Brevet FR2588635A1 — publié le 19870417

La présente invention concerne le support d'un arbre d'une pompe à eau, d'une manière étanche et afin qu'il puisse tourner. On connaît déjà un support d'arbre à palier étanche comprenant un boîtier de forme générale tubulaire dans lequel est disposé l'arbre, un palier étanche placé dans le boîtier et, extérieurement, autour de l'arbre afin qu'il supporte celui-ci par rapport au boîtier, et un ensemble d'étanchéité placé entre un élément mené, par exemple une roue de la pompe à eau, et le palier et à l'extérieur autour de l'arbre, comme décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 511 513. Dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique, l'ensemble d'étanchéité est sous forme d'une combinaison d'un élément d'étanchéité radial et latéral appliquant une force axiale, comprenant, un joint dynamique radial cou- lissant à la surface périphérique de l'arbre et un joint mécanique latéral axial comprenant un siège annulaire tour- nant avec l'arbre et une rondelle d'étanchéité de forme géné- rale annulaire repoussée élastiquement afin qu'elle glisse sur le siège. Entre le palier et la combinaison de l'élément d'étanchéité radial et latéral, un espace annulaire est formé et communique avec l'extérieur par un trou de purge délimité dans le boîtier afin que les fuites ayant pu parvenir dans - l'espace annulaire, au-delà de l'élément d'étanchéité radial et latéral, soient évacuées. La combinaison du joint radial et latéral utilisée dans le brevet précité est destinée à empêcher les fuites du fluide se trouvant par exemple dans le carter de pompe dans lequel se trouve la roue de pompage, vers le palier. Cependant, on a constaté que le joint n'était pas complet en ce que toute fuite de fluide suffisamment comprimé pour dégager de la chaleur n'était pas empêchée. Dans la plupart des applications de pompage, le fluide fuit au niveau du joint combiné radial et latéral et du palier, sous forme d'une vapeur. En fait, lorsqu'une partie de l'arbre, d'un côté du joint combiné radial et latéral, tourné vers la roue,est mouillée par la vapeur d'eau qui fuit au niveau de ce joint combiné, de la rouille peut commencer à se former sur cette partie de l'arbre, constituant finalement une cause d'usure par frottement des éléments d'étanchéité utilisés. De même lorsque la vapeur pénètre dans le palier, certains éléments du palier peuvent rouiller et peuvent provoquer des fuites en sens inverse du lubrifiant du palier vers le carter de pompe au-delà du joint combiné radial et latéral, la durée d'utilisation de la pompe dans son ensemble étant réduite finalement. Ceci est dû au fait que la vapeur qui fuit au niveau du joint ne peut pas être évacuée totalement vers l'extérieur et continue à flotter autour de l'arbre. En outre, ce support connu d'arbre à palier étanche, décrit dans ce brevet, présente un autre inconvénient car, comme les éléments formés par l'arbre et le palier avec en outre le joint d'étanchéité radial et latéral, sont traités comme des éléments séparés les uns des autres, le support de l'arbre nécessite une opération compliquée'et longue pour sa fabrication. L'invention est destinée à éliminer pratiquement les inconvénients précités des supports d'arbre à palier étanche et a essentiellement pour objet la réalisation d'un support d'arbre & palier étanche destiné à une pompe à eau, ayant un fonctionnement fiable, empêchant les fuites du palier et comprenant un nombre d'éléments minimal dont la mise en coopération est facile. Plus précisément, l'invention concerne un support d'arbre à palier étanche destiné à supporter un arbre de manière qu'il puisse tourner, d'une manière étanche, l'arbre ayant une première extrémité montée rigidement sur un élé- ment mené, par exemple une roue d'une pompe, le support com- prenant un boitier de forme générale tubulaire dans lequel est disposé l'arbre, un palier étanche placé dans le boltier et à l'extérieur autour de l'arbre afin qu'il supporte celui- ci par rapport au boîtier, et un joint latéral appliquant une force mécanique axialement, placé entre l'élément mené et le palier étanche et à l'extérieur autour de l'arbre. Le boîtier a au moins un passage délimité à l'intérieur afin