Brevet FR2349077A1 — publié le 19771118

La présente invention concerne les joints à étanchéité entre faces planes pour arbres tournants. On connait des joints à étanchéité entre faces planes pour arbres tournants dans lesquels un fluide lubrifiant sous pression s'écoule radialement, ce fluide étant ensuite injecté par des passages ou canaux d'alimentation dans des poches oblongues espacées, en arc de cercle, ménagées dans l'nne des deux faces annulaires opposées, glissant l'une sur l'autre, d'un rotor et d'un stator, le rotor étant monté sur l'arbre et le stator sur une paroi de séparation (voir par exemple brevet US 3.486.?60). Le fluide sous pression quitte les poches en s'écoulant entre lesdites faces. De tels joints s'avèrent intéressants, mais on éprouve des difficultés à empêcher les poches de se remplir de particules de saletés ou autres corps étrangers, qui dégradent l'action du joint, même si les passages de fluide sont protégés par des tamis. De fines particules de saletés ou produits corrosifs peuvent pé- nétrer dans les poches à travers les tamis parce que, même si les mailles des tamis sont beaucoup plus petites que la section de passage des canaux d'alimentation, elles ne sont pas aussi peti- tes que l'interstice (d'environ 2,5 à 12,7/u)qui sépare les deux/ annulaires opposées glissant l'une sur l'autre, de sorte qu'elles permettent à de petites particules de saletés ou de produits corrosifs de s'accumuler dans les poches. On conçoit d'ailleurs que si les mailles des tamis sont trop petites, elles ont tendance à se boucher.De plus, étant donné 11 importance du volume du fluide tel que de l'eau qui traverse les poches, la quantité, même faible, de saletés présentes dans l'eau finit par affecter le fonctionnement du joint parce que les deuxpannulaires opposées servent à filtrer les particules de saleté. Un problème se pose même à propos des particules de sa- letés qui sont recueillies dans les poches et qui sont assez petites pour s'infiltrer entre les deux faces annulaires opposées, parce que certaines d'entre elles s'agglomèrent en amas plus gros qui ne peuvent s'échapper des poches. Ce risque peut exister même s'il est pallié dans une certaine mesure du fait que des saletés relativement grosses sont divisées en fragments plus petits,les unes, par contact avec les faces opposées glissant l'une par rapport à l'autre, qui délimitent chaque poche et, d'autres, en tentant de s1 échapper des poches le long des zones de décharge entre les faces annulaires opposéesglissant. La présente invention a pour objet un joint à étanchéité entre faces planes pour arbres tournants dans lequel le risque d'accumulation de particules de saletés ou autres dans les poches est considérablement réduit. Même quand lesdites particules sont assez petites pour s'échapper de la poche, le risque subsiste de les voir user irrégulièrement les deux faces annulaires glissant l'une sur l'autre, et modifier ainsi les caractéristiques du joint. Une poche complètement bouchée par des saletés peut aussi provoquer une usure irrégulière desdites faces opposées et, finalement, la mise hors service du joint parce qu'une poche complètement bouchée cesse de refouler de l'eau sous pression entre les faces glissant l'une sur l'autre et qu'il apparait alors entre celles-ci un contact frottant. L'invention concerne aussi un joint à étanchéité entre faces planes pour arbre tournant de nature à réduire sensiblement le risque de panne résultant d'une usure irrégulière des deux faces annulaires glissant l'une sur l'autre. Selon l'invention, le joint d'étanchéité pour fluide sous pression et arbre tournant, comprend : a) un rotor monté sur l'arbre tournant, b) un stator entourant ledit arbre, le rotor et le stator comportant des organes annulaires, destinés à tourner 1 l'un par rapport à I'autre, présentant des faces annu- laires opposées d'étanchéité permettant à une première fraction de fuite du fluide sous pression de s'écouler radialement entre elles, c) des poches oblongues espacées, en arc de cercle, ménagées dans l'une desdites faces annulaires et couvertes par l'autre de ces faces, et des conduits de fluide communiquant avec les parties extrêmes de chaque poche pour canaliser, vers la poche associe} une seconde fraction de fuite du-fluide sous pression et > à partir de cette poche, une fraction de lavage ou de purge de ce fluide, les canaux de fluide qui canalisent vers les poches la seconde fraction de fuite opposant à l'écoulement du fluide qui les traverse moins de résistance que les canaux de fluide qui canalisent la fraction de purge, de sorte que le fluide sous pression coule le long de chaque poche et s'échappe en partie entre les faces d'étanchéité annulaires opposées, d) des moyens assurant l'étanchéité entre le rotor et l'arbre tournant, e) des moyens de fixation du rotor sur l'arbre pour qu ils tournent ensemble, f) une paroi de séparation, dans laquelle l'arbre tourillonne, présentant un logement tubulaire dans lequel est monté le stator, g) des moyens assurant l'étanchéité du stator sur le logement tubulaire, h) des moyens