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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX DISPOSITIFS OU JOINTS D'ETANCHEITE.
Certains appareils et machines, qui fonctionnent avec des flui- des à !les pressions élevée% comportent une enveloppe dans laquelle sont lo- gés des organes qui sont mobiles les uns par rapport aux autres, un de ces organes étant une cloison établie entre des zones à haute et à basse pression alors que l'autre est un organe qui traverse la cloison depuis une zone dans l'autre. Pour ces appareils ou machines, il est nécessaire d'établir un dis- positif ou joint d'étanchéité entre les faces relativement mobiles de la cloi- son et de cet autre organe. Les deux zones peuvent être des compartiments ou des passages de ladite enveloppe dans lesquels circulent les fluides en question.
Un tel joint est nécessaire, par exemple, dans un échangeur-de chaleur à régénération qui comprend un organe mobile contenant une matière propre à absorber et à transmettre la chaleur, la cloison subdivisant une enveloppe en passages pour le fluide chaud et pour le fluide froid alors que l'organe mobile est constitué, par exemple, par un rotor qui tourne ou oscil- le dans l'enveloppe en traversant la cloison et chacun des passages susdits .
La matière, propre à absorber la chaleur, est constituée généralement par une matrice perméable au fluide. Les fluides sont à des pressions différentes et le joint sert à empêcher les fuites excessives d'un passage vers l'autre par le jeu, nécessaire au fonctionnement, qui existe entre la face du rotor et la face en regard de la cloison. Généralement et en vue d'obtenir une étanchéité substantielle sur toute la longueur de l'intervalle, le joint est subdivisé en sections ou unités dont chacune peut se rapprocher et s'écarter séparément de la face de l'organe avec laquelle elle coopère. Ces sections ou usités peuvent être articulées les unes aux autres.
Un joint analogue est nécessaire dans un échangeur de pression.
La cloison est généralement fixe et porte le joint qui prend appui sur une face de l'organe mobile. On connaît également d'autres dispositions de ce
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genre. C'est ainsi que le joint peut être monté sur la cloison ou sur un or- gane en contact avec,la cloison,l'une de ces pièces ou les deux pouvant être animées d'un mouvement de rotation.
Le joint est sollicité vers la face de la pièce avec laquelle elle coopère, cette pièce étant généralement, dans un échangeur de chaleur, la face de la matrice. Il n'est pas désirable, toutefois, d'exercer un effort trop grand pour obtenir un contact frottant entre la face du joint et celle de la matrice car sans cela le joint .agit comme un sabot de freinage qui re- tarde le mouvement relatif et provoque une usure considérable du joint et de la matrice.
L'invention a pour but de réaliser un dispositif ou joint d'é- tanchéité qui écarte la tendance susindiquée du joint à agir comme un sabot de freinage tout en procurant et maintenant une étanchéité effective.
Elle consiste,principalement à permettre un écoulement du fluide entre un desdits compartiments et une région dans laquelle règne une pression différente, par exemple l'autre compartioent, par des fuites vers et hors d'une chambre de réglage, une fuite se faisant avec un débit qui dé- pend du jeu existant entre la face du joint et la face coopérante alors que l'autre se fait avec un débit qui dépend de la pression régnant dans la cham- bre de réglage, cette pression déterminant l'effort exercé sur le joint en opposition avec la pression existant dans le jeu. Ainsi une modification momentanée du jeu fait varier un débit de la fuite mais par l'autre, la pres- sion dans la chambre de réglage et avec elle la force agissant sur le joint étant ainsi modifiées dans un sens correcteur qui tend à rétab#r le jeu à une valeur correcte.
D'une manière plus précise et pour des appareils ou machines du genre en question, l'invention a pour objet un joint, des moyens formant une chambre de réglage fermée avec des passages de fuite vers et à partir de celle-ci, un passage de fuite communiquant avec une desdites zones tout en étant variable en fonction du jeu existant entre le joint et la face mobile par rapport à celle-ci alors que l'autre passage de fuite est constant, des moyens étant prévus pour exercer un effort sur le joint en concordance avec la pression régnant dans ladite chambre de réglage.