qu'il fasse communiquer un espace annulaire compris entre le palier et le joint latéral avec l'extérieur du bottier. Selon l'invention, le support d'arbre à palier étanche a un organe annulaire formant une cloison, placé autour de l'arbre dans l'espace annulaire séparant les deux éléments afin qu'ils soient placés en direction radiale par rapport à l'arbre, vers l'extérieur, en face du passage formé dans le bottier. Cet organe formant une cloison divise l'espace annulaire en une première et une seconde chambre annulaire adjacentes au palier et au joint latéral respec- tivement, et il est constitué par un corps annulaire radial dont la périphérie externe a un premier et un second flasque axial qui dépassent perpendiculairement au corps en sens oppo- sés et aboutissent à une butée qui est contre une partie du palier et contre une partie du joint latéral. Le corps a une face périphérique interne entourant l'arbre à distance et ayant des gorges de guidage. Le premier et le second flasque axial ont des passages respectifs délimités à l'in- térieur afin qu'ils établissent des circuits de circulation de fluide entre le passage formé dans le boîtier et la première chambre annulaire et entre le passage formé dans le boîtier et la seconde chambre annulaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un support d'arbre à palier étanche selon l'invention, utilisé dans une pompe à eau; la figure 2 est une coupe longitudinale partielle agrandie du support d'arbre, représentant les détails de l'ensemble d'étanchéité utilisé; la figure 3 est une vue de gauche, par rapport aux figures 1 et 2, d'un organe annulaire formant une cloison utilisée dans l'ensemble d'étanchéité, à une échelle inter- médiaire entre celles des figures 1 et 2; la figure 4 est une coupe de l'organe annulaire formant la cloison, suivant la ligne IV-IV de la figure 3; la figure 5 est une vue de droite, par rapport aux figures 1 et 2, de l'organe annulaire formant une cloison; et la figure 6 est une coupe agrandie d'une partie du boîtier de la pompe à eau, représentant une variante de trous de purge formés à l'intérieur. On se réfère d'abord à la figure 1; un arbre 1 ayant une roue 15 d'une pompe à eau par exemple, montéerigi- dement à une première extrémité afin qu'elle tourne avec lui, est disposé dans un boîtier tubulaire 2 qui est soli- daire du boîtier de la pompe et est supporté afin qu'il puisse tourner dans le bottier 2 par un palier étanche 3 à roulements à billes et à rouleaux.-Le palier étanche 3 comporte une bague externe 4 ayant, à sa surface périphé- rique interne, une gorge circonférentielle 5 de guidage de billes et une gorge circonférentielle 6 de guidage de rou- leaux, cette dernière étant distante de la gorge 5, plusieurs billes 11 logées dans la gorge 5 de guidage afin qu'elles puissent tourner et une gorge circonférentielle analogue 7 de guidage de billes formée dans l'arbre 1, et plusieurs rouleaux 12 logés entre la gorge 6 et une gorge circonféren- tielle analogue 8 de guidage de rouleaux formée dans l'arbre 1. Les billes 11 coopérant avec les gorges 5 et 7 sont main- tenues en position par un organe 9 de retenue afin qu'elles soient également espacées en direction circonférentielle les unes par rapport aux autres, et, de même, les rouleaux 12 coopérant avec les gorges 6 et 8 sont retenus en posi- tion par un organe 10 afin qu'ils soient régulièrement espa- cés en direction circonférentielle. La bague externe 4 porte deux organes annulaires distants 13 d'étanchéité dont les bords périphériques externes sont au contact de gorges cir- conférentielles de retenue formées à la surface périphérique interne de la bague externe 4 près de ses extrémités oppo- sées, les bords périphériques internes des organes 13 d'étan- chéité coopérant ainsi par glissement sur l'arbre 1 et fer- mant de manière étanche un espace annulaire délimité entre les organes 13 d'étanchéité et entre l'arbre 1 et la bague externe 4 et logeant les billes 11 et les rouleaux 12 ainsi que les organes associés 9 et 10 de retenue. L'ensemble formant un joint latéral exerçant des forces mécaniques axiales selon l'invention porte la réfe- rence générale 16 et est disposé, lors du fonctionnement, à l'extérieur autour de l'arbre 