Brevet FR2523249A1 — publié le 19830916

Système d'étanchéité sur des arbres, contre des fluides gazeux comprimés fortement agressifs ". Le système de garniture d'étanchélte selon l'invention, à monter sur des arbres contre des fluides gazeux comprimés fortement agressifs, peut être mis en oeuvre partout o des éléments de machine u cces- sifs doivent être efficacement étanchés à l'6 gardl de fluides sous haute pression et fortement agressifs par usure, tels que, par exemple, des suspensions de pous- sière dans un gaz porteur dans le domaine de courant concentré. Jusqu'à ce jour, conformément aux exi- gences de la pratique, il était seulement nécessaire de rendre étanches par rapport à l'atmosphère extérieure des courants de poussière à basse concentration, avee une charge d'environ 10 à 30 kilogrammes par mètre cube, sous des pressions du système relativement faibles, d'en- viron 0,2 M Pa Ces problèmes pourraient être résolus, d'après l'état de la technique, avec des garnitures d'obturation usuelles qui sont éventuellement dévelop- pées au moyen d&une bague de graissage avec boitier rac- cordé. On connaît d'autre part des systèmes d'étanchéité, spéciaux pour la construction de pompes et de compresseurs, fonctionnant avec fluides de barrage. Le développement de la technologie de courant concentré, qui trouve, par exemple, son emploi dans la gazéification de poussière de charbon, pose, pour l'étanchéit/, des conditions beaucoup plus sévères. Dans ce cas, les concentrations en poussière et les pres- sions dans le système peuveint s'élever jusqu'à vingt fois les valeurs mentionnées plus haut Des essais particu- liers ont montré que la transposition des solutions de systèmes d'étanchéité pour courants de poussière faible- ment concentrés avec de faibles pressions dans le systè- me, sur la technologie de courants concentrés à des pressions de service élevées, avec mise en oeuvre simul- tanée de fluides de barrage, n'aboutit qu'à des durées de fonctionnement d'environ 240 heures Etant donné que chaque garniture d'obturation permet de légères pertes par fuite dans le sens d'une chute de pression, de très petites particules de poussière se déplacent, avec le courant de gaz de fuite, au-dessous de la garniture d'ob- turation et aboutissent à la formation d'incrustations sur la surface de glissement de la garniture qui finis- sent progressivement par provoquer le blocage de l'arbre. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif d'étanchéité de grande efficacité qui garantit une étanchéité certaine sur des arbres rota- tifs contre des fluides gazeux fortement agressifs et à compression élevée, notamment des suspensions de poussière dans un gaz porteur à haute pression dans le domaine des courants concentrés. L'invention propose un système dtétan- chéité sur arbres rotatifs, qui est utilisable aussi bien sur des arbres continus que sur des bouts d'arbres, en utilisant, comme élément étanche, une garniture à bouchon obturateur. la solution conforme à l'invention est caractérisée par la combinaison de garnitures à bouchon obturateur avec l'emploi d'un gaz de balayage avec une pression supérieure à celle du système de transport, destiné au balayage des dépôts et à charger en pression le moyen de lubrification. Le caractère important pour l'invention est la mise à disposition d'un gaz de balayage, qui soit identique au fluide en question, ou au gaz porteur d'une suspension de poussière, et qui soit à une pression supé- rieure à la pression intérieure du système de transport. le gaz de balayage est utilisé, d'une part, pour charger les têtes de graissage pour la lubri- fication de la garniture d'étanchéité avec pression, et, d'autre part, il est étranglé jusqu'à une pression un peu supérieure à celle du système de transport, afin de chasser et/ou dc charger u pression les couches incrus- tées sur l'extrémité de l'arbre La combinaison, conforme à l'invention, d'une garniture d'étanchéité obturatrice, d'un fluide de graissage chargé par pression et de gaz de balayage peut être