Brevet FR2531514A1 — publié le 19840210

Joint hydraulique La présente invention concerne un joint hydraulique. On connaît des joints hydrauliques qui relient deux -pièces pouvant tourner l'une par rapport à l'ur et qui oi Rpranniant une première pièce rotative dans laquelle on a m-ana&ge un renfoncerant orienté dans le sens radial vers lintérieur et une deuxième pièce rotative tournant dans la n 2 ema, sens, mais à une vitesse inférieure, et comportant une ailet-te d'étonchéité -qui fait saillie à l'intérieur du ren -iofenemo U e renfo ncement est délimite par une collerette E,amee et une collerette aval et est rempli de liquide Le Aiide est Maintonu on place par la force centrifuge et l'ai- 2 te sBtend asso, nein dans le siens railour arordoani G e liq:ulde conztain dans la renfoncement et forie -à 5 merz une brir mhn tout pas sage do gaz à tiraarers le j oî à tLes termes;D s Vmntdee e déiisn ar, -, rp LQ iau oens d,55 coulement des gaz Si la colles-rette aval Z cec-ed ass ZGF loi L dans le zemus radial -, oie 7 peut faire en s Jr e Mue la foree centrifuage qui S 9 ezerce sur le liquide entr G leted 16 &tanàchë 6 ité et la collerette aval soit supérieure erees de îrsinqui, S O oexercent Our lea liq%Éâe an zkamont de 2 ailete dtnc te qui a pour effet de r Czaiise:r G be rri I're compllto S 9 opposant au passage da gaz au nra de l,ailette d 1 6 tanchéité L force detanmn qui produit la rotation du lisuidedans le renfoncement résulte du frottement qui, 2 a Gzcrea entre L le liquide et les parois du rnocmn ou a J qt:;ur due liquide lui- même Il y a donc un facteur do aotqui lmh a totalit& du liquide d'atteindre son o mmentangula"ire mâaimal -ce qui a, pour effet de provoquer pn Gr-î de pressien de centrifugation dalla la liquide. Les, joints de ce type -e sont donc utilisés et ne Lfonctionient d 9 une manière satisfaisante qu'avec de faibles cautc'urs de collerettes et lorsque la pression de gaz est assez fable 9 do l 9 ordre de 35)455 à 7 O910 Pa par exemple O De plus leujr utilisation est limitée au cas o les deux pièces constituant la joint tournent dans le même sens. 253151 4 Lorsque la pression de gaz est beaucoup plus élevée, de l'ordre de 426 473 à 569-306 Pa par exenp Ie, il faut eue lee forces centrifuges dans le liai'-ide Soient beaucoup Plus considé- rables, ce qui conduit', à dourrazc à la collerette aval une beau- coup ?Ius grande Hauteur dans 2 sens Or, pour des p-P t OUJOUI-2-0 Possible d'uti- îOGZ des pa -,_oîllcs domz IED _no Z-adial F,mn G le czz O leo, piièceo le iolls-ú -0 en O Gns contraire y 7 D(D d pas zang, c U t G m a Z -Z G C -a e C C, u î d C rai d ,a Z 41 z (C-o nicuiv(:-me-n"Its -_er sur-finces den CI- 1 t d î z ïo O a CI C1 arb 2 O G c G oui I,, rw-md Iî itèta GCIDL; - O e Ca O ci delà (,Zj Z n-" 2 c-, IM d G a -0 e 0:3 ià nu a 1-? irau, m O t 7-, i Z O I du Cpili so -Z u-, e CIO U. à crise ide dm 1 (s- an D,ut de la de la cilun lr e-_ 7 ficaci oui Suffizari aent r JOUL, (M AGO e 1 if-fi-cult( O C d e C, 2, Zî O 2; a î e -à à m I an, îa O l O pp nr O é 1 zm C n, z;u r î-àL' a D_ a C,but est attaint, 11-Ritiliza- L) dlum 'à-hydraul tourn(Dr 1-lune par rae or' à llau'Z G -,lui acmprend un renfoncement, P L Il criont A_ -fers l'intérieur danz IG ozmno radial et déliîait 4 par une collerette amont et fine a-val qui font partie de la pièce qui tourne à la pluo grande vitesse, un dispositif _ 35 de l'huile ju Gqu-le Ll _rsnfzacement, une ailette d Iétan- oui fait partie de Ilmutra pièce rotative et fait 253 1514 saillie assez loin à l'intérieur du renfoncement pour pénétrer dans le liquide maintenu dans le renfoncement par une force centrifuge et une pompe montée sur la pièce qui tourne à la plus grande vitesse de manière à pouvoir recevoir du liquide provenant d'un réservoir ou du renfoncement pour entraîner le liquide à la vitesse de la pièce et à l'introduire dans le renfoncement dans la zone de ce renfoncement qui se trouve la plus proche de