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La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité pour arbres de machines ou analogues destiné à réaliser un joint étanche entre un élément rotatif et un élément de paroi fixe ou analogue afin d'empêcher toute communication ent .Les espaces situés sur les côtés opposés du dit élément de paroi.
Dans un tel dispositif d'étanchéité, un élément de support peut être supporté par l'un des éléments au moyen d'une bague portée par l'élément de support et de moyens prévus sur la bague qui définissent une face d'étanchéité disposée à coopérer avec une face d'étanchéité prévue sur l'autre élément* Afin de permettre un mouvement axial
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relatif d<-3 éJ.énantn et peur 4'C::y'.^.â-C'I" l'usure des facr (.1.' étar.ch6i t) il est nécessaire de permettre un mouvement nxiaj
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relatif des éléments et pour compenser l'usure des faces d'étanchéité, il est nécessaire de permettre un mouvement axial relatif entre la bague et ltélément de support, et il est égale- ment nécessaire de maintenir un joint étanche entre la bague et l'élément de support.
Il est également fort désirable que le dispositif d'étanchéité travaille avec une pression de fluide sur chacun des côtés de l'élément de paroi, qui soit plus grande que la pression du fluide sur le côté opposé. De plus, le dispositif d'étanchéité doit travailler avec des fluides à hautes température: et pression.
L'un des objets de la présente invention est de prévoir un dispositif d'étanchéité pour arbres de machines - ou analogues, incorporant des moyens nouveaux permettant de réaliser un joint étanche entre un élément de support et une bague qui peut se déplacer axialement par rapport à l'élément de support.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif d'étanchéité réalisant un joint étanche entre un élément rotatif et un élément de paroi fixe ou analogue, de manière à empêcher toute communication entre les espaces situés sur les côtés opposés de l'élément de paroi, le dispositif travaillant avec un rendement satisfaisant lorsque la pression du fluide de chaque côté de l'élément de paroi est plus grande que la pression sur le côté opposé.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir. des dispositifs d'étanchéité améliorés pour arbres de machines qui puissent être fabriqués et assemblés d'une manière facile et économique et qui soient de fonctionnement sûr et d'un bon rendement.
Suivant un trait-important de la présente invention, une rondelle d'étanchéité en matière élastique est utilisée pour
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réaliser un joint étanche entre un élément de suppc t etune bague qui est mobile axialement par rapport à l'élement de support, et des moyens sont prévus pour exercer une a ;on de coincement sur la rondelle d'étanchéité afin de la faire venir en engagement étroit avec l'élément de support et avec la bague.
Un autre trait caractéristique de la présente invention consiste en la prévision d'un dispositif d'étanchéité pour arbres de machines possédant un dispositif de bourrage destiné à répondre à une charge axiale de manière à former un joint étanche entre un élément de support et une bague qui est mobile axialement par rapport à l'élément de support, la bague et le dispositif de bourrage ayant des faces exposées au-fluide dans les espaces situés sur les deux côtés d'un élément de paroi, et l'arrangement étant tel qu'une augmentation de la pression sur chacun des côtés de l'élément de paroi n'ait pas pour résultat une diminution appréciable de l'effort qui agit pour pousser les faces d'étanchéité du joint l'une contre l'autre.
Un autre trait caractéristique de la présente invention consiste en la prévision d'un dispositif d'étanchéité pour arbres dans lequel une rondelle en matière élastique est emprisonnée entre les surfaces opposées d'une bague et une rondelle rigide, avec des moyens servant à pousser les surfaces opposées l'une contre l'autre pour-exercer des forces de compression sur la rondelle élastique et avec des moyens servant à délimiter le mouvement de la rondelle rigide par rapport à la bague. Avec un tel arrangement, le dispositif peut fonctionner quelles que soient la direction et l'amplitude des pressions fluides qui lui sont appliquées.
La présente invention envisage d'autres objets encore, traits caractéristiques et avantages, qui deviendront plus apparents de la description détaillée qui suit, en se reportant aux dessins ci-joints qui montrent des modes de réalisation préférés.
