Brevet FR2664244A1 — publié le 19920110

L'invention concerne un sas à roue cellulaire du type se composant d'un carter, dans le compartiment intérieur cylindrique duquel est logé une roue cellulaire avec plateaux latéraux, un dispositif d'étanchéité étant prévu entre chaque plateau latéral et le chapeau de palier associé du carter. On connaît, comme dispositif d'étanchéité entre chaque plateau latéral et le chapeau de palier associé du carter, un anneau glissant pressé élastiquement à partir du côté du chapeau de palier contre la face du plateau latéral correspondant qui est en regard de ce chapeau de palier. L'anneau glissant est bien entendu soumis à une usure inévitable qui est d'autant plus importante que l'anneau est pressé fortement contre la face du plateau latéral La pression appliquée nécessaire doit être d'autant plus élevée que la différence de pression entre le côté entrée et le côté sortie du sas est élevée En outre, il est difficile avec un anneau glissant de ce type de réaliser un long interstice d'étanchéité prévu dans le sens de l'écoulement qui serait souhaitable en soi étant donné que plus l'interstice d'étanchéité est long (et étroit) et meilleur est l'effet d'étanchéité Toutefois, le risque d'une usure inégale qui croît lorsque la largeur de l'anneau glissant augmente, s'oppose à un élargissement correspondant de l'anneau. Le but de l'invention est de proposer un sas à roue cellulaire du type indiqué ci-dessus avec un meilleur dispositif d'étanchéité, qui n'est sujet qu'à une usure réduite. Ce but est atteint, suivant l'invention, par un sas à roue cellulaire, caractérisé en qu'il est fixé, sur la surface frontale de chaque plateau latéral en regard du chapeau de palier voisin, un anneau métallique coaxial à l'axe de la roue cellulaire, la surface périphérique extérieure de cet anneau étant entourée par un anneau de remplissage en matière plastique, dont la surface d'enveloppe extérieure est écartée de la paroi du compartiment intérieur cylindrique du carter de la largeur d'un interstice d'étanchéité, et en ce que des moyens formant ressort sollicitent l'anneau de remplissage aussi bien dans le sens axial que dans le sens radial. Une longue voie d'écoulement est obtenue grâce à l'anneau métallique, proposé dans le cadre de cette solution, qui est coaxial à l'axe de la roue cellulaire, sur la face de chaque plateau latéral, en regard du chapeau de palier voisin L'anneau de remplissage est désormais placé dans cette voie d'écoulement et il est en fait fixe par rapport à l'anneau métallique et ne nécessite du fait de la construction flottante choisie que des forces de pression axiales et radiales réduites, produites au moyen du dispositif à ressorts L'anneau de remplissage est donc largement soustrait à l'action des forces et par conséquent soumis à une usure réduite L'interstice d'étanchéité, demeurant entre la surface périphérique extérieure de l'anneau de remplissage et la zone de la paroi interne correspondante du carter du sas, et qui constitue une condition préalable pour la disposition flottante de l'anneau de remplissage par rapport au carter, peut être très faiblement dimensionné Il suffit d'avoir une largeur d'interstice qui soit égale à la dilatation thermique (et donc à l'augmentation du diamètre) des plateaux latéraux de la roue cellulaire pour la température de fonctionnement la plus élevée qui puisse intervenir, augmentée des tolérances courantes pour compenser les ovalisations, et une flexion éventuelle de l'arbre de la roue cellulaire en cas de différence de pression élevée entre le côté entrée et le côté sortie du sas L'effet d'étanchéité atteint est très bon grâce à l'interstice d'étanchéité étroit et à la grande longueur de l'interstice Tous les inconvénients des dispositifs d'étanchéité jusqu'ici utilisés disparaissent simultanément, à savoir une usure élevée, un échauffement et donc une dilatation des plateaux latéraux de la roue cellulaire à cause du frottement entre ceux-ci et le dispositif d'étanchéité, ainsi que des coûts de commande élevés pour le réglage de la force de pression du dispositif d'étanchéité. Selon un aspect de l'invention, il est créé un sas à roue cellulaire du type mentionné ci-dessus, caractérisé en ce que les moyens