Brevet FR2547889A1 — publié le 19841228

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif destinés à assurer l'étanchéité périphérique, au passage d'une cloison, d'un axe tournant en milieu aqueux. Plus généralement, l'invention a pour objet un procédé d'isolation d'un premier milieu par rapport à un second milieu délimité entre un arbre tournant et un tube l'entourant sur une partie de sa longueur, ledit arbre émergeant dudit tube vers ledit premier milieu. Dans l'application envisagée plus haut, le premier 10 milieu est constitué par l'intérieur d'une coque de bateau et le second milieu est constitué par l'eau pénétrant entre l'arbre d'hélice du bateau et le tube d'étambot qui l'entoure au niveau o ledit arbre traverse ladite coque. En marine, l'étanchéité d'un arbre d'hélice traversant 15 la coque est traditionnellement effectuée par un presse-étoupe à fort coefficient de friction et fuite nécessaire. D'autres moyens ont, certes, été proposés pour assurer cette étanchéité mais ils n'ont guère rencontré de succès auprès des utilisateurs du fait que leur structure est compliquée. 20 La présente invention a pour but d'apporter un procédé et un dispositif qui, au contraire, soient simples, permettent un fonctionnement à très basse friction et offrent une étanchéité totale. Ce but est atteint en ce sens que l'invention propose 25 un procédé d'isolation qui consiste à enfermer la zone d'émergence de l'arbre hors du tube, dans une chambre définie, d'une part, par une pièce dont une partie au moins forme une butée annulaire en un matériau dur et poli et, d'autre part, par des moyens constitués par une pièce unique 30 adaptée à s'auto-appuyer sur ladite butée pour assurer l'étanchéité ainsi que le rattrapage du jeu dudit arbre et de sa propre usure, ladite pièce se terminant, d'un côté, par une lèvre à haut coefficient de glissement venant en appui contre la butée et, de l'autre côté, par une gaine, 35 ladite pièce et ladite gaine enserrant et étant bloqués respectivement sur le tube et sur l'arbre, ou sur l'arbre et sur le tube. Ce procédé fait appel au principe d'étanchéité connu réalisé par la friction d'une pièce en matériau dur et poli (inox poli ou céramique) contre une autre pièce à haut coefficient de glissement *(graphite pur ou matière graphi5 tée), l'une tournante, l'autre fixe, la pression étant réalisée par une pièce intermédiaire, étant cependant entendu, qu'ici, cette pièce intermédiaire et la pièce à haut coefficient de glissement ne sont qu'une seule et même piece. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, la pièce unique adaptée à s'auto-appuyer sur la butée est constituée par un soufflet à spires épaisses en un matériau élastomère se terminant, d'un côté, par un cône à lèvre dont la lèvre à haut coefficient de glissement vient en appui contre la 15 butée et, de l'autre côté, par une gaine Ainsi, la pression de la pièce à haut coefficient de glissement, c'est-à-dire de la lèvre, contre la pièce en matériau dur et poli, c'est-à-dire la butée annulaire, est exercée par les spires du soufflet. Une seule pièce, à savoir la gaine à soufflet, assure donc une étanchéité dynamique à pression d'eau variable entre l'arbre d'hélice et le tube d'étambot par appui de sa lèvre contre la butée, fournit, grâce à ses spires épaisses et sans ressort ajouté, la pression nécessaire au maintien 25 de cet appui et au rattrapage automatique du jeu dû à l'usure et au passage de marche avant en marche arrière ainsi qu'au déplacement de l'arbre sous un angle solide -c'est-à-dire dans toutes les directions délimité par le cône de débattement du soufflet par rapport à la butée. Le dispositif selon l'invention est donc un joint tournant constitué, d'une part, par une pièce dont une partie au moins forme une butée annulaire en un matériau dur et poli et, d'autre part, par un soufflet à spires épaisses en un matériau élastomère se terminant, d'un côté, par un 35 cône à