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Dans -les dessins, .La figure 1 est une vue sectionnelle à travers une partie de dispositif d'étanchéité pour arbres de machines construit selon les principes de la présente invention.
La figura 2 est une vue sectionnelle faite à travers une partie d'une forme modifiée de dispositif d'étanchéité d'arbres pour machines selon les principes de la présente invention, et,
Figure 3 est une vue sectionnelle faite à travers une partie d'une autre modification du dispositif d'étanchéité selon la présente invention.
En se reportant aux dessins, le chiffre de référence 1C désigne d'une manière générale une forme préférée de dispositi. d'étanchéité d'après les principes de la présente invention.
Dans ce dispositif 10, un élément de support annulaire 11 en forme de cartouche se trouve prévu, qui est disposé de manière à être fixé sur un arbre de machine, ou à l'intérieur d'une ouverture pratiquée dans une paroi ou analogue à travers la- quelle passe un arbre de machine. L'élément de support 11 comprend des parois cylindriques interne et externe 12 et 13, ainsi qu'une paroi 14 annulaire se prolongeant radialement entre les extrémités adjacentes des parois cylindriques 12 et 13. Une bague de support 15 est disposée à l'intérieur dtun élément de support 11 entre les parois 12 et 13 et porte une bague d'étanchéité 16 ayant une face annulaire d'étanchéité 17.
Avec l'élément 11 supporté à l'intérieur d'une paroi, la face d'étanchéité 17 peut venir en engagement avec une face d'étan- chéité analogue portée par un arbre rotatif, ou bien lorsque l'élément 11 est disposé sur un arbre, la face d'étanchéité 17 peut venir en engagement avec une face d'étanchéité analogue supportée par un élément de paroi ou analogue.
La bague de support 15 ainsi que la bague d'étanchéité 16 qui' en est portée, peuvent se mouvoir axialement à l'intérieur
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de l'élément de support 11 pour compenser l'usure de la face d'étanchéité 17, pour permettre le mouvement relatif d'éléments rotatifs,, etc. Afin d'empêcher ou délimiter la rotation de la bague de support 15 par rapport à l'élément de support 11, la paroi cylindrique externe 13 est déformée vers l'intérieur en des points espacés circonférentiellement de manière à former des nervures 18 s'engageant dans des rainures 19de la bague de support 15.
Il est également nécessaire de prévoir une fermeture étanche entre la bague de support 15 et l'élément de support 11 et dans ce but on prévoit un dispositif de bourrage 20. Ce dispositif de bourrage 20 comprend une rondelle 21 en une matière flexible élastique telle que du caoutchouc naturel ou synthétique ou l'équivalent, disposée entre la surface cylindrique externe de la paroi 12 et une surface cylindrique interne de la bague de support 15, la rondelle 21 étant également disposée entre une surface annulaire 23, se prolongeant en direction radiale, de la bague 15 et une rondelle 24 en métal ou autre matière relativement rigide.
Un ressort de compression à spires plates 25 disposé entre la paroi 14 et la rondelle 24 agit de manière à exercer des forces de compression sur la rondelle 21 afin d'augmenter la pression entre la rondelle 21, la surface 22 et la paroi 12,le ressort de compression 25 agissant également pour presser la face principale d'étanchéité 17 et afin de la faire venir en engagement avec une face analogue.
Un trait important du dispositif d'étanchéité 10 consiste en la prévision d'une bague ou rondelle isolante 26 en matière capable de résister aux effets combinés du fluide qui est retenu de manière étanche et des températures appliquées, la rondelle 26 étant disposée entre la rondelle en caoutchouc 21 et la surface 23.
La rondelle 26 est faite de préférence en polytétrafluoroéthylène (connu dans le commerce sous le nom de "Teflon"), ou bien elle
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peut être faite en un élastomère quelconque résistant à la chaleur tel que la silicone ou autres élastomères réfractaires.
En général,ces matières ne sont pas aussi élastiques que le caoutchouc et par conséquent la.combinaison prévoit un dispositif d'étanchéité d'un rendement très élevé et pouvant résister aux effets combinés du fluide emprisonné et des températures élevées qui sont appliquées.
