Brevet FR2549597A1 — publié le 19850125

L'invention concerne les joints, et plus particulièrement des moyens permettant de surveiller ou contrôler l'usure des faces d'étanchéité de joints à contact mécanique axial. Dans un joint axial mécanique, les faces de frottement des éléments d'étanchéité opposés sont sujettes à l'usure L'un de ces éléments, à savoir la garniture d'étanchéité, est donc monté, par rapport à l'élément auquel il est associé, de façon à pouvoir se rapprocher 10 axialement de l'autre élément, le siège, afin que, lorsque l'usure apparaît, les faces des deux éléments puissent être maintenues en contact étanche Il existe évidemment une limite au degré d'usure pouvant être supporté et il est donc souhaitable de surveiller ou 15 contrôler l'usure des faces des éléments d'étanchéité afin qu'ils puissent être remplacés lorsqu'une certaine limite d'usure est atteinte et avant la défaillance du joint. Un procédé par lequel on peut surveiller l'usure 20 d'un joint consiste à utiliser une sonde pour mesurer la distance axiale d'une surface radiale associée à la garniture mobileaxialement, à partir d'un point fixe. Cependant, en raison de contraintes dimensionnelles, en particulier avec des joints de faible diamètre, ce 25 procédé n'est pas toujours commode. Conformément à un aspect de l'invention, il est prévu un procédé pour surveiller l'usure des faces d'étanchéité d'un joint axial mécanique comportant un siège axialement fixe et une garnitureaxiale d'étanchéité 30 mobile axialement, qui est sollicitée en contact étanche avec le siège, le procédé consistant à positionner un capteur radialement à la garniture d'étanchéité ou à un organe qui se déplace axialement avec la garniture afin que ce capteur puisse détecter un signal provenant d'une 35 surface radialement opposée de la garniture d'étanchéité ou de l'organe, la surface de la garniture d'étanchéité ou de l'organe étant agencée de façon à faire varier le signal lorsque la garniture d'étanchéité se déplace axialement par rapport au capteur, de façon à indiquer la limite d'usure ou le degré d'usure des faces d'étanchéité. Conformément à un autre aspect de l'invention, il est prévu un joint axial mécanique qui comprend un siège axialement fixe et une garniture d'étanchéité mobile axialement, qui est sollicitée en contact étanche avec le siège, un capteur qui est monté radialement à 10 la garniture d'étanchéité ou à un organe se déplaçant axialement avec la garniture d'étanchéité, et des moyens destinés à produire un signal partant radialement de la surface de la garniture d'étanchéité ou de l'organe vers le capteur, ladite surface de la garniture d'étanchéité 15 ou de l'organe étant agencée de façon à provoquer une variation du signal représentative de la limite d'usure ou du degré d'usure des faces d'étanchéité. La sonde peut être une sonde à induction dans laquelle, par exemple, un champ magnétique alternatif de 20 fréquence convenable est produit par la sonde et induit des courants de Foucault dans la partie opposée de la garniture d'étanchéité ou de l'organe associé, ces courants de Foucault produisant, eux-mêmes, un champ magnétique qui modifie le champ produit par la sonde, ce 25 qui donne un signal représentatif du degré d'interaction des champs Avec ce type de sonde, la garniture d'étanchéité, qui est électriquement conductrice ou semiconductrice, ou un élément électriquement conducteur ou semi-conducteur se déplaçant axialement avec la garni30 ture d'étanchéité, par exemple une bague de support, peut être profilé de manière que, lorsque la garniture d'étanchéité ou l'organe associé se déplace axialement au-delà de la sonde à la suite de l'usure des faces d'étanchéité, l'espace radial entre la sonde et la surface cylindrique opposée varie, ce qui fait varier le signal mesuré par la sonde La surface de la garniture d'étanchéité ou de l'organe associé peut être chanfreinée de manière que la variation de l'espace radial du signal soit progressive, ou bien cette surface peut présenter un épaulement de façon à provoquer un changement brusque de l'espace et du signal lorsque, par exemple, la limite d'usure est atteinte. En variante, lorsque