Brevet FR2339792A1 — publié le 19770826

La présente invention est relative à un dispositif d'étanchéité à bague de glissement comportant une bague de glissement qui est montée non rotative dans un carter d'étanchéité et axialement mobile contre la force de ressorts et qui est étanchéifiée par rapport à une surface d'étanchéité cylindrique solidaire de ce carter par un premier dispositif d'étanchéité secondaire, ou un manchon support maintenant cette bague de glissement, et une contre-bague entraidée par l'arbre, en appui axialement serrée sur cet arbre, ou une bague support maintenant cette contre-bague, dont ltétanchéi- té est assurée par un deuxième dispositif d'étanchéité secondaire, par rapport à une surface d'étanchéité solidaire de l'arbre ou d'une douille solidaire de l'arbre. Dans les dispositifs d'étanchéité à bague de glissement de ce genre, la contre-bague tournant avec l'arbre, ou la bague support maintenant cette contre-bague, doit absorber les forces qui s'exercent sur elle et qui sont transmises par la bague de glissement non rotative en contact avec lesdites bagues. Ces forces consistent en des forces radiales engendrées par des ressorts de pression de la bague de glissement et les forces hydrauliques agissant sur cette bague, et un couple engendré par les pertes dues au frottement au niveau de l'interstice d'étanchéité. De plus, la contrebague rotative est soumise directement aux forces hydrauliques agissant sur elle. Les forces précitées doivent etre transmises de la contrebague ou de la bague support de cette contre-bague sur l'arbre. Les forces précitées conduisent également à une déformation mécanique qui influence encore la géométrie de l'interstice d'étanchéité existant entre la contre-bague et la bague de glissement. Or, il est de la plus grande importance, en vue d'assurer une haute longévité, une puissance absorbée faible et constante, de même que des fuites minimes, de maintenir intangible dans une très large mesure cette géométrie de l'interstice d'étanchéité1 m8me en cas de modification du fonctionnement, par exemple, due à des variations de la pression du fluide à isoler. La présente invention a pour but de maintenir aussi faible que possible une modification de la géométrie de l'interstice d'éétanchéité lorsque les conditions de fonctionnement varient. Conformément à l'invention, ce but est atteint dans un dispositif d'étanchéité du genre évoqué dans le préambule, grade au fait que le diamètre de la surface d'étanchéité cylindrique du deuxième dispositif d'étanchéité secondaire est égal au diamètre de la surface d'étanchéité du premier dispositif d'étanchéité secondaire. Gracie à cette conformation, la somme des forces hydrauliques s'exerçant dans la direction axiale sur la contre-bague est égale et dirigée dans le sens opposé à la somme des forces hydrauliques axiales s'exerçant sur la bague de glissement non rotative. I1 s'ensuit que la force axiale hydraulique de la contre-bague rotative est complètement équilibrée par la force axiale correspondante de la bague de glissement, et en fait pour toute pression appliquée sur le coté haute pression et/ou sur le cté basse pression du dispositif d'étanchéité à bague de glissement. Sur la contre-bague, il n'apparaît par conséquent pas de réactions axiales d'appui correspondant aux forces axiales hydrauliques.Les réactions d'appui en direction axiale n'apparaissent pratiquement exclusivement que sous l'action des ressorts de compression de la bague de glissement, ces réactions pouvant btre d'une valeur constante et pouvant & re maintenues pratiquement constantes meme en cas de jeu d'arbre axial en choisissant la longueur correspondante des ressorts. La présente invention permet par conséquent de maintenir petites et indépendantes de la pression du milieu à isoler au moyen du dispositif d'étanchéité, les déformations apparaissant du fait des réactions axiales d'appui de la contre-bague ou de sa bague de maintien. I1 est proposé suivant une caractéristique complémentaire de la présente invention de monter à glissement la bague de support maintenant la contre-bague rotative par une partie de son prolongement axial, sur une section cylindrique de la douille ou de 11ar- bre, de conférer à la bague support un appui serré grâce à une collerette annulaire ménagée entre le dispositif d'étanchéité secondaire et la contre-bague, sur un épaulement de la douille ou de l'arbre, contre un déplacement axial dans le sens de la pression exercée par les ressorts, et de prévoir au moins un ergot, solidaire de la douille ou de l'arbre et en saillie radiale, venant péné trer dans un évidement de forme correspondante prévu dans la bague support en ménageant un certain jeu au moins en direction axiale. Gracie à cet agencement, on peut encore améliorer la géométrie de l'interstice d'étanchéité, du fait que l'on évite des réactions de appui de la bague support, incontrlées ou devant Qtre établies par un calcul exact. Suivant une autre caractéristique conforme à l'invention, il est proposé en vue d'assurer