Brevet FR2650626A1 — publié le 19910208

Machine tournante à enarenaces hélicoïdaux comportant une protection étanche de l'accouplement du rotor à son organe d'entrainement. - La présente invention concerne des perfection- nements apportés aux machines tournantes du type à deux engrenages hélicoïdaux intérieurs l'un'à l'autre,' dont l'engrenage hélicoïdal interne, tournant, ou rotor, pos- sède une dent de moins que l'engrenage hélicoïdal ex- terne fixe ou stator, cette machine comportant en outre un organe d'entraînement en rotation et des moyens d'accouplement du type cardan, interposés entre l'organe d'entraînement et le rotor, ainsi que des moyens de protection étanche de l'accouplement vis-à-vis de 1l'environnement. Dans de telles machines,- qui sont utilisables -comme pompes, moteurs ou compresseurs, l'entraînement en rotation du rotor est effectué, à partir d'un organe d'entraînement ou entraîneur animé d'un mouvement de rotation, par l'intermédiaire de deux articulations homocinétiques' formant 'un accouplement du type cardan, car le mouvement circulaire de l'ake -du rotor est excentré et s'effectue en sens inverse du sens de rotation. Ces articulations sont immergées dans le produit en circulation dans la -machine et elles doivent être protégées du produit pour éviter leur endommagement par des- phénomènes de corrosion ou d'abrasion. En outre, elles fonctionnent d'une façon optimale lorsqu'elles sont dans un bain d'huile qui doit être isolé de façon étanche du milieu environnant,- et notamment du produit en circulation dans la machine. De ce fait, la longévité de ces articulations dépend avant tout de là fiabilité de l'étanchéité. Il est connu à ce jour d'entourer l'-accouplement par une gaine ou un soufflet étanche déformable, par exemple en caoutchouc ou élastomère. Toutefois, le produit circulant dans la' machine peut provoquer un endommagement de cette gaine ou soufflet de protection. En particulier dans le cas de pompes, certains produits abrasifs ou susceptibles de prendre en masse attaquent mécaniquement la gaine ou soufflet et peuvent la déchi- rer. La remise en état de la machine nécessite son im- mobilisation, et le pompage de produits de ce genre provoque en général des incidents de fonctionnement répétés. L'invention a essentiellement pour objet de remédier dans toute la-mesure du possible aux inconvé-. nients des agencements connus, et de proposer une solu- tion technologique perfectionnée qui écarte ces incon- vénients, tout en étant simple et peu coûteuse à mettre en oeuvre, et qui puisse en particulier s'appliquer sans problèmes à des machines déjà existantes. A ces fins, une machine du genre précité se ca- ractérise essentiellement, conformément à l'invention, en ce que les moyens de protection étanche comprennent: - un bloc massif en élastomère ou analogue en forme de disque épais possédant un alésage central axial, ledit bloc étant monté par son alésage sur l'extrémité de l'organe d'entraînement située à proximité de l'accou- plement, extrémité qu'il enserre de façon étanche, - une bague rigide de protection entourant la périphérie dudit bloc et d'une portion adjacente du rotor incorporant les moyens d'accouplement du type cardan, et - des moyens pour assurer l'étanchéité entre ladite bague et, d'une part, le bloc, et, d'autre part, le rotor. Ainsi, grâce aux dispositions conformes à l'invention, la protection mécanique de l'accouplement contre l'action de produits abrasifs ou agressifs est conférée, pour l'essentiel, par la bague rigide, qui, à cet effet, peut être réalisée en tout matériau approprié mécaniquement. résistant, par exemple en acier. Pour ce qui est du bloc d'élastomère dont une face latérale est exposée au produit, le choix d'un matériau constitutif approprié et d'une forte épaisseur lui permet de *5 résister mécaniquement; en outre, certaines disposi- tions annexes dont il sera question plus loin peuvent permettre de réduire au minimum la surface de matériau - effectivement exposée au produit et donc d'accroître la durée de vie de ce bloc. Avantageusement, les moyens assurant l'étanché- ité entre la bague et le bloc sont situés au voisinage de la périphérie du bloc et du rotor et sont agencés pour comprimer la périphérie du bloc selon une direction axiale parallèle à-l'axe du rotor. De préférence, dans ce cas les moyens d'étanchéité comprennent un anneau de -serrage s'étendant au voisinage de la périphérie du bloc contre la face latérale extérieure de celui-ci, la péri- phérie du bloc étant prisé en sandwich entre cet anneau et la face frontale du rotor, et des moyens de serrage pour comprimer de façonétanche la périip1ié-e du bloz - entre ledit anneau et ladite face frontale du rotor. Il est techniquement simple que les moyens de serrage soient des