Ainsi le fluide peut passer par ledit jeu depuis la région ou zone de haute pression vers ladite chambre et il peut ensuite s'échapper, hors de celle-ci,vers une région dans laquelle règne une pression plus basse.. par exemple, dans l'autre de ces zones. Par conséquent, pour un accroissement du jeu on augmente l'importance de la fuite vers la chambre de réglage dans laquelle se produit donc une augmentation de la pression et un accroissement de l'effort qui sollicite le joint vers la face opposée. De même, une dimi- nution du jeu réduit l'importance de la fuite vers la chambre avec diminution de la pression régnant dans celle-ci et une réduction de l'effort agissant sur le joint.
Celui-ci a donc une tendance à maintenir le jeu et la fuite par celui-ci au bord de la cloison à des valeurs sensiblement constantes comprises entre des limites rapprochées.
La chambre de réglage peut être constituée tout au moins en par- tie par l'intérieur d'un dispositif avec chambre extensible, telle qu'un souf- flet, reliée au joint eu. par un cylindre qui contient un piston et qui commu- nique avec le joint afin que la pression dans la chambre agisse directement sur le joint, le soufflet ou le cylindre avec piston pour former un régulateur sensible à la pression.
Une particularité importante de l'invention consiste à former la chambre, en partie, dans une tige d'articulation établie entre deux sec- tions ou unités adjacentes d'un joint articulé formé par plusieurs sections.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention on fait intervenir un orifice d'entrée de la fuite et son orifice de cortie qui occupent des em placements appropriés par rapport aux passages pour les fluides à hante et à basse pression, qui se trouvent aux extrémités d'une tige d'articulation creuse reliant deux sections ou unités du joint, la pression régnant dans la
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tige creuse déterminant l'effort exercé sur le joint,
L'orifice d'entrée de la fuite peut, suivant une variante, être ménagé dans le joint lui-même pour l'admission du fluide dans une chambre ménagée dans le dispositif d'éttanohaité ou cet orifice peut être prévu dans une pièce auxiliaire autre que la tige d'articulation susdite; qui se rapproche et s'écarte de la surface opposée quand le joint se dépla- ce.
L'orifice d'entrée peut, suivant une variante mais non de préférence, être réglé par une soupape qui est commandée en fonction de la largeur de l'intervalle qui existe entre le joint et la face opposée de l'organe avec lequel il coopère. La soupape peut être commandée par un tâteur capable de détecter les variations de la largeur de l'intervalle en prenant appui sur une des deux faces séparées par ledit intervalle.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention.
La fige 1 montre, en coupe longitudinale (parties en élévation), un échangeur de chaleur rotatif et à régénération, du type axiale avec des joints auxquels l'invention peut être appliquée.
Les figs. 2 et 3 montrent, respectivement en coupe axiale et en coupe transversale selon III-III fig. 2, un échangeur analogue mais de type radial qui comporte également des joints auxquels l'invention peut être appliquée.
La fig. 4 montre, en perspective et avec plus de détails, un échangeur de chaleur analogue a celui de la fig. 1 avec un dispositif d'é- tanchéité articulé.
La fig. 5 montre, semblablement et en coupe axiale (parties en élévation) et à une échelle plus grande, le dispositif d'étanchéité ar- ticulé adjoint à l'échangeun de chaleur de la fig. 4.
Sur la fig. 1 on montre un échangeur de chaleur rotatif et à régénération, du type axial, dont le rotor 1 est formé par un disque qui contient une matrice la perméable au fluide et propre à absorber la chaleur.
