Brevet FR2547637A1 — publié le 19841221

L'invention concerne un dispositif d'étan chéité d'arbre servant à empêcher tout écoulement de fluide à travers un espacement formé, par exemple, entre un carter et un arbre tournant traversant le car- ter et plus particulièrement, un dispositif d'étanchéité d'arbre servant a empêcher tout écoulement de fluide entre deux surfaces en rotation relative telles que les faces terminales d'un anneau tournant adapté sur l'arbre tournant et d'un anneau fixe adapté dans le carter. Comme dispositif d'étanchéité d'arbre du type ci-dessus, il est général jusqu'ici d'utiliser un joint mécanique. On a proposé divers anneaux de joint mécanique ayant une structure fondamentale dans laquelle un anneau tournant adapté sur un arbre tournant ou organe tournant similaire, de manière à pouvoir coulisser axialement, est poussé au moyen d'un ressort placé derrière l'anneau tournant jusqu' ce que la face terminale de ce dernier entre en contact étanche avec Ia face terminale d'un anneau fixe adapté dans un carter ou élément fixe similaire, de sorte que l'étanchéité est assurée entre les faces terminales des anneaux tournant et fixe tandis qu'un contact de glissement est maintenu à leur zone de contact. Etant donné que l'anneau tournant est adapté de façon non serrée sur l'organe tournant, il est nécessaire de disposer un élément d'étanchéité sur ce dernier. En outre, étant donné que le ressort est dispose de manière à pousser l'anneau tournant en direction axiale, le ressort doit occuper beaucoup de place axialement. Un but de l'invention est donc de fournir un dispositif d'étanchéité d'arbre qui assure une étan chéité parfaite empêchant tout écoulement de fluide de 1Jintérieur du carter à l'extérieur et inversement sans nécessiter beaucoup de place. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif d'étanchéité d'arbre qui assure l'étau chéité en dépit de toute usure subie par la face de contact de glissement qui peut tourner relativement à l'élément fixe. Selon l'invention, un anneau cylindrique de joint est disposé entre un anneau tournant adapte de façon étanche sur l'organe tournant et un anneau fixe adapté de façon étanche dans l'élément fixe de telle sorte que l'une des faces terminales de l'anneau de joint entre en contact avec la face correspondante de l'anneau tournant tandis que l'autre face terminale entre en contact avec la face correspondante de l'anneau fixe. L'anneau de joint est formé de matière élastomère. En outre, l'anneau de joint présente au moins deux gorges annulaires à sa surface extérieure et des moyens élastiques annulaires tels qu'un ressort à boudin, etc. sont adaptés autour des gorges annulaires. La force de contraction des moyens élastiques annulaires se transforme en une force axiale par suite de laquelle l'anneau de joint s'allonge en direction axiale jusqu'à ce que ses deux faces terminales soient amenées en contact étanche avec les faces terminales correspondantes de l'anneau tournant. et de l'anneau fixe, avec une pression de contact suffisamment élevée. Par suite, l'étanchéité est réalisée, empêchant la fuite de fluide entre les faces terminales de l'anneau de joint et les faces correspondantes de l'anneau tournant et de l'anneau fixe. A mesure que les faces terminales de l'anneau de joint s'usent, l'anneau de join subit un allongement axial et par suite, un contact étanche est encore maintenu entre les faces terminales de l'anneau de joint et les faces correspondantes de l'anneau tournant et de l'anneau fixe, sans que l'étanchéité risque d'être détruite. Selon un mode d'exécution préférentiel de l'invention, un anneau de joint progressif formé de résine fluorée telle qu'lune résine de tétrafluoréthy- lène ou matière similaire est fixé à demeure à celle des faces terminales de l'anneau de 3oint qui est en contact de glissement avec la face terminale de l'anneau tournant ou de l'anneau fixe. Etant donné que l'anneau