formant ressort consistent en un anneau élastique de forme, qui dépasse dans le sens axial et dans le sens radial de la surface frontale de l'anneau de remplissage en regard du chapeau de palier et qui s'appuie de manière légèrement comprimée d'une part contre la paroi interne du chapeau de palier et d'autre part contre la paroi du compartiment intérieur cylindrique. D'une manière préférable l'anneau de remplissage présente dans sa surface d'enveloppe extérieure une dénivellation de diamètre pour recevoir partiellement, à la manière d'un emboîtement, l'anneau élastique de forme, et d'une manière encore préférable l'anneau de remplissage et l'anneau en élastomère sont collés ensemble. Etant donné que le métal et la matière plastique ont des coefficients de dilatation thermique très différents, il est en outre avantageux que l'anneau de remplissage comporte une fente traversante en un endroit de sa périphérie Les dilatations thermiques sont ainsi réduites et elles ne risquent donc pas d'entraîner des concentrations de contraintes. Selon un autre aspect de l'invention il est créé un sas à roue cellulaire, caractérisé en ce que les moyens formant ressort se composent de ressorts hélicoïdaux de pression logés entre le chapeau de palier et la surface frontale de l'anneau de remplissage en regard de celui-ci, et d'au moins un anneau en élastomère, qui est logé entre la paroi du compartiment intérieur cylindrique et la surface d'enveloppe extérieure de l'anneau de remplissage et qui sollicite l'anneau de remplissage dans le sens radial. D'une manière préférable, l'anneau en élastomère est en partie logé dans une rainure périphérique de l'anneau de remplissage. Selon encore un autre aspect de l'invention, il est créé un sas à roue cellulaire, se composant d'un carter dans le compartiment intérieur cylindrique duquel est logée une roue cellulaire avec plateaux latéraux, un dispositif d'étanchéité étant prévu entre chaque plateau latéral et le chapeau de palier associé du carter, caractérisé en ce que chaque plateau latéral est muni, à sa périphérie, d'un anneau métallique coaxial à l'axe de la roue cellulaire et en regard du chapeau de palier voisin, la surface périphérique extérieure de cet anneau étant écartée de la paroi du compartiment intérieur cylindrique du carter de la largeur d'un interstice d'étanchéité, en ce que le compartiment intérieur cylindrique présente dans la zone de la surface périphérique extérieure de l'anneau métallique une surface annulaire formée par un agrandissement du diamètre et située dans un plan radial, en ce qu'un anneau de remplissage en une matière d'étanchéité déformable élastiquement ou plastiquement, en particulier une garniture pour presse-étoupe, s'appuie contre cette surface annulaire, et en ce qu'un anneau métallique de forme, pressé par un ressort, sollicite l'anneau de remplissage axialement en direction de la surface annulaire et l'entoure au moins en partie sur sa surface d'enveloppe extérieure. Un sas à roue cellulaire suivant l'invention est représenté, dans des formes de réalisation choisies à titre d'exemple, de manière simplifiée dans les dessins, qui montrent: Figure 1: le sas à roue cellulaire en coupe longitudinale Figure 2 la zone II de la figure 1, en agrandissement, représentant une première forme de réalisation du dispositif d'étanchéité Figure 3 la zone III de la figure 1, en agrandissement, représentant une deuxième forme de réalisation du dispositif d'étanchéité et Figure 4 la zone IV de la figure 1, en agrandissement, représentant une troisième forme de réalisation du dispositif d'étanchéité. Le sas à roue cellulaire de type courant se compose d'un carter 1, qui comporte à la partie supérieure une entrée la de matières en vrac et, à la partie inférieure, une sortie lb de matières en vrac Entre le côté de l'entrée et celui de la sortie, il peut y avoir une différence de pression de l'ordre par exemple de quelques bars (hectopascal) La roue cellulaire logée dans un alésage cylindrique du carter 1 comprend essentiellement un arbre 2, un certain nombre (par exemple 12) de palettes 3 ainsi que des plateaux latéraux 4 a et 4 b L'arbre 2 est logé dans les chapeaux de palier 5 a et 5 b latéraux du carter 1 Entre chaque chapeau de palier 