Cette matrice peut être constituée par exemple par des bandes métalliques plates et ondulées qui alternent entre elles pour former un ensemble ce- lulaire. Le rotor est monté sur un arbre 2 tourillonné dans'des paliers 3a portés par une enveloppe 3 qui est subdivisée par une cloison 3b en deux passages pour des fluides, un pour un fluide qui a une température élevée et une pression réduite alors que l'autre est utilisé pour un fluide à tem- pérature réduite et à pression élevée: Le fluide à basse pression pénètre en 3a dans l'enveloppe et sort en 3d hors de celle-ci. Le fluide à haute pression entre en 3e et sort, en 3f.
Quand l'enveloppe 3 estétablie au- tour du rotor, elle est formée par une moitié supérieure et une moitié in- férieure dont les brides 3h sont reliées entre elles par des boulons avec interposition d'un joint d'étanchéité. Un guide 3k, sur le joint, est cons- titué par une encoche ménagée dans la moitié inférieure de l'enveloppe.
Des joints 6, qui peuvent glisser dans le guide 3k, coopèrent avec la face latérale du rotor 1 pour séparer, d'une manière étanche, la zone à haute pression du passage supérieur de la zone à basse pression du passage infé- rieur. Les joimts contournent, bien entendu, complètement le rotor, c'est- à-dire qu'ils sont établis le long de ses deux faces latérales de part et d'autre des paliers et longitudinalement suivant ses extrémités. La moitié de droite de la fig ; 1 est une coupe partielle faite dans l'appareil suivant un plan diamétral du rotor et dans le palier de droite alors que la moitié de gauche de la fige 1 est une coupe partielle faite en avant d'un diamètre pour montrer un joint en coupe.
Les figs. 2 et 3 montrent un échangeur de chaleur rotatif et à régénération, du type radial, dont le rotor est formé par un tambour con- tenant la matrice usuelle 4a avec une couronne annulaire 4b sur chaque face latérale pour supporter le rotor et pour permettre son entraînement. Le rotor est logé dans une enveloppe 5 subdivisée par une cloison 5b et 5h en
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deux passages pour le fluide à haute pression et pour le fluide à basse pression. L'entrée 5c et la sortie 5d sont réservées au fluide à basse pression et l'entrée 5e et la sortie 5f à celui à haute pression.
La cloi- son comprend une partie 5b, logée dans le rotor, qui comprend deux parties rectilignes qui sont disposées dans le sens de la longueur du rotor ét qui sont reliées entre elles par une partie curviligne qui occupe une position diagonale ou oblique à l'intérieur du rotor. La cloison comprend aussi deux parties rectilignes 51 qui se trouvent en dehors du rotor. Les guides 5k des joints sont formés par des encoches ménagées dans les parties rectili- gnes 5b et 51 de la cloison et les joints 6 coulissent dans ces guides.
Les dispositifs, tels que décrits jusqu'ici, sont des échan- geurs de chaleur bien connus auxquels l'objet de l'invention est applicable.
On voit que dans chaque cas la cloison 3b ou 5b-5l divise l'enveloppe en des zones à haute et à basse pression alors que le rotor 1 ou 4 traverse une ouverture ménagée dans la cloison. Il existe un mouvement relatif en- tre la cloison,le rotor et le joint établi entre les faces mobiles les unes par rapport aux autres. Il est désirable que le joint soit écarté de la face avec laquelle il coopère pour qu'il n'y ait pas de contact.par frotte- ment et l'invention a pour objet des ôyens pour obtenir ce résultat.
Le mode de réalisation le plus simple et le plus rudimentaire de l'invention est montré sur la fige 1. Le joint 6 est formé par plusieurs blocs coulissants comprenant chacun une partie qui coulisse dans le guide 3k comme un piston dans un cylindre, la pression du fluide agissant sur la face arrière du joint pour solliciter celui-ci vers la face voisine du ro- tor. Le dispositif est donc du type avec chambre extensible pour exercer un effort sur le joint. Un passage de décharge ou une fuite 6a part de la face active vers la face arrière du joint, qui se trouve du côté de la hau- te pressian.De cette manière le fluide à hàute pression peut fuir dans la chambre qui se trouve derrière le joint, avec un débit qui dépend-du jeu exis- tant entre le joint et la face voisine du rotor.
