérieur, le diamètre d de la première partie étant prédétermine de façon à assurer une compensation hydraulique. 4.-Garniture selon la revendication 2 ou-3, caracté risee en ce que le manchon de compensation 9 présente, dans son alésage, un épaulement 9b délimitant une partie à petit diamètre intérieur et une partie à plus grand diamètre intérieur, la bague fendue 11 étant logée dans la partie à plus grand diamètre intérieur et le second joint 19 étant dispos dans une gorge formée entre ledit épaulement 9b et une extrémité de la bague fendue 11. 5.- Garniture selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les vis de serrage 12 ont des extrémités coniques, et en ce que la bague fendue 11 présente dans sa périphérie deux empreintes coniques 15 situées respecti vexent de part et d'autre de -sa fente 16, les axes des deux empreintes coniques 15 se coupant sur l'axe de la bague fendue 11 et formant entre eux un angle très légèrement plus grand que ledit angle prédéterminé. 6.- Garniture selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ie ressort hélicoïdal 13 prend appui à une extrémité contre la face d'extrémité interne du manchon de compensation 9 et à son autre extrémité conté la face d'extrémité interne du deuxième élément 7.