Brevet FR2560335A1 — publié le 19850830

La présente invention se rapporte à un système d'étanchéité d'arbre et concerne plus particulièrement un système d'étanchéité pour un arbre qui s'étend à travers une paroi d'extrémité d'une machine à pomper, telle qu'une enveloppe en cloche. La Société Gits Bros Mfg. Co. Tampa, Floride, Etats-Unis d'Amériquefabrique un système d'étanchéité d'arbre, connu sous le nom de type 880, dans lequel un manchon d'entraînement est relié à un arbre et est accouplé pour faire tourner un support de joint d'étanchéité dont le joint d'étanchéité a une face d'étanchéité qui est susceptible de tourner par rapport à une surface d'extrémité d'une bague d'étanchéité fixe. L'accouplement entre le manchon d'entraînement et le support de joint d'étanchéité comprend plusieurs pattes s'étendant à partir du support de joint d'étanchéité parallèlement à l'axe de rotation et reçues dans des fentes qui sont formées dans la surface périphérique extérieure du manchon d'entraînement.Le support de joint d'étanchéité comprend une rainure annulaire intérieure qui porte un joint torique qui prend appui contre la surface extérieure du manchon d'entraînement. De plus, afin de maintenir la relation d'étanchéité entre la face du joint d'étanchéité et la bague d'étanchéité fixe, il est prévu des ressorts dans le support pour prendre appui contre l'extrémité du manchon d'entraînement. Le manchon d'entraînement comprend essentiellement deux parties, une partie intérieure qui présente des alésages filetés pour recevoir des vis de fixation pour relier le manchon à l'arbre, une partie extérieure ayant les fentes pour recevoir les pattes d'entraînement et une rainure de soulagement des contraintes entre les deux parties. La surface de la seconde partie sert de zone de parcours pour le joint torique et est délimitée, à l'extrémité extérieure, par la rainure de soulagement des contraintes et, à l'extrémité intérieure, par les extrémités extérieures des fentes recevant les pattes d'entraînement. L'objet de la présente invention est de procurer dans un système d'étanchéité du type décrit d'une façon générale ci-dessus un système d'étanchéité d'arbre nouveau et perfectionné, qui pour la même combinaison de longueur de pattes et de zone de parcours, est axialement plus court que celui connu jusqu'ici dans l'art. Selon l'invention, un manchon d'entraînement est destiné à tourner avec un arbre et un second manchonl reçu télescopiquement sur le premier manchon, à savoir un support de joint d'étanchéité, est prévu pour maintenir un joint d'étanchéité tournant contre une surface d'extrémité d'une bague d'étanchéité, Dans une forme de réalisation préférée, le manchon d'entraînement est divisé e-n deux parties comprenant une partie de liaison à l'arbre et une seconde partie d'entraînement du joint d'étanchéité, les deux parties étant séparées par une rainure de soulagement des contraintes. La partie entraînant le support de joint d'étanchéité comprend plusieurs alésages borgnes dans chacun desquels est montée une patte d'entraînement à son extrémité faisant face vers l'intérieur.Le manchon de support est muni de plu sieurs alésages borgnes espacés, dont chacun loge un ressort s'étendant de là pour venir en prise avec l'extrémité faisant face vers l'extérieur du manchon d'entraînement, des façon ~à tendre à écarter les deux manchons l'un de l'autre. Le manchon de support comprend aussi plusieurs fentes destinées à recevoir les pattes d'entraînement qui sont fixées dans le manchon d'entraînement. Puisque les fentes logeant des pattes d'entraînement sont placées dans le manchon de support entre les alésages borgnes logeant les ressorts écarteurs, la zone de parcours, jusqu'ici délimitée par les fentes, s'étend maintenant d'un bout à l'autre, de la rainure de soulagement des contraintes à l'extrémité faisant face vers l'intérieur du manchon d'entraînement.Par conséquent, pour obtenir la même zone de parcours que celle dont on disposait précédemment, le manchon d'entraînement peut être rendu nettement plus court. Dans une forme de réalisation, ceci réduit la longueur du joint de 1,750 à 1,S pouce (44,45 à 38,10 mm) en utilisant la même longueur de patte d'entraînement et la même longueur de ressort. Un second avantage se trouve dans le fait qu'il faut moins de matériau et de temps d'usinage. Un troisième et principal avantage tient à ce que la position de l'entraînement enrotation est plus proche du