Brevet FR2549565A1 — publié le 19850125

L'invention concerne les joints mécaniques axiaux d'étanchéité. Conformément à un aspect de l'invention, un joint mécanique axial d'étanchéité, destiné à assurer l'étanchéité aux fluides entre deux éléments pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, comprend un siège qui est fixe axialement et qui est monté de façon étanche sur un premier des éléments, et une garniture annulaire axiale d'étanchéité, mobile axialement, associée au second élément, celui-ci comportant une paroi qui est coaxiale à la garniture d'étanchéité au-dessus de laquelle elle s'étend axialement, les surfaces opposées de la garniture et de la paroi présentant des gorges circonférentielles qui sont placées face à face mais, dans les limites d'usure des faces d'étanchéité du siège et de la garniture, la gorge de la paroi étant décalée vers le siège par rapport à la gorge de la garniture, et une bague en élastomère interposée entre la garniture et la paroi de façon à se loger dans les gorges opposées et à imposer, par cisaillement, une charge axiale qui oblige la garniture à être en contact étanche avec le siège, la bague en élastomère constituant également un joint secondaire entre la garniture d'étanchéité et le second élément. Pour faciliter l'assemblage et l'entretien de la garniture, la gorge circonférentielle du second élément peut être formée par un évidement circonférentiel situé à l'extrémité de cet élément et par un anneau de bridage qui peut être boulonné sur l'extrémité de l'élément. De plus, pour faciliter le remplacement, la bague en élastomère peut être fendue de façon à pouvoir être montée autour des éléments coaxiaux sans que ces derniers soient démontés; La raideur de la bague en élastomère selon l'invention et l'amplitude du mouvement axial qu'elle permet dépendent évidemment des propriétés de l'élastomère, des dimensions de la bague et de l'écartement des éléments coaxiaux. Cependant, pour une bague donnée, la raideur d'un assemblage peut être un multiple de la raideur d'une bague unique lorsque l'on utilise plusieurs organes individuels. En variante, lorsque l'on utilise les mêmes bagues en élastomère, la raideur peut être réduite et le mouvement axial autorisé augmenté par la mise en place de plusieurs bagues côte à côte dans une seule paire de gorges opposées. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: . la figure 1 est une coupe axiale partielle d'un joint mécanique axial d'étanchéité selon. l'invention1 destiné à l'arbre d'hélice d'un navire; la figure 2 est une coupe axiale partielle d'une variante du joint illustré sur la figure 1; . la figure 3 est une coupe axiale partielle d'une autre forme de réalisation du joint mécanique axial d'étanchéité selon l'invention; et la figure 4 est une coupe axiale partielle d'un autre exemple du joint mécanique axial d'étanchéité selon l'invention. Le joint illustré sur la figure 1 est monté entre le moyeu 10 de l'hélice, qui est cellulaire de l'arbre 11 d'hélice, et le tube 12 d'étambot dans lequel passe l'ar- bre d'hélice 11. Un siège 13 est fixé au moyeu ou bossage 10 de l'hélice à l'aide de plusieurs boulons 14 espacés angulairement, de façon à tourner avec l'hélice. Une garniture axiale 15 d'étanchéité, comprenant un élément 15a d'étanchéité monté sur un anneau 17 de support, est sollicitée axialement en contact étanche avec le siège 13 au moyen d'une bague torique 16 en caoutchouc. La bague torique 16 est montée entre l'anneau 17 de support et un bâti extérieur coaxial 18 qui est fixé au tube d'étambot 12 par plusieurs boulons 19 espacés angulairement. Des gorges circonférentielles 20 et 21 sont ménagées dans les surfaces opposées de l'anneau 17 de support et du bâti extérieur 18 afin de positionner la bague torique 16. Les gorges 20 et 21 sont ménagées dans l'anneau 17 de support et dans le bâti extérieur 18, respectivement, de façon que, dans des limites d'usure acceptables de la garniture 15 d'étanchéité, les gorges 20, 21 se recouvrent, mais que la gorge 20 soit décalée vers le tube 12 d'étambot par rapport à la gorge 21. De cette manière, la bague torique 16, qui est placée entre l'anneau 17 de support et le bâti extérieur 18, dans les gorges 20 et 21, est déformée de façon que la contrainte de cisaillement impose entre l'anneau 17 de support et le bâti extérieur 18 une charge axiale qui force l'anneau de support axialement vers le siège 13 et maintient ainsi le contact étanche entre le siège 13 et la garniture axiale 15. La gorge 21 ménagée dans le bâti extérieur 18 est formée par un évidement réalisé dans l'extrémité du bâti extérieur 18 et par un anneau 22 de bridage qui est boulonné sur l'extrémité du bâti extérieur 18 au moyen de plusieurs boulons 23 espacés angulairement. Par ce