l'extérieur dans le sens radial. Cette disposition-fait que, notamment dans un joint formé de deux parties tournant en sens contraire, il y a davantage de liquide entraîné à la vitesse de la pièce qui tourne à la plus grande vitesse et que le liquide est soumis à une force centrifuge maximale qui compense l'action con- traire de la rotation des pièces en sens contraire De plus, si l'on fait en sorte que le dispositif amenant le-liquide le fasse arriver à l'entrée de la pompe, celle-ci, après une quelconque perte de liquide du joint, réamorcera le renfonce- ment en y refoulant du liquide sous une pression de centri- fugation maximale, ce qui permettra d'arrêter le passage d'air au niveau de l'ailette d'étanchéité. La pompe est constituée de préférence par des aubes ou par un élément poreux qui assure l'entraînement positif du liquide. Dans un mode de réalisation de l'invention, les deux pièces qui tournent l'une par rapport à l'autre sont les deuxarbres, tournant en sens contraire, d'une turbine à gaz et c'est de l'huile qui est employée comme liquide empêchant le passage de l'air entre les arbres. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen de deux exemples de réalisation en se référant au dessin, La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un joint suivant l'invention placé entre deux arbres; La figure 2 est une vue en coupe similaire à la figure 1 d'une autre forme de joint suivant l'invention;placé entre deux arbres. 25315,14 Les arbres ( 1) et ( 2) représentés sur la figure 1 tournent en sens contraire, l'arbre qui est situé le plus à l'extérieur dans le sens radial étant celui qui tourne à la plus grande vitesse La surface intérieure de cet arbre extérieur comporte un renfoncement ( 3) délimité par la collerette amont ( 4) et la collerette aval ( 5) et compris entre elles Les termes d'amont d'aval se définissent par rapport au sens d'écoulement des gaz, entre les arbres, indiqué par la flèche (A). L'arbre intérieur, qui est celui qui tourne à la vites- se la plus faible, comporte une ailette annulaire ( 6) qui fait saillie dans le sens radial à sa surface et s'étend assez loin dans le sens radial pour pénétrer dans le liquide maintenu dans le renfoncement par les collerettes Le liquide arrive dans le renfoncement par un tube ( 7) qui amène le liquide dans le renfoncement depuis son extrémité aval. L'air qui s'écoule dans l'espace annulaire compris entre les arbres dans la direction de la flèçhe (A) doit passer par-dessus le bord de l'ailette d'obturation ( 6) pour traverser le joint Dans ces conditions, mi la collerette ( 5) est suffisamment haute, la force centrifuge qui s'exerce sur toute la hauteur de l'huile entre la collerette( 5) et l'ailette ( 6) produit une pression qui est assez forte pour surpasser la pression de l'air exercée sur l'huile de l'autre cêté de l'ailette et réaliser un blocage total de l'air. Du fait que les arbres tournent en sens contraire l'ailette d'obturation exerce sur l'huile une traction due à la viscosité qui s'oppose à la force d'entraînement exercée par les surfaces du renfoncement Cette opposition tend à ré- duire la vitesse moyenne de l'huile dans le renfoncement d'un "facteur de glissement" qui peut être très élevé Pour s'op- poser au glissement, l'appareil est muni d'une pompe ( 9) qui a la forme d'aubes montées entre le côte aval de la collerette ( 5) et une autre paroi ( 10) faisant saillie à partir de 3.5 l'arbre ( 2) et s'étendant vers l'intérieur dans le sens radial Le tube d'amenée du liquide qui, dans l'exemple dé- crit, fait arriver le liquide au niveau de l'extrémité aval du renfoncement, est monté de telle manière qu'il amène le liquide aux extrémités des aubes qui sont situées le plus à l'int&rieur dans le sens radial et constituent l'entrée de la pompe ( 9) La sortie de la pompe fait passer le liquide, au niveau du diamètre du renfoncement qui est le plus vers l'extérieur dans le sens radial, dans