Un autre passage, ménagé dans l'enveloppe 3, forme une fuite constante par laquelle le fluide dans la chambre peut s'échapper à l'air libre avec un débit qui dépend de la pres- sion dans ladite chambre. L'espace libre, qui existe derrière le joint, est une chambre de réglage qui détermine l'effort agissant sur le joint en fonq- tion du jeu nécessaire au fonctionnement.
On a constaté que si la fuite du fluide est recueillie simplement dans l'espace qui se trouve derrière le joint pour agir sur la face arrière de celui-ci, le fluide à haute pression, formant cette fuite, crée entre les faces frottantes du joint 6 et du guide 3k ain- si qu'entre les parties adjacentes d'un joint formé en plusieurs pièces une pression trop élevée dans la chambre et oblige le joint à appuyer trop for- tement sur la face du rotor de sorte que l'usure devient trop élevée.
Pour y remédier, un soufflet métallique 7, logé dans l'enco- che de guidage 3k, est fixé d'une manière étanche à l'enveloppe 3 et aux blocs du joint 6. La seule entrée du fluide dans la chambre, à l'intérieur du soufflet, se fait par la fuite 6a et la pression est maintenue à la va- leur correcte par la faite 'lA qui relie le soufflet à l'air libre. De pré- férenc, on utilise un soufflet séparé, avec une fuite d'entrée et une fuite de sortie, pour chaque bloc.
Le joint, tel que décrit, peut être utilisé pour un échangeur de chaleur selon les figs. 2 et 3 ainsi que d'une manière générale quand des joints de ce genre sont nécessaires.
La fig.4 montre, d'une manière plus détaillée, l'échangeur de la fige 1, la partie supérieure de l'enveloppe 3 étant enlevée pour mon- trer le rotor 1 et le joint. Sur cette fige 4, on retrouve également les autres pièces principales de la fige 1, c'est-à-dire l'arbre 2, le palier 3a l'orifice d'admission 3c pour la basse pression et, en particulier, la cloi- son 3b avec la bride inférieure 3h et l'encoche de guidage 3k dans la cloi- son. Le joint est articulé et comprend plusieurs blocs coulissants séparés 10, chaque bloc étant articulé au suivant par un axe d'articulation 11 à l'exception de deux blocs 10a qui assurent l'étanchéité du côté de la péri-
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phérie du rotor.
Chaque bloc a une longueur réduite comparée à celle de la cloison de sorte que le joint peut céder localement pour s'adapter de lui-même à la déformation thermique du rotor. Chaque bloc 10 est solli- cité individuellement vers le rotor par des moyens propres à exercer une charge,et, de préférence, certains au moins de ces moyens sont montés sur les axes d'articulation 11 comme visible sur la fige 5.
L'axe 11,montré sur la fig. 5, est logé dans des encoches correspondantes ménagées dans les faces terminales 10c de deux blocs adja- cents 10. Chaque face terminale 10c peut effectuer un léger mouvement an- gulaire relatif autour de l'axe 11. L'extrémité supérieure de celui-ci est élargie du côté de la zone de haute pression, pour former une saillie lla qui a une petite surface plate llb dirigée du côté du rotor et établie dans le même plan que la face correspondante du joint quand tous les blocs 10 sont alignés,
Dans l'axe 11 est ménagé un passage axial 11c fermé à son extrémité supérieure et ouvert à son extrémité inférieure dans laquelle est logée une douille 13 avec une fuite constante 13a.
La fuite d'entrée 11d s'étend depuis la face 11bjusque dans le passage Il.±0 Le débit du fluide à haute pression, qui passe par l'entrée lld, est déterminé par le jou existant entre la face llb et le rotor.