moyen, la bague torique 16 peut être bridée fixement dans la gorge 21 et peut également être comprimée axialement à un certain degré, de façon à pénétrer radialement dans la gorge opposée 20 de l'anneau 17 de support. De cette manière, la bague torique 16 est montée fixement entre l'anneau 17 de support et le bâti extérieur 18 et est également maintenue en contact étanche avec l'anneau 17 et le bâti extérieur 18, constituant ainsi un joint secondaire entre eux. En outre, la bague torique 16 peut être remplacée par démontage de l'anneau 22 de bridage. Pour permettre le remplacement de la bague torique 16 sans avoir à retirer l'hélice, une bague torique fendue peut être utilisée et l'anneau 22 de bridage peut également être fendu. Cependant, dans ce cas, il faut prendre soin de s'assurer que le joint secondaire est maintenu entre l'anneau 17 de support et le bâti extérieur 18. En plus d'appliquer une charge axiale à la garniture axiale 15 d'étanchéité, la bague torique 16 décrite ci-dessus impose également une contrainte radiale à cette garniture, constituant ainsi un agencement extrêmement stable. La raideur de la bague torique 16 décrite cidessus dépend de la composition du caoutchouc. Elle peut par conséquent être augmentée ou réduite par modification de la composition du caoutchouc. En variante, en utilisant une bague torique 16 de même composition, on peut augmenter la raideur de l'assemblage en utilisant deux bagues toriques 16 ou plus, comme illustré sur la figure 2. Dans cette forme de réalisation, deux gorges 20 sont ménagées dans l'anneau 17 de support, et dans des positions espacées axialement. Une entretoise annulaire 30 est insérée entre l'anneau 22 de bridage et l'extrémité du bâti extérieur 18 afin de former deux gorges 21 correspondant aux gorges 20, dans le bâti extérieur 18. De même que dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, chaque paire de gorges 20, 21 est agencée de façon que les gorges se recouvrent, mais ia gorge 20 de l'anneau 17 de support est décalée vers le tube d'étambot 12 par rapport à la gorge 21 du bâti extérieur 18. Avec cet agencement, la raideur est doublée et, de plus, le joint secondaire formé entre l'anneau 17 de support et le bâti extérieur 18, et la contrainte radiale imposée à la garniture axiale 15 d'étanchéité, sont améliorés. Dans le joint illustré sur la figure 3, la garniture axiale 40 d'étanchéité est sollicitée axialement en contact étanche avec le siège 42 au moyen de deux bagues toriques 43. Ces bagues toriques 43 sont disposées radialement 11 une par rapport à l'autre, l'une étant placée entre la surface circonférentielle extérieure de l'anneau 41 de support de la garniture axiale 40 d'étanchéité et un bâti extérieur coaxial 44, et l'autre étant placée entre la surface circonférentielle intérieure de l'anneau 41 de support et un bâti intérieur coaxial 45. Les bâti intérieur et extérieur 44 et 45 sont formés par des brides cylindriques coaxiales portées par un organe annulaire qui peut être fixé à un bâti fixe 46 au moyen. de plusieurs boulons espacés angulairement (non représentés). Des paires opposées de gorges circonférentielles 47, 48 sont ménagées dans la circonférence extérieuré ee l'anneau 41 de support et du bâti extérieur 44 et dans la circonférence intérieure de l'anneau 41 de support et du bâti intérieur 45, respectivement, pour positionner les bagues toriques 43 de la manière décrite en référence aux figures 1 et 2.Les bagues toriques 43, qui sollicitent la garniture axiale 40 d'étanchéité en contact étanche avec le siège 42 et qui exercent une contrainte radiale, forment donc une chambre 49 étanche aux fluides entre l'anneau 41 de support et l'organe formant les bâtis intérieur et. extérieur 44 et 45. Une entrée peut être ménagée vers cette chambre 49 afin que de l'air ou un fluide sous pression puisse y être introduit pour accroître la charge axiale appliquée à la garniture d'étanchéité 40. Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, les bagues toriques 16 et 43, montées séparément, ne permettent qu'un mouvement axial limité. Ce mouvement est limité par le degré auquel les bagues toriques se déforment sans se déboîter des gorges ménagées dans les surfaces des organes opposés. Ceci dépend des caractéristiques de l'élastomère constituant les bagues toriques et des dimensions de ces bagues, de gorges ainsi que de l'écartement entre les organes. Néanmoins, en utilisant des bagues toriques normales, on peut augmenter l'amplitude du mouvement axial et, dans le même temps, diminuer la raideur en disposant plusieurs bagues toriques côte à côte dans deux gorges opposées, comme illustré sur la figure 4. Le joint illustré sur la figure 4 est de réalisation analogue à celle du joint de la figure 1. Cependant, les