5 a ou 5 b et le plateau latéral 4 a ou 4 b du même côté, il est prévu un dispositif d'étanchéité, qui empêche un courant d'air de fuite de l'entrée vers la sortie (ou inversement) du sas et dont les diverses formes de réalisation seront décrites ci- après au moyen des figures 2 à 4. Le dispositif d'étanchéité représenté à la figure 2 comprend un anneau métallique 6 a, qui est coaxial à l'axe de la roue cellulaire et qui est soudé sur le plateau latéral 4 a et se termine à courte distance du chapeau de palier 5 a du même côté Un anneau de remplissage 7 a en matière plastique est placé mobile sur l'anneau métallique 6 a Lorsque la roue cellulaire est à l'arrêt, sans différence de pression entre l'entrée et la sortie du sas et à température ambiante, il reste un faible interstice d'étanchéité S entre la surface périphérique extérieure de l'anneau de remplissage 7 a et la paroi cylindrique interne lc du carter 1 du sas L'anneau de remplissage 7 a présente, sur sa face en regard du chapeau de palier 5 a, un diamètre étagé et a donc sensiblement un profil en forme de L Cette dénivellation du diamètre est comblée par un anneau de forme 8 a, qui a une section rectangulaire et qui se compose d'un élastomère, par exemple d'un caoutchouc cellulaire. Cet anneau de forme 8 a élastique est dimensionné de manière à être en saillie au-dessus de l'anneau de remplissage 7 a, aussi bien dans le sens radial (dans la direction de la paroi interne lc du carter 1) que dans le sens axial (dans la direction du chapeau de palier 5 a) et à s'appuyer par ses surfaces en saillie, dans un état légèrement comprimé, d'une part contre la paroi interne lc du carter 1, d'autre part contre la paroi interne ou frontale du chapeau de palier 5 a Les efforts ainsi exercés, aussi bien dans le sens radial que dans le sens axial, sur l'anneau de remplissage 7 a maintiennent celui-ci en un léger appui d'une part contre la surface périphérique extérieure de l'anneau métallique 6 a, d'autre part contre la face frontale extérieure du plateau latéral 4 a Bien que les forces d'entraînement, provoquées par la rotation de la roue cellulaire et ainsi exercées sur l'anneau fixe de remplissage 7 a dans le sens de la périphérie, restent faibles, il peut être approprié de munir l'anneau de remplissage 7 a d'une sécurité anti-torsion, par exemple sous la forme d'une goupille (non représentée) fixée dans le chapeau de palier 5 a et s'étendant jusqu'à l'anneau de remplissage 7 a Il est en outre conseillé de prévoir une fente traversante à un endroit de la périphérie de l'anneau de remplissage, comme on le voit en 9 a sur la figure 1. Dans la pratique, on montera toutefois les anneaux de remplissage de telle manière que les fentes en question soient tournées de 90 par rapport à la représentation du dessin, car sinon des interstices non désirés supplémentaires se produiraient (ici dans la zone de sortie). L'anneau de remplissage 7 a et l'anneau en élastomère 8 a peuvent être collés ensemble au moins en partie de manière à constituer ensemble un élément d'un seul tenant. Si l'on recherche une usure particulièrement faible de l'anneau de remplissage 7 a, on peut renoncer à une pression axiale de l'anneau de remplissage 7 a contre la face frontale extérieure du plateau latéral 4 a, avec certaines pertes en ce qui concerne l'effet d'étanchéité Etant donné que, dans ce cas, l'anneau en élastomère 8 a n'a pas besoin de dépasser de l'anneau de remplissage 7 a dans le sens axial, (ou du moins ne doit pas être monté comprimé axialement dans cette direction), l'anneau de forme peut aussi, au lieu d'être logé entre la paroi lc du carter et l'anneau de remplissage 7 a (comme on le voit à la figure 2), être placé entre l'anneau de remplissage 7 a et la surface d'enveloppe extérieure de l'anneau métallique 6 a (non représenté). Une caractéristique essentielle du dispositif d'étanchéité suivant la figure 2, ainsi que ceux des figures 3 et 4 décrites ci-après, réside dans la disposition flottante de l'anneau de remplissage par rapport au carter 1 et aux chapeaux de palier correspondants, l'anneau étant alors propre à s'adapter à des dilatations thermiques des plateaux latéraux de la roue cellulaire, à une flexion de l'arbre de la roue cellulaire à la