Suivant Vautres traits caractéristiques importants de la présente invention, le dispositif d'étanchéité 10 est construit de telle manière qu'il puisse fonctionner de manière satisfaisante quelles que soient les pressions relatives du fluide dans les espaces sur les côtés opposés de la fermeture étanche, c'est-à-dire dans les espaces entre lesquels le dispositif agit. Plus parti- culièrement, une saillie annulaire sur la bague 15 est rabattue pour former un rebord annulaire 27 faisant saillie radialement vers l'intérieur, et délimitant le mouvement de la rondelle 24, le but étant d'empêcher le dispositif de bourrage 20 d'être soufflé de côté par les hautes pressions sur l'un des côtés de la fermeture étanche.
Le fluide de l'autre côté de la ferme- ture étanche agit sur une portion de surface 28 de la rondelle 26 pour développer un effort qui tend à écarter la rondelle 26 de la surface 23. Cet effort est opposé par l'effort exercé par le ressort 25 et par l'effort exercé par la pression du fluide sur le côté opposé de la fermeture étanche contre la rondelle 24 et sur. les portions exposées de la surface de la rondelle 21.
Si l'effort exercé sur la portion de surface 28 est trop grand par rapport aux forces opposées, la rondelle 26 sera éloignée de la surface 23 pour fournir une surface beaucoup plus grande à l'action du fluide, avec ce- ésultat que le dispositif de bourrage peut être soufflé de côté.
Cependant, en formant le rebord 27, le mouvement de la rondelle 24 est arrêté et .'effort exercé par le fluide sous pression contre la rondelle 26 comprimera la rondelle 21 entre
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les rondelles 24, 26 pour maintenir l'étanchéité du joint.
Suivant la présente invention, on maintient une pression suffisante entre la face d'étanchéité 17 et la surface avec laquelle cette face d'étanchéité vient en engagement pour maintenir une fermeture étanche, quelles que soient les pressions relatives du fluide dans les espaces sur les côtés opposés de la fermeture étanche.
En particulier, le fluide sous pression sur l'un des côtés de la fermeture étanche agit sur la surface 28 de la rondelle 26 pour produire un effort tendant à éloigner la face d'étanchéité 17 de la surface avec laquelle elle vient en engagement. La bague d'étanchéité 16 est de préférence formée de manière à fournir une surface 29 opposée à la surface 28, de telle sorte que le fluide sous pression agissant sur la surface
29 développe un effort tendant à presser la face d'étanchéité
17 en engagement à pression plus élevée avec la surface avec laquelle elle vient en engagement.
La surface 29 est de préférencf appréciablement plus grande en étendue que la partie de surface
20, de sorte qu'une augmentation de la pression du fluide sur l'un des côtés de la fermeture étanche augmentera la pression sur la face d'étanchéité 17.
Le fluide situé dans l'espace sur le côté opposé de la fermeture étanche agit sur les portions de surface 30, 31,32 et
33 de la bague 15 et également sur la surface de la rondelle
24 et sur les parties exposées de la surface de la rondelle élastique 21. Les efforts développés par la pression exercée. contre les portions de'surface 30,31 et 32 tendent à éloigner la face d'étanchéité 17 d'une surface avec laquelle elle vient en engagement, tandis que les forces développées par la pression exercée sur la surface'32, sur la surface de la rondelle 24 et sur les surfaces exposées de la rondelle 21, tendent à presser la bague 15 en une direction telle que la pression sur la face d'étanchéité 17 soit augmentée.
Il est désirable que la pression
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sur la face d'étanchéité 17 soit augmentée lorsque la pression du fluide augmente, et par conséquent l'étendue totale de la portion de surface 32, de la surface de la rondelle 24 et des portions exposées de la surface 21 est de préférence appréciabl ment plus grande que l'étendue totale des portions de surface 30,31 et 33. Lorsque le ressort de compression 25 agit pour augmenter la pression sur la face d'étanchéité 17, le dit rapport des surfaces n'est pas absolument nécessaire, mais resterait encore fort désirable.
Il est à noter que si;la rondelle 26 est écartée de la surface 23 pour faire venir la rondelle 24 en engagement avec le rebord 27, la pression exercée sur la face d'étanchéité 17 ne sera pas appréciablement affectée, parce que la pression exercée sur la rondelle 26 sera appréciablement équilibrée par la pression exercée sur la surface 23.
