Brevet FR2545570A1 — publié le 19841109

l 2545570 La présente invention concerne des dispositifs ou garnitures d'étanchéité d'arbres, c'est-à-dire des gar- nitures d'étanchéité qui sont associées à un arbre rotatif traversant la paroi d'un corps ou logement de retenue de fluide et qui peuvent efficacement empêcher la perte de fluide par le corps ou logement. L'invention concerne particulièrement, quoique non exclusivement, de telles garnitures d'étanchéité asso- ciées à des arbres d'entraînement de rotor traversant le corps de pompes mécaniques à vide contenant un fluide de pompage relativement onéreux. L'utilisation de garnitures d'étanchéité, asso- ciées à des arbres rotatifs traversant une paroi de corps, est extrêmement bien connue et la gamme des modèles disponi bles est très grande On pense qu'une référence quelconque à de tels modèles de garniture d'étanchéité est superflue puisqu'ils couvrent un domaine extrêmement large d'applica- tion Cependant, la complexité de telles garnitures connues d'arbres varie avec le domaine d'application; en général, la complexité de telles garnitures d'étanchéité augmente à mesure que la nécessité d'empêcher une fuite de fluide à l'interface arbre/corps ou logement, devient progressive- ment plus importante, et des garnitures d'étanchéité assu- rant un contact glissant avec un arbre dans-une multitude de régions ont été proposées pour des cas dans lesquels il est particulièrement nécessaire d'empêcher une fuite ou bien lorsque le fluide se trouve à une pression sensible- ment supérieure à la pression atmosphérique. Toutes les garnitures d'étanchéité connues de ce genre présentent, cependant, l'inconvénient qu'en cas d'usure ou de panne, ou pour une autre cause, une fuite de fluide sortant du corps va se produire Par exemple, dans le cas des pompes mécaniques à vide spéciales, conte- nant des fluides de pompage inertes, stables et chimiquement complexes, une fuite éventuelle et la fourniture d'un appoint de fluide qui en est la conséquence peuvent impli- quer une forte dépense. 2 2545570 Un objet de la présente invention consiste donc à fournir un dispositif d'étanchement d'arbre, dans lequel les inconvénients provenant de la perte potentielle des fluides peuvent être diminués. Donc, dans son aspect le plus large, la présente invention propose un dispositif d'étanchement pour arbres rotatifs traversant la paroi d'un corps de retenue de fluide, ce dispositif comportant au moins deux éléments d'étanche- ment assurant un contact d'étanchement avec l'arbre en deux régions espacées et destinés à délimiter une chambre de collecte de fluide entre les régions, ainsi qu'un dispositif destiné à transférer de la chambre tout fluide ayant fui le corps. Dans sa forme la plus élémentaire, le dispositif de transfert peut comprendre n'importe quelle sortie,ouver- te en permanence ou obturableménagée à la base de la cham- bre de collecte de fluide De cette façon, tout fluide ayant fui le corps sera déchargé par gravité de la sortie de la chambre de collecte pour être retenu dans un récipient con- venable avant d'être recyclé vers le corps Une perte par fuite est donc compensée sans qu'il soit nécessaire d'intro- duire du fluide frais et potentiellement onéreux. Dans une forme préférée de réalisation de l'in- vention, cependant, le dispositif de transfert comprend un tube reliant la base de la chambre de collecte au corps contenant le fluide Dans ce cas, un écoulement de gaz appliqué à une entrée ménagée dans la chambre de collecte, commodément à son extrémité supérieure, contribue au trans- fert du fluide résultant de la fuite, de la chambre de col- lecte vers et dans le corps. Lorsque la garniture d'étanchéité d'arbre de l'invention est associée à l'arbre d'entraînement du rotor d'une pompe mécanique de n'importe quel genre connu, le gaz traversant la chambre de collecte peut former la tota- lité ou une partie du gaz auxiliaire contribuant au fonc- tionnement de la pompe Le gaz peut être de l'azote sec ou n'importe quel autre gaz convenable, et il est commodé- 3 25455 10 