Brevet FR3035698A1 — publié le 20161104

SYSTEME D'ETANCHEITE AMELIORE 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 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. La taille de diamètre externe de ces joints est de l'ordre de 14mm ou 16mm. Avec ce type de joints d'étanchéité la géométrie de l'évidement peut avoir un impact négatif sur l'étanchéité. En effet, la paroi de l'évidement, contre laquelle est disposé 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 de l'évidement. Un défaut de géométrie du joint peut également avoir le même effet. 3035698 2 Plus la taille du segment est grande et plus cet effet est important. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant un système d'étanchéité amélioré pour arbre tournant permettant d'éviter la pollution du premier compartiment, 5 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 pour maintenir l'étanchéité du compartiment, le diamètre extérieur du joint 10 étant inférieur ou égale à lOmm. La réduction du diamètre extérieur a pour avantage de réduire les surfaces de contact joint par rapport à la pièce fixe et joint par rapport à l'arbre, ce qui améliore l'étanchéité du système. Selon un mode de réalisation de l'invention, le diamètre externe du joint est 15 configuré de façon à ce que le joint soit apte à coopérer avec la face interne d'un alésage ménagé dans un corps de compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint est un segment élastique ouvert en forme d'anneau. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint entoure l'arbre et est plaqué 20 contre une paroi latérale de l'évidement. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement est formé, directement dans l'arbre. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement est formé par une pièce supplémentaire fixée à l'arbre. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce supplémentaire à la forme d'une bague dans laquelle est creusé l'évidement. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce supplémentaire est formé en une seule partie ou en deux parties. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système comporte deux joints. 3035698 3 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 5 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 en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'une partie d'un dispositif selon l'invention, 10 - la figure 3 est une représentation schématique d'un joint selon l'invention. La présente invention concerne un système d'étanchéité pour un arbre tournant. Dans le cadre de l'invention, le système d'étanchéité est formé par au moins un joint disposé dans un évidement. On entend par joint un segment d'étanchéité. 15 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. Selon un mode 20 de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur asynchrone à courant continu ou alternatif. Plus précisément, selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor selon la terminologie anglaise). 25 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 et 2, 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 30 de préférence entre 50000 et 80000 tr/min. 3035698 4 Comme illustré sur la figure 1, 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 5 des moyens d'entrainement 4 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 3 du compresseur. L'arbre 10 est ainsi entrainé en rotation par les moyens d'entrainement 4 10 disposés dans le premier compartiment 1, et entraine lui-même en rotation la roue 3 du compresseur disposée dans le deuxième compartiment 2. L'arbre 10 est disposé dans un alésage 13 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. 15 Le système comporte, au niveau de l'arbre 10, au moins un évidement 15, 15', 16, 16' illustré figures 1 et 2. On entend par évidement 15, 15', 16, 16' une partie de diamètre 150 réduit par rapport au diamètre 151 du reste de la pièce portant l'évidement. L'évidement 15, 15', 16, 16' est formé tout autour de l'arbre 10. Selon un mode de réalisation du système selon l'invention illustré sur la figure 2, 20 au moins un évidement 15, 15' est formé, c'est-à-dire usiné, directement dans l'arbre 10. Selon un autre mode de réalisation du système de l'invention illustré figure 1, au moins un évidement 16, 16' est formé dans une pièce supplémentaire 17 fixée à l'arbre 10. La pièce supplémentaire a la forme d'une bague dans laquelle est creusé l'évidement 16. Elle est disposée sur une paroi plane de l'arbre 10 ou dans un autre évidement 161 25 creusé dans l'arbre 10. Cet autre évidement 161 est configuré de façon à permettre une insertion facile de la pièce supplémentaire 17 sur l'arbre 10. Selon un mode de réalisation du système selon l'invention, la pièce supplémentaire 17 est formée en une seule partie ou en deux parties non illustrées. La pièce supplémentaire en deux parties peut permettre de faciliter le montage du 30 système. 