20 et entre le moyeu de la roue 15, représenté en traits mixtes, et le palier 3 à billes et à rouleaux, les détails de ce joint 16 étant décrits en référence aux figures 2 à 5. Le joint latéral 16 comporte, comme représenté clai- rement sur la figure 2, un organe annulaire externe 17 de retenue ayant une section de forme générale en U emmanchée à force dans le boîtier 2 et débouchant vers la roue 15, un organe annulaire interne 18 de retenue ayant une section de forme générale en U, monté rigidement sur l'arbre 1 afin qu'il tourne avec celui-ci, et, à une certaine distance axiale de l'organe externe 17 de retenue et débouchant vers celui-ci, une bague rotative 19 d'étanchéité portée par l'organe interne 18 de retenue à demeure par l'intermédiaire d'un organe tampon 21 de forme annulaire, coaxial à l'arbre de manière qu'il soit en face de l'organe externe 17 de retenue, une bague fixe 20 d'étanchéité qui peut être dépla- cée axialement et qui est portée par l'organe externe 17 de retenue coaxialement à l'arbre 1 afin qu'elle soit en face de l'organe interne-18 de retenue, un organe annulaire élastique 22 en forme de soufflet, monté à l'extérieur sur une partie de paroi interne de l'organe externe 17 de rete- nue, en direction axiale, et placé entre la bague fixe 20 d'étanchéité et une partie radiale de paroi de l'organe externe 17 de retenue, et un élément de rappel tel qu'un ressort hélicoïdal 23 placé à l'extérieur de l'organe élas- tique 22 et coaxialement à l'arbre 1 afin qu'il repousse le joint fixe 20 afin qu'il soit en contact glissant avec le joint rotatif 19 d'étanchéité. Le joint latéral destiné à éliminer pratiquement les fuites de fluide nocif d'une chambre de pompage dans laquelle est placée la roue 15 vers le palier étanche 3, est formé par coopération des joints rotatif et fixe 19 et 20. Cependant, comme la technique actuelle d'étanchéité est encore loin de la perfection, une partie des fluides nocifs peut fuir au niveau du joint latéral 16, au moins sous forme de vapeur, surtout lorsque le fluide pompé est à une tempé- rature élevée et à une pression élevée. Le bottier 2 a deux trous circonférentiellement distants de purge, destinés à évacuer le fluide qui peut avoir fui, les trous étant déli- mités de manière qu'ils communiquent avec un.espace 24 formé dans le boîtier 2 entre le joint latéral 16 et le palier étanche 3, l'un des trous étant repéré par la référence 26 sur la figure 2. L'espace 24 délimité entre le joint latéral 16 et le palier 3 est maintenu par un organe annulaire 25 formant une cloison, monté autour de l'arbre 1 dans le boîtier 2 dans l'alignement des trous 26 de purge, cet organe 24 fai- sant aussi partie du système de purge avec les trous 26. Plus précisément, comme l'indiquent clairement les figures 2 à 5, l'organe 25 formant une cloison est sous forme d'une pièce d'espacement comprenant un corps annulaire radial 28 ayant un diamètre externe tel qu'il permet à sa face péri- phérique externe d'être en contact étanche au fluide avec la surface périphérique interne du boîtier 2, et deux flas- ques axiaux 29 et 30 solidaires d'une partie périphérique externe du corps 28 et dépassant perpendiculairement à celui- ci, de part et d'autre de celui-ci. Le corps radial 28 a un diamètre interne supérieur à celui de l'arbre 1, et un espace est donc formé entre l'arbre 1 et la face périphé- rique interne 27, cette face 27 ayant une ou plusieurs gor- ges hélicoïdales 31. L'organe 25 formant la cloison dans la construction indiquée est placé dans l'espace 24 de manière que la face périphérique externe du corps 28 soit en contact étanche avec la surface périphérique interne du boîtier 2 alors que l'arbre 1 est placé avec du jeu dans le trou du corps 28. A ce moment, une face annulaire libre 33 d'extrémité du flasque axial 39 est maintenue en butée contre la partie radiale de paroi de l'organe externe 17 de retenue alors qu'une face annulaire libre 35 d'extrémité du flasque axial 30 a un gradin permettant sa coopération étroite avec une extrémité 34 de la bague externe 4, près du joint latéral 16. Ainsi, on note facilement que, lorsque l'organe 25 est monté dans le bottier 2 de cette manière, l'espace 24 délimité entre le joint latéral 16 