Brevet FR2362318A1 — publié le 19780317

La présente invention concerne un montage de joint fendu ou facial pour arbre rotatif. On contact des joints d'arbre du type dit facial dans lequel une fraction de fuite du fluide lubrifiant sous pression in tercepté par le joint s'écoule radialement le long de la séparation entre deux faces d'étanchéité radiales opposées appartenant l'une à une pièce tournante et l'autre à une pièce fixe, la pièce tournante étant montée sur l'arbre et la pièce fixe étant montée sur une cloison pour que les deux faces glissent l'une sur l'autre (voir, par exemple, le brevet US nO j 179 422). Certes, de tels montages de joint s'avèrent intéressants, mais le maintien dune bonne lubrification entre les faces détan- chéité pose un problème. Ces faces risquent de subir en service une usure, par exemple par abrasion, érosion et cavitation. Le débit de fuite est afFecté, en particulier pour les joints délibérément conçus pour assurer initialement une bonne lubrification, par l'usure et par les effets déformants subis par les faces d'é tanchéité lors de variations de température éventuelles. Il en résulte une limitation de la longévité du montage de joint, parce que le maintien du débit de fuite souhaité pour la lubrification des faces d'étanchéité n'est plus possible. La présente invention a pour but de proposer un montage de joint facial pour arbre rotatif dans lequel le maintien du débit de fuite désiré pour lubrifier les faces d'étanchéité est possible pendant un temps de service du montage de joint plus long qu'antérieurement, ce qui augmente la longévité du montage de joint. Lorsqu'on prévoit des poches destinées à favoriser une lubrification hydrostatique, ces joints faciaux posent un autre problème, qui est de rendre les faces d'étanchéité assez rigides pour les empêcher de s'incliner, résultat qu'on obtient en général en ménageant quatre poches ou davantage autour d'une des faces d'étanchéité, chaque poche étant alimentée individuellement en fluide sous pression à travers un étranglement. On peut augmenter la résistance à l'inclinaison en multipliant les poches individuelles ménagées autour de la face d'étanchéité. On peut augmenter la stabilité tant angulaire qu'axiale en réduisant l'espacement des faces d'étanchéité.Toutefois, ces deux méthodes ont un inconvénient: il faut réduire la grandeur des étranglements desservant individuellement les poches, de sorte que ceux- ci risquent davantage d'être bouchés par des saletés présentes dans le fluide lubrifiant sous pression. En réduisant l'espacement des faces d'étanchéité, on augmente aussi le risque que des saletés présentes dans le fluide lubrifiant sous pression se trouvent retenues entre ces faces et provoquent une usure inadmissible de ces dernières. L'invention a encore pour but de proposer un montage de joint facial pour arbre rotatif dans lequel la résistance s'opposant à l'inclinaison est améliorée sans augmentation du risque de voir les saletés présentes dans le fluide lubrifiant sous pression boucher les étranglements ou être emprisonnées entre les faces d'étanchéité, en faisant subir à celles-ci une usure inadmissible. L'invention a pour objet un montage de joint facial pour arbre rotatif caractérisé en ce qu'il comprend : a) une pièce tournante portée par l'arbre, b) une pièce fixe entourant l'arbre, c) les pièces tournante et fixe étant des pièces annulaires présentant des faces d'étanchéité opposées qui assurent l'étanchéité entre un côté sous pression forte et un coté sous pression faible du joint, d) des moyens assurant l'étanchéité entre la pièce tournante et l'arbre;; e) des moyens de fixation solidarisant en rotation la pièce tournante de l'arbre, f) une cloison à travers laquelle l'arbre tourillonne et qui présente un bossage annulaire sur lequel est montée la pièce fixe, g) des moyens assurant l'étanchéité entre la pièce fixe et la cloison, h) des moyens de fixation immobilisant angulairement la pièce fixe sur le bossage annulaire, i) des moyens élastiques sollicitant élastiquement les faces d'étanchéité annulaires opposées l'une vers l'autre de façon que le fluide sous pression présent du c8té sous pression forte sépare suffisamment ces faces pour qu'une fraction de fuite du fluide sous pression s'écoule entre elles afin de les lubrifier, et j) des moyens permettant de régler la grandeur de la pression de fluide existant autour d'une partie de l'une au moins desdites pièces annulaires, en un point distant des faces d'étanchéité, afin de maintenir l'espacement et la lubrification des faces d'étanchéité et de ninimiser le contact frottant entre celles-ci. Dans-certaines