un passage annulaire ( 12) qui se termine à proximité immédiate du bord de l'ailette 6 Si l'on fait en sorte que les extrémités des aubes repren- nent tout le liquide qui passe par-dessus la collerette( 5), on peut réaliser un circuit de reoyclage dans le renfoncement, le liquide à grande vitesse qui provient du passage annulaire ( 12) descendant vers l'intérieur en traversant l'espace libre ( 13) compris entre l'ailette ( 6) et la paroi ( 14) du passage ( 12) Le courant de recyclc peut compléter ou remplacer l.apport de la pompe ( 9) On voit donc que la pompe ( 9) en- traîne le liquide positivement à la vitesse de rotation de l'arbre ( 2) Il en résulte qu'une partie au moins de l'huile atteint la pression de centrifugation maximale La largeur du passage annulaire ( 12) est égaleà celle de l'expace libre compris entre l'ailette ( 6) et la base du renfoncement ( 3) de sorte que la pression dé centrifugation maximale peut être réalisée à l'intérieur de l'huile dans la totalité de l'espace libre. La poâpe augmente donc l'efficacité du joint en Aliminant le facteur de glissement à l'interieur du liquide,9 qui intervient dans tous les joints dans lesquels le frotte- ment entre le liquide et les surfaces du renfoncement con titue la seule force entraînant le liquide Elle permet donc de produire une pression plus grande à l'int 6 rieur du liquide pour une moindre hauteur du liquide dans le sens radial. Dans un joint pour turbines à gaz comportant des arbres tournant en sens contraire 9 le liquide utilis& est de l'huile de moteur et le brassage de l'huile par les ailet- tes tournant en saens contraire provoque son échauffement, da sorte qu'il est important d'amener au renfoncement de = 2531514 l'huile froide pour éviter l'ébullition ou la formation d'é- cume dans l'huile, ce qui permettrait un passage d'air dans le joint Des orifices ( 8) ménagés en amont de la collerette amont ( 4) permettent aux éclaboussures d'huile produites en amont de cette collerette de passer dans les drains montés en amont de l'appareil. Pendant le fonctionnement normal de l'appareil, la pression de l'air enfermé est toujours fonction de la vitesse de l'appareil de sorte qu'aux faibles vitesses, lorsque la pres- sion de centrifugation de l'huile est faible, la pression de l'air à laquelle elle doit résister est également faible. Cependant, si, pour une raison quelconque, l'arrivée d'huile se trouvait interrompue après que la pression de l'air ait atteint sa valeur maximale et Si le joint était déficient, un jet d'air extrêmement rapide passerait au-dessus du bord de l'ailette ( 6) de sorte qu'au moment, o l'arrivée d'huile reprendraitil'huile ne pourrait pas atteindre le renfoncement ni arriver à la pleine valeur de sa force centrifuge Par contre, dans le joint muni d'une pompe qui fait l'objet de la présente invention, la pompe entraine l'huile positivement jusqu'à la vitesse de rotation maximale et la pousse dans le renfoncement sous la pression de centrifugation maximale. De ce fait, le joint se trouve réamorcé. Un autre mode de réalisation d'un joint constituant une solution plus particulière du problème est représenté par la figure 2 Les parties du joint identiques à celles de la figure 1 sont désignées par les mêmes références Dans ce mode de réalisation, la hauteur dans le sens radial de la col- lerette aval ( 5) est supérieure à la hauteur dans le sens radial de la paroi ( 10) de la pompe ( 9) située encore plus en aval et la totalité de l'huile amenée au joint arrive à l'entrée de la pompe Le passage annulaire ( 12) est délimité par l'arbre ( 2) et un manchon cylindrique ( 15) qui s'étend vers l'amont au-delà de l'ailette ( 6) et le passage ( 12) amène -35 l'huile directement dans le renfoncement du côté amont de l'ailette à travers les orifices ( 16) Des aubes de pompage eépplmentaires ( 17) sont montées sur la collerette aval ( 5). Dans ces conditions, apres un incident de fonction- nement du joint dû à une perte d'huile momentanée, lorsque l'arrivée de l'huile reprend, l'huile est envoyée sous une pression de centrifugation maximale du côté amont de l'ailet- te ( 6) de manière à reconstituer le joint. REVENDICATIONS 1. Joint hydraulique entre deux pièces pouvrant tourner l'une par rapport à l'autre, comprenant un renfoncement ( 3), orienté vers l'intérieur dans le sens radial et délimité par une collerette amont ( 4) et une collerette aval ( 5) situées sur la pièce ( 2) qui tourne a la vitesse la plus grande, un dispositif ( 7) amenant un liquide jusqu Vau renfoncement ( 3), une ailette d'étanchéit ( 6) 9 située sur l'autre pièce rotative ( 1) et faisant saillie assez loin a l'intérieur du renfoncement ( 3) pour pénétrer dans le liquide maintenu dans le renfoncement par la force centrifuge, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre,9 une pompe ( 9) tournant avec la partie qui tourne à la vitesse la plus grande et montée de manière à recevoir le liquide provenant du dispositif d'ali- mentation ( 7) ou du renfoncement ( 3) pour entraîner ce liquide à la même vitesse que la pièce ( 2) et l'envoyer dans le renfoncement ( 3), dans la zone qui se trouve la plus proche de l'extérieur dans le sens radialo 2.o Joint hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pospe ( 9) comporte des aubes montées sur une paroi ( 10) qui s'étend dans le sens radial vers l'in- térieur de la pièce ( 2) qui tourne e la vitesse la plus grande. 3. Joint hydraulique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce ( 2) qui tourne à la vitesse la plus grande comporte une paroi ( 10) qui s'étend dans le sens radial vers l'int Arieur en aval et a une certaine distance de la collerette aval ( 5) et en ce que des aubes s'étendent entre cette paroi ( 10) et la collerette ( 5). 4 Joint hydraulique selon la revendication 39 caractérisé en ce qu'il comporte un passage annulaire ( 12) délimité par le bord extérieur, dans le sens radial,9 de la collerette aval ( 5) et la surface intérieure, orientée dans le sens radial, de la pièce ( 2) correspondante, la sortie de la pompe ( 9) étant placée de manière que l'écoulement s'effectue par ce passage ( 12) 5. Joint hydraulique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi ( 10) orientée vers l'intérieur dans le sens radial s'étend plus loin vers l'intérieur que la collerette aval ( 5). 6 Joint hydraulique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon cylindrique ( 15) entourant, à une certaine distance dans le sens radial 9 la partie ( 2) du joint qui tourne à la vitesse la plus grande et se terminant, du c Sté de son extrémité aval, dans la paroi ( 10) orientée vers l'intérieur dans le sens radial, cette paroi ( 10) orientée vers l'intérieur dans le sens radial s'étendant moins loindans le sens radial, que la collerette aval ( 5), le dispositif ( 7) d'amenée du liquide au renfoncement ( 3) étant monté de manière à amener le liquide jusqu'aux extrémités des aubes ( 9) situées le plus à l'intérieur dans le sens radial, ces aubes faisant passer le liquide directement du dispositif d'amenee ( 7) à l'espace libre ( 10) compris entre le manchon ( 15) et la partie ( 2) correspondante du joint et un ou plusieurs orifices ( 8) étant ménagés dans cette pièce ( 2) et permettant la pénétration du liquide, pendant le fonction- nement, dans le refoncement ( 3) au niveau de sa zone la plus proche de l'extérieur dans le sens radial. 7. Joint hydraulique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les orifices ( 8) ménagés dans la pièce ( 2) se trouvent à l'amont de l'ailette d'étanchéité ( 6) 8. Joint hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les pièces ( 1 et 2) qui tournent l'une par rapport à l'autre sont deux arbres, d'une turbine à gaz tournant l'un par rapport à l'autre. 9 Joint hydraulique selon la revendication 8,9 caractérisé en ce que les arbres ( 1 et 2) tournent en sens contraireso