Brevet FR2496822A1 — publié le 19820625

COUSSINET A ETRANGI'MENT POUR UN JOINT DAARBRE La présente invention concerne un coussinet à étranglement pour un joint, utilisé dans une machine comportant un carter et un arbre qui tourne dans ce car- ter. Il existe déjà un joint mécanique Borg-Warner, du type BIXT, qui comporte un coussinet à étranglement, et auquel l'invention apporte un perfectionnement. Dans ce joint, un ensemble de soufflet est monté sur une douille, cet ensemble comportant une face tournante qui est appliquée contre une face fixe en forme de T. La douille est fixée sur l'arbre par un collier d'entraîne- ment. Un passage est prévu pour du fluide de purge et de refroidissement débouchant par une ouverture à la face d'extrémité de l'ensemble de joint. L'invention concerne donc la partie de cous- sinet à étranglement du joint, décrite ci-dessus, lui ap- portant un perfectionnement, et elle concerne essentiel- lement un coussinet à étranglement qui aide à maintenir à une valeur minimale la quantité de fluides de purge et de refroidissement qui traverse le coussinet. Selon l'invention, un labyrinthe est prévu suxr la partie tour- nante du coussinet à étranglement, avec un manchon élas- tique à l'opposé du labyrinthe, et fixé sur une douille sur la position fixe du coussinet, faisant face it la douille de l'arbre. Le manchon élastique permet des tolé- rances plus serrées entre la surface du manchon élasti- que et la surface du labyrinthe, permettant ainsi un pas- sage nettement réduit des fluides de refroidissement et de purge par le joint. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 es-t une coupe partielle d'unjoint illustrant le contrôle amélioré des fluides de purge et de refroidissement, la Figure 2 est une coupe à grande échelle de la partie améliorée du coussinet à étranglement, la Figure 3 est une coupe partielle d'une varian- te de la disposition du labyrinthe, et la Figure 4 est une variante de la fixation du manchon élastique sur le carter de la machine. Selon les Figures 1 et 2, une douille 1I est montée sur un arbre, désigné globalement par 10. ILa douil- le 11 est fixée sur l'arbre par un collier d' entraînement 12, fixé lui-même sur l'arbre par des vis de blocage 13. Le collier d'entrainement est représenté avec une partie coupée d'une vis de blocage. Il est évident qu'une ou plusieurs vis de blocage peuvent être utilisées pour fi xer le collier d'entraînement 12. L'ensemble de joint est monté dans sa totalité entre l'arbre 10 et le carter 14 d'une machine. Une bride est fixée sur le carter 14 par plusieurs boulons 16 qui sont espaces autour de cette bride 15 dans le but de la fixer rigidement sur le carter 14. Une face de joint fixe 17 en forme de T eat fixée par la bride 15 et elle comporte un joint 19 pour éviter le passage des fluides autour de cette face de joint 17 en forme de T. ILa face de joint 17 peut être faite d'un certain nombre de ma- tières; mais elle est généralement réalisée en une metiè- re dure, par exemple en carbure de silicium. La partie tournante du joint comporte une face de joint tournante 20, un ensemble de soufflet 21 et un manchon d'entraînement 22. Le manchon d'entraînement 22 comporte un joint torique 23 pour éviter le passage de fluide sous le manchon 22 et entre la douille 311. La face tournante 20 est également faite d'une matière dure d'une composition différente que le carbure de silicium de la face de joint 17 en forme de T. La face tournante peut être faite d'une matière telle que du carbure de tungstène. Cette matière et la réalisation de l'appa- reil décrit sont bien connues. Le soufflet 21 constitue non seulement un joint entre la face de joint tournante 20 et le manchon d'en- trainement 22, mais il développe également une force de rappel ou élastique contre la face tournante 20. Avec une pression contre la face tournante 20, un Joint peut être prévu aux surfaces 24 qui se situent entre la face de joint tournante20 et la face de joint fixe 17. Un canal 25 p-our le fluide de purge et de re- froidissement est prévu dans le carter 14 de la machine. Ce canal communique avec l'extérieur du carter, ou un raccord peut être établi fournissant le fluide à ce ca- nal 25. Le raccord et le canal particuliers peuvent varier d'un montage de machine à un autre et ne sont pas représentés sur cette figure. La nouvelle caractéristique selon l'invention de ce joint est illustrée par le coussinet à étrangle- ment, désigné globalement par la flèche 30, et qui con- siste en une partie de plus grand diamètre 31 formée sur la douille 11. Il est bien entendu évident que la partie de plus grand diamètre 31 peut être une douille séparée fixée rigidement sur la douille 21 par des vis de blocage, soudage ou similaire. La douille ou le col- lier 31 comporte un labyrinthe 32 à sa surface