réalisations de l'invention, la pression de fluide est appliquée à une partie de la pièce fixe et les moyens d'application de la pression de fluide comprennent au moins une poche annulaire ménagée dans la cloison, autour de la pièce fixe, des joints toriques assurant l'étanchéité entre la cloison et la pièce fixe de part et d'autre de la ou chaque poche annulaire, une commande de pression de fluide et des moyens pour l'amenée de fluide sous pression à chaque poche annulaire, à travers la commande de pression, à partir d'une source de fluide sous pression. Dans certaines réalisations de l'invention, la pression de fluide est appliquée à une partie au moins d'une face cylindrique extérieure de la pièce fixe, qui s'étend tout autour de la pièce fixe. Dans d'autres réalisations de l'invention, la pression de fluide s'exerce autour de la pièce fixe grâce à des poches ménagées dans une cloison et réparties autour de la pièce fixe, une commande de pression de fluide est affectée à chaque poche et des moyens sont prévus pour amener du fluide sous pression à chaque poche à travers la commande de pression de fluide associée. Dans d'autres réalisations de l'invention, la pression de fluide est appliquée à une zone annulaire de la face d'extrémité de la pièce fixe opposée à la face d'étanchéité. La commande de pression de fluide peut hêtre un robinet de réglage de pression et une tuyauterie peut relier ce robinet à un passage ménagé dans la cloison et menant à la poche annulaire, de sorte que le fluide sous pression parvient par la tuyauterie, à travers le robinet de réglage de pression, à la poche annulaire. Sur les dessins annexés, qui illustrent à titre d'exemples certaines réalisations de l'invention: la figure I est une vue de profil partielle, avec coupes, d'un montage de joint arbre du type facial; la figure 2 est une vue de profil, en coupe suivant la ligne II-II de la figure 3, d'une partie d'un montage de joint facial comportant des poches ménagées dans la face d'étanchéité annulaire de la pièce fixe et dans lequel la pression régnant autour d'une partie de la surface de la pièce fixe est réglée par réaction à partir de la face d'étanchéité, ceci pour introduire un supplément de rigidité s'opposant à ce que les faces d'étanchéité ne s'inclinent ou ne frottent l'une contre l'autre;; la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 2, d'une partie du montage de joint, représentant en détail une partie de la pièce fixe, et la figure 4 est une vue partielle en coupe analogue à la face 2, mais d'un montage de joint différent, Sur la figure 1 on a représenté un montage de joint d'arbre facial comprenant a) une pièce tournante 1 montée sur l'arbre 2, b) une pièce fixe 4 montée sur l'arbre 2, c) les pièces tournante 1 et fixe 4 étant des pièces annulaires qui présentent des faces d'étanchéité annulaires oppo sées16 et 8 respectivement, qui assurent l'étanchéité entre un c8té sous pression forte 10 et un coté sous pression faible Il du joint, d) des moyens d'étanchéité, formés par des joints toriques 12 et 14 assurant I'étauch8ité entre la pièce tournante 1 et l'arbre 2 e) des moyens de fixation, formés par une bague taraudée 16, un manchon 18, une clavette 20, des dentures 22 et 24 engrenant ensemble et une partie en barillet 26 du manchon 18, fixant la pièce tournante I sur llarbre 2 pour qu'elle tourne avec lui, f) une cloison 28, dans laquelle l'arbre 2 tourillonne autour d'un axe IX et comportant un bossage annulaire 30 sur lequel est montée la pièce fixe 4, g) des moyens d'étanchéité, formés de joints toriques 32 à 35, assurant l'étanchéité entre la pièce fixe 4 et la cloison 28, h) des moyens de fixation, formés d'une goupille 36 insérée dans la pièce fixe 4 et coulissant dans un alésage borgne 38 de la cloison 28, immobilisant angulairement la pièce fixe 4 sur le bossage annulaire, iY des moyens élastiques, formés d'une série de ressorts 40, sollicitant élastiquement les faces d'étanchéité annulaires opposées 6 et 8 l'une vers l'autre de façon qu'une fraction de fuite du fluide sous pressIon présent du côté sous pression forte 10 pénètre entre les faces 6 et 8 en quantité suffisante pour s'écouler entre ces faces et les lubrifier, et 3) des moyens, formés par une série de poches annulaires 40 à 42 ménagées dans la cloison 28 entre les joints d'étanchéi- té 32 à 35, par des passages d'amenée de fluide sous pression 44 à 46 par des robinets de réglage de pression 48 à 50 et par une tuyauterie 52, permettant de régler la grandeur de la pression de fluide qui règne autour d'une partie de l'une au moins desdites pièces annulaires, dans l'exemple choisi/partie de la