joint. Idéalement, l'entraînement deurait être centré sur le joint, ce qui n'est pas possible du fait de l'utilisation d'un joint en carbone maintenu dans un support en métal. La liaison d'entraînement entre le manchon d'entraînement et le support doit avoir lieu, par conséquent, au support en métal. Plus l'entraînement sera proche de la face d'extrémité du joint, moins il y aura tendance à ce qu'il se produise une oscillation irrégulière ou une ovalisation du mouvement de rotation du manchon (ovalisation radiale). L'ovalisation radiale a 1 inconvénient de permettre un mouvement de côté des deux faces de joint qui peut ouvrir une voie de fuite en forme de demi-lune.De plus, la mise en orbite produit un mouvement en arrière et en avant constant du joint torique, étant donné que le support et le manchon d'entraînement ne sont plus concentriques d'un bout à l'autre du cycle entier de rotation. Ceci augmente l'usure du joint torique et crée de bonne heure une voie de fuite secondaire. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention, son organisation, sa construction et son fonctionnement seront mieux compris à la lumière de la description qui va suivre avec plus de détails en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective, avec coupe partielle d'un système d'étanchéité d'arbre construit selon la présente invention la figure 2 est une vue de côté en coupe d'un système d'étanchéité d'arbre construit selon la présente invention et représenté monté sur un arbre à l'intérieur, par exemple, d'une pompe la figure 3 est une vue en coupe prise le long de la ligne III-III de la figure 2 ; et la figure 4 est une vue en coupe prise le long de la ligne IV-IV de la figure 2. La figure 1 représente un système d'étanchéite d'arbre désigné par le chiffre de référence générale 10 monté sur un arbre (12 trait mixte) et comprenant un ensemble de manchon d'entraînement 14 et un ensemble de joint d'étanchéité annulaire 16. Comme le représente avec plus de détails la figure 2, l'ensemble de manchon d'entrainement 14 comprend un manchon 18, par exemple en acier inoxydable, qui comprend Dlusieurs alésages filetés 20 débouchants destinés à recevoir plusieurs vis de fixation 22 correspondantes pour fixer le manchon à l'arbre 12. Le manchon 18 comprend une surface intérieure 24 qui comprend une rainure annulaire 26 munie d'un joint torique 28 pour rendre étanche le manchon 18 par rapport à l'arbre 12. Le manchon. 18 comprend une extrémité extérieure présentant plusieurs alésages borgnes 30 parallèles à l'axe de l'arbre 12 et recevant chacun un tronçon cylindrique 34 d'une patte d'entrai nement 32, la partie saillante 36 de la patte d'entraînement étant approximativement rectangulaire et parallèle à l'axe de l'arbre 12. Un second manchon 38, c'est-à-dire un support de joint d'étanchéité, est reçu télescopiquement sur le manchon d'entraînement 18 et comprend une surface intérieure annulaire 40 et plusieurs alésages borgnes 42, un.ressort 44 étant monté dans chaque alésage pour prendre appui contre la surface d'extrémité 46 du manchon d'entraînement. Comme on peut le voir sur la figure 2 et mieux encore sur la figure 3, le support de joint d'étanchéité 38 comprend plusieurs fentes 48 (ici deux fentes), parallèles à l'axe de rotation de l'arbre 12 pour recevoir les parties 36, en saillie des pattes d'entraînement 32. Ainsi qu'on peut le voir, les fentes sont plus grandesl dans la direction d'action, que les dimensions correspondantes des pattes d'entraînement. Comme le représente en particulier la partie inférieure de la figure 2, le manchon d'entraînement 18 comprend une surface qui constitue une zone de parcours 62. Télescopiquement sur celle-ci se trouve une partie du support de joint d'étanchéité 38 qui comprend une surface 40 munie d 'une rainure annulaire 50 qui porte un joint torique 52 qui prend appui contre la surface 62. Par conséquent, quand le support 38 se déplace axialement, le joint torique 52 a un rôle d'étanchéité sur toute la longueur axiale de la surface 62. A son extrémité extérieure, le support 38 comprend un évidement annulaire 54 qui sert de siège à un joint d'étanchéité 56 ayant une face d'extrémité 64. Le joint d'étanchéité 56 peut par exemple être en carbone. La face d'étanchéité 64 tourne contre une surface 58 d'une bague d'étanchéité 60 qui, ainsi qu'il est indiqué, est fixée à un presse-garniture 66 ou paroli de machine au moyen d'une bague de serrage 68 et de plusieurs vis de fixation 