BE412880A - - Google Patents

Description

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  Perfectionnements aux dispositifs de joints ou garnitures d'étanchéité pour arbres et éléments mécaniques analogues. 



   Cette invention se rapporte aux dispositifs de joints ou garnitures du type à diaphragme et elle concerne notamment, bien que non exclusivement, des dispositifs d'étanchéité em- ployés pour prévenir toute fuite de liquide et/ou de gaz entre un élément rotatif et un élément fixe par rapport à l'élément rotatif. 



   L'invention s'applique notamment,, bien que non exclu-   sivemept,   aux compresseurs pour systèmes réfrigérants. Lorsque dans ces systèmes on emploie de petits compresseurs, il règne généralement dans le carter à manivelles une pression égale ou sensiblement égale à la pression d'aspiration du circuit ré- frigérant. Ceci est avantageux, étant donné que la pression d'aspiration est la basse pression du circuit réfrigérant, de sorte que la tendance aux fuites autour de l'arbre à manivelles 

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 est réduite au minimum.

   Toutefois, un sérieux inconvénient résulte du fait qu'avec les réfrigérants commerciaux employés actuellement, et notamment quand la marche est assurée par un fonctionnement intermittent du compresseur, la pression d'aspiration du système peut, à certains moments, être infé- rieure à la pression atmosphérique, et à d'autres moments, être supérieure à la pression atmosphérique. Dans certains systèmes, des dispositifs de réglage destinés à faire varier la température par le circuit réfrigérant provoquent des changements de la pression d'aspiration avec un résultat ana- logue. 



   Dans les joints à diaphragme construits jusqu'à présent, un tel renversement de la pression différentielle agissant sur le joint créerait des conditions anormales où la pression de fluide agissant sur le diaphragme aurait pour effet de réduire la pression d'étanchéité agissant sur une rondelle d'étanchéité, de sorte qu'on employait couramment un ou des ressorts de charge destinés à maintenir la pression d'é- tanchéité chaque fois qu'une pression différentielle était à prévoir.

   Quand on emploie un ressort de charge pour parer aux conditions anormales qui viennent   d'être   mentionnées, il se produit dans les conditions normales une pression d'étanchéit4 exagérée, et le principal but de la présente invention est de procurer un dispositif de joints ou garnitures d'étanchéité perfectionné en vue d'éviter l'emploi du ou des ressorts de charge précités, ce dispositif de garniture servant en même temps à maintenir une étanchéité appropriée dans les condi- tions anormales spécifiées ci-dessus. 



   Suivant l'invention, le dispositif de joint ou gar- niture d'étanchéité comprend deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre agencés pour être maintenus en contact intime 

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 en vue d'assurer l'étanchéité requise, l'un de ces organes étant actionné par un diaphragme élastique ou flexible com- portant un bord relativement fixe et un dispositif fournis- sant un appui réagissant sur le diaphragme entre les bords fixe et mobile de celui-ci, le diaphragme étant construit de telle manière et l'appui étant disposé par rapport à lui de telle manière que lorsque la pression est telle que le dia- phragme est repoussé vers l'appui, celui-ci divise le diaphrag- me en deux surfaces qui engendrent des efforts opposés par lesquels les organes précités sont maintenus en prise étanche de la manière requise.

   Selon la forme d'exécution préférée de l'invention, le diaphragme comprend un anneau plat ou bague plate dont la partie circonférentielle extérieure est fixée ou serrée en place, tandis que la partie intérieure ou mobile est attachée à un anneau d'étanchéité coopérant avec un épau- lement,anneau ou autre surface d'étanchéité dont est pourvu, par exemple, un arbre à manivelles, et le dispositif fournis- sant un appui a la forme d'une nervure annulaire qui est dis- posée de manière à conférer une légère flexion initiale au diaphragme, lequel produit la pression d'étanchéité sur cet organe ou ces anneaux en raison de   l'élasticité   propre du diaphragme. Cette pression constitue la pression d'étanchéité normale exercée sur ces organes, qui de préférence satisfait à toutes les conditions de service. 