la garniture d'étanchéité est réalisée en matière non conductrice, un élément rapporté conducteur ou semi-conducteur peut être encastré dans la garniture d'étanchéité afin de définir, par exemple, la limite d'usure de façon qu'une indication d'atteinte de la limite d'usure soit donnée lorsqu'un signal est produit par la sonde Une variante de cet agencement consiste à utiliser une sonde équipée seulement d'un capteur et d'utiliser un élément rapporté 15 magnétique. En variante, la sonde peut être de type optique comportant, par exemple, des fibres optiques au moyen desquelles de la lumière peut être transmise à partir d'une source de lumière et dirigée sur la surface exté20 rieure cylindrique de la garniture d'étanchéité ou de l'organe associé, la lumière réfléchie étant transmise vers un dispositif convenable de détection Avec des sondes optiques, la surface opposée de la garniture d'étanchéité ou de l'organe associé peut être profilée 25 de la même manière que celle utilisée avec des sondes à induction Cependant, avec la sonde optique, il est préférable que la surface soit épaulée de façon à provoquer une variation instantanée de la lumière réfléchie lorsque la limite d'usure est atteinte Ce type de sonde 30 optique utilise la variation de la dispersion de la lumière lorsque l'espace radial varie En variante, l'espace entre la sonde et la surface opposée peut rester constant, la surface opposée étant traitée de façon à avoir un coefficient de réflexion variable suivant la 35 position axiale relative de la garniture d'étanchéité ou de l'organe associé et de la sonde Par exemple, une bande de matière réfléchissante peut être montée sur la surface de la garniture d'étanchéité opposée à la sonde, la bande s'amincissant à partir de la limite d'usure de façon à couvrir une circonférence croissante de la garniture d'étanchéité jusqu'à s'étendre sur toute la circon5 férence à la limite d'usure De cette manière, lorsque la bande tourne devant la sonde, elle produit une réflexion dont l'intensité augmente au fur et à mesure que la garniture d'étanchéité approche de la limite d'usure. L'invention sera à présent décrite en regard du 10 dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel: la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un joint axial mécanique classique équipé du dispositif de surveillance d'usure selon l'invention; et 15 la figure 2 est une coupe longitudinale partielle d'une variante de l'agencement de la sonde et de la garniture d'étanchéité, destinée à être utilisée dans un joint du type illustré sur la figure 1. Comme représenté sur la figure 1, un joint à contact mécanique classique, entre un arbre 10 et un bâti 11, comprend un siège 12 qui est monté dans un évidement du bâti 11, de façon étanche Une garniture 13 d'étanchéité axiale est montée sur l'arbre 10 de façon à pouvoir se déplacer le long de son axe et à tourner avec lui. 25 Des moyens classiques convenables 14, par exemple un soufflet en élastomère et des ressorts de compression, sont destinés à maintenir la garniture d'étanchéité 13 en contact étanche avec le siège 12 et à réaliser un joint secondaire entre la garniture 13 et l'arbre 10 La surface 30 circonférentielle extérieure de la garniture axiale 13 présente un chanfrein conique 15 Une sonde 16 à induction est montée dans la paroi du bâti 11, en face de la surface conique 15 de la garniture 13 Cette sonde 16 comprend une bobine qui est excitée de façon à produire 35 un champ magnétique alternatif de fréquence convenable. La garniture 13 est réalisée en matière conductrice du courant électrique, par exemple en carbone ou en métal fritté, et le champ magnétique à haute fréquence induit des courants de Foucault dans la garniture 13 Ces courants de Foucault produisent eux-mêmes un champ magnétique qui tend à amortir celui produit par la bobine de la sonde 16 Le degré d'amortissement augmente lorsque l'entrefer diminue entre la sonde 16 et la surface conique opposée 15 de la garniture 13 En conséquence, le courant utilisé pour exciter la bobine de la sonde 16 peut être augmenté pour maintenir constante la force du champ. La variation du courant utilisé pour exciter la