réalisée des deux manières suivantes: 1 La première manière est principale- ment à mettre en oeuvre sur le côté entrainement des ar- bres Conformément à l'invention, comme dernier élément avant la garniture obturatrice de la lunette d'étanchéité, est montée une bague de graissage pourvue de gorges circu- laires qui sont reliées par un perçage avec la tête de graissage Cette dernière est conformée, dans sa partie supérieure, de telle manière que le fluide de graissage soit chargé avec la pression du gaz de balayage qui est supérieure à la pression du système de transport Entre la garniture d'étanchéité et l'espace rempli de fluide ou de suspension, se trouve, sur l'arbre, un décrochement supplémentaire qui laisse, entre l'arbre et le carter, une fente étroite A travers cette fente, à travers une chambre d'entrée et une tôle de répartition, passe une faible partie du gaz de balayage étranglé par l'intermé- diaire de la pression du système. Grâce à l'arrivée continue de courant de gaz dans la fente entre l'arbre et le carter en direction de l'espace de transport, la pénétration de corps étran- gers dans le domaine de la garniture d'étanchéité est empochée Grâce à cette disposition, de faibles quantités de fuite de gaz sont également compensées du fait que le gaz de balayage exempt de poussière surpasse la quantité de gaz de fuite et s'oppose ainsi à l'entrée de corps étrangers dans la garniture Dans le cas cependant dans lequel des corps étrangers seraient refoulés dans la gar- niture à travers la fente balayée, il se produirait tou- jours, dans la garniture, sur la surface extérieure de l'arbre, un mélange encore lubrifiant de corps gras et de corps étrangers En raison de ce que l'agent de graissage est placé sous une pression supérieure à celle du gaz de balayage, lors d'une détente ou d'un arrêt de faible durée des éléments étrangers, les fentes se remplissent de fluide de graissage, de sorte qu'est encore réalisé un déplacement permanent de fluide à partir de la bague de graissage en direction de la lunette d'étanchéité (atmos- phère extérieure) la vitesse de ce déplacement de l'agent de graissage est, en autres conditions, dépendante égale- ment du choix du rapport entre la pression de l'agent de graissage et celle du gaz de balayage, et la consommation d'agent de graissage peut dtre réduite par ajutage correct de ce rapport. 2 la seconde manière de combinaison sert principalement à l'étanchéité d'unités de palier sur des bouts d'arbre Elle est également une combinaison d'une garniture obturatrice avec un agent de graissage sous pression et un gaz de balayage. Selon la solution conforme à l'invention, le tourillon ou bout d'arbre est encapsulé de manière étanche à la pression La pression de balayage qui, con- formément à la première variante, est supérieure à la pression régnant dans le système, agit également sur l'agent de graissage Ia pression de la fraction étran- glée du gaz de balayage, qui est légèrement supérieure à la pression du système, agit à partir du cdté extérieur sur la garniture d'étanchéité. la disposition de la bague de graissage a lieu de manière analogue sur le c 8 té entra nement de l'arbre Grâce à la charge de pression de la totalité de l'intérieur du palier, y compris la garniture d' étan- chéité, on est assuré que, m Ome dans le cas de défail- lance de l'installation de graissage, il existera encore une différence de pression suffisante pour qu'aucun cou- rant de gaz porteur des particules solides transportées, ne puisse pénétrer à travers la garniture la p ression qui s'établit à l'arrière de la garniture s'oppose éga- lement à un transport rapide de l'agent de graissage à travers les éléments de Joint dans le cas de désagréga- tion de la garniture. L'invention est expliquée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation, avec référence au dessin annexé qui représente un sas de roue h aubes de pression, dans lequel sont réalisées les deux variantes possibles de l'ensemble d'étanchéité. Le sas de roue à aubes de pression sert