   Si on suppose que la pression différentielle agis- sant sur le diaphragme est reversible, comme on l'a mention- né ci-dessus, et si cette pression différentielle repousse le diaphragme du point d'appui, la surface entière du dia- phragme subit la pression dans le sens correspondant à l'étan- chéité, mais avant que.la pression différentielle ait écarté le diaphragme du point d'appui (ce qui n'est pas envisagé), la 

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 pression d'étanchéité totale exercée sur les deux organes n'est pas notablement accrue vu que la tension de flexion est simplement reportée du point d'appui à la pression dif- férentielle. 



   Quand la pression différentielle se renverse, de ma- nière que le diaphragme soit poussé vers l'appui annulaire, l'appui divise le diaphragme en deux surfaces annulaires qui engendrent des efforts opposés assurant la pression d'étanchéi- té entre les anneaux. La condition idéale serait que la pres- sion agissant sur ces deux surfaces les oblige à s'équilibrer sensiblement l'une l'autre, et dans ce cas la pression d'étan- chéité exercée sur les anneaux ne changerait pas. On peut formuler cette condition en disant que les surfaces effectives sont sensiblement égales entre elles, bien qu'en pratique les surfaces réelles diffèrent sensiblement l'une de l'autre.

   Ce- pendant, pour assurer l'étanchéité, on considère comme préféra- ble que la pression de fluide agissant sur le diaphragme à la partie circonférentielle extérieure de celui-ci prédomine lé- gèrement, de manière que la pression d'étanchéité exercée soit accrue plutôt que diminuée. 



   Le but est de produire un diaphragme simple dont la pression d'étanchéité soit sensiblement égale à la pression en- gendrée par la flexion du diaphragme au cours du montage du dis- positif et soit sensiblement indépendante de la pression de fluide. Toutefois, l'effet produit par la pression de fluide, peu importe le sens dans lequel agit la pression différentiel- le, est favorable au maintien de l'étanchéité. 



   Bien que l'invention soit principalement destinée à procurer un joint ou garniture d'étanchéité entre deux éléments tournant l'un par rapport à l'autre, par exemple entre l'arbre à manivelles et le carter à manivelles d'un compresseur ou ma- 

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 chine analogue, il est clair que l'invention peut aussi s'ap- pliquer aux cas où le déplacement entre les éléments n'est pas strictement rotatif et il est sans importance que les deux ou seulement l'un des éléments mobiles l'un par rapport à l'autre soient en mouvement. Dans l'exemple d'exécution de l'invention décrit ci-après le diaphragme est fixé à celui des deux éléments concentriques et tournant l'un par rapport à l'autre qui est à l'extérieur.

   Evidemment on peut employer la disposition inverse et, étant donné que l'étanchéité est assu- rée peu importe le sens dans lequel agit la pression d'étan- chéité, il est évident qu'on peut inverser la construction éga- lement à ce point de vue. 



   Afin de bien faire comprendre l'invention et de fa- ciliter sa mise en exécution, on la décrira ci-après plus en détail en se référant aux dessins annexés qui la représentent à titre d'exemple dans son application à un compresseur à sim- ple effet. 



   La fig. 1 est une vue en coupe verticale prise à tra- vers le carter à manivelles d'un compresseur montrant une par- tie de deux cylindres utilisés; 
La fig. 2 est une vue fragmentaire agrandie d'un dis- positif de joint ou garniture d'étanchéité montrée sur la fig.l; 
La fig. 3 est une vue de face d'un anneau d'étanchéi- té utilisé dans le dispositif et illustrant un détail de l'in-   vention.   



   Sur la figure 1, le carter à manivelles 6 est muni d'un palier arrière 7 et d'un palier 8 avant supportant un arbre 9 à deux manivelles. 



   Des passages 11 et 12 sont judicieusement réservés pour le passage de l'huile de graissage dans laquelle barbote l'arbre à manivelles 9 ainsi que l'anneau d'étanchéité décrit ci-après.      

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   Le bloc 13 comporte deux cylindres dans lesquels travaillent les pistons 14 reliés par les bielles 15 à l'ar- bre à manivelles 9 dont les extrémités 16 et 17 tournent res- pectivement dans les paliers 7 et 8. Seule l'extrémité 17 de l'arbre à manivelles se prolonge en 18 et sort du carter 6. 