lèvre dont la lèvre à haut coefficient de glissement est adaptée à venir en appui contre la butée et, de l'autre côté, par une gaine, ladite pièce et ladite gaine étant adaptées à enserrer et à être bloquées respectivement sur le tube et sur l'arbre, ou sur l'arbre et sur le tube. Dans une première forme d'exécution, la pièce dont une partie forme butée est constituée par un manchon en un matériau dur et poli adapté, d'une part, à entourer l'arbre 5 avec interposition d'au moins un joint torique logé dans une gorge prévue dans ledit manchon et, d'autre part, à être bloqué sur ledit arbre De son côté, la gaine du soufflet est adaptée à entourer le tube et à être bloquée sur ce dernier. Dans ce cas, la pièce dont une partie forme butée tourne avec l'arbre et la gaine à soufflet est fixe. Le soufflet est enfilé sur le tube sensiblement jusqu'à sa jonction avec le cône à lèvre de sorte qu'il utilise le tube comme guide et limite son désalignement à la tolérance 15 prévue quelle qu'en soit la cause (couple au démarrage, chute d'un objet sur le soufflet, poids de la colonne d'eau si le dispositif est placé à plus d'un mètre au-dessous de la flottaison, etc) Cette disposition permet également au soufflet d'être protégé par le tube qui fournit une 20 armature rigide-à l'élastomère souple dudit soufflet. Selon une deuxième forme d'exécution, la butée est constituée par un anneau en un matériau dur et poli monté à l'extrémité d'un manchon adapté à entourer le tube et à être bloqué sur ce dernier De son côté, la gaine du soufflet est 25 adaptée à entourer l'arbre et à être bloquée sur celui-ci. Dans ce cas, la pièce dont une partie forme butée est fixe et la gaine à soufflet est tournante. Cette forme d'exécution a l'avantage de permettre le remplacement de la gaine à soufflet, lorsque la lèvre est 30 usée, sans désaccoupler l'arbre, et sans mettre l'embarcation hors d'eau Il est en effet possible d'enfiler et de bloquer sur l'arbre, outre la gaine à soufflet destinée à assurer l'étanchéité, au moins une autre gaine à soufflet en prévision du remplacement de celle qui est en cours 35 d'utilisation Lorsque l'on désire remplacer une gaine à soufflet dont la lèvre est usée, il suffit, pour assurer une étanchéité provisoire, d'introduire, entre la lèvre et la pièce formant butée, un simple cordon du diamètre adéquat en le tournant vivement sur l'arbre, après quoi l'on peut enlever la gaine à soufflet usée en la découpant et la remplacer par une nouvelle gaine à soufflet que l'on aura simplement à faire glisser le long de l'arbre vers la 5 position d'utilisation et à bloquer sur ledit arbre. Préablement à ce blocage, il faudra bien entendu enlever le cordon qui assurait l'étanchéité provisoire. Avantageusement, il est prévu, sur la lèvre, un repère adapté à indiquer son degré d'usure. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première forme d'exécution du joint tournant selon l'inven15 tion, et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une seconde forme d'exécution du joint tournant selon l'invention. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit une partie d'arbre d'hélice 1 partiellement entourée par un tube d'étambot 2 traversant la coque 3 d'un bateau L'extrémité droite, sur la figure, de l'arbre 1 coopère avec le moteur du bateau et l'extrémité gauche porte l'hélice Un manchon 4 en un matériau dur et poli, par exemple, en inox poli ou en 25 céramique, est bloqué sur l'arbre 1 au moyen de vis pointeau Le manchon 4 présente deux gorges circulaires 6 dans chacune desquelles est logé un joint torique 7 Sur le tube 2 est enfilée une gaine à soufflet 8 en matériau élastomère, par exemple en caoutchouc nitrile acrylique, qui se 30 décompose en une gaine 9 enserrant le tube, en un soufflet à spires épaisses 10 et en un cône à lèvre 11 La gaine à soufflet 8 est bloquée sur le tube 2 à l'aide de colliers de serrage 14 qui entourent la gaine 9 La gaine à soufflet 