suite d'une différence de pression élevée entre l'entrée et la sortie du sas et à d'autres influences agissant de la même manière, sans que ne se produisent de ce fait des forces (contraintes) supplémentaires entraînant une usure Au contraire, l'interstice S augmente ou diminue simplement de manière correspondante. La deuxième forme de réalisation du dispositif d'étanchéité représenté à la figure 3 ne se différencie de celui de la figure 2 que par le remplacement de l'anneau de forme 8 a par d'autres moyens à ressorts Ceux-ci se composent d'une part des ressorts hélicoïdaux de pression 8 b, qui sont logés entre le chapeau de palier 5 b et la face frontale de l'anneau de remplissage 7 b en regard de celui- ci, et d'autre part de deux anneaux 8 c en élastomère, qui sont en partie reçus dans des rainures périphériques parallèles dans la surface de l'enveloppe extérieure de l'anneau de remplissage 7 a et qui, pour le reste s'appuient contre la paroi interne lc du carter 1, en étant soumis à une compression radiale minime, de telle manière que l'interstice d'étanchéité S est interrompu par ces anneaux en élastomère Les anneaux 8 c en élastomère pressent en conséquence l'anneau de remplissage 7 a contre la surface périphérique extérieure de l'anneau métallique 6 b Etant donné qu'il existe des matières plastiques très résistantes à l'usure pour les anneaux 8 c en élastomère, on peut renoncer d'une manière générale à la sécurité anti-torsion mentionnée en liaison avec la figure 2 Lorsque la roue cellulaire est en rotation, l'anneau de remplissage 7 b et les anneaux 8 c en élastomère se déplacent avec un glissement plus ou moins fort en fonction de la vitesse de rotation de la roue cellulaire, en suivant la rotation de celui-ci. Dans le dispositif d'étanchéité illustré à la figure 4, le plateau latéral 4 b porte un anneau métallique 6 c comparable aux anneaux métalliques 6 a et 6 b, mais qui toutefois est monté sur la périphérie externe du plateau latéral 4 b Il reste un interstice d'étanchéité S (comme dans le cas des figures 2 et 3) entre la surface d'enveloppe extérieure de l'anneau métallique 6 c et la paroi cylindrique interne lc du carter 1 Le chapeau de palier 5 b est alésé à un diamètre supérieur au diamètre du compartiment intérieur cylindrique du carter 1 On obtient ainsi une surface annulaire ld située dans un plan radial, contre laquelle s'appuie un anneau de remplissage 7 c, qui est ici représenté composé de deux parties Contrairement au cas des anneaux de remplissage 7 a ou 7 b suivant les figures 2 ou 3, il est essentiel, dans la présente forme de réalisation, que l'anneau de remplissage 7 c se compose d'une matière d'étanchéité déformable élastiquement ou plastiquement Des matières d'étanchéité, qui sont utilisées pour les garnitures de presse- étoupe, se sont révélées particulièrement adéquates L'anneau de remplissage 7 c est sollicité axialement par un anneau métallique de forme 8 e, sur lequel agissent, à l'arrière, des ressorts hélicoïdaux de pression 8 d qui s'appuient contre le chapeau de palier 5 b présentant à cet effet des alésages de logement L'anneau métallique de forme 8 e n'appuie toutefois pas seulement dans le sens axial sur l'anneau de remplissage 7 c, mais au contraire il entoure celui-ci également sur la plus grande partie de sa surface d'enveloppe extérieure L'anneau métallique de forme 8 e présente à cet effet du côté intérieur une dénivellation de diamètre dans laquelle s'adapte géométriquement l'anneau de remplissage 7 c L'anneau de remplissage 7 c peut donc se déformer radialement presque exclusivement uniquement dans la direction de l'anneau métallique 6 c, lorsqu'il est soumis à la pression axiale de l'anneau métallique de forme 8 e Cette déformation peut être plastique ou élastique en fonction de la matière d'étanchéité choisie L'interstice s disparaît à cet endroit par suite de la déformation Etant donné que l'anneau métallique de forme 8 e et l'anneau de remplissage 7 c constituent un dispositif d'étanchéité flottant, celui-ci est propre à suivre les déplacements radiaux inévitables de l'anneau métallique 6 c, dus aux causes évoquées, de telle manière que les forces de5 frottement élevées indésirables entre la surface périphérique intérieure de