3035698 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évidement est fermé par la pièce fixe 14. Selon une première variante de l'invention, au moins un joint 5, 5', 6, 6' d'étanchéité, illustré figure 3,est disposé dans un évidement 15, 15', 16, 16'. Le joint 5, 5', 5 6, 6' entoure l'arbre et est plaqué contre au moins une paroi 131 latérale de l'évidement 15, 15', 16, 16'. La paroi latérale 131 de l'évidement est la paroi perpendiculaire à l'axe X longitudinale de l'arbre 10. Selon un mode de réalisation du système selon l'invention, l'arbre comporte au moins un joint 5 disposé du coté du premier compartiment 1 du compresseur. Dans ce 10 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, l'arbre comporte un joint disposé du coté du deuxième compartiment 2 du compresseur. Dans ce mode de réalisation, le joint permet de maintenir l'étanchéité au niveau de la jonction entre l'arbre 15 et le premier compartiment. Selon une deuxième variante de l'invention, deux joints 5, 5', 6, 6' sont disposés dans deux évidements 15, 15', 16, 16'. Un premier joint 5 est disposé du coté du premier compartiment 1 du compresseur, un deuxième joint 5' est disposé du coté du deuxième compartiment 2 du compresseur. 20 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 5, 5', 6, 6'. 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 25 d'évent 141 évite ainsi l'accumulation de ces polluants entre les deux joints 5, 5', 6, 6'. Dans le cadre de l'invention, le joint 5, 5', 6, 6' , illustré figure 3, est un segment élastique ouvert 51 en forme d'anneau. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint 5, 5', 6, 6' est de section rectangulaire. Dans le cadre de l'invention, le joint 5, 5', 6, 6' est disposé plaqué contre la 30 paroi latérale 131 de l'évidement et contre la paroi interne 142 de l'alésage 13 de la pièce 3035698 6 fixe 14 du compresseur. Ce sont ces deux zones de contact du joint 5, 5', 6, 6' qui permettent de créer l'étanchéité voulue. Afin d'obtenir une étanchéité maximale vis-à-vis des polluants provenant du deuxième compartiment 2 du compresseur, le diamètre externe du joint 5, 5', 6, 6' est 5 configuré de façon à ce que le joint 5, 5', 6, 6' coopère avec la face interne 142 de l'alésage 13 ménagé dans le corps 14 du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, c'est le diamètre interne de l'alésage de la pièce fixe 14 qui est configuré pour coopérer avec le joint 5, 5', 6, 6'. Le diamètre extérieur dl du joint est complémentaire au diamètre d2 intérieur de 10 la pièce fixe 14 dans lequel il est disposé. Ce diamètre est inférieur ou égale à lOmm, de préférence inférieur à lOmm, de manière préférée ce diamètre est compris entre 9mm et 6mm, de manière très préférée ce diamètre est égal à 9 mm. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint est en acier, inox ou en fonte. Selon un mode de réalisation de l'invention, un tel joint est utilisable avec un 15 compresseur électrique dont la vitesse maximale de rotation de l'arbre et comprise entre 60000 et 80 000 tr/min. Une telle vitesse autorise l'emploi d'un arbre de plus petit diamètre sans risquer d'atteindre la vitesse critique de l'arbre. Il est ainsi possible d'utiliser des joints de diamètre inférieur ou égale à lOmm. La réduction du diamètre extérieur a pour avantage de réduire les surfaces de 20 contact joint par rapport à la pièce fixe et joint par rapport à l'arbre, ce qui améliore l'étanchéité du système. L'étanchéité est également améliorée grâce à une réduction du jeu 52 à la coupe. En effet, le jeu minimal à la coupe sert à compenser les dilatations thermiques. Un diamètre plus petit engendre ainsi moins d'allongement par dilatation thermique. La 25 valeur du jeu minimal peut ainsi être réduite. De même, les tolérances sont généralement proportionnelles aux dimensions. Une plus petite dimension induit donc un écart moindre entre le jeu à la coupe minimal et le jeu à la coupe maximal. Le jeu à la coupe est donc mieux maîtrisé, ce qui implique également une meilleure étanchéité. 3035698 7 En outre, la réduction de la surface de contact joint / arbre et sa localisation sur un plus petit diamètre réduisent le couple de friction engendré lors de la rotation de l'arbre, ainsi que l'échauffement associé. De plus, un joint de diamètre plus petit permet un encombrement optimisé du 5 compresseur de suralimentation électrique. 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 10 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 (5, 5', 6, 6') d'étanchéité disposé dans un évidement (15, 15', 16, 16') pour maintenir l'étanchéité du compartiment, le diamètre extérieur du joint étant inférieur ou égale à 10mm. 2. Système d'étanchéité selon la revendication 1 dans lequel le diamètre externe du joint (5, 5', 6, 6') est configuré de façon à ce que le joint (5, 5', 6, 6') soit apte à coopérer avec la face interne (142) d'un alésage (13) ménagé dans un corps (14) de compresseur. 3. Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel le joint (5, 5', 6, 6') est un segment élastique ouvert (51) en forme d'anneau. 4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, dans lequel le joint (5, 5', 6, 6') entoure l'arbre et est plaqué contre une paroi latérale (131) de l'évidement (15, 15', 16, 16'). 5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, dans lequel l'évidement (15, 15', 16, 16') est formé, directement dans l'arbre (10). 6. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, dans lequel l'évidement (15, 15', 16, 16') est formé par une pièce supplémentaire (17) fixée à l'arbre (10). 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la pièce supplémentaire (17) à la forme d'une bague dans laquelle est creusé l'évidement (15, 15', 16, 16'). 8. Dispositif selon une des revendications 6 à 7, dans lequel la pièce supplémentaire (17) est formé en une seule partie (17) ou en deux parties. 9. Dispositif selon une des revendications 1 à 8, comportant deux joints (5, 5', 6, 6'). 10. Compresseur mécanique ou électrique équipé d'un système d'étanchéité selon une des revendications 1 à 9.