pièce fixe 4 délimitée par une face annulaire 54 et une face cylindrique 56 toutes deux distantes des faces d'étanchéité 6 et8, de façon à maintenir l'espacement et la lubrification des faces d'étanchéité et à minimiser leur contact frottant. La face cylindrique 56 est en fait divisée en plusieurs tronçons par les joints toriques 32 à 34. La bague taraudée 16 est vissée sur un tronçon fileté 58 de l'arbre 2 pour maintenir un épaulement 60 du manchon 18 appliqué contre un redan 62 de l'arbre 2.. SL fonctionnement, l'arbre 2 tourne, entraînant la pièce tournante 1, tandis que la pièce fixe 4 et la cloison 28 demeurent immobiles. Un fluidi?eaudans l'exemple choisi, arrive sous pression du cRté sous pression forte 100 De l'eau sous pression fuit radialement vers l'intérieur entre les faces d'étanchéité 6 et 8 et longe un interstice annulaire 60 ménagé entre l'bre 2 et la cloison 28. De l'eau sous des pressionsreglées par les robinets de réglage de pression 48 à 50 passe à partir du côté sous haute pression 10, dans les poches 40 à 42, par la tuyauterie 52 et les passages 44 à 46.Pendant le fonctlonnement du montage de joint facial, on stabilise le débit de fuite d'eau sous pression entre les faces d'étanchéité 6 et 8 par déformation contrôlée appliquée à la pièce fixe 4 en réglant les pressions d'amenée dtau aux diverses poches 40 à 42 à l'aide des robinets de réglage de pression 48 à 50. ainsi, si le débit de fuite d'eau sous pression entre les faces d'étanchéité 6 et 8 diminue, par exemple du fait d'une usure des faces 6 et 8 ou d'une déformation de ces faces résultant de variations de température ou d'un fluage des pièces annulaires 1 et 4 on règle les pressions d'envoi d'eau à l'une ou plusieurs des poches 40 à 42 de façon à déformer par torsion la pièce 4, dans ce cas par éversion ltécartant de la face d'étanchéité 8.Cette légère éversion de la pièce fixe 4 as sure une hausse compensatrice du débit de fuite d'eau sous pression entre les faces 6 et 8 en rendant plus convergent dans le sens de fuite l'interstice qui sépare les faces 6 et 8 et en augmentant ainsi l'espacement de ces faces, On peut aussi ajuster les pressions d'envoi d'eau aux poches 40 à 42 pour compenser Une augmentation indésirable du débit de fuite d'eau sous pression entre les faces d'étanchéité 6 et 8* Dans d'autres réalisations de l'invention, on peut supprimer la poche 42 ménagée dans la face d'extrémité 54 et ne prévoir qu'une ou plusieurs poches 40, 41 pour déformer la pièce fixe 4. Dans d'autres réalisations encore de l'invention, une ou plusieurs poches 40, 41 sont ménagées sous forme de dépressions dans la pièce fixe 4. On peut prévoir une ou plusieurs poches semblables aux poches 40 41 autour de la face cylindrique intérieure de la pièce fixe 4 et, dans ce cas, on peut prévoir ou non la poche 42. On peut encore ménager une ou plusieurs poches semblables à celle citées ct-dessus dans la pièce tournante 1, en ménageant ou non des poches dans la pièce fixe 4. On peut assurer la mise sous pression des poches, telles que 40 à 42 non à partir du coté sous haute pression 10, mais à partir d'une autre source de pression, formée par exemple par un ou plusieurs vérins pneumatiques. Sur les figures 2 et 3, les pièces semblables à celles représentées sur la figure 1 sont désignées par les mêmes références numériques et sont telles que déjà décrites. Les parties du montage de joint facial non représentées sur les figures 2 et 3 sont semblables aux parties correspondantes représentées sur la figure 1. Sur les figures 2 et 3, la poche 41 (figure 1) est remplacée par un certain nombre (six dans l'exemple choisi) de poches périphériques espacées, dont quatre sont représentées sur la figure 3 autour d'une partie de la pièce fixe 4 et sont désignées par les références 64 à 67. Chaque poche périphérique 64 à 67 est individuellement reliée, par un ensemble respectif d'un passage d'amenée de fluide 68, d'un étranglement 70 et d'une tUyau- terie 72, au coté sous pression forte 10 du joint. La pièce fixe 4 présente un certain nombre (six dans l1e- exemple choisi) de poches d'extrémité ou poches faciales, dont quatre sont indiquées en 74 à 78 sur la figure 3, réparties autour de sa face d'étanchéité 8. Chacune de ces poches est reliée par un passage de fluide (passages 80 et 82 pour les poches 74 et 78 respectivement) à la poche périphérique respective, située radialement en regard. En fonctionnement, quand la pièce tournante tourne, du fluide sous pression (air comprimé dans 11 exemple choisi) présent du côté sous pression forte 10 fuit radialement vers l'intérieur entre les faces d'étanchéité 6 et 8, séparées