de fixation imobilisans en rotation le stator dans le logement tubulaire, et i) des moyens élastiques sollicitant élastiquement l'une vers l'autre les faces d'étanchéité annulaires opposées. L' invention va maintenant être décrite plus en détail en seéférant aux dessins annexés, qui illustrent à titre d'exemple une réalisation de l'invention la figure I est une coupe axiale d'un joint à étanchéité entre faces planes pour arbre tournant, la figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne SA de la figure 1, avec vue en bout d'une des faces d'étanchéité annulaires opposées, tournant l'une par rapport à l'autre, à savoir celle du rotor, et la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, mais illustrant une variante. Les figures 1 et 2 représentent un joint d'étanchéité pour arbre tournant, comprenant a) un rotor i monté sur l'arbre tournant 2, b) un stator 4 entourant ledit arbre 2, le rotor 1 et le stator 4 comprenant des organes annulaires, destinés à tourner l'un par rapport à l'autre, qui présentent des faces d'étanchéité annulaires opposées, 6 et 8 respectivement, permettant à une première fraction de fuite du fluide sous pression de s 'écouler radialement entre elles, c) des poches oblongues espacées 10 à 13 (toutes représentées sur la figure 2), en arc de cercle, ménagées autour d'une desdites faces annulaires (dans l'exemple choisi, face 6 du rotor 1) et couverte par l'autre de ces faces (face 8 du stator dans exemple choisi), et des conduits de fluide 14 et 16 (figure 2) communiquant avec les parties extrêmes de chaque poche 10 à 13 pour canaliser vers chaque poche, une seconde fraction de fuite du fluide sous pression et, à partir de chaque poche, une fraction de purge de ce fluide, les conduits 14 qui amènent la seconde fraction de fuite aux poches 10 â 13 résistant moins à l'écoulement du fluide qui les longe que les conduits de fluide 16 qui canalisent la fraction de purge, de sorte que le fluide sous pression longe chaque poche 10 à 13 et s'en échappe en tartie entre les faces annulaires opposées 6 et 8, d) des moyens d'étanchéité, formés de joints toriques 18 et 20, assurant l'étanchéité entre le rotor 1 et 11 arbre 2, e) des moyens de fixation, formés d'une bague filetée 22, d'un manchon 24, d'une clavette 26, de dents 28 et 30 engrenant ensemble et d'une partie 31 à profil bombé du manchon Lj4, solidarisant en rotation le rotor 1 de l'arbre 2, f) une paroi de séparation 32, dans laquelle tourillonne l'arbre 2, et qui présente un logement tubulaire 34 dans lequel est monté le stator 4, g) des moyens d'étanchéité, formés par un joint torique 36, assurant le montage étanche sur stator 4 dans le logement tubulaire 34;; h) des moyens de fixation, formés d'un pion 38 inséré dans le stator 4 et d'une fente 40 ménagée dans la paroi de séparation 32, immobilisant en rotation le stator dans le logement tubulaire 34, et i) des moyens élastiques, formés de ressorts dont l'un est représenté en 41, sollicitant élastiquement l'une vers l'autre les faces annulaires opposées 6 et 8. Les conduits de fluide 14 et 16 sont semblables; ils présentent des étranglements, 42 et 44 respectivement, et contiennent des gicleurs, 46 et 48 respectivement. La bague filetée 22 est fixée sur une partie filetée 50 de l'arbre 2 pour maintenir un épaulement 52 du manchon 24 contre un épaulement 54 de l'arbre 2 et assurer le montage oscillant du rotor n sur la partie profilée 31 du manchon. Les ressorts dont l'un est indiqué en 41 ne sont normalement nécessaires que quand la pression du fluide à retenir est faible. Si cette pression est relativement importante, la pression (par exemple hydraulique) exercée par le fluide sur le rotor 1 et le stator 4 maintient les faces d'étanchéité 6 et 8 l'une contre l'autre. Toutefois, quand la pression de fluide disparaît en totalité ou en majeure partie, les forces qu'elle applique au rotor a et au stator 4 peuvent être insuffisantes pour compenser les mouvements décrits par l'arbre 2 du fait de dilatations différentielles qu'il subit, de la pesanteur et de variation de l'é- passeur du -film formé dans un palier de butée axiale distant du joint d'étanchéité. En fonctionnement, l'arbre 2 et le rotor 1 tournent dans le sens indiqué en Y sur la figure 2, de sorte que le sens de rotation relative du stator 4 par rapport au rotor 1 est celui indiqué en X sur la figure 2. Du fluide, de l'eau dans 11 exemple choisi, arrive sous pression dans l'espace annulaire 56 (figure 1). Une première fraction de fuite de l'eau sous pression retenue par le joint s'écoule radialement vers l'intérieur en Â (figure 1) entre les faces opposées 6 et 8 et longe l'interstice annulaire séparant l'arbre 2 de la paroi de séparation 32. Une seconde fraction de fuite de l'eau sous pression s1 écoule dans les conduits de fluide 14 et le long des poches 10 à 13.Une partie de l'eau sous pression s'échappe des poches 10 à 13 de manière classique et rejoint la première fraction s' écoulant entre les faces 6 et 8, tandis qu'unie fraction de purge de l'eau longeant les poches 10 à 13 emprunte les canaux 