Brevet FR2711205A1 — publié le 19950421

DISPOSITIF D'ETANCHEITE POUR ARBRE TOURNANT La présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité pour arbre tournant et notamment pour arbre tournant de pompe. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité entourant l'arbre tournant qui permet d'isoler efficacement la partie pompe proprement dite dans laquelle est mis en circulation le liquide traversant la pompe et la partie mécanique d'entraînement en rotation et de guidage de l'arbre de la pompe. On comprend que ce problème est très important, notamment dans les industries papetières où les pompes doivent mettre en circulation des liquides qui peuvent être très corrosifs ou très dommageables pour les parties mécaniques de la pompe et notamment les paliers grâce auxquels l'arbre est monté pivotant à l'intérieur du bâti de la pompe. Dans les dispositifs connus d'étanchéité d'arbre tournant, on trouve le plus souvent un presse-étoupe qui est disposé autour de l'arbre à l'intérieur d'une boîte de garniture, cette étanchéité étant souvent complétée par une gorge ou lanterne d'introduction d'un liquide de lubrification des garnitures d'étanchéité. On peut utiliser pour réaliser le presse-étoupe différents types de tresses notamment des tresses en chanvre suifé, des tresses recouvertes de téflon qui peuvent être à base de chanvre ou de fibre d'aramide. Par ailleurs, dans les systèmes connus, l'introduction du liquide de lubrification se fait le plus souvent sous pression et peut consister dans l'injection du liquide luimême qui circule dans la pompe. On comprend également que, lors de l'utilisation intensive de telle pompe, il est d'une part nécessaire que le dispositif d'étanchéité ait une durée de vie aussi importante que possible afin de réduire la fréquence des interventions qui augmentent la durée d'indisponibilité de la pompe et que, de plus et surtout, les opérations de changement de dispositif d'étanchéité puissent se faire commodément sans que cela entraîne une période d'indisposition de la pompe trop importante. En outre, pour éviter d'avoir à changer l'arbre lui-même de la pompe, on recouvre le plus souvent la partie de celui-ci disposée en regard du dispositif d'étanchéité d'une douille métallique le plus souvent réalisée en bronze ou en inox. I1 s'avère que ces types de douilles présentent l'inconvénient d'être altérés relativement rapidement par l'effet du frottement des dispositifs d'étanchéité, ce qui rend caduque la fonction technique de la douille. La présente invention a pour objet de fournir un dispositif d'étanchéité pour arbre tournant et notamment de pompe qui permette d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus en augmentant la durée de vie du dispositif d'étanchéité et en simplifiant les opérations de maintenance correspondant au changement du dispositif d'étanchéité. Pour atteindre ce but, le dispositif d'étanchéité d'arbre tournant comprenant un bâti entourant ledit arbre, ledit dispositif d'étanchéité étant disposé entre ledit arbre et ledit bâti se caractérise en ce qu'il comprend: une douille de protection entourant ledit arbre et solidaire au moins en translation et en rotation dudit arbre; un grain d'étanchéité entourant ladite douille et solidaire en translation dudit bâti ; et des moyens d'étanchéité entourant ladite douille et solidaire dudit bâti qui comprennent: - une lanterne avec gorge annulaire solidaire du bâti et reliée à une source de liquide de lubrification, - au moins une bague annulaire à lèvre d'étanchéité entre ledit grain et ladite gorge annulaire, ladite lèvre coopérant avec la face externe de ladite douille, et au moins une tresse de presse-étoupe disposée au-delà de ladite gorge annulaire par rapport audit grain et des moyens de compression de ladite tresse. On comprend que, grâce aux dispositions de l'invention, le fait que l'étanchéité entre le grain et la gorge de lubrification soit assurée par des bagues d'étanchéité à lèvre permet, d'une part, d'améliorer l'étanchéité notamment entre la pompe et le liquide de lubrification et, d'autre part, de simplifier les opérations de maintenance puisque ces bagues d'étanchéité à lèvre présentent une durée de vie très importante, ces bagues étant disposées dans la zone où les tresses de presse-étoupe des solutions de l'art antérieur étaient en fait inaccessibles en raison de la présence de la lanterne comportant la gorge d'injection de liquide de lubrification. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la douille de protection est réalisée en acier et est revêtue d'une couche de protection comportant 50 à 70% du métal d'apport et 30 à 50% de liant. Une telle composition de la couche de protection assure une grande résistance mécanique de la face externe de la douille tout en présentant une grande facilité de mise en oeuvre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe de type classique ; et - la figure 2 est une demi-coupe longitudinale du dispositif d'étanchéité selon l'invention. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire la structure générale d'une pompe sur laquelle peut être monté le dispositif d'étanchéité pour arbre tournant. Cette pompe comporte une volute 10 avec sa conduite d'entrée 12 et sa conduite de sortie 14. La volute 10 est prolongée par un corps de pompe '6 dans lequel est monté l'arbre tournant 18. Sur la première extrémité 20 de l'arbre est monté le rotor 22 de la pompe qui est bien sûr disposé à l'intérieur de la volute 10 et la deuxième extrémité 24 de l'arbre est reliée à un moteur, non représenté sur la figure. L'arbre 18 est guidé en rotation par deux paliers 26 et 28 équipés de façon connue de roulements à billes convenables. Ainsi, l'arbre ou plus précisément le rotor 20 est en porte-à-faux par rapport aux paliers 26 et 28. On comprend qu'il est nécessaire de réaliser une étanchéité entre l'intérieur de la volute 10 dans laquelle circule le fluide à mettre en circulation et la partie mécanique de guidage en rotation de l'arbre 18, cette partie étant essentiellement constituée par les ensembles de paliers 26 et 28. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement les moyens d'étanchéité 30 qui sont bien sûr disposés entre la volute 10 et le premier palier 28. Sur cette figure, on a représenté volontairement très schématiquement le dispositif d'étanchéité. On comprend cependant que celui-ci comporte essentiellement une boîte de garniture 32 qui est solidaire du corps de pompe 16 et qui entoure l'arbre 18 pour servir à maintenir les moyens d'étanchéité 30 proprement dits. En se référant maintenant à la figure 2, on va décrire plus en détails un dispositif d'étanchéité 30 monté à l'intérieur de la boîte de garniture 32. Comme le montre cette figure, l'arbre 18 est recouvert d'une douille de protection 40 qui s'étend sur au moins toute la partie de l'arbre en regard du dispositif d'étanchéité. Le mode de réalisation de la douille 40 sera décrit ultérieurement plus en détails. Il suffit de savoir que la douille 40 est emmanchée glissante sur la face externe de l'arbre 18. Comme cela est bien connu, la boîte de garniture 32 comporte un lamage interne 42 dans lequel sont engagés autour de l'arbre 18 les différents éléments constituant le dispositif d'étanchéité 30. Si l'on se déplace le long de l'arbre 18 de son extrémité 20 portant le rotor 22 vers sa partie engagée dans le palier 28, on trouve successivement à l'intérieur du lamage 42 un grain de fond 44, deux bagues annulaires d'étanchéité élastomères 46 et 48, une lanterne annulaire 50 définissant une gorge annulaire 52 pour l'introduction d'une liquide de lubrification du dispositif d'étanchéité, et une pluralité de tresses de presse-étoupe 44, ltensemble étant maintenu comprimé dans le lamage 42 par un fouloir 56. Comme le montre mieux la figure 1, le fouloir 56 est maintenu en place et serré par des vis telles que 58. Le grain de fond 44 est de type classique. Il est en bronze ou accessoirement en celoron et constitue essentiellement une pièce d'usure interchangeable. Il permet ainsi d'éviter, en cas notamment de vibrations, l'usure de l'arbre ou de la boîte de garniture 32. De préférence, le jeu e entre la face externe de la douille 40 et la face interne du grain de fond 44 est très réduit, par exemple de l'ordre 0,2 mm, afin de diminuer la pression spécifique du liquide pompé sur le dispositif d'étanchéité proprement dit. Les bagues annulaires d'étanchéité élastomères 46 et 48 sont donc disposées entre la lanterne de lubrification 52 et le grain de fond 44. Ces deux bagues d'étanchéité sont du type à lèvre et comportent donc un corps de fixation 58 en contact avec le fond du lamage 42 et une lèvre déformable 60. Les lèvres 60 sont incurvées dans la direction du grain de fond 44 afin que, sous l'effet de la pression, les lèvres 60 tendent à être appliquées contre l'arbre 18. La nature de l'élastomère servant à réaliser les bagues 46 et 48 dépend des fluides véhiculés par la pompe ou du liquide de lubrification. Il est possible de prévoir des bagues 46 et 48 dans lequel un ressort annulaire est noyé dans la lèvre 60 pour augmenter la pression de contact entre la lèvre et la face externe de l'arbre. De préférence, les bagues d'étanchéité peuvent être réalisées avec le matériau commercialisé sous la marque VITON. La lanterne 50 