Brevet FR2507278A1 — publié le 19821210

La présente invention se réfère aux joints hydrauliques tournants, c'est à dire propres a être interposés entre un arbre en rotation et les pièces fixes qui l'entourent, par exemple au point où l'arbre considéré pénètre dans une cuve ou autre enceinte dont 11 espace intérieur doit être isolé de l'atmosphère environnante. Dans le brevet français 1 335 429 on a déjà décrit un tel joint appliqué au cas particulier d'un arbre vertical, tel que celui d'une essoreuse ou décanteuse. Etant donné que dans la plupart des machines tournantes l'aceélération centrifuge est tellement supérieure à celle de la gravité que cette dernière peut etre à peu pres négligée en pratique, il semblerait à première vue que ce type de joint soit immédiatement transférable aux machines à arbre horizontal. Mais dans la réalité les choses ne sont pas aussi simples.Plus particulièrement, les machines du genre en question ne tournent pas en permanence et il faut bien que les joints soient adaptés aux périodes de ralentissement, d'arrêt, puis de remise en marche pendant lesquelles l'acceleration centrifuge va en décroissant, est nulle, puis se rétablit progressivement. Au ralentissement et à l'arret1 la gravité intervient et fait retomber le liquide ou fluide hydraulique dans la partie basse du joint, laquelle se trouve sur-remplie et tend à déborder. Lors de la remise en marche subséquente la quantité de liquide risque par conséquent d'entre insuffisante et ltétanchéité peut ne plus être assurée de façon satisfaisante.De toute manière elle ne peut l'entre à l'arrêt, au contraire de ce qui est le cas pour les machines à arbre vertical. Certes il est théoriquement possible de dimensionner le volume de l'espace intérieur du joint de manière qutà l'arrêt le liquide puisse totalement retomber dans la partie basse de celui-ci sans qu'il y ait débordement, mais alors lteneombrement du dispositif devient exagéré et se répercute defavorablement sur les dimensions de la machine, ou bien rend impossible son application aux machines des existantes. En outre cette solution ne résoud pas le problème de ltétanchéité à l'arrêt. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et a permettre d'établir un dispositif de joint tournant pour arbres horizontaux, dont l'encombrement soit réduit et qui n'exige cependant aucune manoeuvre particulière lorsque la machine intéressée s'arrente ou est remise en marche. Le dispositif de joint suivant l'invention est essentiellement remarquable en ce qu'il comprend des moyens auxiliaires pour assurer 1 étanchéité des que la vitesse de rotation de l'arbre tombe au-dessous d'un seuil déterminé en deçà duquel l'accélération centrifuge devient insuffisante pour assurer la formation d'un anneau liquide, ces moyens étant mis hors d'action au-dessus du seuil précité.Les moyens en question sont préférablement réalisés sous la forme d'une bague d'étanchéité solidaire de la cuvette tournante dans laquelle ledit anneau liquide se forme et comportant une partie propre à venir porter élastiquement de façon étanche au repos et aux basses vitesses contre la périphérie d'une partie fixe intérieure à la cuvette tournante, de manière à constituer joint auxiliaire, cette bague se déformant dans le sens radial sous l'effet de l'accélération centrifuge de façon a s'écarter de ladite périphérie quand la machine tourne à sa vitesse normale. La bague peut notamment comporter à cet effet une partie troconique qui, au repos, se resserre contre la partie fixe, mais se dilate et s'écarte de celle-ci aux grandes vitesses. Suivant une autre caractéristique de l'invention le joint hydraulique comprenant une cuvette tournante dans laquelle plonge une saillie radiale, des moyens sont associés à la partie fixe, d'une part pour amener continuellement du liquide dans la cuvette tournante et d'autre part pour recueillir l'exces de liquide débordant de celle-ci. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe axiale partielle d'une machine à arbre horizontal comportant un dispositif de joint hydraulique tournant établi conformément à l'invention, cette machine étant supposée à l'arrêt. Fig. 2 reproduit à plus grande échelle le haut de la coupe de fig. 1, mais en supposant que la machine tourne à sa vitesse de marche normale. En fig. 1, l'arbre autour duquel doit être monté le dispositif de joint est constitué par un tourillon tubulaire 1 qu'un roulement 2 supporte à rotation à l'intérieur d'un support ou palier fixe 3. On a représenté en 4 la paroi d'une cuve dans laquelle le tourillon 1 pénètre, cette cuve définissant un espace intérieur 5 que le dispositif de joint doit isoler de l'ambiance extérieure 6. Le bord de la perforation de la paroi 6 destiné au passage du tourillon 1 est rellé au bâti ou palier 