la transmission du couple de la douille de l'arbre sur la bague support, de prévoir sur cette dernière bague au moins un trou borgne radial partant de son alésage, dans lequel pénètre avec jeu la partie cylindrique d'une goupille filetée qui est vissée dans un trou passant radial fileté ménagé dans la douille et partant de l'alésage recevant l'arbre. La douille étant retirée de l'arbre, la bague support peut être facilement montée et démontée par dévissage de la goupille filetée à partir du perçage de la douille. Si par contre, la douille est montée sur l'arbre avec la bague support en état de marche, la goupille filetée est protégée de manière absolue contre un dévissage meme dans le cas de sollicitations extrêmes. De manière avantageuse, le deuxième dispositif d'étanchéité secondaire renferme deux joints toriques disposés dans des gorges annulaires séparées l'une de l'autre dans l'alésage de la bague supports et-présumés en appui sur des surfaces d'étanchéité de diamètre égal. On décrira maintenant un exemple de réalisation de l'invention à l'appui du dessin annexé dont la figure unique représente une coupe longitudinale du dispositif d'étanchéité à bague de glissement, Le dispositif d'étanchéité à bague de glissement conforme à l'invention sert à assurer l'étanchéité d'un arbre 1 en vue d2em- pocher la sortie d'un fluide d'un cté haute pression h vers un côté basse pression n. Dans la zone du dispositif d'étanchéité à bague de glissement, est enfilée sur l'arbre 1 une douille d'arbre 2 qui s'appuie axialement contre un épaulement 3, en étant maintenue sur l'arbre contre toute rotation au moyen d'une cale ou clavette 4, et dont l'étanchéité par rapport à l'arbre est assurée à l'aide d'un joint torique 5 qui est logé dans une gorge annulaire 6 ménagée dans l'alésage de la douille 2. Le carter du dispositif d'étanchéité 7 est partagé en deux suivant un plan radial 8. Chacune des deux parties 7 7b du carter 7 présente à son extrémité éloignée du plan radial 8 une partie formant couvercle 9a, 9b saillant vers l'intérieur et percée d'un alésage l0a, lOb concentrique à la douille 2, en laissant subsister un léger jeu radial. La demi partie 7b du carter 7 comporte un prolongement tubulaire axial 11 traversant le plan radial 8 et venant se centrer sur un alésage intérieur lla de la demi-partie 7a du carter du dispositif d'étanchéité. L'étanchéité entre les deux demi-parties 7a, 7b est assurée par un joint torique 12. Une partie tubulaire 13 en saillie sur le couvercle 9b pénètre à 1' intérieur du carter d'étanchéité, le diamètre intérieur de ladite partie étant égal à celui de l'alésage lob. Le pourtour extérieur 14 de la partie tubulaire en saillie 13 est cylindrique et présente un diamètre dl. Un manchon support 15 est monté axialement mobile sur cette partie périphérique 14, une bague de glissement 16 étant fixée dans ce manchon support. Le manchon support 15 possède un doigt de butée 17 faisant saillie radialement vers l'extérieur, qui pénètre dans un évidement 18 parallèle à l'axe, ménagé dans le prolongement tubulaire llb de la partie du carter 7a en vue de prévenir toute rotation. Une série de perçages borgnes 19 disposés sur le couvercle 9b en faisant entre eux des angles égaux renferment des ressorts hélicoedaux 20 qui compriment le manchon 15 dans le sens du coté haute pression h. L'étanchéité entre le manchon support 15 et le carter 7 est assurée par un dispositif d'étanchéité secondaire 21. Ce dispositif d'étanchéité secondaire consiste d'une part en la partie péri phérique extérieure 14 du prolongement tubulaire 13 et d'autre part en un joint torique 22 qui est logé dans une gorge annulaire 23 ménagée dans l'alésage du manchon support 15. Sur la bague de glissement 16 vient s'appuyer, le long d'une surface située dans un plan radial, une contre-bague 24 qui est fixée de son coté sur une bague support 25. Cette bague support 25 est engagée par son alésage en présentant un faible jeu radial sur le pourtour extérieur 27 d'une partie longitudinale 28 de la douille 2 de l'arbre, cette partie 28 ayant un diamètre d2 plus grand. Cette douille présente au voisinage de la bague support 25 un épaulement 29 et se poursuit au-delà dudit épaulement par une partie longitudinale 30 de diamètre extérieur réduit, la bague de glissement 16 et la contre-bague 24 étant concentriques à cette partie. Il est prévu, entre l'alésage de la bague support 25, au voisinage de la partie périphérique extérieure 27 et la contrebague 24, une collerette annulaire 25' ménagée s'ir la bague support 25 et dirigée vers l'intérieur; cette collerette est destinée à assurer le blocage de cette bague support en position axiale, à savoir contre l'action d'une force qui est en particulier engendrée par les ressorts hélicordaux 20. Il est prévu un jeu radial entre l'alésage de l'épaulement annulaire 25' et la douille 2 d'arbre. I1 est prévu dans la partie longitudinale 28 de plus grand diamètre de la douille 2 plusieurs trous filetés 32. Une goupille filetée 33 est vissée dans ces trous à partir