au transport et au dosage d'une suspension de poussière dans un gaz porteur dans le domaine de courant concentré, c'est-à-dire une suspension avec un rapport entre matière solide et gaz porteur de 300 kg/m 3, qui est en outre pla- cée sous une pression de 2,5 M Pa. Sur le côté de gauche de la figure, est représentée la première variante du système d'étanchéité pour le côté entraînement de l'arbre 15 Comme avant- dernier élément de la garniture obturatrice l, à partir de la lunette de garniture 5, est montée une bague de graissage 2 pourvue d'une gorge circulaire intérieure et d'une gorge circulaire extérieure, et qui est reliée à une tête de graissage 4 Dans cette tête de graissage 4, la chambre de réserve pour l'agent de graissage 17 est chargée, par un piston 18, par le gaz de balayage dont la pression est supérieure à la pression régnant dans la suspension de poussière et gaz porteur et qui est notam- ment égale à celle du gaz porteur On obtient ainsi que, dans le cas de désagrégation ou durcissement de la garni- ture obturatrice, les fentes qui en résultent soient rem- plies avec l'agent de graissage et que soit produit un déplacement de l'agent de graissage depuis la bague de graissage 2 en direction de la lunette 5 de la garniture d'étanchéité. En outre, dans le carter 14, se trouve une chambre d'introduction 3 pour le gaz de balayage, qui est reliée par des perçages et des conduites appro- priées, avec le raccord de gaz de balayage 16, avec inter- calation d'une installation d'étranglement 10 Grtce à cet étranglement 10, la pression du gaz de balayage est réduite de telle sorte qu'elle ne soit que légèrement supérieure à la pression du système de suspension de poussière et gaz porteur A partir de cette chambre d'in- troduction 3, le gaz de balayage s'écoule, par l'intermÉ- diaire d'une tôle de répartition 9, à travers la fente 13 qui est formée entre un décrochement saillant 12 de l'ar- bre et le couvercle de carter 21, en s'ajoutant au cou- rant de poussière A travers la fente 13 dégagée par balayage, prévue en avant de la garniture d'étanchéité, il est peu probable, en raison du courant permanent de gaz de balayage, que se produise une pénétration de par- ticules de poussière dans la zone du joint d'étanchéité. Les petites quantités de fuites de gaz à travers le joint se trouvent en outre compensées avec le gaz de balayage exempt de poussière Dans le cas cependant dans lequel, sous l'effet de variations de pression, des portions de poussière parviendraient à travers la fente, la pénétra- tion d'agent de graissage serait en même temps assurée grâce à la pression appliquée à cet agent Par un régla- ge correct de la différence de pression dans l'installa- tion d'étranglement 10, la consommation d'agent de graissage peut être ajustée à un minimum. t L'extrémité de droite de l'arbre, dans le sas de roue à aubes de pression est pourvue de la seconde variante de réalisation possible de l'étanchéi- té Il s'agit alors d'un tourillon ou bout d'arbre, dont l'unité de palier est encapsulée de manière étanche à la pression lia garniture d'étanchéité obturatrice est à nouveau pourvue d'une bague de graissage 2, qui occupe, dans la garniture 1, la place de l'élément d'étanchéité placd en avant de la lunette de garniture la bague de graissage 2 est également reliée, avec les gorges annu- laires, à la tête de graissage 4 qui est chargée en pression par le gaz de balayage la caractéristique de cette variante de réalisation réside en ce que la frac- tion de gaz de balayage étranglée est utilisée pour charger de pression la garniture 1 sur le c 8 té de la lunette 5 le capot d'encapsulage de palier 19 est relié, par l'intermédiaire d'un raccord d'égalisation de pres- sion 8, à l'installation d'étranglement 10 Le capot de palier 19 étanche à la pression, qui est chargé avec la pression étranglée de gaz de balayage, qui se situe légè- rement au-dessus de la pression régnant dans le système de transport poussière/gaz porteur, garantit qu'aucune chute de pression n'est créée à