   En conséquence, la pression différentielle inté- rieure entre le carter 6 et l'atmosphère agissant sur la sur- face de la section transversale de l'arbre passant à travers le joint développera une force agissant sur l'arbre dans une direction axiale se mouvant vers l'intérieur (vers la gauche) quand la pression atmosphérique prédominera ou vers l'exté- rieur (vers la droite) quand la pression à l'intérieur du carter 6 prédominera à son tour. 



   L'arbre 9 a nécessairement un très léger jeu axial entre les paliers 7 et 8. 



   L'arbre 9 a une partie amincie 18 qui passe à tra- vers le joint ci-après décrit et en dehors de ce dernier se termine en cône comme indiqué en 19 pour recevoir un volant 21 par lequel il est entraîné. Le volant 21 est retenu par une clavette 22 et un écrou 23 crénelé, vissé sur l'extrémité de l'arbre 9. Les organes ainsi décrits et généralement connus dans ce genre de machines se complètent par.un dispositif de joint ou garniture caractérisant plus particulièrement la pré- sente invention. 



   Encerclant la partie amincie 18 de l'arbre à manivel- les 9 est disposé contre l'épaulement entre le tourillon 17 et la partie   18,   un anneau d'étanchéité 24 qui est entraîné avec l'arbre 9 par le moyen d'une clavette 25 sphérique encastrée en partie dans une encoche correspondante creusée dans la par- tie 18. 



  La raison pour laquelle on utilise l'anneau 24 comme 

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 une unité séparée de l'arbre 9 est que sa face extérieure d'é- tanchéité peut-être finie avec une précision beaucoup plus grande qu'il n'est possible de le faire avec un épaulement formé intégralement avec l'arbre 9. 



   En outre, l'anneau 24 peut être fait en matière spéciale choisie qui ne conviendrait pas nécessairement pour la construction d'un arbre à manivelles; il peut être traité séparément, par exemple à chaud, sans influencer l'arbre 9. 



  Dans l'exemple montré, l'anneau 24 est en acier trempé et poli. 



  La pratique est de poser l'anneau 24 sur la partie 18 de   l'a.r-   bre 9 et contre son épaulement de sorte qu'un joint hermétique soit assuré entre l'anneau et l'arbre. 



   Coulissable axialement sur la partie 18 de l'arbre 9 est un. deuxième anneau de joint 26 relativement souple,dont la face intérieure est en contact étroit avec la face extérieu- re de l'anneau 24; le contact de ces deux faces produit le joint hermétique. Afin   dassurer   la lubrification des deux faces, l'anneau 26 est muni d'une série de cavités 27 (fig.4) superficielles, disposées en spirale, dont la plus extérieure intersectionne la périphérie extérieure de l'anneau, de sorte qu'elle prend de l'huile dans le passage 12. Les cavités ou alvéoles 27 se rempliront' l'une après l'autre d'huile de ma- nière qu'une pellicule de lubrifiant soit constamment mainte- nue entre les surfaces en contact des anneaux 24 et 26. 



   L'anneau 26 immobilise un diaphragme 28 plat, en matière'résistante (fig. 3). Ce diaphragme est de préféren- ce construit en acier convenablement traité à chaud, il est maintenu en place par un écrou 29 se vissant sur une partie de diamètre réduit de l'anneau 26, de manière à forcer le diaphragme 28 contre l'épaulement formé sur l'anneau 26. 



   Pour permettre l'ajustement de la position du dia-   phragme 28   par rapport à la face intérieure de l'anneau 26, 

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 des cales 31   interchangeables    et.de   différentes épaisseurs permettent de compenser l'usure progressive des anneaux. 



   La périphérie extérieure du diaphragme 28 est rigi- dement fixée contre un siège 32 annulaire, établi dans le carter 6 de l'arbre à manivelles, la fixation étant faite au moyen d'un disque 33 de recouvrement fixé par des boulons 34. 



  Le disque 33 de recouvrement est muni d'un relief circulaire 35 formant un point d'appui qui porte sur le côté extérieur du diaphragme 28 quelque peu plus près de l'anneau 26 que du siège 32 et produit une légère flexion initiale du diaphragme 28 suffisante pour développer une pression   convenable   d'étan- chéité entre l'anneau 26 et l'anneau 24 quand la pression dif- férentielle agissant sur le dit diaphragme est zéro. 