de joint est moulé en caoutchouc synthétique ou matière similaire, on peut y coller thermiquement l'anneau de joint progressif pendant l'opération de moulage. Grâce à l'anneau de joint progressif forme de résine fluorée, disposé à la face terminale de l'anneau de joint, la résistance de frottement agissant entre les faces terminales d'étanchéité peut être notablement réduite, ce qui aboutit à une usure extremement réduite et à une durabilité améliorée. Selon un autre mode d'execution, un anneau de joint progressif du type mentionné est fixé à demeure à la face terminale de l'anneau de joint de manière à entrer en contact linéaire avec la face terminale opposée de l'anneau tournant ou de l'anneau fixe en faisant un angle avec cette face. I1 s'ensuit que la résistance de frottement est encore réduite tandis que l'étanchéité est maintenue. -Les buts, particularités et avantages cidessus de l'invention, ainsi que dtautres, apparaitront à la lecture de la description détaillée ci-après, portant sur des modes d'exécution préférentiels et se référant aux dessins annexés. Les dessins annexés seront décrits brièvement ci apres. La figure Z est une coupe montrant une partie essentielle qui constitue un dispositif d'étanchéité d'arbre selon le mode d'exécution de l'invention La figure 2 est une coupe verticale d'une partie essentielle constituant un dispositif d'étanchéité -d'arbre selon un autre mode d'exécution de l'invention. On décrit maintenant l'invention plus en détail à propos des dessins annexés qui représentent des modes d'exécution préférentiels. Comme le montre la figure 1, un arbre tournant 1 comprend un rotor 2 adapté dessus de façon étanche de marnière à tourner avec lui. L'arbre 1 passe à travers une perforation 0 formée dans un carter 3. Le rotor 2 présente un évidement sur sa face terminale placée en face du carter 3 de sorte qu'un anneau tournant 5 est adapté fermement dans l'évidement, une garniture 4 état interposée entre eux. En outre, un anneau fixe 6 est aussi adapté fermement dans la paroi intérieure de la perforation O du carter 3 de manière à assurer l'étanchéité et à empêcher sa rotation relativement au carter 3 e Plus précisément, l'anneau fixe 6 comprend une bride 7 conçue pour s'appliquer de façon étanche contre la face terminale du carter 3, un manchon extérieur 8 adapté de façon étanche dans la paroi intérieure du carter 3, une paroi latérale 9 tournée vers l'intérieur de la perforation O et un manchon intérieur 10 dirigé parallèlement à l'arbore tournant 1, un jeu de largeur considérable étant maintenu entre eux. Sur la surface extérieure du manchon inté- rieur 10 de l'anneau fixe 6 est adapté un anneau cylindrique de joint il formé de matière élastomère telle -qu'un caoutchouc synthétique, etc L'anneau de joint 11 présente à sa surface extérieure deux gorges annulaires 12 et 13 ayant chacune une section en V. Comme on le voit sur la figure 1, l'anneau de joint 11 présente aussi une autre gorge annulaire et des angles rognés à sa surface intérieure, de sorte qu'il a une section pratiquement en W. Autour des gorges annulaires en V, 12 et 13 sont adaptés élastiquement des ressorts à boudin 14 et 15 de forme annulaire. Etant donné que les ressorts à boudin 14 et 15 sont montés sur les gorges annulaires par dilatation radiale, l'anneau de joint 11 est contraint par la force de contraction des ressorts 14 et 15. En vertu de la structure de l'anneau de joint 11 tel qu'il est décrit ci-dessus, il est soumis à une combinaison de force radiale et de force axiale, la première force ayant pour effet de réduire le diametre de l'anneau de-joint et la seconde ayant pour effet de l'allonger axialement. En outre, l'anneau de joint 11 porte un anneau de joint progressif 17 qui lui est fixe à demeure à la partie terminale 16 placée en face du rotor 2. L'anneau de joint progressif 17 est typiquement formé de résine de tétrafluoréthylène contenant une charge et il est collé thermiquement à l'anneau de joint. 