peut être de type classique. Elle définit ainsi une gorge annulaire d'alimentation en liquide de lubrification, comporte un orifice d'entrée 50 relié à une source de liquide de lubrification et elle présente de préférence en regard un orifice de sortie du liquide de lubrification non représenté sur la figure 2. Cet orifice d'évacuation permet d'éviter tout risque de surpression du liquide de lubrification dans cette zone et donc tout risque de passage du liquide de lubrification vers la volute de la pompe. Au-delà de la lanterne 50, on trouve plusieurs tresses 54 de presse-étoupe. Le nombre de tresses dépend de l'étanchéité qu'on souhaite réaliser. Les tresses de presse-étoupe sont de préférence à base de fibres d'aramide revêtues de téflon. On comprend que cette disposition permet d'assurer une étanchéité très efficace entre la pompe proprement dite et les organes mécaniques de guidage de l'arbre tout en permettant une maintenance aisée de l'ensemble de la pompe. En effet, on comprend que les tresses de presse-étoupe 54, après démontage du fouloir 56, peuvent aisément être extraites de la boîte de garniture par tout moyen convenable puisque l'accès est libre. En revanche, en ce qui concerne les moyens d'étanchéité disposés au-delà de la lanterne 52 et qui ne sont donc pas accessibles sauf à procéder à des démontages importants, la question ne se pose pas puisque les bagues à lèvres 46 et 48 ont une résistance mécanique très élevée et ne nécessitent pas de remplacement fréquent. Il faut ajouter que les tresses 54 choisies présentent également une durée de vie très élevée, typiquement au moins de l'ordre de 12 mois. La qualité de l'étanchéité permet d'éviter le passage duliquide pompé vers la partie mécanique de la pompe. Cela présente deux avantages principaux : d'une part, on protège la partie mécanique de la corrosion qui serait due au liquide circulant dans la pompe; d'autre part on évite les pertes de liquide, ce qui peut être important lorsque celui-ci a une valeur élevée. Comme on l'a indiqué, de préférence, la douille de protection 40 est constituée à partir d'une douille en acier qui est de préférence non en inox mais qui peut éventuellement l'être dans certains cas sur laquelle on réalise un revêtement de protection en métal d'apport. Selon l'invention, ce revêtement a une épaisseur d'environ 1 mm. Pour réaliser la couche de protection de la douille, on utilise un mélange de 60% de métal d'apport, plus généralement compris entre 50 et 70%, et de 40% de liant, plus généralement de 30 à 50%. Le liant permet une refusion pour permettre le dépôt et la fixation du métal d'apport à une température de l'ordre de 1200-C. De façon connue en soi, le matériau d'apport peut être du carbure de chrome, du carbure de tungstène, etc. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité d'arbre tournant comprenant un bâti (30) entourant ledit arbre, ledit dispositif d'étanchéité étant disposé entre ledit arbre (18) et ledit bâti, caractérisé en ce qu'il comprend: une douille (40) de protection entourant ledit arbre et solidaire au moins en translation et en rotation dudit arbre; un grain de fond (44) entourant ladite douille et solidaire en translation dudit bâti ; et des moyens d'étanchéité entourant ladite douille et solidaires dudit bâti qui comprennent: - une lanterne (50) avec gorge annulaire (52) solidaire du bâti et reliée à une source de liquide de lubrification, - au moins une bague annulaire à lèvre d'étanchéité (46, 48) entre ledit grain et ladite gorge annulaire, ladite lèvre coopérant avec la face externe de ladite douille, et au moins une tresse de presse-étoupe (54) disposée au-delà de ladite gorge annulaire par rapport audit grain et des moyens de compression (56) de ladite tresse. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux bagues annulaires d'étanchéité à lèvre (46, 48) et une pluralité de tresses de priez -étoupe (56). 3. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite douille (40) de protection est réalisée en acier et est revêtue d'une couche de protection comportant 50 à 70% de métal d'apport et 30 à 50% de liant. 4. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite couche de revêtement de la douille a une épaisseur de l'ordre de 1 mm. 5. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la lèvre (60) des bagues d'étanchéité est incurvée vers ledit grain de fond (44). 6. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites bagues d'étanchéité sont réalisées en un matériau élastomère. 7. Dispositif d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les tresses de presse-étoupe (54) sont réalisée en fibre d'aramide revêtue de téflon.