   Pour l'ajustement, des cales 36 interchangeables sont interposées entre la périphérie du diaphragme 28 et le siège 32, comme le sont les cales 31 disposées vers le centre de ce même diaphragme. 



   Telle que construite ordinairement, la nervure 35 circulaire qui sert de point d'appui permet encore à la pres- sion atmosphérique d'agir sur l'entière surface extérieure du diaphragme 28 en tous temps. 



   Afin de rendre plus clair dans le dessin que la sur- face extérieure du diaphragme 28 est sujette à la pression at- mosphérique par l'ouverture 38 du disque 33, on a représenté un orifice 37 qui peut être utilisé,(bien que son emploi ne soit pas strictement essentiel pour atteindre le résultat dé- siré. ) Le rebord 38 du disque 33 faisant saillie vers l'in- térieur est utilisé en conjonction avec les collerettes 39 (fig. 1) à gouttières du volant 21 pour recueillir l'huile qui pourrait suinter à travers le joint et des connexions appro- priées (non montrées sur les dessins) seront établies de ma- 

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 nière à drainer cette huile ainsi récupérée dans des réservoirs ou la renvoyer dans le carter 6. 



   Quand il n'y a pas de pression différentielle entre le carter 6 de l'arbre et   l'atmosphère,   la nervure 35 détermi- ne une légère flexion du diaphragme 28 et celui-ci étant élastique développera une pression normale d'étanchéité néces- saire prévenant toute fuite. 



   Quand la pression atmosphérique prédomine sur la pres- sion intérieure du carter, l'arbre 9 est poussé vers l'inté- rieur (vers la gauche) par la pression atmosphérique prédomi- nante.. 



   Dans ces conditions, la flexion du diaphragme par le point d'appui annulaire est légèrement réduite mais la pression d'étanchéité entre les anneaux 26 et 24 est mainte- nue et même augmente par la pression différentielle du fluide qui agit sur la surface entière du diaphragme 28. 



   Quand la pression intérieure du carter 6 de l'arbre prédomine sur la pression atmosphérique, l'arbre 9 se dépla- ce légèrement vers l'extérieur. 



   Ce déplacement assure une légère augmentation dans la flexion du diaphragme 28 sur la nervure 35 circulaire d'appui. 



   La surface réelle du diaphragme 28 exposée à la pression intérieure prédominante côté extérieur à la nervure 35 est plus grande à la fois radialement et circonférentiel- lement que (et ici substantiellement dépasse) la surface réel- le à l'interieur de la nervure 35, de sorte que la flexion vers l'extérieur du diaphragme 28 côté extérieur de la ner- vure 35 déforme suffisamment le diaphragme 28 de manière à pousser la circonférence intérieure du diaphragme et conséquem- ment l'anneau 26 déplaçable vers l'intérieur (côté gaucho).      

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   La différence entre les. surfaces réelles du dia- phragme à l'extérieur et à l'intérieur de l'appui est plus grande que la différence des forces opposées qui sont dé- veloppées. Cela provient de ce que le bord extérieur est pincé rigidement et que la partie extérieure du diaphragme n'a qu'une très faible latitude de   mouvement.   



   L'expression "surface effective" est employé pour définir la surface en fonction de la force développée. Deux surfaces annulaires d'un diaphragme approximativement égales en surface effective (c'est-à-dire ayant d'égales propriétés génératrices de force) peuvent différer notablement en surfa- ce réelle. 



   L'expression "annulaire" appliquée à la nervure ou appui n'implique pas qu'il soit nécessaire d'employer comme appui un anneau continu ou fermé. Il suffit que la nervure d'appui ou son équivalent soit propre à provoquer une flexion annulaire sensiblement uniforme du diaphragme, bien qu'une nervure ininterrompue soit préférable. 