8 utilise le tube 2 comme guide Lors du montage de la gaine à soufflet 8 sur le tube 2 et du manchon 4 sur l'arbre 1, on s'assure, d'une part, que l'extrémité libre du tube 2 arrive au voisinage immédiat du cône à lèvre 11 et, d'autre part, qu'il s'exerce un appui entre la lèvre 12 et la partie formant butée 13 du manchon 4, de sorte que les spires 10 aient tendance à repousser le cône à lèvre 11 contre la butée 13 Dans cette forme d'exécution, on comprend que la gaine à soufflet 8 est fixe et que le manchon 4 est mobile. L'eau emplit l'espace compris entre l'arbre 1 et le tube 2 et entre le tube 2 et le soufflet 10 L'étanchéité est assurée à trois niveaux: entre des pièces n'ayant pas de mouvement relatif l'une par rapport à l'autre, à savoir entre la gaine 9 et le 10 tube 2, au moyen des colliers de serrage 14 et entre le manchon 4 et l'arbre 1 au moyen des joints toriques 7, et entre des pièces ayant un mouvement relatif l'une par rapport à l'autre, à savoir entre la gaine à soufflet 8 fixe et le manchon 4 rotatif, au moyen de l'appui de la lèvre 12 15 contre la surface de butée 13. On notera, d'une part, que, si la pression de l'eau augmente à l'intérieur de l'espace compris entre l'arbre 1 et le tube 2, cela a pour effet d'augmenter l'appui de la lèvre 12 sur la butée 13 et, d'autre part, que la 20 conjonction du cône à lèvre 11 solidaire des spires creuses procure une pression d'autant plus forte sur la butée 13 que la colonne d'eau est plus élevée Les augmentations de pression s'exerçant sur le joint tournant n'entraînent donc aucune fuite. Il a été procédé à un essai d'efficacité du joint tournant réalisé selon la forme d'exécution de la figure 1: en mille heures de fonctionnement, aucune fuite, si mineure soit-elle, n'a été constatée. Si l'on se reporte à la figure 2, on retrouve l'arbre 30 1, le tube 2 et la coque 3 Cette fois cependant, l'élément fixe du joint tournant est constitué par la pièce dont une partie forme butée et l'élément mobile dudit joint est constitué par la gaine à soufflet. Plus précisément, une gaine à soufflet 8 ' en matériau 35 élastomère et se décomposant en une gaine 9 ', en un soufflet ' et en un cône à lèvre 11 ' est enfilée sur l'arbre 1 et bloquée sur ce dernier au moyen de colliers de serrage 14 ' tandis qu'une pièce annulaire 15 en un matériau élastomère, se décomposant en une gaine 16 et un support 17 de surface de butée 13 ' en un matériau dur et poli adhérisé à l'élastomère est enfilée et bloquée sur le tube 2 au moyen de colliers de serrage 18 Par "adhérisé" on entend 5 solidarisé par coulée de l'élastomère sur le matériau dur et poli. Lorsque l'on met en place la gaine à soufflet 8 ', on s'assure que la lèvre 12 ' vient en appui contre la surface 13 ' de manière telle que les spires 10 ' exercent une 10 pression propre à maintenir le contact entre la lèvre 12 ' et la surface 13 '. L'eau emplit l'espace compris entre, d'une part, l'arbre 1 et, d'autre part, le tube 2 et le soufflet 10 '. L'étanchéité est assurée, d'une part, par les colliers de 15 serrage 14 ' et 18 et, d'autre part, par l'appui de la lèvre 12 ' sur la surface de butée 13 '. Comme il ressort de la figure 2, une seconde gaine à soufflet 8 " est enfilée et bloquée sur l'arbre 1 en prévision du remplacement de la gaine à soufflet 8 ' Pour 20 effectuer ce remplacement, il suffit de glisser un cordon d'un diamètre approprié entre la lèvre 12 ' et la surface de butée 13 ' pour assurer une étanchéité provisoire, de desserrer les colliers de serrage de la gaine à soufflet 8 " 1 pour en permettre le glissement sur l'arbre 1, d'enlever les 25 colliers de serrage 14 ', de découper le matériau élastomère de la gaine à soufflet 8 ' pour pouvoir la dégager de l'arbre 1, d'avancer la gaine à soufflet 8 " et, après avoir enlevé le cordon assurant l'étanchéité provisoire, de bloquer la gaine à soufflet 8 " sur l'arbre 1 à l'aide de ces colliers 30 de serrage Il est ainsi