exté- rieure, tournant avec l'arbre 10. Une douille fixe 33 est serrée ou fixée sur le carter 14 de la machine et une matière élastique 34 lui est collée, constituée d'un certain nombre de matières comme du caoutchouc na- turel ou une matière plastique. Dans un cas comme dans l'autre, la mntière élastique de la douille 34, dans ce mode de réalisation, est vulcanisée ou fixée rigidement par toute autre manière sur la douille fixe 33. Une ba- gue torique 35 constitue un joint entre la douille 11 et l'arbre 10. Le fonctionnement du dispositif à étranglement sera maintenant décrit en se référant aux figures 1 et 2. La Fig. 1 montre que le fluide de refroidissement et de purge circule vers le bas dans le canal 25 comme l'indiquent les flèches 40. Lorsqu'il atteint l'extré- mité 41 du canal 25, il continue dans la direction des flèches 42. une partie du fluide de purge et de refroi- dissement qui rencontre la surface tournante 24 assure la lubrification et le refroidissement de cette surface. Du fluide rencontre également la face de joint fixe 17 en forme de T et la face de joint tournante 20, assurant le refroidissement de ces deux faces. La matière de re- froidissement et de purge continue dansla direction de la flèche 43, pour atteindre le coussinet à étrangle- ment dans lequel -(voir figure 2) il passe entre le man- chon élastique j4 et le labyrinthe 31 comme l'indique la flèche 44, pour passer finalement dans la partie in- térieure de la machine, comme l'indique la flèche 45. Une condition importante est que la pression du fluide de purge et de refroidissement ne doit pas dépasser la pres- sion dans la région de la flèche 45, afin que la matière qui s'accumule dans la région de cette flèche 45 ne passe pas contre le courant de fluide de purge, permettant ain- si à des contaminants de passer dans le joint et entre les faces de joint 24 provoquant une usure, une abrasion et une défaillance éventuelle du joint. Si par exemple la machine est une pompe à boue, la région intérieure de la flèche 45 peut être remplie de fluides fortement abrasifs et corrosifs, avec des matières en particules. Ces matières en particules pourraient détruire la face de joint 24 en une courte période. Il est donc extrêmement important qu'une quanti- té suffisante de fluide passe continuellement par le canal afin d'effectuer un rinçage suffisant et éviter l'af- flux de matières en particules sur les faces de joint 24. L'un des problèmes posés par la fourniture d'une quantité suffisante de matière de purge est la grmnde quantité de fluide nécessaire pour Uror des vitesses qui conviennent pour éviter l'afflux des matières en particules. L'un des problèmes principaux pour maï ntenir une, quantité qui convient de fluide de rinçage est l'im- possibilité d'assurer une tolérance suffisamment serrée entre le manchton fixe et la douille tournante,]la po- sition de sortie du fluide de purge. Une partie du pro- blème à été l'impossibilité d'usiner et d'assembler de grands arbres et de grands carters avec des tolérances suffisamment serrées dans le joint, les paliers etc. de manière que leqmatièresconstituant le carter 14 par exem- ple et l'arbre 10 ne frottent pas quand les unités sont assemblées. La présente unité rêsoud les prob]èmes de la technique antérieure grâce à un manchon 34 en caout- chouc ou élastique, fixé sur le manchon fixe 33. Si un mauvais alignement de l'arbre entraîne un frottement contre le manchon fixe, la matière élastique peut accep- ter le frottement dans des limites, et n'entraîne pas uneusure suffisante pour changer les tolérance- de l'ap- pareil jusqu'à un point ou une quantité insuffisante de fluide de purge peut être fournie pour maintenir la surface de palier 24 exempte de matières en particules. Un autre avantage de la matière élastique est que si elle touche, ou touche légèrement le labyrinthe 32, elle se déforme comme cela est représenté par les lignes pointillées 50 sur la Fig. 2. La déformation de la matière élastique permet à une quantité suffisante de fluide de purge avec des débits qui conviennent d'éviter le courant inverse de matières en particules dans le joint. La déformation est provoquée par la va- riation de pression le long du labyrinthe 32, par exem- ple quand les fluides circul]ent entre les sommets du labyrinthe 32 et la matière élastique 34, la chute de pression étant élevée. Lorsqu'il circule dans la partie basse du labyrinthe, la chute de pression diminue, en- traînant une distribution égale du fluide de purge au- tour du labyrinthe. LIa distribution du fluide de purge assure un rinçage continuel de la matière, complètement autour du coussinet à étranglement, évitant ainsi une usure excessive de la matière élastique et permettant un rinçage correct et une égalisation de]a pression différentielle qui maintient le joint exempt