et le palier 3 est divisé en deux chambres annulaires gauche et droite 37 et 36, à proximité du joint latéral 16 et du palier 3 respectivement. Ces chambres gauche et droite 37 et 36 commu- niquent l'une avec l'autre par l'espace annulaire formé entre la face périphérique interne 27 du corps 28 et l'arbre 1. Le flasque axial 29 dépassant du corps radial 28 dans la direction de l'axe duboîtier 2 vers le joint latéral 16 a, à sa périphérie externe, une gorge circonférentielle 38a formée radialement vers l'intérieur et communiquant avec la chambre gauche 37 de l'espace 24 par plusieurs passages radiaux 32a délimités dans la partie libre d'extrémité du flasque axial 29 en coopération avec la partie radiale de paroi de l'organe externe 17 de retenue. De même, le flasque axial 30 dépassant parallèlement à l'axe du bottier 2, à partir du corps radial 28 vers le palier 3, a, à sa péri- phérie externe, une gorge annulaire 38b formée à sa circon- férence et pénétrant radialement vers l'intérieur, cette gorge communiquant avec la chambre 36 de droite de l'espace 24 par plusieurs passages radiaux 32b délimités dans la partie d'extrémité libre du flasque 30, en coopération avec l'extrémité 34 de la bague externe 4. Lorsque l'organe 25 formant la cloison est ainsi réalisé, les deux chambres annulaires 37 et 36 formées de part et d'autre de l'organe communiquent aussi avec chacun des trous 26 de purge par l'intermédiaire des passages radiaux 32a et 32b puis des gorges circonférentielles 38a et 38b, respectivement. Dans la construction décrite précédemment, le fluide qui peut fuir au niveau du joint latéral 16 peut pénétrer dans l'espace annulaire délimité entre la face périphérique interne 27 et l'arbre 1. Cependant, comme les chambres annu- laires 36 et 37 communiquent l'une avec l'autre par l'espace annulaire délimité entre la face périphérique interne 27 et l'arbre 1, l'air pénétrant dans la chambre annulaire 36 à partir des trous 26 de purge puis circulant dans la gorge circonférentielle 38b et dans les passages radiaux 32b, pénètre dans la chambre annulaire 37 par l'espace annulaire formé entre la face périphérique interne 27 et l'arbre 1 et est ensuite évacué vers l'extérieur par les passages radiaux 32a, la gorge circonférentielle 38a et les trous de purge 26 finalement, si bien que le fluide est évacué comme indiqué par les flèches en traits mixtes. Ainsi, les vapeurs pénétrant dans la chambre annulaire 27 le long de la face de contact de l'ensemble 16, peuvent être évacuées vers l'extérieur du boltier 2 par le courant d'air sans atteindre le palier 3. Ainsi, tous les éléments du palier 3, notamment la bague externe 4, l'organe annulaire 13 d'étanchéité placé près de la cloison 25 et toute paroi déli- mitant la chambre annulaire 36, peuvent rester suffisamment secs, sans possibilité de formation de goutte d'eau qui pourrait être due à la condensation de vapeur lorsque la pompe a été arrêtée, sa température diminuant jusqu'à la température ambiante. Ceci évite aussi toute possibilité de rouille du palier si bien que la durée d'utilisation de la pompe peut être avantageusement prolongée. Le lubrifiant utilisé dans le palier 3 ne peut pas fuir dans l'espace 24 et ensuite vers le joint latéral 16 d'une manière quelconque car l'étanchéité assurée dans le palier 3 protège les joints élastiques utilisés dans le palier 3 contre toute détériora- tion. Lors du montage de la pompe ayant le support d'arbre à palier étanche selon l'invention, le palier, l'organe for-. mant la cloison et le joint latéral sont montés successive- ment sur l'arbre de la pompe en formant un tout qui est en- suite monté sur le bottier de la pompe. Non seulement l'opé- ration de montage est simple et facile à exécuter mais aussi le réglage des différentes parties du joint lateral peut être réalisé apres montage de l'ensemble, sans aucune opéra- tion complexe de réglage telle que nécessaire dans les dispo- sitifs connus. L'invention se prête à de nombreuses variantes. Par exemple, lorsque le boîtier 2 a une épaisseur de paroi relativement faible, chacun des trous de purgeur 26 peut être utilisé simultanément pour le passage d'air vers l'es- pace 24 et pour l'évacuation du fluide qui a fui avec l'air comme