11. lors du moulage de celui-cì. L'autre partie terminale 18 de l'anneau de joint 11, située dans le carter 3, est con çue pour entrer en contact étanche avec la paroi latéraIe 9 de l'anneau fixe 6. Comme le montre la figure 1, la face terminale 19 de l'anneau tournant 5 et la face terminale 20 de l'anneau de joint progressif 17 sont toutes deux dirigées radialement et font un angle droit avec l'axe de l'arbre tournant 1. Etant donné que l'anneau de joint 11 est contraint vers l'intérieur en direction radiale sous la force de contraction des ressorts à boudin 14 et 15, la partie terminale 16 de l'anneau de joint 11 est amenée à pousser l'anneau de joint progressif 17 vers l'anneau tournant 5 jusqu'à ce que les deux faces terminales 19 et 20 soient amenées en contact étanche entre elles. En outre1 la partie terminale 18 de l'anneau de joint 11 est poussée contre la paroi latérale 9 de l'anneau fixe 6 de sorte que l'étanchéité est assurée entre elles.En même temps, la surface intérieure de l'anneau de joint Il est poussée contre la surface extérieure du manchon intérieur 10 de l'anneau fixe 6 de sorte que l'étanchéité est aussi assurée entre elles. D'une part, si l'arbre 1 est mis en rotation, le rotor 2 et l'anneau tournant 5 sont mis en rotation du même coup ; d'autre part, l'anneau de joint progressif 17 est retenu de manière à ne subir pratiquement aucune rotation, grâce au fait qu'il est fixé a l'anneau de joint 11 qui est à son tour amené en contact étroit avec l'anneau fixe 6 adapté fermement dans le carter 3. Ainsi, bien que la face terminale 19 de l'anneau tournant 5 puisse tourner relativement à la face terminale 20 de l'anneau de joint progressif 17, aucune fuite de fluide ne se produit aux faces terminales 19 et 20 parce qu'elles sont amenées en contact de glissement étanche sous l'influence de la force de contraction des ressorts 14 et 15. Par suite, on obtient une face de joint à glissement S dans la coopération des faces terminales 19 et 20. La face terminale S s'use des plus en plus à mesure que l'opération de glissement continue. Toutefois, étant donné que la partie terminale 16 de l'anneau de joint Il est normalement poussée vers la face terminale 19 en direction axiale sous l'influence de la force élastique des ressorts à boudin 14 et 15, l'anneau de joint progressif 17 est amené à se mouvoir en direction de l'anneau tournant 5 de sorte que la face de joint S peut être maintenue en contact étanche. La figure 2 montre une variante de l'invention et les éléments identiques ou similaires à ceux du mode d'exécution de la figure 1 portent les mêmes références. I1 n'est donc pas nécessaire de les décrire à nouveau. Comme le montre la figure 2, l'anneau tournant 5' est formé de matière céramique. L'anneau tournant 5' est mis en rotation en même temps que l'arbre 1 et le rotor 2, de même que sur la figure 1. L'anneau de joint 11' porte un anneau de joint progressif 17' qui lui est fixé à demeure à sa partie terminale 16' placée en face de l'anneau tournant 5', cet anneau de joint progressif 17 étant formé de résine de tétrafluoréthylène. I1 faut noter que la face terminale 20' de l'anneau 17' fait un certain angle avec la face terminale 19' de l'anneau tournant 5', de sorte que l'anneau 17' n'entre en contact avec la face terminale 19' qu'à son bord périphérique situé à l'extérieur radialiement Par suite, l'anneau de joint progressif 17' entre en contact lineaire avec l'anneau tournant 59, ce qui aboutit à réduire la résistance de frottement engendrée pendant le mouvement de rotation de ce dernier lors de son contact de glissement àvec le premier L'espacement en forme de coin formé entre les deux faces terminales 19 et 20' sert de réserve de lubrifiant, assutant une nouvelle réduction de la force de frottement, une moindre usure et une meilleure durabilité. Dans cette variante, anneau de joint Pls présente plusieurs