Brevet FR2477252A1 — publié le 19810904

I1 est bien connu et couramment utilisé dans de nombreux domaines d'assurer l'étanchéité de la traversée d'une paroi par un arbre rotatif au moyen d'une garniture mécanique comportant deux grains, l'un solidaire de l'arbre en rotation, et l'autre porté par la paroi, qui sont appliqués l'un contre l'autre par un système élastique et dont les faces de frottement sont perpendiculaires a l'arbre. Les garnitures mécaniques de ce type sont notamment appliquées dans les pompes compresseurs, agitateurs ou analogues, contenant un fluide sous pression. Par contre elles se montrent inutilisables lorsqu'il s'agit d'interdire le passage d'un fluide sans pression autour d'un arbre tournant a vitesse élevée. En effet, l'un des problemes importants poses par ces garnitures est celui de l'usure des faces de frottement. Or pour réduire cette usure on cherche à donner à ces faces des dimensions le plus faible possible et à réduire l'effort exercé sur elles par le système élastique. En conséquence les faces de frottement sont généralement situées le plus près possible de l'arbre, tandis que le fluide sous pression enveloppe le support du grain rotatif et exerce une pression à la fois sur ce support et sur le grain fixe, ce qui soulage le système élastique et permet au fluide de pénétrer entre les faces de frottement. Il est bien évident toutefois que lorsque la pression du fluide est inférieure à l'action de la force centrifuge, ce fluide est refoulé vers I'extérieur, loin des faces de contact dès. deux grains qui, ainsi, restent sèches. Une telle garniture ne peut donc pas être utilisée pour fermer le passage d'un fluide qui n'est pas sous pression,autour d'un arbre tournant à vitesse élevée. La présente invention a par suite pour but de fournir une garniture mecanique destinée à assurer l'étan chéité de la traversée d'un arbre tournant à vitesse élevée. Cette invention a en effet pour objet une garniture mécanique du type ci-dessus, qui comporte au droit des faces de frottement une cavité annulaire qui est ménagée entre l'arbre et les grains fixe et mobile, est fermée de manière étanche en direction de l'extérieur mais est prolongée en direction de l'intérieur de la paroi par un passage tubulaire de fluide entourant l'arbre, et qui a une profondeur supérieure à celle de ce passage de sorte qu'elle forme une réserve de fluide refoulé par la force centrifuge contre les faces de frottement. Dans une telle-garniture le fluide contenu dans la cavité est refoulé par la force centrifuge en direction des faces de frottement qui, ainsi, ne tournent jamais à sec. Le fluide n'a besoin d'être mis sous pression ni pour atteindre la cavité ni pour atteindre les faces de frottement, l'action de la force centrifuge étant suffisante. Selon un mode préféré de réalisation le grain non rotatif, ou fixe, est porte par un prolongement périphérique d'un manchon creux delimitant,entre lui et l'arbre, un passage de fluide, monté de manière etanche avec seulement un jeu axial dans la paroi, et repoussé contre un grain rotatif annulaire extérieur, solidaire en-rota- tion de l'arbre,par un système elastique, le diamètre intérieur des faces de frottement des grains fixe et rotatif étant supérieur au diamètre interne du manchon. La cavité ménagée entre l'arbre, le support du grain rotatif et le manchon, est ainsi toujours en communication avec le fluide dont la sortie doit être interdite et qui assure l'humidification des faces de frot tement. De préférence, le système élastique est constitué par un ressort hélicoldal monté autour de l'arbre, entre un épaulement du manchon de support du grain fixe et un épaulement de la paroi traversée par l'arbre. La garniture présente ainsi la même efficacité, quel que soit le sens de rotation de l'arbre. La description ci-dessous d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté en coupe axiale sur la figure unique du dessin annexé, fera d'ailleurs ressortir les avantages et caractéristiques de l'invention. La garniture mécanique ainsi représentée est destinée à assurer l'étanchéité du passage d'un arbre 1 entraîné en rotation a une vitesse relativement élevée, à travers l'orifice 4 d'une paroi fixe 2, c'est-à-ire à interdire la sortie vers l'extérieur d'un fluide 5 circulant librement dans l'orifice 4, entre l'arbre 1 et la paroi 2. Le fluide 5 peut être le liquide contenu dans l'enceinte délimitée par la paroi 2, ou traité dans cette enceinte, mais peut également être le fluide utilisé comme palier de support de l'arbre 1. La garniture mécanique comporte une bague 6 qui est emmanchée sur l'arbre 1 et immobilisée à la fois en rotation et axialement par rapport à cet arbre grâce à la vis 8 qui la traverse perpendiculairement à l'arbre et est serrée contre ce dernier. En outre, un joint 10 est loge dans une gorge annulaire 12 de cette bague, et serré entre le fond de cette gorge ét l'arbre 1 de façon à interdire tout passage de liquide entre ces deux organes. Sur sa face tournée vers l'intérieur de l'enceinte délimitée par la paroi 2, la bague 6 porte un grain annulaire périphérique 14 qui constitue le grain tournant de la garniture mécanique. Le grain 14 est, par suite, en contact de frottement avec la face correspondante d'un grain 16 porté par l'extrémité d'un manchon creux 18 monté coaxialement à l'arbre 1. Le manchon 18 est immobilisé en rotation au moyen d'un ergot 20 constitué, par exemple, par l'extrémité d'une vis traversant la paroi 2, qui pénètre dans un évidement 22 de sa surface extérieure. L'évidement 22 a une largeur