de matières en particules. Les Figures 3 et 4 illustrent des modifications du coussinet à étranglement. Selon la Fig. 3, un manchon élastique 34 e't formé autour de 'arbre 10 et il est fixé contre tout mouvement par vulcanisation, pression statique, adhésifs ou toutes autreF' matières. Le laby- rinthe 32 est fixé sur le carter 14 dela machine. Cette configuration convient particulièrement pour un arbre à mouvement alternatif'. La partie élastique 34 peut être faite de manière à couvrir le labyrinthe 32 sur toute la course de l'arbre 10. Mais il est bien évident que le labyrinthe 32 et la matière élastique 34 peuvent être remplacée. ILa Fig. 4 illus. tre un moyen de fixer la matière élastique sans avoir recours à un manchon. Selon cette figure, le manchon élastique 34 s'ajuste exactement dans le carter 14. Un épaulement 34a sur le manchon élasti- que 34 retient ce manchon contre la pression différen- tielle développée par le fluide de purge. Une bride 9 fixée par deF boulons 8 peut être utilisée pour retenir le manchon élastique 34 et l'épaulement 34a, si cela est nécessaire. En conclusion, 3'invention telle qu'elle a été décrite permet de contr8ler de façon qui convient le mouvement du fluide de purge, depuis un joint vers l'in- térieur d'une pompe ou autre machine. La matière élasti- que apporte des qualités uniques en ce qu'elle permet des tolérances serrées entre la partie fixe et la partie tournante du coussinet à étranglemento Olle provoque également une distribution égale de matière autour du coussinet à étranglement, évitant une usure excessive et assurant un rinçage suffisant pour éviter que des mna- tières en particules se déplacent de l'intérieur de la machine vers le joint. Il est également bien entendu que l'invention convient partout o un coussinet à étran- glement est nécessaire et qu'elle n'est pas limitée à l'exemple particulier qui a été décrit. Il est bien évident que d'autre- modification- et variantes peuvent être apportées au dispositif décrit et illustré sans sortir du cadre de l'invention. R[iVEiDICATI(NF 1 - Appareil destiné à améliorer la circula- tion d'un fluide de refroidissement et de purge à partir d'un coussinet à étranglement pour un joint d'arbre, dans lequel ledit joint d'arbre est fixé entre un carter fixe (14) et un arbre tournant (10), ledit joint d'arbre com- portant un joint fixe (17) fixé sur ledit carter et un joint tournant (20) fixé sur ledit arbre, un palier à étranglement comprenant une douille d'arbre (11)fixée sur ledit arbre et un manchon fixe (33) fixé sur ledit car- ter, ledit manchon fixe étant aligné axialement et s'étendant sur la longueur de la dite douilled'arbre, et un canal (25) de passage de fluide de purge par lequel du fluide de purge pénètre dans ledit joint d'arbre et purge et refroidit lesdites faces de joint tournante et fixe, et passe entre ladite douille d'arbre et ledit manchon fixe, appareil caractérisé en ce qu'il comporte en outre un manchon élastique (34) fixé sur ledit man- chon fixe faisant face à ladite douille d'arbre. 2 - Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit manchon élastique (34) est fait d'un caoutchouc vulcanisé sur ledit manchon fixe. 3 - Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit manchon élastique (34) est fait d'une matière plastique synthétique fixée sur ledit man- chon fixe. 4 - Appareil selon l'une quelconque des re-ven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite douille d'arbre (il) comporte un labyrinthe (32) dans la surface faisant face audit manchon fixe. 5 - Coussinet à étranglement pour un appareil qui comporte un carter (14), un arbre (10) qui tourne dans ledit carter, un joint entre ledit arbre et ledit carter et un dispositif' à fluide pour refroidir et purger ledit joint, coussinet caractérisé en ce qu'il comporte un labyrinthe (32), un manchon élastique (:34) positionné entre ledit carter (14) et ledit arbre, ledit manchon élastique faisant face audit labyrinthe et étant espacé de ce labyrinthe pour permettre le passage dudit fluide entre eux. 6 - Coussinet selon la revendication 5, carac- térisé en ce que ledit labyrinthe (32) est fixé sur ledit arbre (10) et ledit manchon élastique (54) est fixé sur ledit carter (14). 7 - Coussinet selon la revendication 5, carac- térisé en ce que ledit labyrinthe (32) est fixé sur ledit carter (11î) et ledit manchon élastique (34) est fixé sur ledit arbre. 8 - Coussinet selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit manchon élastique (34) com- porte un épaulement formé sur ce manchon élastique, avec un épaulement correspondant sur ledit carter (14) pour retenir ledit manchon élastique afin qu'il ne soit pas délogé par la pression différentielle développée par le- dit fluide lorsqu'il passe entre ledit manchon élastique (34) et ledit labyrinthe (32).