par un interstice qu'on a considérablement grossi pour plus de clarté, vers le côté sous pression faible Il et met sous pression les poches faciales 74 à 76. En outre, l'air comprimé arrivant du côté sous pression forte 10 longe un certain nombre (six dans l'exemple choisi) de tuyaux tels que les tuyaux 72, traverse des étranglements sensiblement identiques aux étranglements 70, prévus à raison d'au moins un par tuyau, et atteint les poches périphériques.Les étranglements 70 peuvent être de type connu quelconque et par exemple formés par un orifice de section inférieure à celle de l'alésage du tuyau 72. Les pressions d'air régnant dans chacun des poches faciales 74 à 76 et dans la poche périphérique 64 à 67 respective, située radialement en regar4 sont égalisées par les passages, tels que 80 et 82, reliant chaque poche faciale à une poche périphérique. Si les faces d'étanchéité 6 et 8 viennent, sous l'effet d'une perturbation quelconque, à se rapprocher l'une de l'autre, ce qui réduit le débit de fuites les pressions régnant dans les poches faciales 74 à 78, et donc dans les poches périphériques 64 à 67)augmentent. De ce fait, la pièce fixe 4 se déforme en subissant une torsion qui, dans ce cas, ltécarte par éversion de la face d'étanchéité 8. Cette légère éversion de la pièce fixe 4 assure une hausse compensatrice du débit de fuite d'air comprimé entre les faces 6 et 8 en ménageant un interstice plus convergent dans le sens de fuite entre les faces 6 et 8, ce qui augmente l'espacement de ces faces.D'une manière analogue, si une perturbation vient à écarter les faces 6 et 8 l'une de l'autre, ce qui augmente le débit de fuite, les pressions établies dans les poches déforment automatiquement la pièce fixe, dans un sens opposé au précédent, ce qui stabilise le débit de fuite et l'espacement des faces 6 et 8. De même, il apparat une stabilisation automatique d'orientation évitant que l'une des faces 6 et 8 ne s'incline par rapport à l'autre, par exemple par suite d'un décentrement. Eventuellement, les poches périphériques peuvent être ménagées dans la pièce fixe 4 et non dans la cloison 28* Ainsi, toutes fluctuations rapides de la pression d'air régnant dans l'une quelconque des poches faciales, résultant par exemple d'une inclinaison prise par une face d'étanchéité autour d'un axe diamétral, sont suffisamment amorties pour que la pression d'air régnant dans toute autre poche faciale ne soit pas sensiblement affectée, de sorte que la pièce fixe 4 est assez rigidement maintenue pour que le débit de fuite d'air comprimé entre les faces d'étanchéité 6 et 8 ne soit pas indCment affecté par de telles fluctuations* On notera qu'il n'est pas nécessaire d'établir une étanchéité totale entre les poches périphériques : il suffit que, pendait rotatiote la pièce tournante, il s'oppose à l'écoulement d'air comprimé d'une poche périphérique à l'autre assez de résistance pour qu'apparaisse l'effet amortisseur sus-exposé. On notera aussi que, pratiquement, la profondeur des poches sous pression n'a guère à etre supérieure à un jeu important par exemple, si le jeu normal est de 0,05 mm, il suffit que la profondeur des poches soit de 0,25 mm. En fait, Si le jeu normal admissible pour l'établissement d'une pression de fluide entre des joints toriques ou d'autre forme est assez grand, il est inutile de prévoir des poches dans la réalisation illustrée par la figure 1. Sur la figure 4, les pièces analogues à celles décrites à propos des figures 2 et 3 portent les mêmes références numéri ques et l'on s'abstiendra de les décrire à nouveau. Sur la figure 4 un passage de fluide dérivé, tel que représenté en 84 et 86 dessert chacune des poches faciales, par exemple les poches faciales 74 et 78 respectivement. A tous les passages dérivés sont affectés des étranglements sensiblement identiques, 94 et 98 respectivement, qui jouent le même rôle que les étranglements indiqués en 70 sur la figure 2, c'est-à-dire qu'ils maintiennent une lubrification hydrostatique entre les faces d'étanchéité 6 et 8. Le fonctionnement du montage de joint représenté sur la figure 4 est analogue à celui du montage de joint décrit à propos des figures 2 et 3: toute fluctuation rapide de la pression d'air régnant dans l'une quelconque des poches faciales provoquée, par exemple, par une inclinaison d'une face d'étanchéité autour d'un axe diamétralest amortie par de l'air comprimé qui emprunte le passage dérivé desservant la poche faciale intéressée et met sous pression la poche correspondante de la cloison 28. REVENDICAvIONS 1. Montage de joint d'arbre du type facial caractérisé en ce qu'il comprend a) une pièce tournante