l'anneau de remplissage 7 c et la surface d'enveloppe extérieure de l'anneau métallique 6 c sont évitées. il REVENDICATIONS 1 Sas à roue cellulaire, se composant d'un carter ( 1), dans le compartiment intérieur cylindrique (lc) duquel est logée une roue cellulaire avec plateaux latéraux ( 4 a, 4 b), un dispositif d'étanchéité étant prévu entre chaque plateau latéral et le chapeau de palier associé ( 5 a, 5 b) du carter, caractérisé en qu'il est fixé, sur la surface frontale de chaque plateau latéral ( 4 a) en regard du chapeau de palier ( 5 a) voisin, un anneau métallique ( 6 a; 6 b) coaxial à l'axe de la roue cellulaire ( 2, 3, 4 a, 4 b), la surface périphérique extérieure de cet anneau étant entourée par un anneau de remplissage ( 7 a; 7 b) en matière plastique, dont la surface d'enveloppe extérieure est écartée de la paroi (lc) du compartiment intérieur cylindrique du carter ( 1) de la largeur d'un interstice d'étanchéité (s), et en ce que des moyens formant ressort sollicitent l'anneau de remplissage ( 7 a; 7 b) aussi bien dans le sens axial que dans le sens radial. 2 Sas à roue cellulaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant ressort consistent en un anneau élastique de forme ( 8 a), qui dépasse dans le sens axial et dans le sens radial de la surface frontale de l'anneau de remplissage ( 7 a) en regard du chapeau de palier ( 5 a) et qui s'appuie de manière légèrement comprimée d'une part contre la paroi interne du chapeau de palier ( 5 a) et d'autre part contre la paroi (lc) du compartiment intérieur cylindrique. 3 Sas à roue cellulaire suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'anneau de remplissage ( 7 a) présente dans sa surface d'enveloppe extérieure une dénivellation de diamètre pour recevoir partiellement, à la manière d'un emboîtement, l'anneau élastique de forme ( 8 a). 4 Sas à roue cellulaire suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'anneau de remplissage et l'anneau en élastomère sont collés ensemble. Sas à roue cellulaire suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'anneau de remplissage ( 7 a) présente une fente traversante en un endroit de sa périphérie (en 9 a). 6 Sas à roue cellulaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant ressort se composent de ressorts hélicoïdaux de pression ( 8 b) logés entre le chapeau de palier ( 5 b) et la surface frontale de l'anneau de remplissage ( 7 b) en regard de celui-ci, et d'au moins un anneau en élastomère ( 8 c), qui est logé entre la paroi (lc) du compartiment intérieur cylindrique et la surface d'enveloppe extérieure de l'anneau de remplissage ( 7 b) et qui sollicite l'anneau de remplissage ( 7 b) dans le sens radial. 7 Sas à roue cellulaire suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'anneau en élastomère ( 8 c) est en partie logé dans une rainure périphérique de l'anneau de remplissage ( 7 b). 8 Sas à roue cellulaire, se composant d'un carter ( 1) dans le compartiment intérieur cylindrique (lc) duquel est logée une roue cellulaire avec plateaux latéraux ( 4 a, 4 b), un dispositif d'étanchéité étant prévu entre chaque plateau latéral et le chapeau de palier associé ( 5 a, 5 b) du carter, caractérisé en ce que chaque plateau latéral ( 4 b) est muni, à sa périphérie, d'un anneau métallique ( 6 c) coaxial à l'axe de la roue cellulaire ( 2, 3, 4 a, 4 b) et en regard du chapeau de palier ( 5 b) voisin, la surface périphérique extérieure de cet anneau étant écartée de la paroi (lc) du compartiment intérieur cylindrique du carter ( 1) de la largeur d'un interstice d'étanchéité (s), en ce que le compartiment intérieur cylindrique (lc) présente dans la zone de la surface périphérique extérieure de l'anneau métallique ( 6 c) une surface annulaire (ld) formée par un agrandissement du diamètre et située dans un plan radial, en ce qu'un anneau de remplissage ( 7 c) en une matière d'étanchéité déformable élastiquement ou plastiquement, en particulier une garniture pour presse- étoupe, s'appuie contre cette surface annulaire, et en ce qu'un anneau métallique de forme ( 8 e), pressé par un ressort, sollicite l'anneau de remplissage ( 7 c) axialement en direction de la surface annulaire (ld) et l'entoure en moins en partie sur sa surface d'enveloppe extérieure.