   L'emploi d'un seul diaphragme sujet à une pression différentielle réversible en conjonction avec un point d'ap- pui pour développer une pression d'étanchéité de sens unique dans un dispositif de joint ou garniture d'étanchéité est susceptible de nombreuses applications. En conséquence, il va de soi que les formes, les dimensions., les matières uti- lisées pourront varier suivant les applications, sans sortir du cadre de l'invention. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS --------------------------- 1) Dispositif d'étanchéité du genre indiqué, com- prenant deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre agen- cés pour être maintenus en contact intime en vue d'assurer l'étanchéité requise, l'un de ces organes étant actionné A <Desc/Clms Page number 11> par un diaphragme élastique ou flexible élastiquement compor- tant un bord relativement fixe et un dispositif fournissant un appui réagissant sur le diaphragme entre les bords fixe et mobile de celui-ci, le diaphragme étant construit de telle manière et l'appui étant disposé par rapport à lui de telle manière que lorsque la pression est telle que le diaphragme est repoussé vers l'appui,

   celui-ci divise le diaphragme en deux surfaces qui engendrent des efforts opposés par lesquels les organes précités sont maintenus en prise étanche de la manière requise.

   2) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diaphragme comporte un anneau ou bague sensiblement plat.

   3) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la circonférence extérieure du dia- phragme est fixe, tandis que la circonférence intérieure agit sur l'un des organes précités.

   4) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif fournissant l'appui a la forme d'une nervure annulaire ou élément analogue.

   5) Dispositif d'étanchéité suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appui est disposé près de la surface du diaphragme éloignée de la surface d'étanchéité de l'organe mobile associé au diaphragme.

   6) Dispositif d'étanchéité suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appui est disposé de manière à produire une légère flexion initiale du diaphragme aux fins spécifiées.

   7) Dispositif d'étanchéité suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appui divise le diaphragme en deux parties flexibles sur lesquelles <Desc/Clms Page number 12> une pression différentielle de fluide agissant dans le sens de cet appui exerce des efforts sensiblement égaux.

   8) Dispositif d'étanchéité suivant les revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que l'appui est disposé de manière à diviser le diaphragme en deux surfaces effectives légèrement inégales dont la plus petite surface est adjacente à l'une des surfaces d'étanchéité de l'organe mobile, aux fins spécifiées.

   9) Dispositif d'étanchéité suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, comprenant un diaphragme qui comporte un anneau plat ou bague plate dont la circonférence extérieure est agencée pour être serrée en place, tandis que la circonference intérieure est reliée à un anneau d'étanchéi- té coopérant avec la surface d'un autre anneau d'étanchéité ou épulèment, le contact entre les anneaux d'étanchéité assu- rant l'étanchéité requise.

   10) Dispositif d'étanchéité suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appui comporte une saillie ou nervure annulaire continue.

   11) Dispositif d'étanchéité suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé par dos disposi- tifs pour régler la position du bord fixe du diaphragme.

   12) Dispositif d'étanchéité suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé par des disposi- tifs pour régler la position du.bord mobile du diaphragme par rapport à l'organe associé au diaphragme.

   13) Dispositif d'étanchéité suivant les revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que les deux organes ou anneaux d'étancheité conformes à la revendication 9 peuvent tourner l'un par rapport à l'autre. <Desc/Clms Page number 13>

   14) Dispositif d'étanchéité suivant la revendica- tion 13, caractérisé en ce que la surface d'étanchéité d'un des anneaux d'étanchéité comporte une série de poches peu profon- des, retenant du lubrifiant, disposées en spirale, dont les contours se recouvrent et au moins une des ces poches comporte à l'extrémité de la spirale une ouverture extérieure à la sur- face de l'anneau dans laquelle elle est creusée, cette ouver- ture servant d'entrée pour le lubrifiant.

   15) Compresseur ou machine analogue comportant un dispositif d'étanchéité suivant l'une ou l'autre des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le carter à ma- nivelles du compresseur comporte à une extrémité une ouver- tùre à travers laquelle fait saillie un arbre, et cet arbre comporte un épaulement ou autre élément muni d'une surface d'étanchéité qui coopère avec un anneau d'étanchéité entou- rant l'arbre,le diaphragme étant maintenu en place par une plaque de serrage entourant l'arbre ,et comportant l'appui pré- cité.

   16) Dispositif de joint ou garniture d'étanchéité, en substance tel que décrit ci-dessus avec référence aux des- sins annexés.

   17) Compresseur ou machine analogue, équipé d'un dispositif de joint ou garniture d'étanchéité en substance tel que décrit ci-dessus avec référence au dessin annexé.