gorges 60 et 61 sont allongées de façon que deux bagues toriques 62 et 63 puissent être disposées côte à côte entre l'anneau 17 de support et le bâti extérieur 18. La charge axiale produite par les bagues toriques 62 et 63 agit entre le bord arrière de la gorge 61 du bâti extérieur 18 et le bord avant de la gorge 60 de l'anneau 17 de support. La partie supérieure de la bague torique 62 située en avant est cependant amortie élastiquement par la bague torique arrière 63, tandis que la partie inférieure de la bague torique arrière 63 est amortie élastiquement par la bague torique avant 62. En conséquence, pour un défaut d'alignement donné des gorges 60 et 61, la déformation des bagues toriques 62 et 63 est inférieure à ce qu'elle serait si des bagues toriques individuelles étaient utilisées comme illustré sur les figures 1 à 3. Cet agencement permet donc un plus grand mouvement axial et sa raideur est réduite. En fait, la raideur est inversement proportionnelle au nombre de bagues toriques logées dans les deux gorges opposées. Par conséquent, on peut faire diminuer la raideur et augmenter le mouvement axial en augmentant encore plus le nombre de bagues toriques. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au joint décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, bien que dans les formes de réalisation décrites ci-dessus, des bagues toriques en caoutchouc soient utilisées, des éléments en élastomère de toute section peuvent également être utilisés. Bien que dans les formes de réalisation précédentes, la garniture axiale d'étanchéité soit formée par un élément d'étanchéité et un anneau de support séparé, ce qui est normalement nécessaire lorsque l'élément d'étanchéité est réalisé en une matière relativement fragile telle que du carbone, avec des matières plus robustes telles que des matières réfractaires frittées, la.garniture d'étanchéité peut être formée d'une seule pièce. REVENDICATIONS 1. Joint mécanique axial d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité aux fluides entre deux organes pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, ce joint comprenant un siège axialement fixe et monté de façon étanche sur un premier desdits organes, et une garniture axiale annulaire d'étanchéité mobile axialement et associée au second organe, le joint étant caractérisé en ce que le second organe (12) comporte une paroi (18, 22) coaxiale à la garniture (15) d'étanchéité et s'étendant axialement au-dessus de cette garniture, les surfaces opposées de la garniture (15) et de la paroi (18, 22) présentant des gorges circonférentielles (20, 21) qui sont disposées face à face mais, dans les limites d'usure des faces d'étanchéité du siège (13) et de la garniture (15), la gorge (21) de la paroi (18, 22) étant décalée vers le siège (1-3) par rapport à la gorge (20) de la garniture (15), et une bague (16) en élastomère interposée entre la garniture (15) et la paroi (18, 22) afin d'être emboîtée dans les gorges opposées (20, 21) et d'imposer, par cisaillement, une charge axiale qui force la garniture (15) d'étanchéité en contact étanche avec le siège (13), la bague (16) en élastomère formant également un joint secondaire entre la garniture (15) et le second organe (12). 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges (60, 61) des surfaces opposées de la paroi (18, 22) et de la garniture (15) sont agencées de façon à loger plusieurs bagues (62, 63) en élastomère, butant axialement entre elles. 3. Joint selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que plusieurs paires de gorges opposées (20, 21) sont prévues dans les surfaces opposées de la paroi (18, 22) et de la garniture (15) d'étanchéité, au moins une bague (16) en élastomère étant logée dans chaque paire de gorges opposées (20, 21). 4. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second organe (46) comporte des parties de paroi coaxiales (44, 22; 45, 22) qui s'étendent au-dessus de la garniture (40) d'étanchéité, à proximité immédiate de ses surfaces intérieure et extérieure, respectivement, des paires de gorges opposées t47, 48) étant prévues entre chaque paire de surfaces adjacentes, et des bagues (43) en élastomère étant logées dans ces paires de gorges (47, 48), de façon à former une chambre (49) étanche aux fluides entre la garniture (40) et son organe associé (46), cette chambre pouvant être mise sous pression pour accroître la charge axiale appliquée à la garniture (40). 5. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gorge circonférentielle (21; 48; 61) de la paroi (18, 22; 44, 22) du second organe (12; 46) est définie par un évidement circonférentiel et un anneau de bridage amovible (22). 6. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague (16; 43; 62, 63) en élastomère est fendue.