bobine peut donc être utilisée pour produire un signal représentatif de l'entrefer radial entre la sonde 16 et la surface de la garniture 13 Lorsque les faces d'étanchéité de la garniture 13 et du siège 12 s'usent, la garniture 13 se déplace vers le siège 12 et, par conséquent, l'entrefer radial entre la sonde 16 et la surface conique 15 diminue et le signal produit par la sonde varie en conséquence. Par conséquent, la sonde 16 peut être utilisée pour donner une indication du mouvement axial de la garniture 20 13 et donc de l'usure des faces d'étanchéité. Dans cette forme de réalisation, la sonde peut être agencée pour produire un avertissement lorsqu'une variation déterminée de l'entrefer entre la sonde 16 et la surface 15 est apparue et que les organes d'étanchéité 25 du joint doivent être remplacés Le dispositif peut également être conçu pour fournir des avertissements à l'avance, avant que la limite d'usure soit réellement atteinte. La sonde 16 détecte également toute excentricité 30 de la rotation de la garniture 13 Cette excentricité produit une variation oscillante du signal de la sonde 16, alors que la variation due à l'usure du joint est linéaire. Ces signaux peuvent donc être différenciés à l'aide d'un circuit électronique convenable, et la sonde peut être 35 utilisée pour surveiller à la fois l'excentricité et l'usure. Dans une autre forme de réalisation illustrée 254959 E sur la figure 2, la sonde 20 est de type optique comportant deux fibres optiques 21 et 22 L'une de ces fibres transmet un faisceau de lumière provenant d'une source convenable (non représentée)2 tandis que l'autre transmet 5 la lumière réfléchie par la surface opposée de la garniture 23 d'étanchéité, vers un dispositif convenable de détection, par exemple une diode photoélectrique Dans cette forme de réalisation, la surface 24 de la garniture d'étanchéité 23, opposée à la sonde 20, est de configura10 tion épaulée L'épaulement peut être prévu spécialement pour cette fonction, bien que sur des garnitures axiales équilibrées, l'épaulement prévu à des fins d'équilibrage puisse également être utilisé à cet effet. En fonctionnement, en raison de la dispersion 15 de la lumière entre la sonde 20 et la surface 24 de la garniture d'étanchéité 23, la lumière réfléchie détectée par la sonde 20 est d'intensité relativement faible jusqu'à ce que l'épaulement atteigne cette sonde 20 o il se produit un brusque accroissement de l'intensité. 20 Cet accroissement d'intensité peut être favorisé par traitement de la surface 24 de la garniture 23 afin que la partie ayant le plus grand diamètre extérieur présente un coefficient de réflexion supérieur à celui de la partie de plus faible diamètre En positionnant la sonde 20 25 de façon que l'arête de l'épaulement soit en alignement avec la sonde 20 lorsque les organes d'étanchéité atteignent leur limite d'usure, on peut agencer la sonde 20 afin qu'elle indique la nécessité de remplacer la garniture d'étanchéité 23 et le siège 12 Comme précédemment, 30 cet agencement peut également être utilisé pour surveiller l'excentricité de la garniture axiale. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au joint et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la configuration épaulée peut être utilisée avec une sonde du type à induction, ou la configuration à chanfrein peut être utilisée avec une sonde optique. Un profil à plusieurs épaulements peut également être utilisé pour donner des indications progressives de l'usure des organes d'étanchéité Les sondes peuvent également comporter d'autres capteurs, par exemple des thermomètres et des détecteurs de pression au moyen desquels on peut surveiller le milieu entourant les éléments d'étanchéité. REVENDICATIONS 1 Procédé pour surveiller l'usure des faces d'étanchéité d'un joint axial mécanique comportant un siège axialement fixe et une garniture axiale d'étan5 chéité mobile axialement, qui est sollicité en contact étanche avec le siège, caractérisé en ce qu'un capteur ( 16; 20) est disposé radialement à ladite garniture d'étanchéité ( 13; 23) ou à un organe ( 14) qui se déplace axialement avec la garniture ( 13; 23) de façon que ce capteur puisse détecter un signal provenant d'une surface radialement opposée ( 15; 24) de la garniture ( 13; 23) ou de l'organe ( 14), ladite surface ( 15; 24) de la garniture ( 13; 23) ou de l'organe ( 14) étant agencée de façon à faire varier le signal lorsque la garniture ( 13; 23) se 15 déplace axialement par rapport au capteur ( 16; 20) afin d'indiquer la limite d'usure ou le degré d'usure des faces d'étanchéité. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal est réfléchi sur la surface ( 15; 24) de la garniture axiale d'étanchéité ( 13 23) ou de l'organe ( 14), radialement opposée au capteur ( 16; 20). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une sonde ( 16; 20), comportant un émetteur ( 16; 21) et un capteur ( 16; 22), est montée dans le bâti 25 ( 11) du joint, radialement en face de la garniture d'étanchéité ( 13; 23) ou de l'organe ( 14). 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface ( 15; 24) de la garniture d'étanchéité ( 13; 23) ou de l'organe est profilée de façon que l'espace entre cette surface ( 15; 24) et le capteur ( 16; 20) varie afin de faire varier l'amplitude du signal lorsque les faces d'étanchéité s'usent et que la garniture d'étanchéité ( 13; 23) se déplace axialement. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface ( 15) de la garniture d'étanchéité ( 13) ou de l'organe est chanfreinée de façon à faire varier progressivement le signal lorsque la garniture d'étanchéité ( 13) se déplace axialement. 6 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface ( 24) de la garniture d'étan5 chéité ( 23) ou de l'organe est épaulée, l'épaulement étant disposé, par rapport au capteur ( 20), de façon à faire varier brusquement le signal lorsque la limite d'usure des faces d'étanchéité est atteinte. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendi10 cations précédentes, caractérisé en ce que la garniture axiale d'étanchéité ( 13) ou l'organe est réalisé en matière conductrice ou semi-conductrice, un ou plusieurs transducteurs électromagnétiques ( 16) étant utilisés pour émettre etcapter un signal inductif. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un faisceau lumineux est réfléchi par la surface ( 24) de la garniture axiale ( 23) d'étanchéité ou de l'organe. 9 Procédé selon la revendication 8, caracté20 risé en ce que la surface ( 24) de la garniture d'étanchéité ( 23) est traitée de façon que son coefficient de réflexion varie à l'approche de la limite d'usure. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'écart entre la surface de la garniture 25 d'étanchéité et le capteur est constant. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une bande effilée de matière réfléchissante est appliquée sur la surface de la garniture d'étanchéité, cette bande couvrant une circonférence croissante de la 30 garniture d'étanchéité ou de l'organe de manière que, lorsque la garniture d'étanchéité se déplace axialement devant le capteur, il se produise une variation continue de l'intensité de la lumière réfléchie par la surface. 12 Procédé selon la revendication 1, caracté35 risé en ce qu'un capteur électromagnétique est positionné radialement à la garniture d'étanchéité ou à l'organe et un organe rapporté magnétique est placé dans la garniture d'étanchéité ou dans l'organe, l'organe rapporté étant positionné par rapport au capteur de façon que le signal capté soit maximal lorsque les faces d'étanchéité sont à la limite d'usure. 13 Joint mécanique axial d'étanchéité comprenant un siège axialement fixe et une garniture axiale d'étanchéité mobile axialement, qui est sollicitée en contact étanche avec le siège, caractérisé en ce qu'un capteur ( 16; 20) est monté radialement à la garniture d'étan10 chéité ( 13; 23) ou à un organe ( 14) qui se déplace axialement avec la garniture ( 13), et des moyens sont prévus pour produire un signal transmis radialement de la surface ( 15; 24) de la garniture ( 13; 23) ou de l'organe ( 14) vers le capteur ( 16; 20), ladite surface ( 15; 24) de ia garni15 ture ( 13; 23) ou de l'organe ( 14) étant agencée de façon à produire une variation du signal représentative de la limite d'usure ou du degré d'usure des faces d'étanchéité.