Brevet FR2529988A1 — publié le 19840113

1.- "Garniture d'étanchéité du type à labyrinthe, notamment pour des machines tournantes telles que pompes ou analo- gue s " La présente invention concerne une garniture de joint étanche du type à labyrinthe destinée notamment à des machines rotatives hydrauliques. Des garnitures étanches à labyrinthe sont connues dans la technique depuis longtemps et elles sont mises en oeuvre dans le cas o des paliers de support d'ar- bres sont exposés à la pression de fluides gazeux ou li- quides à viscosité élevée On conna t notamment des garni- tures d'étanchéité à labyrinthe, dans lesquelles la pièce rotative et la pièce stationnaire présentent des profils réalisés par tournage adaptés entre eux par engagement de forme Afin que, ni le rotor, ni le stator euxmêmes ne soient pas soumis à l'usure de frottement, on insère fré- quemment, dans la garniture d'étanchéité à labyrinthe pro- prement dite, des disques de matière synthétique soumis à l'usure La conformation, par engagement de forme, du rotor et du stator nécessite une séparation de la nièce se trou- vant à l'extérieur, pour pouvoir procéder au remplacement des bagues soumises à l'usure. On connaît également des garnitures d'étan- chéité à labyrinthe sans frottement, avec fentes inversées qui sont formées par des fentes-annulaires courtes et des chambres annulaires qui sont disposées l'une derrière l'au- 2.- tre et alternées les fentes annulaires convertissent, com- me emplacements d'étranglement, l'énergie de pression en énergie de vitesse Dans la chambre suivante, il se pro- duit, par tourbillonnement, une conversion en chaleur de frottement Ce processus se répète en fonction du nombre de ces points d'étranglement. La présente invention a pour but de réaliser une garniture d'étanchéité à labyrinthe à coût de construc- tion aussi réduit que possible, qui soit d'entretien fa- cile et qui ne nécessite aucun alésage mécanique, ni sur le rotor, ni sur le stator. Dans ce but, l'invention a pour objet une garniture d'étanchéité du type à labyrinthe, caractérisée en ce que chaque couple de deux bagues, engagées l'une dans l'autre avec jeu, dont l'une, extérieure, est montée dans l'alésage fixe et dont l'autre, intérieure, est calée à la presse sur l'arbre, alterne avec une bague calée sur l'arbre, ou montée à la presse dans l'alésage, et une bague montée avec jeu dans l'alésage ou sur l'arbre. Les dessins annexés représentent trois exem- ples de réalisation différents de l'objet de l'invention. la figure 1 est une vue en coupe partielie à travers une machine hydraulique rotative, dans la zone de la garniture d'étanchéité à labyrinthe, les figures 2 et 3 sont des vues en plan de différentes bagues de la garniture d'étanchéité de la figure 1, la figure 4 est une vue en coupe de la ba- gue suivant la figure 3, la figure 5 est une vue en coupe d'une gar- niture d'étanchéité à labyrinthe dans laquelle toutes les bagues montées à la presse sur l'arbre sont constituées en une seule pièce, la figure 6 est une vue identique d'une garniture suivant la figure 5 avec des disques élastiques 3.- montés à la presse sur l'alésage. Dans la figure 1 le rotor, avec son arbre, est désigné par la référence 1 Sur l'arbre 10 est fixé au moyen d'une vis 11, un couvercle 12 entraîné en rotation avec l'arbre Ce couvercle 12 est rendu à joint étanche par rapport au stator 13, représenté schématiquement, en un emplacement, non représenté Entre le couvercle rotatif 12 et le stator, est ainsi formée une chambre étanche 14. L'arbre 10 traverse le stator dans son alésage 15 L'arbre 10 est rendu étanche par rapport à l'alésage 15 du stator par une garniture d'étanchéité à labyrinthe conforme à l'invention, désignée, dans son ensemble, par la référence 1 A droite du stator 13, dans la figure 1, se trouve le c Sté à étancher A, et, à gauche, dans la chambre 14, se trouve le c 8 té B rendu étanche. Bien entendu, la pièce 10 pourrait aussi bien être un axe rond autour duquel le rotor 13 tournerait En principe, la garniture d'étanchéité à labyrinthe conforme à l'invention,ne serait en rien modifiée, de sorte que, dans la description qui suit, cette solution équivalente ne se- ra pas envisagée. Sur l'arbre 10, sont montées, en-un bloc relativement compact, des bagues 2 et 3 alternées Toutes ces bagues 2 et 3 ont le même rayon intérieur r 1, de telle sorte qu'elles sont reliées ensemble à la presse sur l'ar- bre 10 Les bagues 2 ont un rayon extérieur r 2 nettement plus faible que les bagues 3, dont le rayon extérieur r 5 est cependant plus faible que le rayon r 15 de l'alésage Afin que soit assurée une adaptation de pressage entre les bagues 2 et 3 et l'arbre 10, il est nécessaire que l'arbre soit sur-dimensionné par rapport au rayon intérieur r 1 Des bagues 4 sont disposées concentriquement autour-des bagues 2 Ces bagues 4 présentent un rayon extérieur r 4 qui est sur-dimensionné par rapport au rayon r 15 de l'alé- sage 15, de sorte qu'elles sont engagées à la presse dans 4.