En se reportant maintenant à la figure 2, le chiffre de référence 34 désigne d'une manière générale un autre mode préféré de réalisation du dispositif d'étanchéité selon la présente invention. Le dispositif d'étanchéité 34 comprend un élément de support annulaire 34 en forme de cartouche, similaire à l'élément de support 11 du dispositif d'étanchéité 10 et comprend également des parois cylindriques interne et externe 36 et 37 avec une paroi annulaire 38 se prolongeant en direction radiale, située entre les extrémités adjacentes des parois cylin- driques 36 et 37. Une bague de support 39 (similaire à la bague 15 du dispositif 10) est disposée à l'intérieur de l'élément de support 35 entre les parois 36 et 37 et porte une bague d'étanchéité 40 ayant une face annulaire d'étanchéité 41.
L'élément 35 étant supporté à l'intérieur d'une paroi, la face d'étanchéité 41 peut, au moyen d'un arbre rotatif ou d'un élémen 35 disposé sur un arore, venir en engagement avec une face d'étanchéité analogue portée par un élément de paroi ou analogue à travers lequel on a fait passer l'arbre.
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La bague de support 39 et la bague d'étanchéité 40 qui en est supportée, peuvent se déplacer axialement à l'intérieur de l'élément de support 35 pour compenser l'usure de la face d'étanchéité 41 pour permettre de grandes tolérances dans l'installation du dispositif d'étanchéité, etc. Pour empêcher ou délimiter la rotation de la bague de support 39 par rapport à l'élément 35, la paroi cylindrique externe 37 est déformée vers l'intérieur en des points espacés circonférentiellement pour former ainsi des nervures 42 qui s'engagent dans les rainures 43 de la bague de support 39.
Un trait caractéristique important du dispositif d'étan- chéité 34 consiste en la construction d'un dispositif de bourrag
44 qui forme un joint étanche entre la bague de support 39 et l'élément de support 35. Le dispositif de bourrage 44 comprend une rondelle 45 disposée entre la surface cylindrique externe de la paroi 36 et une surface cylindrique interne 46 de la bague de support 39. La rondelle 45 est également disposée entre une surface annulaire 47 se prolongeant en direction radiale de la bague de support 39 et une rondelle 48 en métal ou autre matière relativement rigide.
La rondelle 48 est pressée vers la surface
47 par des ressorts de compression pouvant comprendre un ressort de compression 49 à spires plates disposé entre la rondelle 48 et une rondelle rigide 50 et un second ressort de compression 51 à spires plates disposé entre la rondelle 50 et la paroi 38, le but de l'emploi de deux ressorts de compression étant d'empêcher des déplacements plus grands.
La rondelle 48 coopère avec la surface 47 pour exercer des forces de compression sur la rondelle 45 afin de fournir une pression d'engagement plus grande entre la rondelle 45, la paroi 36 et la surface 46. De plus, des moyens sont prévus pour exercer une action de coincement sur la rondelle 45 et de la faire venir en engagement étroit avec la paroi 36 et avec
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la surface 46.
Pourobtenir cette action de coincement, la surface 46 et la surface de la paroi j6 doivent être conver- gentes l'une par rapport à l'autre, ou du moins l'une de ces surfaces doit être convergente par rapport à l'une des surfaces de la rondelle 48. De préférence, la rondelle 48 présente des surfaces ayant une forme générale tronconique 52 et 53 , et orientées radialement vers l'intérieur et l'extérieur, qui sont respectivement convergentes par rapport à la surface externe de la paroi 36 et de la surface 46, de manière à exerce, une action de coincement sur deux parties séparées de la rondelle 45. Cette rondelle 45 est de préférence préformée avec une rainure 54 de manière à prévoir des surfaces complémen taires aux surfaces 52, 53,
la rondelle 45 ayant ainsi une forme générale en chevron.