boulons répartis circonférentielle- -ment; dans ce cas des moyens de butée peuvent de façon souhaitable être associés aux moyens de serrage pour limiter la compression de la périphérie du bloc à une valeur préétablie et, avantageusement, ces moyens de butée peuvent être des douilles tubulaires de longueur prédéterminée entourant les boulons et interposées entre les faces en regard de l'anneau et du rotor. Dans un mode de réalisation préféré et intéres- sant, l'anneau est solidaire de.la bague de protection et est constitué par un rabat de l'extrémité de celle-ci s'étendant radialement vers l'intérieur. Afin de réduire au minimum la surface du bloc d'élastomère en contact direct.avec le produit environ- nant, il est souhaitable que l'anneau délimite une ouverture centrale ayant le diamètre juste nécessaire pour autoriser le mouvement de rotation de l'organe d'entraînement. De ce fait,-la bague rigide entoure et protège de façon effective et efficace la plus grande partie des organes constitutifs de l'accouplement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre illustratif et représenté sur la figure unique du dessin annexé montrant en coupe un accouplement d'une machine agencée selon l'invention. Sur cette figure, seuls ont été représentés les éléments nécessaires à la compréhension de.l'invention. Un organe tournant d'entraînement 2 est accouplé à un rotor hélicoïdal ou à un entraîneur (dont seule l'extrémité est montrée, le stator qui l'entoure ayant été omis lui aussi) par un accouplement du type cardan qui peut être agencé comme suit. - L'entraîneur ou le rotor 1 se termine par deux bras parallèles la supportant, par l'intermédiaire de paliers 3, un arbre 4 de liaison pivotante sur lequel tourillonne l'extrémité de l'organe d'entraînement 2 par l'intermédiaire d'une bague 5 à profil intérieur bico- nique. Cet ensemble constitue un accouplement à deux degrés de liberté en rotation, du type cardan. Une bague rigide 6, par exemple en acier, en- toure l'accouplement, avec un joint torique 7 interposé entre elle et le rotor 1.à l'opposé de l'organe d'en- traînement 2. Du côté de l'organe d'entrainement 2, un bloc massif en élastomère 8 en forme de disque épais possède un alésage central axial 9 par lequel il est emmanché dans une gorge annulaire 10 creusée dans l'extrémité de l'organe d'entraînement 2; .le bloc 8 enserre ainsi élastiquement de façon étanche l'organe d'entraînement. Un appui axial- est procuré par une collerette 11 saillant radialement vers l'extérieur, au droit du bord de la gorge tourné vers l'organe d'entrainement. Le bloc en élastomère 8 possède un diamètre extérieur approximativement égal à celui du rotor 1. A cet endroit, la bague 6 présente un rabat 12 tourné radialement vers l'intérieur qui coiffe la péri- phérie du bloc 8. Des moyens,. de serrage, par exemple des boulons 13 répartis circonférentiellement, permettent de comprimer le bloc en élastomère entre le rabat 12 de la bague et la face frontale du rotor 1, afin d'assurer l'étanchéité recherchée. Des douilles 14, enfilées sur les boulons 13 et interposés entre les faces en regard du rabat 12 et du rotor 1, forment des butées d'entre- toisement maintenant le rabat 12 à distance axiale déterminée du rotor 1 et conférant une valeur préétablie de compression de l'élastomère propre à assurer l'étan- chéité sans endommagement du matériau élastique. L'étendue radiale du rabat 12 est t1ile que l'ouverture centrale 15 ainsi délimitée soit juste suf- fisante pour autoriser le mouvement de l'organe d'en- traînement 2. Ainsi seule une surface minimale d'élas- tomère est exposée à l'environnement. Pour la même raison, il est souhaitable que le rabat annulaire 12 s'étende de façon continue annulairement. Le bloc d'élastomère 8 travaille comme suit: - sa face extérieure ou périphérique 16 a un déplacement nul; - sa face intérieure 9 suit le déplacement de l'organe d'entraînement 'au. cours de la rotation excentrée du rotor, avec une précontrainte correspondant à la valeur du serrage de l'élastomère autour de la gorge ; - les faces latérales 17 ont des déplacements nuls, avec dans la zone périphérique une précontrainte égale à la valeur du serrage entre la bague 6 et le rotor 1. L'élastomère doit être choisi de manière qu'il résiste - à la pression du fluide, - aux efforts mécaniques d'arrachement d'un produit pouvant prendre en masse entre le corps de pompe et l'articulation, - à l'échauffement interne dû au travail en compression alterné dont la fréquence est fonction de la vitesse de rotation. Le recours à des formules classiques connues de l'homme de l'art permettent de déterminer par le calcul les caractéristiques du bloc d'élastomère. Dans un exemple typique, les conditions prévues de fonctionnement du bloc d'élastomère sont