Brevet FR2444209A1 — publié le 19800711

La présente invention concerne les dispositifs d'étanchéité équipant les joints d'une pièce fixe et d'une pièce mobile entrainée en rotation et éventuel- lement soumise à une translation axiale et une translation radiale et angulaire limitée. On sait qu'il est nécessaire de conserver pour les Joints mobiles un Jeu fonctionnel suffisant pour permettre entre autre, une libre dilatation des organes, l'étanchéité directe ne peut se réaliser qu'avec la recherche d'une précision et d'une qualité de finition par rodage pour réduire le Jeu au minimum compatible avec les conditions de fonctionnement. Ce mode d'étanchéité est d'application limitée en raison de sa réalisation délicate. Il ne peut titre employé que pour des fluides visqueux et ne peut résister à dtimportantes variations de température si les métaux des pièces intéressées ont un coefficient de dilatation différent modifiant la valeur du Jeu.Pour y remédier on utilise le plus souvent des dispositifs d'étanchéité par Joints rapportés selon le principe dit presse-garniture. du Joint pièce fixe-pièce mobile est substitué un Joint mobile pièce mobile-garniture enfin Joint fixe garniture-pièce fixe, ltétanchéité de ceux-ci étant obtenue par suppression des Jeux. Les garnitures sont choisies de telle sorte qu'une pression relativement faible suffise pour obtenir un contact intime garniture-pièce fixe et garniture-pièce mobile. Le frottement inévitable de la garniture sur la pièce mobile est réduit si le matériau de la garniture est convenablement choisi : elle doit ttre imperméable et inaltérable aux attaques du fluide à étancher et présenter un faible coefficient de frottement.Le ehoix est également dicté en fonction de la pression et de la température d'utilisation : on emploie des garnitures facilement déformables en chanvre ou coton suifé en bourrage ou en tresse pour l'eau, ou amiante armée. Ce genre de garnitures quoique efficaces s'usent rapidement avec ltac- croissement de la pression d'tii de la pièce mobile et la vitesse périphérique, d1où la nécessité de resserrageeiréquents et de remplacements. De plus, ce type de montage provoque l'échauffement et une usure rapide de l'arbre. On peut également utiliser des garnitures rigides, anneaux en alliage de plomb ou en anti-friction, ou en carbone synthétique. Ce typede garnitures indéformables n'autorisent aucun désalignement des pièces.Sont également connues les garniturnes à étanchement automatique sous lteffet de la pression, lesquelles sont généralement équipées d'une lèvre s'appuyant sur la pièce mobile sous la pression de fluide à étancher. Enfin, l'étanchéité des joints rotatifs peut Qtre obtenue par application l'une contre l'autre de deux surfaces de frottement annulaires concentriques et normales à l'arbre. C'est ainsi que les bagues d'étanchéité actuellement utilisées comportent deux bagues l'une appuyant sur un épaulement de l'arbre, l'autre contre une face dressée de la pièce fixe, les pressions de contact étant généralement engendrées par un ressort.Dans le domaine particulier de la construction navale, l'étanchéité du passage de la ligne d'arbre sur la structure de la coque ou sur une cloison de compartiment doit ttre assurée quelle que soit la position occupée par la dite ligne d'arbre. Sur les grosses unités où l'étanchéité est assurée au moyen d'un presse-étoupe incorporé au tube d'étambot, les infiltrations d'eau de mer dans le tunnel ou dans le compartiment e admises sont évacuées par une pompe d'assèchement. Il ne peu/ttre de mime pour les navires de plaisance où une étanchéité aussi parfaite que possible est requise. Le dispositif, suivant l'invention, permet d'obtenir une étanchéité aussi parfaite que possible entre deux milieux tels qu'un milieu liquide et un milieu gazeux séparés par le Jointoiement de deux pièces l'une fixe, l'autre mobile en rotation tout en admettant le déplacement axial, radial ou conique des pièces l'une par rapport à l'autre. Le dispositif, selon l'invention, se compose d'une bague flottante réalisée en un matériau de bonne résistance au frottement incorporée dans un boîtier fixe, l'étanchéité otté intérieur entre la dite bague et l'arbre tournant étant assurée au moyen de Joints tels que Joints toriques ou autres dont le serrage sur l'arbre assure l'entrainement en rotation de la bague par l'arbre tout en