70. Ainsi qu'il a été dit plus haut, le manchon d'entraînement 18 peut être muni d'un élément de soulagement des cor,traintes sous la forme d'une rainure 65 qui s'étend autour de la périphérie du manchon d'entraînement et divise le manchon d'entraînement en une partie de liaison avec l'arbre et une partie d'accouplement avec le support de joint d'étanchéité. Avantageusement, le système d'étanchéité d'arbre est équilibré hydrauliquement, par exemple à AD:20, par la position radiale du diamètre extérieur du joint torique 52 par rapport à l'étendue radiale de la zone d'étanchéité de la face d'étanchéité 64. Cette structure aide les ressorts 44 à appliquer des forces de fermeture entre la face d'étanchéité 64 et la surface 58 de la bague fixe d'étanchéité 60. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à une forme de réalisation particulière à titre de démonstration, de nombreuses variations et modifications peuvent apparaître à 1' homme de l'art sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système d'étanchéité d'arbre pour rotation '-tan- che par rapport à une surface d'extrémité d'une bague d'étanchéité traversée par un arbre tournant, système caractérisé en ce qu'il comprend un premier manchon annulaire (18), destiné à entourer l'arbre tournant (12), manchon comprenant une première partie s'étendant axialement, une seconde partie s'étendant axialement, une surface extérieure et une surface intérieure (24) ; une première rainure (26) ménagée dans la surface intérieure (24) logeant un premier joint touique (28) pour rendre étanche aux fluides la liaison entre ce premier manchon (18) et l'arbre (12);un moyen de liaison (20,22) dans ladite première partie pour relier le premier manchon (18) à l'arbre (12) et le faire tourner avec lui ; plusieurs pattes d'entraînement (32) fixées à la seconde partie dru premier manchon (18) et s'étendant parallè lement à l'axe de rotation ; un second manchon (38) en forme de bague destiné à entourer arbre tournant (12) et compre nant une première partie, une seconde partie recouvrant la seconde partie du premier manchon (18), une surface intérieure et une surface extérieure, une seconde rainure (50) ménagée dans ladite surface intérieuue de cette seconde partie du second manchon (38) logeant un second joint torique (52) pour rendre étanche au fluides la liaison entre le second manchon (38) et le premier manchon (18) ; plusieurs fentes (48 > de la surface intérieure de la première partie du second manchon (38) s'étendant parallèlement à l'axe de rotation pour rece voir télescopiquement les pattes d'entraînement (32) plusieurs alésages borgnes espacés (30) ménagés dans la pre mière partie du second manchon (38) s'étendant parallèlement à l'axe de rotation ; plusieurs ressorts (44) logés dans les alésages borgnes (30) prenant appui contre ces alésages (30) et contre la seconde partie du premier -manchon (18) pour tendre à écarter axialement lesdits manchons (18, 38); et un joint d'étanchéité annulaire (56),porté par le second manchon (38), traversé par l'arbre (12) et comprenant une face d'extrémité (64) destinée A tourner, de façon étanche aux fluides, en s'appuyant sur la surface d'extrémité (58) de la bague fixé d'étanchéité (60). 2. Système d'étanchéité d'arbre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier manchon en forme de bague (18) comprend plusieurs alésages borgnes espacés (30) dans sa seconde partie et en ce que chacune des pattes d'entraînement (32) comprend une première partie (34) fixée dans un alésage borgne (30) correspondant de ce premier manchon (18) et une seconde partie (36) reçue dans une fente correspondante (48) de la première partie du second manchon (38). 3. Système d'étanchéité d'arbre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de liaison comprend plusieurs alésages filetés (20) traversan-t la première partie du premier manchon (18) et plusieurs vis de fixation (22) dans lesdits alésages filetés (20) pour fixer le premier manchon (18) à l'arbre (12). 4. Système d'étanchéité d'arbre suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une rainure de soulagement des contraintes (65) autour du premier manchon (18) entre ladite première et ladite seconde partie, ladite rainure de soulagement des contraintes et l'extrémité axiale de la seconde partie du premier manchon (18) définissant les limites d'une zone de parcours pour le second joint torique (52) sur la surface extérieure du premier manchon (18).