Brevet FR2463338A1 — publié le 19810220

1. La présente invention concerne des joints mécani- ques. Les joints mécaniques classiques servent à séparer dif- férents fluides et comprennent une bague d'étanchéité rotati- ve qui est reliée en rotation à un arbre tournant, une face d'étanchéité étant en contact avec une face d'étanchéité d'une bague d'étanchéité fixe reliée à un logement ou analo- gue, une ou deux bagues d'étanchéité étant mobiles axiale- ment et sollicitées élastiquement l'une vers l'autre de façon à constituer un contact étanche entre faces. La déformation du support des bagues d'étanchéité, soit de l'arbre, soit du logement, qui se produit surtout pour des questions de tempé- rature, est transmise aux bagues d'étanchéité, ce qui provo- que leur déformation et un mauvais fonctionnement du joint. On peut s'attendre à une usure des faces d'étanchéité à cau- se des vitesses de rotation, lequelles peuvent être importan- tes dans les applications à grande vitesse. Le joint mécanique assemblé de la présente inven- tion comprend une bague d'étanchéité rotative et une bague d'étanchéité fixe, chaque bague ayant une face d'étanchéité en contact dans le sens axial avec les faces d'étanchéité distantes l'une de l'autre d'une bague d'étanchéité centrale. Les expressions "bagues d'étanchéité rotative et fixe" et "face d'étanchéité" s'entendent dans leur sens normal. Ces bagues d'étanchéité peuvent se déplacer axialement, tout au 2. moins sur des distances limitées. La bague d'étanchéité centrale est montée librement en rotation dans un manchon circonférentiel qui constitue un palier pour elle, le manchon étant relié à un logement ou formant une même pièce avec celui-ci, logement auquel est re- liée la bague d'étanchéité fixe. La bague centrale est ainsi centrée sur son diamètre extérieur. La bague d'étanchéité ro- tative est reliée à un arbre ou un manchon pouvant être reçu autour de l'arbre de façon à tourner avec lui. Dans les circonstances normales, la bague d'étan- chéité centrale tourne à une vitesse comprise généralement entre les vitesses maximum et minimum de la bague d'étanchéi- té rotative. Ainsi, dans le cas o les vitesses sont élevées, il y a une usure moins grande et un contrôle de la chaleur des bagues parce que les vitesses en surface des bagues aux faces d'étanchéité en contact sont inférieures aux vitesses rencontrées dans un ensemble d'étanchéité normal, constitué d'une paire de bagues d'étanchéité comportant des faces d'étanchéité en contact l'une avec l'autre. L'ensemble d'étanchéité de la présente invention est également construit de façon que les surfaces intérieures généralement cylindriques des bagues fixe, rotative et cen- trale soient exposées au fluide de l'une des zones renfer- mant un fluide. Les bagues d'étanchéité sont littéralement assises sur le fluide, en ce sens que les liaisons des ba- gues rotative et fixe avec l'arbre et le logement,respecti- vement, se trouvent aux périphéries extérieures alors que la bague centrale "flotte" dans le manchon du logement. L'ajus- tage de la bague centrale à son diamètre extérieur et la présence d'un fluide tout autour constituent ce que l'on peut appeler un palier lubrifié. Les.surfaces intérieures des bagues d'étanchéité définissent partiellement la frontière de l'une des zones remplies de fluide. L'ensemble venant d'être décrit permet d'éviter les problèmes de déformation et d'usu- re qui peuvent être soulevés dans les joints mécaniques or- dinaires lorsque les bagues d'étanchéité sont supportées di- rectement par un arbre, un fourreau d'arbre, un logement ou 3. un manchon de logement, même dans le cas des applications à grande vitesse. Dans l'ensemble de la présente invention, un moyen élastique, tel qu'une pluralité de ressorts placés dans des alvéoles agissant par l'intermédiaire d'une coupelle en for- me de U, sollicite axialement les bagues rotative et fixe vers la bague centrale; ce moyen élastique peut être prévu, pour la bague, pour la bague fixe ainsi que pour la bague ro- tative, ou pour l'une ou l'autre de ces bagues. Selon un autre aspect de la présente invention, on prévoit un système à ressort double dans lequel des moyens de bague d'étanchéité sont associés à l'arbre et au logement, au moins deux faces étant en contact l'une avec l'autre. Des moyens de ressort opposés sollicitent chacune des faces d'étanchéité en contact vers l'autre face. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: - La figure 1 est une vue partielle en coupe d'un joint mécanique assemblé selon la présente invention; et La figure 2 est une vue de côté d'au moins une par- tie de la bague d'étanchéité centrale de l'ensemble de la fi- gure 1. En liaison avec les figures, on a représenté un joint d'étanchéité mécanique assemblé 10 prévu pour être as- socié à un arbre rotatif 12 et à un logement 14, le joint séparant des fluides différents situés dans des zones A et B. L'ensemble 10 comprend une première bague d'étanchéité rota- tive 16, une seconde bague d'étanchéité fixe 18, et une bague d'étanchéité centrale 20 ayant des surfaces intérieure et ex- térieure généralement cylindriques 22 et 24, respectivement. La bague centrale 20 est placée entre les bagues 16 et 18 et a des extrémités d'étanchéité 26 et 28 distantes l'une de l'autre dans le sens axial. La bague 16 comporte une face 30 en contact avec la face 26 et la bague 18 a une face 32 en contact avec la face 28. Les bagues 16 et 18 sont dites ro- tative et fixe et l'on comprendra que cette terminologie est 4. utilisée dans le sens classique. Ces bagues d'étanchéité sont également mobiles axialement au moins dans une certai- ne limite. La bague d'étanchéité 16 est sollicitée élastique- ment vers la bague centrale 20 par une pluralité de ressorts 34, chaque ressort étant reçu dans une alvéole 36 disposée circonférentiellement dans un support de ressorts 38 monté autour d'un manchon 44 et relié à celui-ci par plusieurs clavettes placées dans des rainures, le manchon entourant l'arbre 12 étant relié à celui-ci de façon à pouvoir tour- ner avec lui. Chaque ressort s'appuie contre une bague d'expansion 46 reçue dans un évidement 48 en forme de U pra- tiqué dans une extrémité de coupelle en forme de U de la ba- gue 16. Une garniture 54 annulaire de coupelle en forme de U en matériau élastique est reçue dans l'évidement 48 et est en contact avec la bague 46. Un manchon 56 entoure la bague 16 et le support 38 de ressort et est relié à ce dernier par un axe 42, de sorte que le manchon 56 tourne avec le manchon 44. Le manchon 56 reçoit également un axe d'entraînement 58- comportant une tête agrandie 60 qui est reçue dans- une fen- te 64 de la bague 16. Cette liaison assure une non rotation de la bague 16 par rapport au manchon 56, tout en permettant un déplacement axial de la bague 16. La bague 18 est sollicitée élastiquement vers la bague centrale 20 par une pluralité de ressorts 68 reçus chacun dans des alvéoles 70 disposées circonférentiellement dans un organe cylindrique 72. Chaque ressort 68 s'appuie contre une bague 74 d'expansion reçue dans un évidement 76 en forme de U pratiqué dans une extrémité en forme de cou- pelle en U de la bague 18. Une garniture annulaire en forme de coupelle en U, 78, en matériau élastique est reçue dans l'évidement 76 et est en contact avec la bague 74. L'organe 72 est relié par une ou plusieurs chevilles d'entraînement au logement 14 et par une cheville 81 à un manchon annu- laire 82. Le manchon annulaire 82 entoure l'organe 72 et s'étend sur une partie de la bague 18. Une goupille- d'en- 5. trainement 84 est reliée au manchon 82 et comporte une tête agrandie 86 qui est reçue dans une gorge 88 de la bague 18. Cela permet un déplacement axial de la bague 18 sans rota- tion. Un organe cylindrique à collet 90 est boulonné au lo- gement 14 et entoure la bague 18. L'organe 90 s'étend sur la bague centrale 20. L'organe 90 constitue un palier pour la bague cen- trale 20; cela permet d'assurer une concentricité des pièces. L'organe 90 peut être revêtu de graphite ou d'un matériau analogue sur sa surface d'appui, c'est-à-dire sur la surface 92 située à l'opposé de la surface centrale de la bague 20. Dans le cas o le joint central 20 est en carbone