permettant le coulissement axial de l'arbre par rapport au boîtier, l'étanchéité ceté extérieur entre la bague et le boitier étant obtenue soit au moyen d'un joint à lèvre ou autre monté sur la bague, soit au moyen de la bague elle-meme. Les dessins annexés illustrent deux modes de réalisation du dispositif d'étanchéité conformes à la présente invention. Ceux-ci représentent - en figure 1, vu en élévation demi-coupe, demi-vue extérieure, la version avec l'étanchéité cette extérieur assurée au moyen d'un Joint monté sur la bague flottante, - en figure 2, vu en élévation demi-coupe, deml. vue extérieure la version avec l'étanchéité ceté extérieur assurée au moyen de la bague flottante elle-même. Tel que représenté en figure 1, le dispositif est monté à l'extrémité d'un tube d'étambot 1 dans lequel se loge une ligne d'arbre porte hélice 2 d'un navire. Il se compose d'un boîtier 3 en deux parties 3a et 3b se vissant l'une sur l'autre, la partie 3a se raccorde sur le tube d'étambot au moyen d'une manchette 4 en matériau souple : de toute évidence cette pièce 3a peut titre solidaire du tube lui-mtme. La position relative des parties 3a et 3b réalise un chambrage 5 dans lequel se loge une bague flottante 6. La bague flottante 6 comporte exécutées dans son alésage deux gorges circulaires 7 destinées au logement de joints toriques 8. Ltintensité du serrage de ces joints sur doit assurer à la fois l'étanchéité arbre-bague et ltentrainement en rotation de la bague.Sur le cylindrage épaulé extérieur de la bague flottante 6 est monté serré un joint à lèvre 9. Les joints 8 et 9 sont réalisés en matériaux souples, inaltérables et imperméables. Le diamètre du chambrage 5 est prévu nettement supérieur au diamètre extérieur du joint à lèvre 9 : de même, le diamètre de l'alésage de la pièce 3a et le diamètre de l'alésage de sortie d'arbre de la pièce 3b sont nettement supérieurs au diamètre de l'arbre. Ces jeux diamétraux importants permettent un déplacement radial de l'arbre par rapport au boîtier. Les déplacements axiaux en avant ou en arrière sont rendus possibles par le glissement non limité de l'arbre dans les joints toriques. Â ces deux latitudes de déplacement radial et axial s'ajoute la possibilité d'un positionnement oblique de l'arbre dans le boitier gracie à des Jeux latéraux prévus à cet effet d'une part entre l'un des flancs de la bague 6 et la face avant de la pièce 3a et d'autre part entre l'autre flanc de la bague 6 et la face interne de la pièce 3b limitant le chambrage 5.Dans tous les cas, le milieu liquide contenu dans le boitier ne peut s'échapper en raison de l'étanchéité créée par les joints toriques 8 sur la ligne d'arbre 2 et par la lèvre du Joint 9 sur la face interne du chambrage du boitier 3, la souplesse de la dite lèvre permettant de maintenir un contact permanent avec la face d'appui quelle que soit la position occupée par arbre par rapport au boîtier. Dans la variante représentée en figure 2, à la bague flottante unique 6 est substitué un Jeu de deux bagues 6a et 6b réalisées en matériau de bonne qualité frottante et capable d'assurer l'étanchéité avec la surface des pièces fixes avec lesquelles elles sont en contact, tel que le carbone, le graphite ou la céramique par exemple.Ces deux bagues comportent chacune un joint 8 du type torique, par exemple dont le serrage sur l'arbre assure ltétanchéité ctté intérieur avec arbre tout en permettant un entrainement en rotation des bagues et un glissement axial de l'arbre par rapport au boîtier. La bague 6a joue le rtle d'épaulement rapporté mobile en translation s'appuyant sur l'extrémité avant de la pièce 3a. La mise en appui permanent de la bague 6b sur la face interne de la pièce 3b est assurée au moyen d'un ressort 10 ou de toute autre pièce élastique intercalée entre les deux bagues 6a et 6b. Cette dernière assure l'étanchéité ctté extérieur entre le chambrage 5 et la sortie d'arbre du boîtier. Un refroidissement du boitier peut titre réalisé sot par une mise en communication du tube d'étambot avec le chambrage 5 au moyen d'un orifice Il exécuté dans la pièce 3a, soit par une arrivée d'eau extérieure se raccordant sur le boîtier. Les possibilités de déplacements axiaux, radiaux et coniques de l'arbre par rapport au boitier sont identiques à celles de la version représentée en figure 1. L'invention ne se limite Aucunement aux modes de