16 pour rejoindre la première fraction, dans l'interstice annulaire existant entre l'arbre 2 et la paroi de séparation 32. L'eau qui emprunte les canaux 16 forme, le long des poches 10 à 13, un courant de purge, quoi évite I'accumulation de saletés dans les poches et les difficultés qui en résultent. Tout défaut d'alignement des faces d'étanchéité 6 et 8 est absorbé par inclinaison du rotor sur la partie bombée 31 du manchon 24. Les canaux de fluide 14 et 16 peuvent avoir la même section de passage, pour laisser passer des particules de même grosseur, sous réserve que les canaux 14 offrent une résistance à l'écoulement de l'eau qui les longe vers les poches 10 à 13 inférieure à celle des canaux 16 évacuant l'eau de ces poches.On établit la différence entre les résistances à l'écoulement des canaux 14 et 16 en posant sur ceux-ci des gicleurs 46 et 48 différents, tels que ceux vendus sous le nom commercial "Lee Disco Jet" par la Lee company. Dans d'autres réalisations de l'invention, on peut établir la différence desrésistances à l'écoulement en don nant aux conduits 14 et 16 des longueurs différentes ou en utili- sant des conduits à labyrinthe de longueurs différentes. On crée entre la pression du fluide longeant les canaux 16 et celle du fluide empruntant les canaux 14 un léger écart en plus dont la grandeur détermine le débit de lavage ou de purge. Dans d'autres réalisations de l'invention, l'écoulement du fluide entre les faces d'étanchéité 6 et 8 et le long des conduits 14 et 16 est dirigé radialement vers l'extérieur, c'est-à- dire que le fluide sous pression arrive le long de l'espace annulaire séparant l'arbre 2 de la paroi de séparation 32 et qu'une première fraction de fuite s1 écoule radialement vers l'extérieur entre les faces 6 et 8, tandis qu'une seconde fraction de fuite est envoyée par les canaux 16 dans les poches 10 à 13, où elle se divise en une partie qui rejoint la première fraction de manière classique et une partie de purge qui emprunte les canaux 14. Sur la figure 3, les pièces homologues à celles représentées sur les figures 1 et 2 conservent les mêmes références numériques et sont telles que précédemment décrites. Sur la figure 3, les canaux pour le fluide sont formés par des gorges 58 et 60 dont l'action est semblable à celle des conduits de fluide 14 et 16. S=nVENDICA2IONE. 1. Joint à étanchéité entre faces planes pour arbre tournant et fluide sous pression, caractérisé en ce qu'il comporte a) un rotor monté sur l'arbre tournant, b) un stator entourant ledit arbre, le rotor et le stator comportant des organes annulaires, destinés à tourner l'un par rapport à l'autre, présentant des faces annulaires opposées d'étanchéité permettant à une première fraction de fuite du fluide sous pression de s'écouler radialement entre elles, c) des poches oblongues espacées stétendant en arcs de cercle dans l'une desdites faces annulaires et couvertes par 1'- autre de ces faces, et des conduits de fluide communiquant avec les parties extrêmes de chaque poche pour canaliser, vers la poche associée, une seconde fraction de fuite du fluide sous pression et, à partir de cette poche, une fraction de purge de ce fluide, les canaux ae fluide qui canalisent vers les poches la seconde fraction de fuite opposant à l'écoulement du fluide qui les traverse moins de résistance que les canaux de fluide qui canalisent la fraction de purge, de sorte que le fluide sous pression coule le long de chaque poche et échappe en partie entre les faces d'étanchéité annulaires opposées, d) des moyens assurant ltétanchéité entre le rotor et l'arbore tournant, e) des moyens de fixation du rotor sur l'arbre pour qu'ils tournent ensemble, f) une paroi de séparation, dans laquelle l'arbre tourillonne, présentant un logement tubulaire dans lequel est monté le stator, g) des moyens assurant l'étanchéité du stator dans le logement tubulaire, h) des moyens de fixation immobilisant angulairement le stator dans le logement tubulaire, et i) des moyens élastiques sollicitant élastiquement I'une vers l'autre les faces d'étanchéite annulaires opposées. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les poches oblongues espacées sont ménagées dans le rotor. 3. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des gicleurs incorporés aux conduits de fluide ca nalisant, vers chaque poche, la seconde fraction de fuite du fluide sous pression et, à partir de chaque poche, la partie de cette fraction assurant la purge, et en ce que les gicleurs des conduits canalisant vers les poches ladite seconde fraction de fuite offrent une résistance à 11 écoulement du fluide qui les traverse inférieure à celle des gicleurs des conduits canalisant la partie assurant la purge. 4. Joint selon la revendication 1, caractérisé e ce que l'écoulement de fluide sous pression entre les faces d'étanchéité annulaires opposées est dirigé radialement vers l'intérieur et en ce que les conduits de fluide canalisent du fluide sous pression radialement vers l'intérieur vers chaque poche et une fraction de fuite radialement vers l'intérieur à partir de chaque poche.