L'axe 11 est relié par une pièce tubulaire 14 au disque 15 auquel est fixé un soufflet métallique 16 logé dans une cuvette 17 dont l'extrémité arrière est fermée par le couvercle circulaire 18,. La pression, à l'intérieur du soufflet 16, agit sur le disque 14 et exerce, en traversant la tige 14 et l'axe 11, un effort sur le joint. La cuvette 17 est montée en alignement correct avec le joint, sur la cloison 3b et derrière le joint par un bossage creux et taraudé 17a prévu sur la cuvette, qui est vissé sur un manchon 3m solidaire de la cloison 3b. La tige 14 traverse la cloison en laissant subsister un espace annulaire par lequel on obtient la communi- cation entre l'arrière du guide 3k et l'intérieur de la cuvette 17.
On ob- tient ainsi que la pression, créée par la fuite entre le joint et le guide, agit suivant des directions opposées sur. le soufflet et sur l'arrière du joint en étant ainsi équilibrée. La surface utile du soufflet est, de pré- férence, sensiblement égale à la surface utile correspondante du joint.
Le passage 11c est la chambre de réglage dans laquelle la pression règle l'effort exercé sur le joint. Cette chambre communique avec l'intérieur du soufflet 16 par la tige 14 de sorte que la pression de ré- glage tend à allonger le soufflet et à exercer un effort sur le joint. L'es- pace dans le soufflet 16 a une capacité réduite à cause d'une pièce de rem- plissage 19 solidaire du couvercle 18. Un ressort 20 est intercalé entre le disque 15 et le couvercle 18 et peut suppléer à l'élasticité du métal constituant le soufflet afin qu'une charge initiale minimum agisse sur le joint.
A cause de la nature de la surface de la matrice la du rotor, on peut loger un ou plusieurs anneaux 1b dans le rotor de la manière usuel- le pour que la face llb, en saillie, de l'axe 11 soit appliquée sur une sur- face lisse et continue.
Le dispositif fonctionne comme suit. Quand le jeu correct existe, la fuite par l'intervalle et par l'entrée lld 'dans la chambre de réglage 11c et dans la chambre extensible, formée par le soufflet 16, est égale à la fuite qui sort en 13a et l'effet combiné de la pression et du ressort 2o est de maintenir la pression 'exacte sur le joint. Quand la fuite par 11d augmente, à cause d'une augmentation du jeu, un accroissement de pression se produit dans les chambres susdites ce qui augmente la force avec laquelle le soufflet sollicite la tige 14 et le joint vers le rotor jusqu'à ce que le jeu ou l'intervalle correct soit rétabli.
La fuite de sortie se fait par un trou de petit diamètre et traverse un filtre formant écran pour éviter toute tendance aux à-coups,
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Il est à notrr que l'effet dépend de la relation entre le jeu et les dimensions prédéterminées du trou par lequel se fait la fuite de sor- tie. L'effort,qui agit sur le soufflet, dépend de la différence de pression disponible, L'importance de la variation de l'effort, quand le jeu entre la face du rotor et la face du joint ou celle de la saillie de l'axe d'ar- ticulation varie, dépend des dimensions du trou de la fuite de sortie et du rapport entre son diamètre et celui du trou de la fuite d'entrée.
Pour des dimensions pratiques du trou de la fuite de sortie:, la différence de pres- sion agissant sur le soufflet peut varier de plus de 70 % par rapport à sa valeur totale quand une variation se produit pour l'intervalle entre la face du rotor et la face du joint ou de la saillie de l'ordre de 0,025 à 0,075 mm.
L'avantage pratique du système est que, alors que les efforts de frottement exercés sur les éléments d'étanchéité augmentent quand le rapport des pressions des deux fluides croit, la différence de pression dis- ponible pour déplacer ces éléments contre l'effet de ces efforts augmente dans les mêmes proportions.