.Grâce à l'action decoincement réalisée dans le dispo- sitif de bourrage 44, il n'est pas indispensable que la rondelle 45 soit en matière fortement élastique et il est possible d'employer des élàstomères résistant à la chaleur, tels que des élastomères en silicone ou de préférence en polytétrafluoroéthylène, plus particulièrement pour les applications à hautes températures où ces matières deviennent plus élastiques.
Il est à noter que la bague d'étanchéité 40 présente une portion de surface 55 similaire à la portion de surface 29 de la bague 16, et pour le restant le dispositif d'étanchéité 34 est construit d'une manière similaire à celle du dispositif 10 afin de pouvoir fonctionner d'une manière satisfaisante quelles que soient les pressions relatives du fluide dans les espaces sur les côtés opposés du dispositif d'étanchéité.
Le dispositif d'étanchéité 34 tel qu'illustré est destiné à des applications dans lesquelles la pression à son Maximum ne serait pas suffisante pour faire souffler de côté le bourrage 44. Pour les pressions plus élevées, une saillie annulaire 56 sur la bague 39 peut être retournée radialement
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délimitant le mouvement tendant à éloigner la rondelle 40 de la surface 47.
La figure 3 montre un système modifié pour obtenir -!'action de mouillage de la rondelle du dispositif de bourrage. n se reportant à cette figure 3, le chiffre de référence 57 désigne une bague de support qui peut être identique à la bague de support 39 et peut porter une bague d'étanchéité 58 identique à la bague d'étanchéité 40, et la bague 57 peut être montée à l'intérieur d'un élément de support 59 qui comprend une paroi
60 identique à la paroi'36.
Une rondelle élastique 61 est disposée entre la paroi 60 et une surface cylindrique interne 62 de la bague 57 et également entre une surface annulaire 63, se prolongeant en direction radiale, de la bague 57 et une rondelle rigide 64 pressée contre la surface 64 au moyen d'un ressort de compression 65. Un élément 66 est prévu, venant en engagement avec les surfaces 62 et 63 et présentant une surface 67 de forme générale tronconique con- vergeant par rapport à la surface externe de la paroi 60.
Avec cet arrangement, une action de coincement est exercée sur la rondelle 61, laquelle est de préférence préformée de manière à avoir une conformation complémentaire à celle de l'espace compris entre la surface 67 et la paroi 60.,
Il est à noter que l'élément 66 est fonctionnellement solidaire de la bague 57 et peut être rendu solidaire de celle-ci.
Cependant, dans la fabrication des dispositifs d'étanchéité, .il est désirable de prévoir des bagues de support pouvant être employées soit dans un dispositif tel que le dispositif 34, soit lans un dispositif selon la figure 3 et par conséquent il est désirable d'employer un élément 66 qui soit séparé.
Il est bien entendu que l'on pourra apporter à l'invention des monfications et des variations sans sortir de l'esprit ou de la portée de l'invention.
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The present invention relates to a sealing device for shafts of machines or the like intended to provide a tight seal between a rotating element and a fixed wall element or the like in order to prevent any communication between. The spaces located on the opposite sides of said device. wall element.
In such a sealing device, a support element can be supported by one of the elements by means of a ring carried by the support element and means provided on the ring which define a sealing face arranged at cooperate with a sealing face provided on the other element * In order to allow axial movement
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relative elements and to compensate for the wear of the sealing faces, it is necessary to allow relative axial movement between the ring and the support member, and it is also necessary to maintain a tight seal between the ring and the ring. support element.
It is also highly desirable that the sealing device works with a fluid pressure on each side of the wall member, which is greater than the fluid pressure on the opposite side. In addition, the sealing device must work with fluids at high temperature: and pressure.
One of the objects of the present invention is to provide a sealing device for machine shafts - or the like, incorporating new means making it possible to produce a tight seal between a support element and a ring which can move axially with respect to to the support element.
Another object of the present invention is to provide a sealing device providing a tight seal between a rotating member and a fixed wall member or the like, so as to prevent any communication between the spaces on the opposite sides of the member. wall, the device working with satisfactory efficiency when the fluid pressure on either side of the wall member is greater than the pressure on the opposite side.
Another object of the present invention is to provide. improved seals for machine shafts which can be manufactured and assembled in an easy and economical manner and which are safe in operation and in good efficiency.
According to an important feature of the present invention, a sealing washer of elastic material is used to
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achieve a tight seal between a support element and a ring which is movable axially with respect to the support element, and means are provided for exerting a wedging action on the sealing washer in order to bring it in close engagement with the support member and with the ring.
Another characteristic feature of the present invention is the provision of a sealing device for machine shafts having a stuffing device intended to respond to an axial load so as to form a tight seal between a support member and a ring. which is axially movable with respect to the support member, the ring and the packing device having faces exposed to the fluid in the spaces on both sides of a wall member, and the arrangement being such that an increase in pressure on each side of the wall member will not result in an appreciable decrease in the force which acts to push the sealing faces of the gasket together.
Another characteristic feature of the present invention is the provision of a sealing device for shafts in which a washer of resilient material is trapped between the opposing surfaces of a ring and a rigid washer, with means for urging them. opposing surfaces against each other to exert compressive forces on the spring washer and with means for limiting the movement of the rigid washer relative to the ring. With such an arrangement, the device can operate regardless of the direction and magnitude of the fluid pressures applied to it.
The present invention contemplates still other objects, features and advantages, which will become more apparent from the detailed description which follows, with reference to the accompanying drawings which show preferred embodiments.
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In the drawings, Figure 1 is a sectional view through part of a machine shaft seal constructed in accordance with the principles of the present invention.
Figure 2 is a sectional view taken through part of a modified form of shaft sealing device for machines in accordance with the principles of the present invention, and,
Figure 3 is a sectional view taken through part of another modification of the sealing device according to the present invention.
Referring to the drawings, reference numeral 1C generally denotes a preferred form of arrangement. sealing according to the principles of the present invention.
In this device 10 there is provided an annular support member 11 in the form of a cartridge, which is arranged so as to be fixed on a machine shaft, or inside an opening made in a wall or the like through through which a machine shaft passes. The support member 11 comprises inner and outer cylindrical walls 12 and 13, as well as an annular wall 14 extending radially between the adjacent ends of the cylindrical walls 12 and 13. A support ring 15 is disposed inside a support member 11 between walls 12 and 13 and carries a sealing ring 16 having an annular sealing face 17.
With the element 11 supported inside a wall, the sealing face 17 can come into engagement with a similar sealing face carried by a rotary shaft, or else when the element 11 is disposed on. a shaft, the sealing face 17 may come into engagement with a similar sealing face supported by a wall member or the like.
The support ring 15 as well as the sealing ring 16 which is carried by it, can move axially inside
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of the support member 11 to compensate for the wear of the sealing face 17, to allow the relative movement of rotating members, etc. In order to prevent or limit the rotation of the support ring 15 with respect to the support member 11, the outer cylindrical wall 13 is deformed inwardly at points spaced circumferentially so as to form ribs 18 which engage. in grooves 19 of the support ring 15.
It is also necessary to provide a sealed closure between the support ring 15 and the support element 11 and for this purpose there is provided a stuffing device 20. This stuffing device 20 comprises a washer 21 made of an elastic flexible material such as natural or synthetic rubber or the equivalent, disposed between the outer cylindrical surface of the wall 12 and an inner cylindrical surface of the support ring 15, the washer 21 also being disposed between an annular surface 23, extending in the radial direction, of the ring 15 and a washer 24 of metal or other relatively rigid material.
A compression spring with flat turns 25 disposed between the wall 14 and the washer 24 acts to exert compressive forces on the washer 21 in order to increase the pressure between the washer 21, the surface 22 and the wall 12, the compression spring 25 also acting to press the main sealing face 17 and to bring it into engagement with a similar face.
An important feature of the sealing device 10 is the provision of an insulating ring or washer 26 of material capable of withstanding the combined effects of the fluid which is sealed and the temperatures applied, the washer 26 being disposed between the washer. rubber 21 and the surface 23.
Washer 26 is preferably made of polytetrafluoroethylene (known in the trade as "Teflon"), or else it
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can be made of any heat resistant elastomer such as silicone or other refractory elastomers.
In general, these materials are not as elastic as rubber and therefore the combination provides a sealing device of very high performance and capable of withstanding the combined effects of the trapped fluid and the high temperatures which are applied.
In accordance with other important features of the present invention, the sealing device 10 is so constructed that it can function satisfactorily regardless of the relative pressures of the fluid in the spaces on the opposite sides of the sealing, ie. 'that is to say in the spaces between which the device acts. More particularly, an annular protrusion on the ring 15 is folded back to form an annular flange 27 projecting radially inwardly, and delimiting the movement of the washer 24, the object being to prevent the stuffing device 20 from breaking down. be blown aside by the high pressures on one of the sides of the seal.
The fluid on the other side of the sealed closure acts on a surface portion 28 of the washer 26 to develop a force which tends to move the washer 26 away from the surface 23. This force is opposed by the force exerted by the spring 25 and by the force exerted by the pressure of the fluid on the opposite side of the seal against the washer 24 and on. the exposed portions of the surface of the washer 21.
If the force exerted on the surface portion 28 is too great with respect to the opposing forces, the washer 26 will be moved away from the surface 23 to provide a much larger surface for the action of the fluid, with the result that the device stuffing can be blown aside.
However, by forming the flange 27, the movement of the washer 24 is stopped and the force exerted by the pressurized fluid against the washer 26 will compress the washer 21 between.
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the washers 24, 26 to maintain the seal of the gasket.
According to the present invention, sufficient pressure is maintained between the sealing face 17 and the surface with which this sealing face engages to maintain a tight seal, regardless of the relative pressures of the fluid in the spaces on the sides. opposites of the waterproof closure.
In particular, the pressurized fluid on one side of the seal acts on the surface 28 of the washer 26 to produce a force tending to move the seal face 17 away from the surface with which it comes into engagement. The seal ring 16 is preferably formed so as to provide a surface 29 opposite to the surface 28, so that the pressurized fluid acting on the surface
29 develops a force tending to press the sealing face
17 in higher pressure engagement with the surface with which it comes into engagement.
The surface 29 is preferably appreciably larger in extent than the surface portion
20, so that an increase in fluid pressure on one side of the seal will increase the pressure on the seal face 17.
The fluid located in the space on the opposite side of the seal acts on the surface portions 30, 31, 32 and
33 of the ring 15 and also on the surface of the washer
24 and on the exposed parts of the surface of the spring washer 21. The forces developed by the pressure exerted. against the surface portions 30, 31 and 32 tend to move the sealing face 17 away from a surface with which it engages, while the forces developed by the pressure exerted on the surface '32, on the surface of the sealing surface. washer 24 and on the exposed surfaces of washer 21 tend to press ring 15 in such a direction that pressure on sealing face 17 is increased.
It is desirable that the pressure
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on the sealing face 17 is increased as the pressure of the fluid increases, and therefore the total extent of the surface portion 32, the surface of the washer 24 and the exposed portions of the surface 21 is preferably appreciably greater than the total extent of the surface portions 30, 31 and 33. When the compression spring 25 acts to increase the pressure on the sealing face 17, said ratio of the surfaces is not absolutely necessary, but would remain still very desirable.
It should be noted that if the washer 26 is moved away from the surface 23 to bring the washer 24 into engagement with the flange 27, the pressure exerted on the sealing face 17 will not be appreciably affected, because the pressure exerted on the washer 26 will be appreciably balanced by the pressure exerted on the surface 23.
Referring now to Figure 2, reference numeral 34 generally denotes another preferred embodiment of the sealing device according to the present invention. The sealing device 34 comprises an annular cartridge-shaped support member 34, similar to the support member 11 of the sealing device 10, and also comprises inner and outer cylindrical walls 36 and 37 with an annular wall 38 being formed. extending in a radial direction, located between the adjacent ends of the cylindrical walls 36 and 37. A support ring 39 (similar to the ring 15 of the device 10) is disposed inside the support member 35 between the walls 36 and 37 and carries a sealing ring 40 having an annular sealing face 41.
The element 35 being supported inside a wall, the sealing face 41 can, by means of a rotary shaft or an element 35 disposed on a ring, come into engagement with a sealing face. the like carried by a wall element or the like through which the shaft has been passed.
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The support ring 39 and the seal ring 40 supported by it, can move axially within the support member 35 to compensate for the wear of the sealing face 41 to allow large tolerances in installation of the sealing device, etc. To prevent or limit the rotation of the support ring 39 relative to the element 35, the outer cylindrical wall 37 is deformed inwardly at circumferentially spaced points to thereby form ribs 42 which engage the grooves 43. of the support ring 39.
An important characteristic feature of the sealing device 34 consists in the construction of a tamping device.
44 which forms a tight seal between the support ring 39 and the support member 35. The stuffing device 44 comprises a washer 45 disposed between the outer cylindrical surface of the wall 36 and an inner cylindrical surface 46 of the support ring 39. The washer 45 is also disposed between an annular surface 47 extending radially from the support ring 39 and a washer 48 made of metal or other relatively rigid material.
The washer 48 is pressed towards the surface
47 by compression springs which may include a compression spring 49 with flat turns disposed between the washer 48 and a rigid washer 50 and a second compression spring 51 with flat turns disposed between the washer 50 and the wall 38, the purpose of the 'use of two compression springs being to prevent larger displacements.
Washer 48 cooperates with surface 47 to exert compressive forces on washer 45 to provide greater engagement pressure between washer 45, wall 36 and surface 46. In addition, means are provided for exerting a wedging action on the washer 45 and to bring it into close engagement with the wall 36 and with
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surface 46.
To obtain this wedging action, the surface 46 and the surface of the wall j6 must be convergent with respect to each other, or at least one of these surfaces must be convergent with respect to one of the surfaces of the washer 48. Preferably, the washer 48 has surfaces having a generally frustoconical shape 52 and 53, and oriented radially inward and outward, which are respectively convergent with respect to the outer surface of the wall 36 and the surface 46, so as to exert a wedging action on two separate parts of the washer 45. This washer 45 is preferably preformed with a groove 54 so as to provide surfaces complementary to the surfaces 52, 53,
the washer 45 thus having the general shape of a chevron.
Thanks to the wedging action carried out in the stuffing device 44, it is not essential that the washer 45 be of highly elastic material and it is possible to use heat-resistant elastomers, such as elastomers. silicone or preferably polytetrafluoroethylene, more particularly for high temperature applications where these materials become more elastic.
It should be noted that the sealing ring 40 has a surface portion 55 similar to the surface portion 29 of the ring 16, and for the remainder the sealing device 34 is constructed in a manner similar to that of the device. 10 in order to be able to function satisfactorily regardless of the relative pressures of the fluid in the spaces on the opposite sides of the sealing device.
Sealing device 34 as illustrated is intended for applications in which the pressure at its maximum would not be sufficient to blast the packing 44 aside. For higher pressures, an annular protrusion 56 on the ring 39 may. be turned radially
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delimiting the movement tending to move the washer 40 away from the surface 47.
Figure 3 shows a modified system to achieve the wetting action of the packing device washer. Referring to this figure 3, the reference numeral 57 denotes a support ring which may be identical to the support ring 39 and may carry a sealing ring 58 identical to the sealing ring 40, and the ring 57 can be mounted within a support member 59 which includes a wall
60 identical to the wall '36.
A spring washer 61 is disposed between the wall 60 and an internal cylindrical surface 62 of the ring 57 and also between an annular surface 63, extending in a radial direction, of the ring 57 and a rigid washer 64 pressed against the surface 64 by means of a compression spring 65. An element 66 is provided, coming into engagement with the surfaces 62 and 63 and having a surface 67 of generally frustoconical shape converging with respect to the external surface of the wall 60.
With this arrangement, a wedging action is exerted on the washer 61, which is preferably preformed so as to have a conformation complementary to that of the space between the surface 67 and the wall 60.,
It should be noted that the element 66 is functionally integral with the ring 57 and can be made integral with the latter.
However, in the manufacture of sealing devices, it is desirable to provide support rings which may be employed either in a device such as device 34 or in a device according to Figure 3 and therefore it is desirable to use an element 66 which is separate.
It is understood that it is possible to make monfications and variations to the invention without departing from the spirit or the scope of the invention.