3 par une bride soudée 7, un manchon extérieur 8 monté dans cette bride par l'intermédaire de bagues d'étanchéité 9 serrées par un écrou 10, et une rondelle épaisse 11 bloquée contre le palier 3 par des vis dont on aperçoit la tête en 12. Sur le tourillon 1 et intérieurement au manchon 8 est montée la partie tournante 13 du joint hydraulique. Celle-ci est essentiellement constituée par un anneau creusé d'une dépression intérieure qui lui donne un profil longitudinal en forme de cuvette s'ouvrant en direction de l'axe. On peut ainsi distinguer un fond 13a, un premier bord 13b de hauteur relativement faible et un autre 13c qui se prolonge jusqu'au tourillon 1 où il est solidaire d'une sorte de moyeu 13d qu'un écrou 14 vissé sur le tourillon repousse contre un épaulement de ce dernier, une bague 15 assurant l'étanchéité. Comme montré, pour des raisons de montage 11 ensemble décrit est en plusieurs pièces, le second bord 13e étant fixé au fond 13b par des vis 16 avec bague dlétanchéité 17. La rondelle 11 se prolonge en direction de l'axe au-delà du manchon 8 et son bord intérieur vient ainsi porter la partie fixe du joint hydraulique, laquelle comprend un manchon intérieur 18 de moindre diamètre extérieur que l'arete 13e du premier bord 13b de la partie tournante 13,ce manchon étant solidaire d1une saillie périphérique annulaire continue 13a qui s'engage nettement à l'intérieur du profil en cuvette 13a-13b-13c de la partie tournante. La fixation du manchon 18 a la rondelle 11 s'effectue de façon étanche par le moyen de vis telles que 19. La rondelle 11 est perforée d'un canal îla relié d'une part à une canalisation extérieure d'amenée 20, d'autre part un autre canal i8b percé dans le manchon 18 et qui débouche sur la périphérie de celui-ci entre la saillie 18a et le premier bord 13b de la partie tournante. Le bord du manchon extérieur 8 opposé a la rondelle 11 porte un anneau 21 qui se prolonge radialement en direction de l'axe, mais sans venir au contact du tourillon 1. On notera encore que le roulement 2 est protégé par un autre anneau 22, fixé au palier 2 par des vis telles que 23 et dont la périphérie intérieure est creusée de rainures pour constituer joint à labyrinthe en combinaison avec une partie lisse correspondante du tourillon 1. Contre la face intérieure du fond 13a du profil en cuvette de la partie tournante 13, et entre la saillie 18a et le premier bord 13b de la cuvette, est pontée une bague d'étanchéité ou joint auxiliaire 24 comprenant une partie cylindrique extérieure 24a fixée par collage ou autrement à la surface du fond 13a et une partie tronconique 24b qui s'étend l'intérieur de la précédente, cette partie 24b se terminant par une levre 24c qui, lorsque la machine est à l'arret, vient porter de façon étanche sur une nervure cylindrique lisse 18c du manchon intérieur i Le bas du manchon extérieur 8 comporte une tubulure d'évacuation 25, tandis qu'un autre passage de sortie est ménagé en 3a dans le bas du palier 3, ce passage communiquant avec l'espace compris entre la rondelle 11 et l'anneau 22. Le fonctionnement est le suivant Si l'on suppose tout d'abord que la machine tourne à sa vitesse normale, la force centrifuge oblige la partie tronconique 24b du joint auxiliaire 24 à se replier contre la partie cylindrique 24a, de sorte que ledit joint n'intervient pas. D'autre part du liquide hydraulique arrive de façon continue par la canalisation 20. il s'écoule à travers les canaux lia et 18b pour arriver ainsi dans la cuvette 13b-13a-13c de la partie tournante 13 où il est entrainé en rotation par effet de frottement en formant ainsi un anneau liquide dont le niveau A (fig. 2) est une surface cylindrique qui coïncide avec celle déterminée par l'arrête 13c du premier bord 13b de ladite cuvette.On notera qu'en raison de la présence de part et d'autre du débouché du canal 18b de la saillie 18a et de la nervure 18c sur laquelle vient porter à l'arrêt la lèvre 24c du joint 24, le liquide qui pourrait ne pas être projeté contre la surface ou niveau A s'écoulerait par gravité vers le bas du dispositif et retomberait obligatoirement sur cette surface. La saillie annulaire 18a plonge dans l'anneau liquide en réalisant ainsi l'effet de joint hydraulique. Bien entendu, s'il existe une différence de pression entre l'intérieur 5 de la cuve et l'atmosphère extérieure 6 (fig. 1), le niveau A n'est pas identiquement le même de part et d'autre de cette saillie.Le liquide en excès déborde au droit de l'arête 13e précitée qui constitue ainsi déversoir. I1 est recueilli par la cuvette extérieure fixe que constituent le manchon extérieur 8, la rondelle 11 et l'anneau 21, de sorte qu'il s'évacue finalement par la tubulure 25 pour aboutir à une bâche appropriée telle que 26 d'où il est repris par une pompe non