ment fourni à l'entrée de la chambre de collecte à txc pression manométrique se situant entre 0,1 et 0,2 bar. Dans le cas idéal, il est prévu à la surface de l'arbre des organes destinés à inhiber l'écoulement du fluide de fuite vers l'élément axialement le plus externe d'étanchement et à encourager la décharge du fluide de la surface de l'arbre dans la chambre de collecte; de tels organes peuvent comprendre une bague torique fixée autour de l'arbre ou une gorge usinée ou ménagée d'une autre façon à la surface de l'arbre entre les éléments d'étanchement. Une forme de réalisation de l'invention sera maintenant décrite plus particulièrement, à titre d'exemple illustratif et nullement limitatif, en regard du dessin annexé dont la figure unique est une coupe latérale de l'extrémité menée d'une pompe mécanique à deux étages d'un genre connu. En se référant à la figure unique, on voit que l'arbre 2 d'entraînement du rotor de la pompe, pouvant être relié à un générateur de force motrice du type moteur élec- trique (non représenté) traverse la paroi 4 d'extrémité du corps de pompe qui contient le fluide de pompage, comme par exemple un polyéther fluoré. La structure d'une telle pompe mécanique, qu'il s'agisse d'une pompe à rotor garniede palettesou celle connue classiquement comme une pompe "Roots" ou un autre genre est suffisamment bien connue pour qu'il ne soit pas nécessaire d'en présenter une description détaillée Une pompe à palettes typique à deux étages utilisant un fluide auxiliaire pour son fonctionnement est, par exemple, décrite dans le brevet GB-A-1 282 197 (Balzer); une description plus détaillée n'a pas d'importance pour la présente inven- tion et n'est donc pas fournie. A la surface externe de la paroi d'extrémité 4 est fixé un cylindre 6 partiellement fermé, que traverse également l'arbre 2 et qui est destiné à former une chambre de collecte, indiquée de façon générale en 8, pour recevoir du fluide de pompage ayant fui le corps de la pompe. Les extrémités radialement externes de deux éléments 10,12 élastiques, espacés,à rôle d'étanchement, sont fixées de manière appropriée à la surface interne du cylindre 6 de délimitation de la chambre 8 Ces éléments sont en une matière conue, comme du "Teflon" (marque com- merciale enregistrée) et ils sont d'un type connu en pratique Les éléments 10,12 sont disposés de manière à assurer un contact glissant avec la surface de l'arbre, l'élément 10 ayant surtout pour rôle d'empêcher efficacement une fuite de fluide du corps ou enveloppe, délimité par une paroi d'extrémité 4, vers la chambre 8, et l'élément 12 ayant pour rôle d'empêcher efficacement une fuite finale du fluide de la chambre 8 de collecte Une bague torique 14, fixée étroitement sur l'arbre 2 avec lequel elle peut tourner et/ou une gorge 16, usinée à la surface de l'arbre,- peuvent efficacement intercepter le fluide et empêcher le fluide qui a fui en regard de l'élément 10 d'atteindre l'élément 12 La bague torique et/ou la gorge peuvent en outre, avec l'arbre en rotation, contribuer efficacement à rejeter de l'arbre le fluide ainsi intercepté et projeter ce fluide, par l'action de la force centrifuge, dans la chambre 8. Une sortie 18 est ménagée à la base du cylindre 6 et elle permet la retenue, en vue du recyclage vers la pompe, du fluide de fuite qui se rassemble dans la chambre 8 Dans la forme préférée de réalisation décrite, cependant, une entrée 20, à l'extrémité supérieure du cylindre 6, est destinée à introduire du gaz, acheminé par un tube 20 ' sous une pression positive, dans la chambre 8; cet écoulement de gaz va quitter la chambre 8 en empruntant la sortie 18 et il revient par le tube 22 dans l'enveloppe du corps de pompe Le gaz va jouer le rôle d'un véhicule qui balaye la chambre 8, en entraîne le fluide de fuite et fait revenir, vers l'enveloppe du corps de pompe, tout 'le fluide de fuite collecté dans la chambre. Le gaz qui, dans cétte forme de réalisation, est de l'azote sec, est fourni à la pompe par une entrée 2545570 de gaz auxiliaire (également non représentée) à une pr ssi