rainures dirigées axialement 21 formées à sa paroi intérieure située auprès de l'anneau tournant 5', ces rainures 21 étant uniformément espacées en direction périphérique. La disposition des rainures 21 permet à la face terminale 16' de l'anneau de joint ll' de se déplacer plus facilement en direction de l'anneau tournant 5', sous la force de compression appliquée par les ressorts à boudin 14 et 15, à mesure que l'anneau de joint progressif 17' s'use. Comme on le comprendra facilement par la des cription ci-dessus, le dispositifd'étanchéité d'arbre selon l'invention est conçu de telle sorte qu'une force optimale de poussée est engendrée entre l'une des fades terminales de l'anneau de joint et la face terminale de l'anneau tournant, ainsi qu'entre l'autre face terminale de l'anneau de joint et la face terminale de l'anneau fixe, à laide de moyens élastiques tels qu'un ressort à boudin de forme annulaire, etc. Ainsi, le dispositif d'étanchéité d'arbre prend moins de place axialement qu'un joint mécanique classique utilisant un moyen élastique qui agit axialement.En outre, l'anneau de joint présente seulement deux gorges annulaires formées à sa surface extérieure pour faciliter la flexion de sorte que le dispositif presente un allongement axial accru et peut supporter une plus grande usure et qu'ainsi, une certaine erreur axiale cause lors de l'assemblage est facilement corrigee. 11 faut ajouter que le dispositif d'étanchéité d'arbre est facile à assembler sur l'arbre tournant En outre, grâce à l'excellente flexibilité de l'anneau de joint, on peut obtenir une pression d'étan- chéité suffisamment grande, même avec un organe élastique annulaire relativement faible et en outre, l'ensemble du dispositif d'étanchéité d'arbre peut être construit avec une petite dimension, grace à lgutilisation de l'organe élastique annulaire de petites dimensions. On a décrit l'invention simplement à propos des modes d'exécution représentés, mais il est entendu qu'elle n'y est pas limitée et que l'on peut apporter diverses modifications sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité d'arbre comportant un anneau tournant (5) adapté de façon étanche sur un organe tournant (2) et un anneau fixe (6) adapté de façon étanche dans un élément fixe (3), caractérisé par le fait qu'il comporte un anneau cylindrique de joint (11) en matière élastomère monté autour d'un manchon intérieur (10) de l'anneau fixe (6) et présentant au moins deux gorges annulaires (12, 13) à sa surface extérieure, l'une des deux faces terminales de l'anneau de joint étant amenée en contact avec la face terminale correspondante de l'anneau tournant (5) tandis que l'autre face terminale est amenée en contact avec une partie de paroi (9) de l'anneau fixe (6), et des moyens élastiques annulaires (14, 15) adaptés dans les gorges de l'anneau de joint de manière à l'allonger axialement sous l'influence de la force de contraction de ces moyens élastiques (14, 15), de sorte que les deux faces terminales de l'anneau de joint sont amenées en contact étanche avec les faces correspondantes des anneaux tournant (5) et fixe (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac térisé par le fait que l'anneau de joint (11) porte un anneau de joint progressif (17) fixé à demeure à l'une de ses faces terminales et avec lequel l'anneau tournant (5) ou l'anneau fixe (6) est amené en contact de glissement, l'anneau de joint progressif (17) étant formé de résine fluorée telle qu'une résine de tétrafluoréthylène. 3. Dispositif selon la revendication 2, carac térisé par le fait que la face terminale de l'anneau de joint progressif (17) fait un certain angle avec la face terminale opposée de l'anneau tournant (5) ou de l'anneau fixe (6), avec laquelle la face terminale de l'anneau de joint progressif (17) est amenée en contact de glissement. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'anneau tournant (5) est formé de matière céramique.