analogue à celle de l'ergot 20 mais a une dimension axiale supérieure, de sorte que le manchon creux dispose d'un léger jeu axial par rapport à la paroi 2.Un ressort hélicoïdal 28 est d'ailleurs monté autour de l'arbre 1, entre cet arbre et le manchon 18, et appuie d'une part sur une collerette interne 30 du manchon 18 et, d'autre part, sur un épaulement 32 de la paroi 2, de façon à toujours tendre à écarter ces deux organes c'est-à-dire à appliquer le grain immobilisé en rotation, 16, (désigné plus simplement par grain fixe) contre le grain tournant 14. Comme le montre le dessin, le manchon creux 18 a un diamètre interne nettement supérieur au diamètre externe de l'arbre 1, mais inférieur au diamètre internedes grains fixe et tournant 16 et 14. En outre, la collerette 30 ne laisse qu'un passage étroit entre elle et l'arbre 1. Par suite, la bague 6 , les grains 14 et 16, et la collerette 30 délimitent une cavité annulaire 34, fermée de manière étanche en direction de l'extérieur par la bague 6 et le joint torique 10, mais ouverte à la circulation du fluide 5 grâce au faible espace 36 qui sépare la collerette 30 de l'arbre 1. A l'inverse, aucune circulation de fluide n'est possible à l'extérieur du manchon 18 car un joint torique 24, logé dans une gorge interne 26 de la paroi 2, est serré entre le fond de cette gorge et la surface extérieure du manchon 18 et interdit tout passage de li- quide en ce point. Le liquide 5 passe donc uniquement à l'intérieur du manchon 18 et remplit la cavité 34. Lorsque l'arbre tourne, et surtout lorsque sa vitesse est élevée, la force centrifuge exercée sur le liquide contenu à l'intérieur du manchon 18 refoule celuici vers l'extérieur, c'est-à-dire notamment vers la périphérie de la cavité 34 en direction des faces de frottement des grains 14 et 16. I1 pénètre entre ces faces et assure leur lubrification Tant que l'arbre 1 tourne cette lubrification est assurée, quelle que soit la nature du liquide 5 et quelle que soit sa pression initiale puisque seule la force centrifuge agit sur le liquide. La différence importante entre les diamètres de l'espace 36 et de la cavité 34 assure le maintient d'une quantité relativement importante de liquide dans cette cavité 34, même après l'arrêt de l'arbre, de sorte que le liquide entre en contact avec les faces de frottement dès le démarrage de l'arbre 1 et que les risques de frottement àsec de ces faces sont pratiquement nuls. On obtient ainsi une garniture mécanique qui peut être utilisée quelle que soit la pression du fluide à étancher et même avec des fluides à lapression atmos phérique, mais qui présente une grande securité d'utilisation. En outre, une telle garniture peut être montée sur des arbres divers, quel que soit leur sens de rotation, puisque le ressort 28 est interposé entre deux organes immobilisés en rotation et n'est, par suite, pas influencé par celle-ci. Par ailleurs les organes utilisés sont extrêmement simples, de sorte que la réalisation de la garniture n'exige pas d'usinage particulièrement fin et est d'un montage aisé. On constate par ailleurs que malgré la présence permanente d'un -film de fluide entre les faces de frot tement, la fuite de fluide entre ces faces est pratiquement inexistante. Diverses modifications pourraient être prévues. C'est ainsi que la bague 6 pourrait être fixée par un autre moyen que la vis 8. - REVENDICATIONS 1 - Garniture mécanique d'étanchéité de la traversée d'une paroi par un ,arbre tournant à vitesse élevée, comportant deux grains solidaires respectivement en rotation de l'arbre et de la paroi, qui ont des faces de frottement perpendiculaires à l'arbre et sont appliqués l'un contre l'autre par un système élastique caractérisée en ce qu'elle comporte au droit des faces de frottement des grains une cavité annulaire (34) ménagée entre l'arbre (1) et ces grains IL4,16) qui est fermée de manière étanche en direction de l'extérieur mais est prolongée en direction de l'intérieur de la paroi par un passage de fluide entourant l'arbre, et qui a une profondeur supérieure à celle de ce passage, de sorte qu'elle forme une réserve de fluide refoulé par la force centrifuge contre les faces de frottement. 2 - Garniture suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le grain fixe est formé par un prolongement périphérique d'un manchon creux (18) délimitant entre lui et l'arbre un passage pour le fluide, mais monté de manière étanche dans la paroi avec seulement un jeu axial, et repoussé par le système élastique contre le grain rotatif (14) dont le diamètre interne est également supérieur à celui du manchon. 3 - Garniture suivant la revendication 2, caractérisée en ce que manchon (18) de support du grain fixe comporte une collerette interne(30) qui forme une paroi de la cavité interne et délimite autour de l'arbre le passage d'alimentation en fluide de cette cette cavité annulaire. 4 - Garniture suivant la revendication 3, caracté- risée en ce qu'un ressort hélicoïdal (28) monté autour de l'arbre rotatif est appuyé, d'une part sur la collerette interne du manchon et, d'autre part, sur un épaulement de la paroi et repousse le manchon en direction du grain tournant. 5 - Garniture suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'un joint torique ferme de ma nière étanche le passage entre la surface extérieure du manchon et la paroi. 6 - Garniture suivant l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la paroi comporte un ergot qui pénètre dans un évidement allongé du manchon creux et dispose, dans cet eviaement, d'un jeu uniquement axial.