z manométrique positive se situant entre 0,1 et 0,2 bai. On choisit dans chaque cas les valeurs de la pression et du débit de gaz selon les paramètres nécessaires au fonc- tionnement de la pompe On comprendra que l'invention four- nit un moyen mécaniquement simple et peu onéreux pour dimi- nuer une perte inévitable de fluide et pour éviter la néces- sité d'assurer l'étanchement d'arbres à l'aide de disposi- tifs ou garnitures complexes et très élaborés. On comprendra également que, bien qu'ayant été décrite à propos d'une pompe mécanique à vide, l'inven- tion peut également s'appliquer à d'autres appareils comme des moteurs, des turbines et mécanismes analogues impliquant le passage d'un arbre rotatif à travers une paroi d'enve- loppe qui retient un fluide lubrifiant ou un autre type de fluide Des gaz autres que de l'azote sec entrent égale- ment dans le cadre de la présente invention, qu'ils soient appliqués sous pression positive ou sous aspiration. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté. 6 2545570 REVENDICATIONS 1 Dispositif pour l'étanchement d'un arbre ( 2) rotatif traversant la paroi ( 4) d'une enveloppe ou corps de retenue d'un fluide, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux éléments ( 10,12) d'étan- chement assurant un contact d'étanchement avec l'arbre ( 2) en deux régions espacées et destinés à délimiter entre les- dites régions une chambre ( 8) de collecte du fluide, ainsi qu'un dispositif destiné à transférer de la chambre ( 8) tout fluide ayant fui le corps précité. 2 Dispositif d'étanchement selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la chambre ( 8) de collecte de fluide est formée par une paroi extérieure ( 6) entourant l'arbre ( 2) ainsi que par les éléments ( 10,12) d'étanchement dont les extrémités radialement externes sont fixées à la surface interne du cylindre ( 6) délimitant la chambre ( 8). 3 Dispositif d'étanchement selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'une extrémité de la paroi de la chambre est fixée au corps de retenue de fluide. 4 Dispositif d'étanchement selon la revendica- tion 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le dis- positif pour transférer du fluide de la chambre ( 8) comprend une sortie ( 18) ménagée à la base de la paroi ( 6) de la chambre. 5 Dispositif d'étanchement selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'un conduit ( 22) est agencé de manière à recycler le fluide de la sortie ( 18) dans le corps de retenue de fluide. 6 Dispositif d'étanchement selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une entrée ( 20), ménagée dans la paroi ( 6) de la chambre ( 8), est destinée à recevoir un écoulement de gaz capable de balayer efficacement la chamre ( 8) de collecte pour en entraîner le fluide de fuite. 7 Dispositif d'étanchement clorn l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de l'arbre ( 2) comporte des organes destinés à inhiber l'écoulement du fluide de fuite vers l'élément ( 12) le plus externe d'étanchement. 8 Dispositif d'étanchement selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que-les organes sont disposés entre les éléments ( 10,12) d'étanchement. 9 Dispositif d'étanchement selon la revendica- tion 7 ou 8, caractérisé en ce que les organes comprennent une gorge ( 16) ménagée à la surface de l'arbre ( 2). Dispositif d'étanchement selon la revendi- cation 7 ou 8, caractérisé en ce que les organes compren- nent une bague torique ( 14) fixée sur l'arbre. 11 Dispositif d'étanchement selon l'une quelcon- que des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que l'arbre est l'arbre menant d'une pompe mécanique à vide et en ce que du gaz est appliqué à l'entrée ( 20) de la chambre ( 8) de collecte pour former une partie au moins du gaz auxi- liaire contribuant au fonctionnement de la pompe. 12 Pompe mécanique comportant un dispositif d'étanchement, caractériséeen ce que ce dispositif comprend des éléments espacés ( 10,12) d'étanchement délimitant une chambre ( 8) de collecte de fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes.