Brevet FR3018108A1 — publié le 20150904

SYSTEME D'ETANCHEITE POUR ARBRE TOURNANT La présente invention concerne le domaine des systèmes d'étanchéité, et plus particulièrement un système d'étanchéité pour arbre tournant. La présente invention s'applique par exemple aux arbres tournants des compresseurs mécaniques et électriques. Un compresseur électrique est un dispositif utilisé pour suralimenter un moteur thermique et fonctionnant avec un moteur électrique. Un compresseur mécanique ou électrique comporte un arbre pouvant tourner jusqu'à 300000 tours par minutes qui s'étend dans au moins deux compartiments. Le premier compartiment peut contenir des moyens de guidage en rotation et/ou des moyens d'entrainement de l'arbre. Dans un compresseur électrique, le premier compartiment peut contenir un moteur électrique et des éléments de guidage en rotation tels que des roulements à billes. Le deuxième compartiment peut contenir la roue du compresseur connectée à l'extrémité de l'arbre. Dans un tel dispositif il est nécessaire qu'une étanchéité maximale soit maintenue au niveau de l'arbre entre le premier et le deuxième compartiment. En effet, des polluants du moteur, tels que l'huile, provenant du deuxième compartiment, peuvent pénétrer dans le premier compartiment au niveau de la portion de l'arbre entre les deux compartiments. Actuellement, pour éviter que des polluants ne pénètrent dans le premier compartiment, un système d'étanchéité est disposé au niveau de la portion de l'arbre entre les deux compartiments. Ce système est composé d'un joint disposé dans un évidement formé directement dans l'arbre. Ce système est maintenu plaqué sur une face latérale de l'évidement en direction du premier compartiment sous l'effet de la pression du compresseur. Cependant, cette pression d'une valeur de la pression atmosphérique peut varier jusqu'à une valeur de pression d'environ la pression atmosphérique plus 0,4 MPa. Ces variations de pression peuvent avoir un impact sur le plaquage du système d'étanchéité et donc sur l'étanchéité dans le compresseur mécanique ou électrique. La géométrie de l'évidement peut également avoir un impact sur l'étanchéité. En effet, la paroi verticale de l'évidement, contre laquelle est plaqué le joint, peut ne pas être parfaitement lisse, ou être voilée. Lorsque l'arbre tourne, le joint n'est ainsi pas toujours en contact optimal avec la paroi latérale de l'évidement. Les variations de pression et le problème de voilage de l'évidement peuvent dans certains cas se cumuler et provoquer des problèmes d'étanchéité encore plus importants. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant un arbre tournant dont le système d'étanchéité est amélioré et permet ainsi d'éviter la pollution du premier compartiment, et notamment du moteur électrique. Pour cela la présente invention propose, un système d'étanchéité, pour arbre tournant de compresseur mécanique ou électrique, l'arbre étant relié à au moins un compartiment, l'arbre comportant au moins un joint d'étanchéité disposé dans un évidement de l'arbre et un dispositif de maintien du joint contre au moins une paroi de l'évidement, pour maintenir l'étanchéité du compartiment. L'invention permet ainsi de maintenir l'étanchéité, vis-à-vis de polluants tel que de l'huile, des gaz, ou d'autres liquides ou particules, dans le premier compartiment, et par exemple au niveau du moteur électrique pour un compresseur électrique. En effet, au niveau de la jonction entre l'arbre et un premier compartiment, en absence de système d'étanchéité, les polluants passent dans le compartiment et endommagent les éléments s'y trouvant. Le dispositif de maintien permet au joint de rester plaquer contre la paroi de l'évidement même lors de variation de pression. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de maintien est formé par une pièce élastique longitudinalement disposée dans l'évidement, selon l'axe longitudinal de l'arbre, de façon à se déformer selon l'axe longitudinale de l'arbre. La présence d'une pièce élastique permet de maintenir le joint plaqué contre la paroi de l'évidement tout en gardant une certaine souplesse. En effet, l'élasticité de la pièce permet de pallier les jeux et autres contraintes auxquels les éléments du compresseur sont soumis. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce élastique est configurée pour que les efforts fournis par la pièce élastique soient ajustés de façon à empêcher le recul du ou des joints sous l'effet des différences de pression. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce élastique est une pièce de type élastomère. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce élastique est un ressort. Selon un mode de réalisation de l'invention, le ressort est un ressort hélicoïdal ou un ressort en tôle. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint est un segment élastique ouvert en forme d'anneau. L'ouverture du joint permet son montage dans l'évidemment de l'arbre. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint entoure l'arbre et est plaqué contre une paroi verticale de l'évidement. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement est formé, directement dans l'arbre. Ce mode de réalisation permet l'économie d'une pièce. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement est formé par une pièce supplémentaire fixée à l'arbre. Cette pièce supplémentaire permet d'adapter le système à différents arbres existants. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce supplémentaire a la forme d'une bague dans laquelle est creusé l'évidement. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce supplémentaire est formée en une seule partie ou en deux parties. Selon un mode de réalisation de l'invention, les extrémités du ressort sont configurées pour coopérer avec au moins un joint. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système comporte deux joints et les extrémités du ressort sont configurées pour empêcher un mouvement relatif des deux joints autour de l'axe de l'arbre. L'invention concerne également un compresseur mécanique ou électrique équipé d'un système d'étanchéité selon l'invention. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue de face d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale du mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention de la figure 2, - la figure 4 est une représentation schématique d'une vue en perspective éclatée du mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention de la figure 2, - la figure 5 est une représentation schématique d'une vue de face d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 6 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'un élément du mode de réalisation du dispositif selon l'invention de la figure 5, - la figure 7 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'un élément d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 8 est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. - la figure 9 est une représentation schématique générale du système selon l'invention disposé entre deux compartiments. La présente invention concerne un arbre tournant équipé d'un système d'étanchéité. Dans le cadre de l'invention, le système d'étanchéité est formé par au moins un joint associé à un dispositif de maintien de ce joint. Selon un mode de réalisation de l'invention l'arbre tournant est un arbre pour compresseur mécanique ou électrique. Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par un moteur électrique, dans le but de suralimenter un moteur thermique. Dans la suite de la description, le terme compresseur signifie indifféremment compresseur mécanique ou compresseur électrique, sauf précision complémentaire. Comme cela est illustré sur les figures 1 à 5 et 8, l'arbre 10 est un arbre classique, longitudinal, de forme cylindrique. L'arbre 10 tourne en général à une vitesse comprise entre 0 et 300000 tr/min et de préférence entre 0 et 100000 tr/min. Comme illustré sur la figure 9, l'arbre 10 s'étend dans et entre au moins deux compartiments 1, 2. Plus précisément, une extrémité 12 de l'arbre débouche à l'intérieur d'un premier compartiment 1 du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier compartiment 1 contient des moyens de guidage en rotation et/ou des moyens d'entrainement de l'arbre. Par exemple, pour un compresseur électrique, le premier compartiment 1 comporte un moteur électrique. L'autre extrémité 11 de l'arbre débouche à l'intérieur d'un deuxième compartiment 2 du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention le deuxième compartiment 2 comporte la roue, non illustrée, du compresseur. L'arbre 10 est ainsi entrainé en rotation par les moyens d'entrainement disposés dans le premier compartiment 1, et entraine lui-même en rotation la roue du compresseur disposée dans le deuxième compartiment 2. L'arbre 10 est disposé dans un alésage 133 d'une pièce fixe 14 du compresseur, formant le corps du compresseur. On entend par pièce fixe, une pièce qui n'est pas entrainée en rotation ou en translation. L'arbre 10 comporte un évidement 13. On entend par évidement 13 une partie de l'arbre 10 de diamètre 110 réduit par rapport au diamètre 111 du reste de l'arbre. Cet évidement comporte au moins une paroi 131, 132 verticale circulaire disposée du coté du premier compartiment 1 ou du coté du deuxième compartiment 2. Une seule paroi verticale facilite le montage d'éléments supplémentaires sur l'arbre. Selon un mode de réalisation du système selon l'invention, l'évidement 13 comporte deux parois 131, 132 verticales circulaires disposées respectivement du coté du premier compartiment 1 et du coté du deuxième compartiment 2. Selon un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, les parois 131, 132 sont perpendiculaires à l'axe X de l'arbre 10. Selon un mode de réalisation du système selon l'invention illustré sur la figure 1, l'évidement 13 est formé, c'est-à-dire usiné, directement dans l'arbre 10. Selon un autre mode de réalisation du système de l'invention illustré au moins sur la figure 3, l'évidement 13 est formé par une pièce supplémentaire 15, 16 fixée à l'arbre 10. La pièce supplémentaire a la forme d'une bague dans laquelle est creusé l'évidement 13. Elle est disposée sur une paroi plane de l'arbre 10 ou dans un autre évidement 112 creusé dans l'arbre 10. Cet autre évidement 112 est configuré de façon à permettre une insertion facile de la pièce supplémentaire 15, 16 sur l'arbre 10. Selon un mode de réalisation du système selon l'invention illustré sur la figure 8, la pièce supplémentaire 15, 16 est formée en une seule partie 15 ou en deux parties 15, 16. La pièce supplémentaire en deux parties peut permettre de faciliter le montage du système. Selon une première variante de l'invention, au moins un joint 101, 102 d'étanchéité est disposé dans l'évidementl3. Le joint 101 entoure l'arbre et est plaqué contre une paroi 131, 132 verticale de l'évidement 13. Selon un mode de réalisation du système selon l'invention, le joint 101 est plaqué contre la paroi 131 disposée du coté du premier compartiment du compresseur. Dans ce mode de réalisation, le joint permet de maintenir l'étanchéité au niveau de la jonction entre l'arbre et le premier compartiment. Selon un mode de réalisation du système selon l'invention, le joint est plaqué contre la paroi 132 disposée du coté du deuxième compartiment du compresseur. Dans ce mode de réalisation, le joint permet de maintenir l'étanchéité au niveau de la jonction entre l'arbre et le premier compartiment, mais permet également de protéger le dispositif de maintien décrit plus loin. Selon une deuxième variante de l'invention, deux joints 101, 102 sont disposés dans l'évidement 13. Un premier joint 101 est plaqué contre la paroi 131 verticale disposée du coté premier compartiment 1 du compresseur, un deuxième joint 102 est plaqué contre la paroi 132 verticale disposée du coté du deuxième compartiment 2 du compresseur. Selon un mode de réalisation de cette deuxième variante, le corps du compresseur comporte un trou d'évent 141 disposé de manière à déboucher dans un espace situé entre les deux joints 101, 102. Ce trou d'évent permet l'évacuation des polluants arrivant du deuxième compartiment 2. En effet, il est possible que des polluants franchissent le joint disposé du coté du deuxième compartiment 2. La présence du trou d'évent 141 évite ainsi l'accumulation des ces polluants entre les deux joints 101, 102. Lorsque le dispositif comporte deux partie 15, 16, chacune des parties comporte un joint 101, 102. Ce mode de réalisation est illustré en détail sur la figure 4. Selon un mode de réalisation, l'ensemble peut être maintenu par une pièce 17. Dans le cadre de l'invention, le joint 101, 102 est un segment élastique ouvert en forme d'anneau. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint 101, 102 est de section rectangulaire. Dans le cadre de l'invention, le joint 101, 102 est disposé plaqué contre une paroi verticale 131, 132 et contre la paroi 133 intérieure de l'alésage de la pièce fixe 14 du compresseur. Ce sont ces deux zones de contact du joint 101, 102 qui permettent de créer l'étanchéité voulue. Plus précisément, afin d'obtenir une étanchéité maximale vis-à-vis des polluants provenant du deuxième compartiment 2 du compresseur, le diamètre externe du joint 101, 102 est configuré de façon à ce que le joint 101, 102 coopère avec la face interne de l'alésage 133 ménagé dans le corps 14 du compresseur et une des faces latérales du joint 101, 102 coopère avec une paroi verticale de l'évidement 13. Les faces latérales du joint 101, 102 sont perpendiculaires à l'axe X de l'arbre 10. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint est en acier, inox ou en fonte. L'invention consiste à utiliser un dispositif de maintien du ou des joints, de façon à maintenir plaqué le ou les joints contre la paroi 131, 132 verticale de l'évidement 13. Ce dispositif de maintien est formé par une pièce 103, 104 élastique longitudinalement disposée dans l'évidement 13, selon l'axe longitudinal X de l'arbre 10. La pièce 103, 104 est disposée dans l'évidement 13 de façon à se déformer selon l'axe longitudinale X de l'arbre 10. Dans la première variante du système selon l'invention, comportant un seul joint 101, une extrémité de la pièce 103, 104 élastique repose contre le joint 101, 102 et la deuxième extrémité de la pièce 103, 104 élastique repose sur une pièce intermédiaire 105. La pièce 103, 104 élastique est ainsi disposée entre le joint 101 et la pièce intermédiaire 105. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce intermédiaire 105 est formée directement par une partie du corps 14 du compresseur. La pièce élastique est ainsi directement en appuie selon l'axe X de l'arbre 10 sur cette partie. Selon un mode de réalisation de l'invention non illustré, la pièce intermédiaire est formée par une pièce indépendante disposée dans l'évidement et plaquée contre la paroi interne de l'alésage. Cette pièce indépendante prend alors appuie selon l'axe X de l'arbre sur une partie du compresseur. Dans la deuxième variante du système selon l'invention, comportant deux joints 101, 102, la pièce 103, 104 élastique est disposée entre les deux joints 101, 102. Une première extrémité de la pièce 103, 104 élastique prend appui sur le premier joint 101 et une deuxième extrémité de la pièce 103, 104 élastique prend appui sur le deuxième joint 102. Dans le cadre de l'invention, la pièce 103, 104 élastique est configurée pour que les efforts fournis par la pièce 103, 104 élastique soient ajustés de façon à empêcher le recul du ou des joints 101, 102 sous l'effet des différences de pression. Les efforts doivent cependant être minimisés afin d'éviter une augmentation significative du couple de frottement au niveau de l'arbre. Avantageusement, la pièce 103, 104 élastique permet de compenser l'usure des joints 101, 102 et de l'évidement 13. Elle peut ainsi également permettre de limiter les effets du voile sur l'évidement de l'arbre, en permettant un léger rotulage du joint. Selon un mode de réalisation de l'invention, il est possible d'utiliser par exemple un effort légèrement supérieur à celui qui est engendré par la pression de l'air arrivant du deuxième compartiment. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce élastique est une pièce 104 de type élastomère. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la pièce élastique est un ressort 103 de fil, hélicoïdal, 103' illustré par exemple sur la figure 6 ou de tôle emboutie 103" illustrée sur la figure 7. Selon un mode de réalisation de l'invention, les extrémités du ressort 103 sont configurées pour coopérer avec les joints 101, 102. Plus précisément, selon un mode de réalisation non illustrée, les extrémités du ressort sont meulées de façon à avoir une forme en biais, qui permet aux extrémités de reposer à plat sur le joint 101, 102. Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustrée sur les figures 5 et 6, les extrémités 106 du ressort sont configurées pour coopérer avec une forme 107 aménagée dans les joints. Par exemple, les extrémités 106 du ressort sont recourbées et peuvent ainsi s'insérer dans des encoches 107 formées dans les joints. Ainsi, lorsque le système comporte deux joints 101, 102, les extrémités du ressort 103 sont configurées pour empêcher un mouvement relatif des deux joints 101, 102 l'un par rapport à l'autre autour de l'axe X de l'arbre 10 Le ressort 103 peut ainsi également remplir la fonction supplémentaire d'indexage angulaire des segments. En orientant la coupe des segments à 180°, on crée un labyrinthe, ce qui réduit la fuite par cette zone du segment. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications. REVENDICATIONS1. Système d'étanchéité, pour arbre (10) tournant de compresseur mécanique ou électrique, l'arbre (10) étant relié à au moins un compartiment (1, 2), l'arbre (10) comportant au moins un joint (101, 102) d'étanchéité disposé dans un évidement (13) de l'arbre (10) et un dispositif de maintien du joint (101, 102) contre au moins une paroi de l'évidement (13), pour maintenir l'étanchéité du compartiment. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de maintien est formé par une pièce (103, 104) élastique longitudinalement disposée dans l'évidement, selon l'axe longitudinal (X) de l'arbre (10), de façon à se déformer selon l'axe longitudinale (X) de l'arbre (10). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la pièce (103, 104) élastique est configurée pour que les efforts fournis par la pièce (103, 104) élastique soient ajustés de façon à empêcher le recul du ou des joints (101, 102) sous l'effet des différences de pression. 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la pièce (104) élastique est une pièce (104) de type élastomère. 5. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la pièce (103) élastique est un ressort (103). 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le ressort (103) est un ressort (103') hélicoïdal ou un ressort (103") en tôle. 7. Dispositif selon une des revendications 1 à 6, dans lequel le joint (101, 102) est un segment élastique ouvert en forme d'anneau. 8. Dispositif selon une des revendications 1 à 7, dans lequel le joint (101, 102) entoure l'arbre et est plaqué contre une paroi (131, 132) verticale de l'évidement (13). 9. Dispositif selon une des revendications 1 à 8, dans lequel l'évidement (13) est formé, directement dans l'arbre (10). 10. Dispositif selon une des revendications 1 à 8, dans lequel l'évidement (13) est formé par une pièce supplémentaire (15, 16) fixée à l'arbre (10). 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel la pièce supplémentaire (15, 16) à la forme d'une bague dans laquelle est creusé l'évidement (13). 12. Dispositif selon une des revendications 10 à 11, dans lequel la pièce supplémentaire (15, 16) est formé en une seule partie (15) ou en deux parties (15, 16). 13. Dispositif selon une des revendications 7 et 9 à 12, dans lequel les extrémités du ressort (103) sont configurées pour coopérer avec au moins un joint (101, 102). 14. Dispositif selon une des revendications 7 et 9 à 13, comportant deux joints (101, 102) et dans lequel les extrémités du ressort (103) sont configurées pour empêcher un mouvement relatif des deux joints (101, 102) autour de l'axe (X) de l'arbre (10). 15. Compresseur mécanique ou électrique équipé d'un système d'étanchéité selon une des revendications 1 à 14.10