portée par l'arbre, b) une pièce fixe entourant l'arbre, c) les-pièces tournante et fixe étant des pièces annulaires présentant des faces d'étanchéité opposées qui assurent l'é tanchéité entre un c8té sous pression forte et un côté sous pression faible du joint, d) des moyens assurant l'étanchéité entre la pièce tournante et l'arbre, e) des moyens de fixation solidarisant en rotation la pièce tournante de l'arbre, f) une cloison à travers laquelle l'arbre tourillonne et qui présente un bossage annulaire sur lequel est montée la pièce fixe, g) des moyens assurant l'étanchéité entre la pièce fixe et la cloison, h) des moyens de fixation immobilisant angulairement la pièce fixe sur le bossage annulaire, i) des moyens élastiques sollicitant élastiquement les faces d'étanchéité annulaires opposées l'une vers l'autre de fa çon que le fluide sous pression présent du coté sous pression forte sépare suffisamment ces faces pour qu'une fraction de fuite du fluide sous pression s'écoule entre ces faces afin de les lubrifier, et å) des moyens permettant d'ajuster la grandeur de la pression de fluide existant autour d'une partie de l'une au moins desdites pièces annulaires, en un point distant des faces d'étanchéité, afin de maintenir l'espacement et la lubrification des faces d'étanchéité et de minimiser le contact frottant entre celles-ci. 2. Montage de joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie d'une au moins des pièces annulaires est une partie de la pièce fixe et en ce que les moyens destinés à faire varier la pression de fluide régnant sur cette partie de la pièce fixe comprennent une poche annulaire ménagée dans une partie de la cloison qui entoure et recouvre ladite partie de la pièce fixe, des joints toriques assurant l'étanchéité entre la cloison et la pièce/fepart et d'autre de la pièce annulaire, une commande de pression de fluide et des moyens propres à amener du fluide sous pression à la poche annulaire, à travers la commande de pressions à partir d'une source de fluide sous pression. 3. Montage de joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie de la pièce fixe est délimitée par une face cylindrique extérieure de la pièce fixe. 4. Montage de joint selon la revendication 3, caractérise en ce que ladite partie de la pièce fixe est l'un de plusieurs tronçons analogues tous définis sur la surface extérieure cylindrique de la pièce fixe, en ce qutil est prévu, pour chacun de ces tronçons cylindriques extérieurs, une poche annulaire ménagée dans la cloison et recouvrant ce tronçon cylindrique, en ce que des joints toriques assurent l'étanchéité entre la cloison et la pièce fixe de part et d'autre de chaque poche annulaire, en ce qu'il est prévu une commande de pression de fluide pour chaque poche annulaire et en ce que les moyens d'amenée de fluide sous pression amènent du fluide sous pression dans chaque poche annulaire à travers la commande de fluide sous-pression affectée à cette poche. 5. Montage de joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie de la pièce fixe est une partie annulaire de la face dlextrémité de la pièce fixe opposée à la face d'étanchéité de cette pièce. 6. Montage de joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que la commande de pression de fluide comprend un robinet de réglage de pression, et en ce qu'une tuyauterie relie le robinet de réglage de pression à un passage ménagé dans la cloison et menant à la poche annulaire, de sorte que du fluide sous pression arrive par la tuyauterie, à travers le robinet de réglage de pression, dans la poche annulaire. 7. Montage de joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face d'étanchéité de la pièce fixe présente une série de poches d'extrémité ou faciales réparties autour de sa face d'étanchéité, en ce qu'une série de poches périphériques espacées, en nombre égal à celui des poches faciales, sont ménagées entre la face extérieure de la pièce fixe et la cloison, chaque poche périphérique étant reliee à la poche faciale respective, en ce que des joints toriques établissent lrétanchéité entre la cloison et une partie de la pièce fixe de part et autre, circonféren tiellement, des poches périphériques, définissant ainsi ladite partie de l'une- au moins des pièces annulaires, en ce qu'un étranglement est affecté à chaque poche périphérique, en ce qu'une tuyauterie relie l'étranglement à la cloison pour envoyer du fluide sous pression, à partir du caté sous pression forte, dans la poche périphérique respective, et en ce qu'une série de passa gEs de fluide ménagés dans la pièce fixe relient chacun une poche faciale à la poche périphérique correspondante.