les suivantes:. - pression relative du fluide autour des articulations = 2 x 10 Pa - température du fluide = 80C - diamètre de l'organe d'entraînement = 90 mm - diamètre extérieur maximum possible = 220.mm - vitesse de rotation nominale = 200 t/mn - angle de débattement de l'articulation = 1,28 - durée de vie désirée: 4 000 heures. Ces données ont permis de définir le bloc d'élastomère: - épaisseur nécessaire = 21 mm - précontrainte initiale sur le rotor = 2,5 mm à 20'C précontrainte initiale sur Ies faces latérales: 1 mm à 20C - distance du bloc 8 par rapport à l'axe de l'arbre 4 = 48 mm - choix de l'élastomère: nature = élastomère base polyisoprène dureté = 55 shores A module = 4 daN/cm coefficient de Pois-son 0,49 masse volumique = 1080 kg/m3. Comme il va de soi et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réa- lisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. - 8 REVENDICATIONS 1. Machine tournante du type & deux engrenages hélicoïdaux intérieurs l'un à l'autre, dont l'engrenage hélicoïdal interne, tournant, ou rotor (1) possède une dent de moins que l'engrenage hélicoïdal externe fixe, cette machine comportant en outre un organe d'entraîne- ment en rotation (2) et des moyens d'accouplement du type cardan (1a, 3-5) interposés entre l'organe d'en- traînement et le'rotor, ainsi que des moyens de protec- tion étanche de -l'accouplement vis-à-vis de l'environnement, caractérisée en ce que les moyens de protection étanche comprennent: - un bloc massif (8) en élastomère ou analogue en forme de disque épais possédant un alésage central axial. (9), ledit bloc étant monté par son alésage sur l'ex- trémité de l'organe d'entraînement située à proximité des moyens d'accouplement, extrémité qu'il enserre de façon étanche, - une bague rigide de protection (6) entourant la péri- phérie dudit bloc (8) et d'une portion adjacente du rotor (1) incorporant les moyens d'accouplement du type cardan, et - des moyens pour assurer l'étanchéité entre ladite bague et, d'une part, le bloc, et, d'autre part, le rotor. 2. Machine selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que les moyens assurant l'étanchéité entre la bague (6) et le bloc (8) sont situés au voisinage de la périphérie du bloc et du rotor et sont agencés pour comprimer la périphérie du bloc (8) selon uhe'direction axiale parallèle à l'axe du rotor. 3. Machine selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que les moyens d'étanchéité comprennent un anneau de serrage (12) s'étendant au voisinage de la périphérie du bloc contre la face latérale extérieure (17) de celui-ci, la périphérie du bloc étant prise en sandwich entre cet anneau et la-face frontale du rotor et des moyens de serrage (13) pour comprimer de façon étanche la périphérie du bloc entre ledit anneau et ladite face frontale du rotor. 4. Machine selon la revendication 3, caractéri- sée en ce que les moyens de serrage-(13) sont des bou- lons répartis circonférentiellement. 5. Machine selon la revendication 3 ou 4, carac- térisée en ce que des moyens de butée sont associés aux moyens de serrage pour limiter la compression de la périphérie du bloc à une valeur préétablie. 6. Machine selon les revendications 4 et 5, ca- ractérisée en ce que les moyens de butée sont des douilles tubulaires (14) de longueur prédéterminée en- tourant les boulons et interposées entre les faces en regard de l'anneau et du rotor. - 7. Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 6, caractérisée en ce que l'anneau (12) est solidaire de la bague de protection et est constitué par un rabat de l'extrémité de celle-ci s'étendant radiale- ment vers l'intérieur. 8. Machine selon i'une quelconque des revendica- tions 3 à 7, caractérisée en ce que l'anneau délimite une ouverture centrale (15) ayant le diamètre juste nécessaire pour. autoriser le mouvement de rotation de l'organe d'entrainement. 9. Machine seloni'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisée en ce que le pourtour de l'alésage du bloc est engagé dans une gorge annulaire (10) de-l'extrémité de l'organe d'entraînement.. 10. Machine selon la revendication9, caracté- risée en ce que l'extrémité de'l'organe d'entraînement est munie d'une collerette annulaire (11) saillant radialement vers l'extérieur et située immédiatement au bord de la gorge située à l'opposé-de l'accouplement, pour former une portée d'appui axial entre l'organe d'entraînement et le bloc. 11. Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 10, caractérisée en ce que les moyens d'é- tanchéité entre la bague et le rotor comprennent un joint torique (7) situé à l'opposé -de l'organe d'entraînement par rapport aux moyens d'accouplement. 12. Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 11, caractérisée en ce que la bague (6) est en acier.