réalisation des diffé- rentes parties spécialement indiquées, mais elle admet toutes les variantes possibles à condition que celles-ci ne soient pas en contradiction avec l'obJet de chacune des revendications annexées à la présente description. Le dispositif, objet de l'invention, peut titre utilisé dans tous les cas où une étanchéité aussi parfaite que possible doit titre obtenue dans le Joint de deux pièces l'une fixe, l'autre mobile en rotation entre deux fluides différents. L'invention s'applique plus particulièrement aux Joints rotatifs destinés à séparer des milieux air et eau, comme c'est le cas par exemple des passages des lignes d'arbre de navires à l'extrémité des tubes d'étambot. - REVENDICATIGNS 1.- Dispositif permettant d'obtenir une étanchéité aussi parfaite que possible entre deux milieux tels qu'un milieu liquide et un milieu gazeux séparés par le jointoiement de deux pièces l'une fixe, l'autre mobile en rotation, tout en admettant un déplacement axial et un déplacement radial et angulaire limité des pièces l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une bague flottante réalisée en matériau de bonne résistance au frottement, incorporée au boitier fixe, l'étanchéité côté intérieur entre la dite bague et l'arbre tournant étant assurée au moyen de joints tels que Joints toriques ou autres et l'étanchéité coté extérieur entre la bague et le boitier étant obtenue soit au moyen d'un joint à lèvre ou autre monté sur la bague, soit au moyen de la bague elle-meme. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les joints toriques ou autres assurant l'étanchéité ceté intérieur entre la bague flottante et l'arbre sont en matériau souple, imperméable et inaltérable dont l'intensité de serrage sur l'arbre est telle qutelle assure une -liaison en rotation de la bague avec l'arbre tout en permettant un déplacement axial de l'arbre. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le Joint à lèvre ou autre assurant l'étanchéité entre la bague flottante et la paroi interne du boitier fixe est en matériau souple imperméable et inaltérable dont l'intensité de serrage sur le cylindrage extérieur épaulé de la bague assure une liaison en rotation de la bague et du joint. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boitier fixe est constitué de deux parties s'assemblant entre elles de façon à constituer un chambrage cylindrique dans lequel se loge la bague flottante, le diamètre duquel chambrage ainsi que les diamètres de passage de la ligne d1 arbres dans les parties constitutives du boitier présentant respectivement avec le diamètre extérieur de la bague flottante et le diamètre de l'arbre des jeux diamétraux suffisants pour permettre un déplacement radial de l'arbre par rapport au boitier. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague flottante est en matériau de bonne qualité frottante et capable d'assurer une parfaite étanchéité coté extérieur avec la face interne du boitier avec laquelle elle est maintenue en contact permanent au moyen d'un ressort ou d'une pièce élastique intercalée entre la dite bague flottante et une autre bague identique Jouant le rifle d'épaulement rapporté sur l'arbre et appuyant sur avant de ltune des pièces constitutives du boitier ou sur un épaulement de celle-ci. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacune des bagues est entrainée en rotation par l'arbre au moyen de joints toriques ou autres dont le serrage sur l'arbre assure l'étanchéité côté intérieur tout en laissant une possibilité de déplacement axial de l'arbre. 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre du chambrage dans lequel se logent les bagues et le diamètre de passage de la ligne d'arbre dans les parties constitutives du boitier présentent respectivement avec le diamètre extérieur des bagues et le diamètre de l'arbre des jeux diamétraux suffisants pour permettre un déplacement radial de l'arbre par rapport au boîtier. 8.- Dispositif selon les revendications 5, 6 et 7, prises ensemble, et applicable à la sortie d'un arbre porte-hélice à l'extrémité d'un tube d'étambot caractérisé en ce qu'une alimentation en eau de refroidissement peut etre admise dans le chambrage soit par une mise en communication du dit chambrage avec le tube d'étambot au moyen d'un orifice exécuté dans le boîtier, soit par une arrivée d'eau extérieure se raccordant sur le boîtier.