possible de changer la gaine à soufflet 8 ' sans désaccoupler l'arbre et sans mettre l'embarcation hors d'eau. REVENDICATIONS 1 Procédé d'isolation d'un premier milieu par rapport à un second milieu délimité entre un arbre tournant et un 5 tube l'entourant sur une partie de sa longueur, ledit arbre émergeant dudit tube dans ledit premier milieu, caractérisé en ce qu'il consiste à enfermer la zone d'émergence de l'arbre hors du tube dans une chambre définie, d'une part, par une pièce ( 4, -16) dont une partie au moins ( 13, 13 ') 10 forme butée annulaire en un matériau dur et poli et, d'autre part, par des moyens constitués par une pièce unique ( 8, 8 ', 8 ") adaptée à s'auto-appuyer sur ladite butée ( 13, 13 ') pour assurer l'étanchéité ainsi que le rattrapage du jeu dudit arbre ( 1) et de sa propre usure, ladite pièce ( 8, 8 ', 8 ") se 15 terminant, d'un côté, par une lèvre ( 12, 12 ') à haut coefficient de glissement venant en appui contre la butée ( 13, 13 ') et, de l'autre côté, par une gaine ( 9, 9 '), ladite pièce ( 4, 16) et ladite gaine ( 9, 9 ') enserrant et étant bloqués respectivement sur le tube ( 2) et sur l'arbre ( 1), 20 ou sur l'arbre ( 1) et sur le tube ( 2) 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce unique ( 8, 8 ', 8 ") adaptée à s'auto-appuyer sur la butée ( 13, 13 ') est constituée par un soufflet ( 10, 10 ') à spires épaisses en un matériau élastomère se terminant, 25 d'un côté, par un cône à lèvre ( 11, 11 ') dont la lèvre ( 12, 12 ') à haut coefficient de glissement vient en appui contre la butée ( 13, 13 '). 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier milieu est constitué par l'intérieur 30 d'une coque ( 3) de bateau et en ce que le second milieu est constitué par l'eau pénétrant entre l'arbre d'hélice ( 1) du bateau et le tube d'étambot ( 2) qui l'entoure au niveau o ledit arbre ( 1) traverse ladite coque ( 3). 4 Joint tournant pour la mise en oeuvre du procédé 35 selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est constitué, d'une part, par une pièce ( 4, 16) dont une partie au moins ( 13, 13 ') forme une butée annulaire -8 en un matériau dur et poli et, d'autre part, par un soufflet ( 10, 10 ') à spires épaisses en un matériau élastomère se terminant, d'un côté, par un cône à lèvre ( 11, 11 ') dont la lèvre ( 12, 12 ') à haut coefficient de glissement est adaptée à venir en appui contre la butée ( 13, 13 ') et, de l'autre côté, par une gaine ( 9, 9 '), ladite pièce ( 4, 16) et ladite gaine ( 9, 9 ') étant adaptées à enserrer et à être bloquées respectivement sur le tube ( 2) et sur l'arbre ( 1), ou sur l'arbre ( 1) et sur le tube ( 2). 5 Joint tournant selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce ( 4) dont une partie ( 13) forme butée est constituée par un manchon en un matériau dur et poli adapté, d'une part, à entourer l'arbre ( 1) avec interposition d'au moins un joint torique ( 7) logé dans une gorge ( 6) prévue 15 dans ledit manchon et, d'autre part, à être bloqué sur ledit arbre ( 1). 6 Joint tournant selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la gaine ( 9) du soufflet ( 10) est adaptée à entourer le tube ( 2) et à être bloquée sur ce 20 dernier. 7 Joint tournant selon la revendication 6, caractérisé en ce que le soufflet ( 10) est enfilé sur le tube ( 2) sensiblement jusqu'à sa jonction avec le cône à lèvre ( 11). 8 Joint tournant selon la revendication 4, caractérisé 25 en ce que la butée est constituée par une anneau ( 13 ') en un matériau dur et poli adhérisé à l'extrémité d'une gaine ( 16, 17) adaptée à entourer le tube ( 2) et à être bloquée sur ce dernier. 9 Joint tournant selon la revendication 4 ou 8, 30 caractérisé en ce que la gaine ( 9 ') du soufflet ( 10 ') est adaptée à entourer l'arbre ( 1) et à être bloquée sur ce dernier. Joint selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu, sur la lèvre ( 12, 35 12 '), un repère adapté à indiquer son degré d'usure.