Brevet FR2408081A1 — publié le 19790601

L'invention est relative aux joints destinés à assurer l'étanchéité au passage d'un arbre rotatif à travers une paroi étanche séparant deux fluides dont l'un au moins est un liquide, l'autre étant avantageusement l'air atmosphérique, joints comportant à cet effet une lèvre annulaire continue, de préférence en matériau élastomère, enserrant jointivement l'arbre. Elle vise plus particulièrement, parce que c'est dans leur cas que son application semble devoir offrir le plus d'intérêt, mais non exclusivement, parmi ces joints, ceux utilisés dans des conditions telles que le liquide considéré ne demeure pas naturellement en permanence en contact avec leur lèvre au cours du fonctionnement, ce qui risque de créer, après la destruction de la pellicule de liquide subsistant éventuellement à titre éphémère entre la levre et l'arbre, un frottement sec générateur d'un échauffement local et d'une détérioration de ladite lèvre. C'est par exemple le cas pour les arbres rotatifs d'axe horizontal tournant à vitesse élevée (savoir avec une vitesse p4- riphérique. supérieure à S à 10 m/s) dont la portion axiale située du même côté de la lèvre qu'un volume de liquide (huile ou autre)est immergée seulement en partie dans ce volume ou s'étend au moins provisoirement un peu au-dessus du niveau dudit volume. C'est egalement le cas lorsqu'un tel volume de liquide est admis de façon intermittente à proximité immédiate de la lèvre. L'invention a pour but, surtout, d'améliorer l'efficacité et la longévité des joints d'étanchéité du genre en question en maintenant en permanence la présence du liquide contre leur livre. A cet effét lesdits joints sont essentiellement caractéri sésJconformément à l'inventioa, en ce qu'ils comprennent une bague déflectrice coaxiale å la lèvre disposée du même côté de cette lèvre que le liquide considéré et dessinée de façon à entratner automatiquement un courant de ce liquide jusqu' au contact de la lèvre lors des rotations de l'arbre. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - la bague déflectrice comprend une face cylindrique munie de rainures et/ou nervures hélicoidales, - dans un joint selon l'alinéa précédent, la bague est fixe, la face cylindrique rainurée et/ou nervurée est intérieure et est disposée en regard d'une face cylindrique extérieure lisse faisant partie de l'arbre, - dans un joint selon l'alinéa qui précède le précédent, la bague est solidaire de l'arbre, la face cylindrique rainurée et/ou nervurée de cette bague est extérieure et est disposée en regard d'une face cylindrique intérieure lisse solidaire de la lèvre, elle-même fixe, - la bague déflectrice comprend une collerette transversale dans 1 'une des faces planes de laquelle sont prévues des rainures et/ou nervures ayant des formes d'arcs de spirale, - dans un joint selon l'alinéa précédent, la bague est montée sur 1 'arbre et la face rainurée et/ou nervurée de la collerette est disposée axialement en regard d'une rondelle transversale lisse solidaire de la lèvre, elle-même fixe, - la bague est séparée axialement du joint par un espace annulaire à travers lequel le liquide venu au contact de la lèvre peut s'e- chapper radialement vers un boitier collecteur annulaire, boîtier qui est percé de lumières permettant 1 'évacuation de 1 'excédent du liquide admis dans ce boîtier, - dans un joint selon l'alinéa précédent, la bague est associée à une armature rigide qui est solidarisée avec une autre armature portant la lèvre de manière i constituer avec celle-ci le boîtier collecteur annulaire - les faces rainurées et/ou nervurées de la bague délimitent des portions en élastomère de celle-cio L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préfe- rence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, lton va décrire deux modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre en coupe axiale un joint d'étanchéité établi conformément à ltinvention. La figure 2 montre en demi-coupe axiale une variante d'un tel joint également conforme à 1 'inventionO Dans chaque cas le joint considéré est destiné à assurer l'étanchéité au passage d'un arbre rotatif (représente en traits mixtes en 1), d'axe de préférence horizontal, à travers une paroi (non représentée) séparant une enceinte A qui renferme un liquide d'un milieu B qui est de préférence l'air atmosphérique. D'une façon connue en soi on fait comprendre audit joint une lèvre 2 en matériau élastomère appliquée contre l'arbre rota tiflavec un certain serrage concentrique, serrage assuré notamment à l'aide d'un ressort concentrique 3. La lèvre 2 est portée par une armature annulaire rigide 4. La portion de l'arbre 1 qui se trouve dans l'enceinte A au voisinage de la lèvre 2 n'est pas immergée intégralement en permanence dans le liquide contenu dans cette enceinte : au contraire la face de la lèvre 2 tournée vers l'enceinte A n'est que par- tiellement et/ou provisoirement en contact avec le liquide en question, soit que le niveau de ce liquide dans l'enceinte A soit en permanence situé plus bas que la zone la plus haute de la lèvre, soit que ce liquide ne soit admis que par intermittences au contact de cette lèvre ou tout au moins de la zone la plus haute de cette dernière. Dans de telles conditions, la lèvre n'est pas mouillée ou lubrifiée en permanence en ce sens qu'il n'existe pas en permanence une mince pellicule de liquide interposée entre elle et l'arbre, pellicule reliée sans solution de continuité à un volume liquide plus important assurant automatiquement le renouvellement de ladite pellicule et la dissipation des calories engendrées dans celle-ci. On peut donc observer, après destruction de l'éventuelle pellicule résiduelle (par évaporation, force centrifuge ...) un frottement sec entre l'arbre et la lèvre, susceptible de provoquer un échauffement local et la détérioration de ladite lèvre. Pour écarter cet inconvénient, l'on prévoit, conformément à l'invention, une bague déflectrice 5 coaxiale à la lèvre 2 et agencée de façon à prélever en permanence un petit volume de liquide dans la partie basse de l'enceinte A et à l'acheminer vers la lèvre -2. Dans un-premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, cette bague 5 présente une face cylindrique interne évidée de rainures hélicoidales 6 et entourant une portion cylindrique lisse de l'arbre avec éventuellement un petit jeu radial qui peut être de l'ordre de quelques dixièmes de mm. Le sens d'inclinaison de chaque hélice est choisi, en fonction du sens de rotation de l'arbre 1 (flèche F), de façon telle que la surface de cet arbre entraîne par frottement le liquide le long des rainures 6 selon la direction (flèche f) qui rapproche axialement ce liquide de la lèvre 2. Bien entendu la projection du liquide contre la lèvre 2 ne doit pas être trop énergique puisqutil faut éviter toute fuite de ce liquide entre la lèvre et l'arbre. Pour éviter une accumulation de liquide au voisinage de la lèvre qui risquerait de provoquer une telle fuite, on prévoit axialement entre la bague 5 et ladite lèvre un espace annulaire E dans lequel le liquide débouche des rainures 6 et à travers lequel il stéchappe radialement après avoir rempli son rôle de lubrification de la lèvre. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la bague 5 est portée par une armature rigide annulaire 7 qui est montée sur L'armature 4 par emmanchement à force et/ou soudage de façon à réaliser avec cette armature 4 un boîtier annulaire 8 enveloppant à la fois la lèvre et la bague et formant la portion extérieure du joint : ce boîtier recueille lé liquide qui s'échappe radialement de l'éspace E. Pour éviter que l'accumulation de liquide dans le boîtier -considéré ne provoque des effets de surpression indésirables, on évide l'armature 7 d'ouvertures 9 permettant de faire communiquer l'intérieur du boîtier 8 avec l'enceinte A et donc de rejeter dans cette enceinte l'excès de liquide introduit dans ledit bof- tier. Ces ouvertures 9 permettent en outre un recyclage du liquide circulant dans les rainures 6, l'espace E et l'intérieur du boîtier 8, ce qui est favorable à la dissipation des calories. La structure décrite ci-dessus présente également l'avan- tage de préserver la lèvre 2 vis-à-vis des projections brusques de liquide en direction de celle-ci : de telles projections sont en effet arrêtées par l'ensemble des parois extérieures du bot- tier 8 et seul un débit continu et régulier de liquide est acheminé vers la lèvre et vers l'intérieur du boîtier. Même si le niveau de liquide dans l'enceinte A n'atteint que le bas de la bague 5, les rotations de 1 'arbre 1 combinées avec la présence des rainures 6 assurent la remontée de ce liquide jusqu'à la zone la plus haute de la lèvre 2. Le dessin desdites rainures, en particulier leur épaisseur, leur profondeur, leur section, leur inclinaison, leur pas (c'està-dire la distance axiale mutuelle entre deux rainures successives), leur nombre total sont choisis en fonction de la viscosité du liquide à entraîner, de son niveau moyen dans l'enceinte A du diamètre de l'arbre 1, de la vitesse de rotation de ce dernier, etc. de façon à assurer une lubrification suffisante, mais non excessive, de la lèvre 2 lors des rotations de l'arbre 1. Bien entendu les rainures 6 peuvent être remplacées par des nervures, ce qui revient au même puisque la bande hélicoidale en saillie entre deux rainures voisines peut être elle-même considérée comme une nervure. La bague 5 est de préférence constituée en un matériau élastomère pour réduire les inconvénients d'un éventuel contact solide-solide entre cette bague et l'arbre qu'elle entoure. Un autre mode de réalisation, illustré sur la figure 2, concerne plus particulièrement les cas où le niveau du liquide dans l'enceinte A se trouve normalement un peu au-dessous de la base de la lèvre 2. Dans ces cas la bague présente, éventuellement en complément d'une face cylindrique munie de rainures et/ou nervures héli cotidales du genre de celle décrite ci-dessus,une collerette radiale 10 dont une face plane est munie de rainures et/ou de nersures ai en arcs de spirale, la base de cette collerette i0 plongeant dans le liquide. Dans le joint illustré sur la figure 2, la bague 5 considérée présente à la fois une face cylindrique rainurée en 6 et upe collerette 10 rainurée en il, les deux faces