- l'alésage 15 Le rayon intérieur r 3 des bagues 4 est plus grand que le rayon extérieur r 2 des bagues 2 logées dans elles, de sorte qu'elles sont placées avec un certain jeu dans les bagues 4 Grâce à cette disposition, des fentes annulaires 20 sont formées alternativement entre les ba- gues 3 et l'alésage 15, ainsi que des fentes annulaires 21 entre les bagues 2 et 4. Toutes les bagues présentent, comme la bagule 3 dans la figure 4, des gorges annulaires concentriques 32 dans leurs flancs latéraux Ces gorges 32 ont une double fonction D'une part, elles diminuent la grandeur des sur- faces de frottement superposées et, d'autre part, elles forment à nouveau des emplacements d'étranglement dans la garniture en labyrinthe. Dans la figure 5 est représenté un exemple de réalisation dans lequel la totalité des bagues calées sur l'arbre 10 sont réalisées en une seule pièce à partir d'un manchon 5 Le rayon de ce manchon, c'est-à-dire le rayon des nervures 6 est identique au rayon extérieur r 5 des bagues 3, tandis que le rayon des gorges intermédiaires 7 correspond au rayon extérieur r 2 des bagues 2 L'arbre est à nouveau sur-dimensionné par rapport au rayon in- térieur du manchon 5 Les bagues 4 se trouvent placées ici entre les nervures 6 et elles sont maintenues par pression dans l'alésage 15, comme dans l'exemple de la figure 1. l es bagues 4 (figure 5) présentent une fente s'étendant diamétralement afin qu'elles puissent être en- gagées dans les gorges 7 du manchon 5. La-variante conforme à la figure 6, comprend à nouveau un manchon 5 qui est calé à la presse sur l'arbre Les bagues 4 qui sont engagées à pression dans l'alé- sage 15 sont cependant prévues ici en matériau élastique qui produit supplémentairement une force radiale dirigée vers l'extérieur et qui agit par des bagues de montage 8 sur les bagues élastiques 4 Comme matériau élastique pour -2529988 5.- les bagues 4, on peut envisager diverses matières synthéti- ques ainsi que des mélanges de matière synthétique et d'a- miante Les bagues de montage 8 sont constituées, de préfé- rence, en acier à ressort, Dans le cas oh, entre le stator 13 et le couvercle rotatif 12, se trouve formée, comme dans la fi- gure 1, une chambre rendue étanche 14, il est possible de charger celle-ci en pression par le stator, par l'intermé- diaire d'une conduite de pression Avantageusement, on uti- lise, sur le côté rendu étanche B, le même moyen d'étanché- ité que sur le c 8 té à étancher A En tous cas, il n'est pas indispensable que le moyen d'étanchéité soit dans le même état sur les deux côtés. La garniture d'étanchéité à labyrinthe décri- te, s'est montrée, dans des essais, comme convenant excep- tionnellement bien, notamment pour des pompes ou des em- plois cryogéniques La garniture d'étanchéité conforme à l'invention est, d'une manière générale, utilisée pour tou- tes les machines hydrauliques rotatives, sans que cet em- ploi soit limitatif Comme autre exemple d'utilisation, on peut citer son emploi pour l'étanchéité d'un arbre ou d'un axe à travers le couvercle d'un autoclave, Les avantages essentiels de la garniture d'étanchéité de l'invention, résident entre autres dans une fabrication économique, une simplicité de montage, une facilité d'échange des éléments, une très faible usure, une simplicité de construction de l'arbre et de l'alésage, ainsi que du rotor et du stator. 6.- REVEND I C AT I O N S 1. Garniture d'étanchéité' à labyrinthe, no- tamment pour son utilisation dans des machines rotatives hydrauliques, caractérisée en ce que deux bagues engagées l'une dans l'autre avec jeu, s'alternent, la bague exté- rieure ( 4) étant montée à la presse dans l'alésage ( 15) et la bague intérieure ( 2) étant calée à la presse sur l'ar- bre ( 10), avec une bague ( 3) calée à la presse sur l'arbre ( 10) ou dans l'alésage ( 15) et engagées avec jeu dans l'alé- sage ( 15) ou sur l'arbre ( 10). 2. Garniture d'étanchéité suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que les flancs latéraux ( 31) des bagues ( 2, 3, 4) appliquées l'une contre l'autre, sont pourvus de gorges concentriques ( 32). 3 Garniture d'étanchéité suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que la bague ( 3) qui est calée avec jeu sur l'arbre ( 10) ou dans l'alésage ( 15) est constituée en un matériau possédant un coefficient de fric- tion différent de celui des deux bagues ( 2, 4) engagées l'une dans l'autre, avec jeu. 4. Garniture d'étanchéité suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que toutes les bagues ( 2, 3) qui sont montées à la presse sur l'arbre ( 10) sont formées par tournage en une seule pièce dans un manchon ( 5). 5 Garniture d'étanchéité suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que toutes les bagues qui sont montées à la presse dans l'alésage ( 15) sont formées par tournage en une seule pièce dans un manchon ( 5)0 6. Garniture d'étanchéité suivant la reven- dication 4, caractérisée en ce que les bagues ( 4) qui sont montées à la presse dans l'alésage ( 15) sont constituées en un matériau élastique et sont poussées vers l'extérieur au moyen de bagues à ressort ( 8). 7. Garniture d'étanchéité suivant la reven- dication 1, caractérisée en ce que, du c 8 té rendu étanches 7.- (B) de la garniture à labyrinthe ( 1), entre l'arbre ( 10) et l'alésage '( 15), se trouve formée une chambre étanche ( 14) qui est ehargée de pression au moyen d'une conduite de pression, de telle sorte que la pression se propage, à travers la garniture ( 1) sur le c 8 té (A), à rendre étanche.