partir du sas de roue en direction de l'unité de palier, à travers le joint d'étanchéité Ainsi sont éliminées les conditions pouvant créer un passage de particules de poussière dans l'61 éé- ment d'étanchéité. De manière analogue à la première variante, les fentes existantes sont remplies avec l'agent de graissage chargé de pression Vu à partir de la roue 11, il est prévu, dans la fente 13 entre l'arbre 15 et le couvercle de carter 21, un coussin d'agent de graissage qui retient les particules de poussières ayant éventuelle- ment pénétré dans le joint Il se crée ainsi, à cet en- droit, après un certain temps, un mélange de graissage et de poussière, qui ne conduit cependant pas à une immobili- sation de l'arbre 15 Un avantage de ce mode de construc- tion réside en ce qu'aucun composant gazeux supplémentaire, dans bien des cas indésirable, n'est introduit dans la suspension poussière-gaz porteur le système d'étanchéité qui est basé, dans oe cas, sur la pression statique ré- gnant à l'arrière de la garniture d'étanchéité 1, exclut les pertes de gaz par fuite à travers la garniture A nouveau, grâce à l'emploi d'agent de graissage sous une pression définie, la consommation d'agent de graissage peut être réduite par un réglage du rapport de pression correct dans l'installation d'étranglement, le niveau de la pression du gaz de balayage au-dessus de la pression du système étant significatif. Après le réglage final de position de la garniture d'étanchéité obturatrice 1, on ajoute un dispo- sitif de serrage ultérieur 7 rendu étanche à la pression par le capot de palier 19, de sorte qu'un ajustement de blocage peut dtre effectué pendant le fonctionnement de la roue à aubes de pression. La solution conforme à l'invention a été soumise, de manière analogue, au sas de roue à cellules sous pression décrit, à des essais de longue durée Il a pu être démontré indubitablement, que, contrairement aux solutions traditionnelles appliquées dans le cas de transports et de dosages d'une suspension poussière-gaz porteur dans le domaine de courant concentré, on a obtenu une sécurité d'étanchéité des joints et des paliers Un blocage de l'arbre par défaillance des éléments d'étan- châité, qui n'est pas exclu dans le cas avec d'autres solutions, ne s'est pas produit. REVENDICATIONS 1 ) Système d'étanchéité sur des arbres, contre des fluides gazeux comprimés, fortement agressifs, avec emploi de garnitures d'étanchéité obturatrices, ca- ractérisé en ce qu'un agent de graissage est chargé en pression, dans une tête de graissage ( 4), par un gaz de balayage qui se trouve à une pression supérieure à celle d'un fluide dans une enceinte ( 20), la tête de graissage ( 4) étant reliée à une bague de graissage ( 2), pourvue d'une gorge circulaire intérieure, et d'une gorge circu- laire extérieure, disposée comme avant dernier élément vu à partir d'une lunette ( 5) dans la garniture d'étan- chéité ( 1), de telle manière que, entre la garniture d'étanchéité ( 1) et l'enceinte à fluide ( 20), soit for- mée une fente ( 13) qui est reliée, par l'intermédiaire d'une tête de répartition ( 9), une chambre d'introduc- tion de courant ( 3) et des perçages appropriés dans le carter ( 14), à une installation d'étranglement ( 10) pour une fraction de gaz de balayage, la pression, après étranglement, étant légèrement supérieure à la pression du système dans l'enceinte à fluide ( 20), et/ou une ex- trémité encapsulée de l'arbre ( 15) étant reliée à l'ins- tallation d'étranglement ( 10) par un raccord d'égalisa- tion de pression ( 8), pour charger de pression la garni- ture d'étanchéité ( 1) sur le côté du palier. 2 ) Système d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, comme gaz de balayage, on utilise le fluide gazeux présent dans l'en- ceinte à fluide. 3 ) Système d'étanchéité suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un dis- positif d'ajustement de serrage est prévu pour le régla- ge ultérieur de la lunette d'étanchéité, rendue étanche à la pression vers l'extérieur par le capot de palier ( 19).