figurée qui le renvoie à la canalisation 20. Quand la machine ralentit puis s'arrête, l'accélération centrifuge s'abaisse progressivement jusqu'a zéro. Le joint auxiliaire 24 reprend élastiquement sa forme normale, de sorte que sa lèvre 24c vient porter sur la périphérie de la nervure 18c du manchon intérieur fixe 18 en assurant l'étanchéité. Puis le liquide cesse d'être retenu sur tout le pourtour de la cuvette tournante 13b-13a-13c, il retombe dans le bas de celle-ci, déborde et est recueilli par la cuvette fixe 11-8-21 qui l'évacue par la tubulure 25.Si la pompe qui alimente la canalisation 20 continue å fonctionner le liquide sortant du canal 18b et qui ne peut plus arriver au premier bord 13b en raison de la fermeture du joint auxiliaire 24, contourne la saillie 18a, passe entre le manchon intérieur fixe 18 et le moyeu 13d de la partie tournante 13, puis s 'évacue sans difficulté par la sortie 3a et parvient également à la bâche 26. On notera que sur le dessin la partie tronconique 24b du joint auxiliaire 24 est orientée vers la gauche de façon à supporter une certaine pression régnant à l'intérieur de la cuve. Au cas où celle-ci serait au contraire normalement en dépression, il suffirait de le retourner pour que le sommet du cône de profil soit à droite et non à gauche. On notera encore, ce qui est important; que la levre 24c du joint auxiliaire n'est soumise à aucun frottement en marche normale. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'a titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. C'est ainsi que bien qu'on ait décrit le dispositif de joint dans son application à un arbre horizontal, on pourrait également l'utiliser avec un arbre vertical dans le cas où au repos le liquide hydraulique ne pourrait assurer l'étanchéité désirée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de joint hydraulique tournant, plus particulièrement pour arbre horizontal, du genre à anneau liquide et à paroi plongeant dans celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens auxiliaires à frottement pour assurer l'étanchéité dès que la vitesse de rotation de l'arbre tombe au-dessous d'un seuil déterminé en deçà duquel l'accélération centrifuge devient insuffisante pour assurer la formation de l'anneau liquide, ces moyens étant mis hors d'action au-dessus du seuil précité. 2. Dispositif de joint hydraulique tournant, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments suivants dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après : - une partie tournante dont une zone présente en coupe longitudinale la forme d'une cuvette ouverte en direction de l'axe - une partie fixe disposée intérieurement à ladite cuvette et comportant une saillie radiale qui vient s'enfoncer dans celle-ci ;; - des moyens pour amener un liquide hydraulique dans la cuvette tournante en vue d'y créer en marche normale un anneau dans lequel la saillie radiale est immergée - et une bague d'étanchéité solidaire de la cuvette tournante et comportant une partie propre à venir porter élastiquement de façon étanche contre la périphérie de la partie fixe au repos et aux basses vitesses, de façon à constituer joint auxiliaire, cette bague se déformant dans le sens radial sous l'effet de l'accélération centrifuge de manière à s'écarter de ladite périphérie quand la machine tourne a sa vitesse normale. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la bague formant joint auxiliaire comprend une partie cylindrique se fixant au fond de la cuvette tournante, une partie tronconique solidaire de la précédente et convergeant en direction de l'axe, et une levre prévue sur le bord libre de la partie tronconique. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de liquide sont associés à la partie fixe et fonctionnent en permanence, tandis qu'il est prévu d'autres moyens pour recueillir et évacuer 1'excès de liquide qui déborde de la cuvette par dessus l'un des bords de celle-ci formant déversoir. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'amenée de liquide comprennent un canal réalisé dans l'épais seur de la partie fixe. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens pour recueillir de liquide qui déborde de la cuvette tournante comprennent une seconde partie à profil longitudinal en forme de cuvette ouverte vers l'axe, cette seconde cuvette étant maintenue fixe, entourant complètement la premiere et comportant dans le bas une tubulure d1évacuation. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 a 6, caractérisé en ce qu'il comporte un passage permettant au liquide amené à la cuvette tournante de s'évacuer à l'extérieur quand le joint auxi- aire est en position fermée et obture ainsi le trajet normal de débordement de ce liquide par dessus le bord de ladite cuvette tournante formant déversoir.