ou en ma- tériau analogue, la surface 92 peut être revêtue de matériau dit stellite ou analogue, matériau de surface dur. La bague centrale 20 peut tourner librement; elle peut comporter des fentes sur sa périphérie, par exemple com- me en 94 (figure 2 o la fente forme un certain angle par rapport à l'axe longitudinal de la bague 20), fentes qui as- surent la présence de fluide des deux côtés de la bague cen- trale 20, de sorte que le fluide est présent à l'interface des surfaces 26 et 30 et 28 et 32. En général, dans de tels joints, le fluide fuit sur les surfaces de contact pour refroidir et lubrifier les faces tournant relativement l'une par rapport à l'autre. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisationqui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 6. REVENDICATIONS 1 - Joint mécanique assemblé prévu pour être as- socié à un arbre rotatif (12) et à un logement (14, 90) et être placé entre une première et une seconde zone (A, B) ren- fermant chacune un fluide différent,comprenant.: - une première bague d'étanchéité (16) comportant une face d'étanchéité (30); - une seconde bague d'étanchéité (18) comportant une face d'étanchéité (32); - un moyen reliant les première et seconde bagues d'étanchéité à l'arbre et au logement, respectivement, ce qui permet un déplacement axial limité des première et seconde bagues d'étanchéité, caractérisé en ce qu'il comprend: - une bague d'étanchéité centrale (20) placée en- tre les première et seconde bagues d'étanchéité (16, 18) et comportant une paire de faces d'étanchéité (26, 28) dont l'une (26.) est en contact avec la première face d'étanchéité (30) et l'autre (28) est en contact avec la seconde face d'étanchéité (32); - la bague d'étanchéité centrale étant exempte de liaison avec l'arbre et avec le logement et entourant l'arbre, - le logement (90) centrant la bague centrale et formant un palier (92) pour celle-ci. 2 - Joint mécanique assemblé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen élastique (34, 68) sollicitant les première et seconde bagues dans le sens axial vers la bague d'étanchéité centrale. 3 - Joint mécanique assemblé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des m oyens définissant des fentes (94) à la périphérie extérieure de la bague centrale. 4 - Joint mécanique assemblé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens définissant les fentes forment un angle aigu par rapport à l'arbre. 5 - Joint mécanique assemblé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité centrale a une surface intérieure généralement cylindrique (22) dis- 7. tante de l'arbre et exposée à l'un des fluides, la surface intérieure de la bague d'étanchéité centrale formant une partie d'une frontière de l'une des zones. 6 - Joint mécanique assemblé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la première bague d'étanchéité (16) a une surface intérieure généralement cylindrique qui est distante de l'arbre et exposée à l'un des fluides, cet- te surface intérieure formant une partie d'une frontière de l'une des zones. 7 - Joint mécanique assemblé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la seconde bague d'étanchéité a une surface intérieure généralement cylindrique qui est distante de l'arbre et exposée à l'un des fluides, cette sur- face intérieure formant une partie d'une frontière de l'une des zones. 8 - Joint mécanique assemblé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que chaque bague d'étanchéité a une surface intérieure généralement cylindrique, chaque sur- face intérieure étant exposée à l'un des fluides. 9 - Joint mécanique assemblé prévu pour être as- socié à un arbre rotatif et à un logement et à être placé entre une première et une seconde zone contenant chacune un fluide différent, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de bague d'étanchéité (16 ou 18 et 20) associés à l'arbre et au logement et comportant au moins une paire de faces (26, 30 ou 28, 32) en contact l'une avec l'autre; et - des moyens de ressort opposés (34 ou 68) solli- citant chacune des faces d'étanchéité venant en contact avec l'autre face.