rainurées se raccordant en 12 de façon que la première puisse prendre le relais de la seconde pour l'acheminement du liquide vers la lèvre 2. Cette bague 5 est solidarisée avec l'arbre 1, sa face cy lindrique rainurée en 6 est extérieure et défile radialement en regard d'un manchon cylindrique fixe 13 solidarisé avec larmatu- re 4 qui supporte la lèvre 2. Ce manchon 13 est raccordé à ladite armature par successivement une rondelle i4 prolongeant radialement vers l'extérieur l'extrémité du manchon disposée au niveau de la zone de raccordement 12 et un deuxième manchon extérieur 15 parallèle au manchon i3 et constituant la face extérieure du boîtier 8. Cest axiaiement en regard de la rondelle 14 que défile la face plane rainurée en ai de la collerette 10. Comme précédemment les sens d'inclinaison des rainures 6 et 11 sont choisis de façon teBe que, par suite dé la simple rotation de l'arbre 1 et donc desdites rainures, le liquide présent dans l'enceinte A au niveau de la base de la collerette 10 soit acheminé progressivement selon les flèches q d'abord le long des rainures Il jusqu'à la zone 12, puis le long des rainures 6 jusqu'à l'espace annulaire E situé à proximité immédiate de la lèvre 2. Ici encore le liquide sortant radialement de l'espace E est recueilli dans le boîtier 8 après avoir lubrifié la lèvre 2 et s'échappe de ce boitier vers l'enceinte A à travers des ouvertures 9 pratiquées dans la rondelle 14. On voit en outre sur la figure 2 - une ossature métallique 16 de révolution autour de l'axe de l'arbre 1, présentant en demi-section axiale la forme d'un L et propre à supporter les deux plages rainurées de la bague 5, lesquelles délimitent ici des revêtements en matière élastomère de ladite ossature, - une douille 17 emmanchée à force dans cette ossature 16 et rapportée sur 1arbre 1. C'est cette douille 17 que vient ici enserrer élastiquement la lèvre 2, laquelle demeure fixe ainsi que les armatures rigides 4 et 13-14-15 composant le boîtier 8. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un joint d'étanchéité dont la constitution, le fonctionnement et les avantages résultent suffisamment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'appllcation et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où la bague serait reliée axialement à la lèvre par une structure annulaire ajourée radialement de façon à permettre lévacuation du liquide parvenu au contact de la lèvre vers le boîtier collecteur de ce liquide : dans cette derniere variante la lèvre et la bague pourraient même être constituées en un seul bloc de matériau élastomère. De même 1 1axe de 1 'arbre 1 pourrait avoir une orientation autre qu' horizontale. REVENDICATIONS 1. Joint pour assurer l'étanchéité au passage d'un arbre rotatif à travers une paroi étanche séparant deux fluides dont l'un au moins est un liquide et comportant une lèvre annulaire continue qui enserre jointivement l'arbre, caractérisé en ce qu'il comprend une bague déflectrice (5) coaxiale à la lèvre (2) disposée du même côté de cette lèvre que le liquide considéré et dessinée de façon à entraîner automatiquement un courant de ce liquide jusqu'au contact de la lèvre lors des rotations de l'arbre (1). 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague déflectrice comprend une face cylindrique munie de rainures (6) et/ou nervures hélicoIdales. 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague est fixe et en ce que la face cylindrique rainurée et/ou nervurée est intérieure et est disposée en regard d'une face cylindrique extérieure lisse faisant partie de l'arbre. 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague est solidaire de l'arbre et en ce que la face cylindrique rainurée et/ou nervurée de cette bague est extérieure et est disposée en regard d'une face cylindrique intérieure lisse (13) solidaire de la lèvre, elle-même fixe. 5. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des précédent tes revendications, caractérisé en ce que la bague déflectrice comprend une collerette transversale (10) dans l'une des faces planes de laquelle sont prévues des rainures et/ou nervures (4) ayant des formes d'arcs de spirale. 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bague est montée sur l'arbre et en ce que la face rainurée et/ou nervurée de la collerette est disposée axialement en regard d'une rondelle transversale lisse (14) solidaire de la lèvre, elle-même fixe. 7. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague est séparée axialement du joint par un espace annulaire (E) à travers lequel le liquide venu au contact de la lèvre peut s'échapper radialement vers un boîtier collecteur annulaire (8), boîtier qui est percé de lumières (9) permettant l'évacuation de l'excédent du liquide admis dans ce boitier. 8. Joint d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bague est associée à une armature rigide (7; 13, 14, 15) qui est solidarisée avec une autre armature (4) portant la lèvre de manière à constituer avec celle-ci le boitier collecteur annulaire. 9. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces rainurées et/ ou nervurées de la bague délimitent des portions en élastomère de celle-ci.