de l'intérieur de la douille 2, une partie cylindrique 34 de cette goupille dépassant le pourtour extérieur 27 de la douille 2 et pénétrant dans un trou borgne 35 plus profond et de diamètre un peu plus grand ménagé dans la bague support. La goupille filetée 33 contribue à empêcher la bague support 25 de tourner par rapport à la douille 2 et par conséquent par rapport à l'arbre 1. L'étanchéité entre la bague support 25 et la douille 2 est assurée au moyen d'un deuxième dispositif d'étanchéité secondaire 36. Ce dispositif consiste d'une part en deux joints toriques 37a, 37b, qui sont logés dans des gorges annulaires 38a, 38b ménagées dans l'alésage de la bague support 25 et le pourtour extérieur 27 de la partie longitudinale 28 de la douille 2, ce pourtour de diamètre d2 coopérant avec les joints toriques. Ce dispositif d'étanchéité secondaire 36, ainsi que le joint torique 5, sont disposés entre la goupille filetée 33 et la collerette annulaire 25'. Le diamètre dl du pourtour extérieur 14 fixe par rapport au carter 7 est égal à celui du pourtour extérieur 27 entrainé en rotation par l'arbre. Etant donné que le diamètre hydraulique actif du plan d'étanchéité existant entre la bague de glissement 16 et la contre-bague 24 est obligatoirement de meme valeur pour les deux bagues, la pression déterminée par le côté haute pressionlh, compte-tenu du meme diamètre hydraulique actif des dispositifs d'étanchéité secondaire 21 et 36 exerce une force s'appliquant dans le sens axial sur le manchon support 15 et est exactement égale et de sens opposé à la force appliquée sur la bague support 25. Ceci vaut également pour les forces appliquées par suite des pressions provenant du côté basse pression n. Une variation de la pression du côté haute pression h et/ou du côté basse pression-conduit n uniquement à des variations corres- pondantes de la force axiale appliquant la bague de glissement 16 sur la contre-bague 24, mais non à une variation de la force qui doit Qtre transmise de la bague support 25 sur la douille 2 et ainsi sur l'arbre 1. Cette dernière force est pratiquement uniquement déterminée par la force engendrée par les ressorts hélicoi- daux 20 et est par conséquent constante. De meme, un jeu axial de l'arbre 1 ne modifie que peu la force à transmettre du manchon support 25 sur la douille 2, étant donné que le jeu axial est en règle générale d'un ordre de grandeur plus petit que la longueur à donner aux ressorts hélicoidaux de telle sorte que la force axiale exercée par ces ressorts doit etre considérée comme contante, mamie en présence du jeu présenté par un arbre. REVENDICATIONS I - Dispositif d'étanchéité à bague de glissement comportant une bague de glissement qui est montée non rotative dans un carter du dispositif d'étanchéité et axialement mobile contre la force de ressorts et qui est étanchéifiée par rapport à une surface d1étan- chéité cylindrique solidaire de ce carter par un premier disposés tif d'étanchéité secondaire, ou un manchon support maintenant cette bague, et une contre-bague entraînée par l'arbre, en appui axial serré sur ce dernier, ou une bague support maintenant cette contrebague, dont l'étanchéité est assurée par un deuxième dispositif d'étanchéité secondaire, par rapport à une surface d'étanchéité solidaire de l'arbre ou d'une douille solidaire de l'arbre, caractérisé en ce que le diamètre de la surface d'étanchéité cylindrique du deuxième dispositif d'étanchéité secondaire est égal au diamètre de la surface d'étanchéité du premier dispositif secondaire. 2. - Dispositif d'étanchéité à bague de glissement suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'une partie du prolongement axial de la bague support maintenant la contre-bague rotative est montée à glissement sur une section cylindrique de la douille ou de l'arbre luimemAe, en ce que la bague support prend appui par une collerette annulaire disposée entre un dispositif d'étanchéité secondaire et la contre-bague sur un épaulement de la douille ou l'arbre de forme correspondante contre un déplacement axial dans le sens de pression des ressorts et, en ce qu'en vue-de transmettre le couple, il est au moins prévu un organe de butée, solidaire de la douille ou de l'arbre, en saillie radiale et pénétrant dans un évidement de la bague support en laissant un certain jeu au moins dans la direction axiale. 3. - Dispositif d'étanchéité à bague de glissement suivant la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la bague support comporte, en vue d'assurer la transmission du couple de la douille sur cette bague, au moins un trou borgne s'étendant radialement à partir de son alésage et dans lequel pénètre avec jeu la partie cylindrique d'une goupille filetée qui est vissée dans un trou radial fileté de la douille,en partant de l'alésage recevant l'arbre. 4. o Dispositif d'étanchéité suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième dispositif dsétanchéité secondaire renferme deux joints toriques logés dans des gorges annulaires ménagées dans l'alésage de la bague support.