représenté et décrit car l'air peut s'écouler à une vitesse suffisamment grande pour qu'il provoque la formation d'un courant de convection permettant la purge du fluide qui peut avoir fui. Cependant, lorsque l'épaisseur de paroi du boîtier 2 est relativement grande, il est préférable d'utiliser deux trous séparés 26a et 26b comme représenté sur la figure 6, en communication avec les chambres droite et gauche 36 et 37, le trou 26a constituant un passage d'admission d'air et les trous 26b un passage de purge. En outre, bien que la face interne principale 27 du corps 28 de la cloison 25 ait été décrite et représentée comme ayant des gorges hélicoidales 31, elle peut comporter plusieurs saillies ou plusieurs gorges de section semi-circu- laire ou triangulaire, du moment que ces éléments ont pour rôle de favoriser la formation de courants d'air dirigés vers le joint latéral 16. Les passages radiaux 32a et 32b peuvent être sous forme de trous traversant toute l'épaisseur de paroi du flas- que axial associé 29 ou 30, et les gorges circonférentielles 38a et 38b peuvent être sous forme de gorges ne débouchant que vers la surface périphérique interne du bottier 2. Le palier étanche 3 peut être d'un type qui ne com- prend que des roulements à billes ou que des roulements à rouleaux. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Support d'arbre à palier étanche destiné à sup- porter un arbre (1) de manière étanche afin qu'il puisse tourner, l'arbre ayant une extrémité sur laquelle est rigi- dement monté un élément mené, ledit support étant caracté- risé en ce qu'il comprend: un boîtier (2) de forme générale tubulaire dans lequel est disposé l'arbre, un palier étanche (3) placé dans le boîtier et à l'extérieur autour de l'arbre et destiné à supporter l'arbre par rapport au boîtier, un joint latéral (16) exerçant des forces mécaniques axiales, placé entre l'élément mené (15) et le palier étan- che (3) et disposé à l'extérieur autour de l'arbre (1), le boîtier ayant au moins un passage (26) qui y est délimité afin qu'il assure la communication entre un espace (24) formé entre le palier et le joint latéral, avec l'extérieur du boîtier, et un organe annulaire (25) formant une cloison, placé dans le boîtier autour de l'arbre afin qu'il sépare ledit espace (24) compris entre le palier et le joint latéral en une première et une seconde chambre annulaire (36,37) qui sont adjacentes au palier et au joint latéral, l'organe formant une cloison ayant un corps annulaire radial (28) dont la périphérie externe a un premier et un second flasque axial (30, 29) dépassant perpendiculairement au corps radial de part et d'autre de celui-ci et aboutissant en butée con- tre une partie du palier et une partie du joint latéral res- pectivement, le corps radial ayant une face périphérique interne entourant l'arbre à distance et ayant des gorges de guidage (31), le premier et le second flasque axial ayant des passages respectifs (38b, 38a) qui sont délimités et qui sont reliés aux passages formés dans le boîtier. 2. Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que le palier a une bague externe (4) emmanchée à for- ce dans le boîtier et a une première et une seconde extré- mité annulaire (34) qui sont opposées, la première extrémité il annulaire (34) étant disposée en face de l'organe formant la cloison, et le premier flasque axial (30) a son extrémité annulaire libre (34) qui présente un gradin formé radiale- ment vers l'intérieur afin qu'il loge la première extrémité annulaire de la bague externe. 3. Support selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint latéral comporte un premier et un second organe annulaire de retenue (17,18) fixés au boîtier et à l'arbre respectivement et distants axialement l'un de l'autre, un premier et un second organe tampon annulaires (21, 22) portés par le premier et le second organe de retenue respec- tivement afin qu'ils soient en regard l'un de l'autre, une bague rotative (19) d'étanchéité portée par le second organe tampon, une bague fixe d'étanchéité (20) portée par le premier organe tampon, et un élément de rappel (23) destiné à repousser la bague fixe d'étanchéité afin qu'elle soit en contact glissant avec la bague rotative d'étanchéité.