FR2635571A1 - Dispositif d'etancheite pour arbres tournants, notamment les arbres de rotors de melangeurs, et son procede de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

Le dispositif d'étanchéité 20 pour arbres tournants, notamment les arbres de rotors de mélangeurs ou analogues, est caractérisé par le fait qu'il comporte : un élément d'étanchéité 21 porté par l'arbre 15, 16 à l'extérieur de l'espace 14 à étancher, par exemple la chambre de mélange d'un mélangeur, et présentant une partie circonférencielle continue 24 pour le mouvement bidirectionnel d'une matière visqueuse fluante; un manchon 22 porté de manière non tournante par une enveloppe fixe 18 et disposé autour dudit élément d'étanchéité de rotor 21; et une bague de retenue 23 pouvant tourner avec ledit arbre 15, 16 et pouvant coopérer avec ledit élément d'étanchéité de rotor 21 pour que ce dernier tourne avec elle, le mouvement de ladite matière entre ladite partie circonférencielle continue 24 et ledit manchon 22 formant un joint visqueux dynamique qui commande la sortie de la matière par rapport audit espace à étancher entre l'enveloppe 18 et ledit arbre 15, 16.

Description

La présente invention est relative à un dispositif d'étanchéité pour

arbres tournants,en particulier pour les arbres de rotors de mélangeurs. Elle concerne également un

procédé pour la mise en oeuvre de ce dispositif d'étanchéité.

Les mélangeurs internes de haute intensité, dont le type Banbury est un exemple, sont utilisés dans l'industrie

du caoutchouc et des matières plastiques pour ramollir, fai-

re fondre, mélanger et/ou distribuer des composants et des additifs pendant la réalisation de diverses formulations. En raison de l'action et de la conception des rotors de mélangeurs,

ainsi que de l'application d'une pression par un vérin pneuma-

tique, le contenu de la chambre de mélange a tendance à fuir entre les arbres de rotors et la chambre de mélange.Alors que cela n'est qu'un problème mineur pour le traitement du caoutchouc, une difficulté importante se présente lorsque l'on traite des matières plastiques car celles-ci sont plus

onéreuses et leur perte est préjudiciable.

De nombreuses tentatives ont été faites pour conce-

voir des étanchéités qui retiennent la matière, qui présen-

tent une durée de vie raisonnable, qui sont d'un coût de

fabrication faible et qui peuvent être de préférence rapide-

ment et facilement changées.

La présente invention se propose de fournir un dis-

positif et un procédé pour créer un joint fondu dynamique, ou une bague annulaire visqueuse, à utiliser avec les rotors

de mélangeurs internes par exemple.

Comme indiqué ci-dessus, un certain nombre d'étan-

chéités ont été conçues pour les mélangeurs internes. Un dis-

positif d'étanchéité du type à garniture en constitue un exem-

ple, et il fait appel à une bague presse-étoupe et à un joint d'arbre comportant une bague d'usure en Téflon (marque déposée) chargée de fibres de verre. Un inconvénient de cet agencement réside dans la.nécessité d'un réglage constant de la bague presse-étoupe pour compenser l'usure. La pression de la bague presse-étoupe engendre une friction importante sur l'arbre

du rotor, ce qui. nécessite un couple d'entraînement plus im-

portant et provoque une usure de l'arbre.

Un autre agencement est constitué par les joints

du type facial. Dans une version, on utilise un rappel élas-

tique, dans lequel l'application de la charge par ressort

engendre la pression sur la face d'étanchéité qui est au con-

tact de l'arbre. Lorsque la pression interne augmente, une

force de ressort plus importante est nécessaire, ce qui pro-

voque une friction et une chaleur plus élevées. Cette chaleur, à son tour, provoque une détérioration plus rapide des faces

d'étanchéité, en particulier si on utilise des matières poly-

mères. A mesure que les faces d'étanchéité s'usent, la force du ressort qui s'applique sur les faces d'étanchéité diminue, ce qui donne naissance à une fuite plus importante. Quand les produits traités sont très abrasifs, comme c'est le cas pour des matières thermoplastiques halogénées et des additifs

abrasifs, il se produit une usure accélérée et des défail-

lances d'étanchéité.

Dans une variante, certains dispositifs d'étanchéité du type facial sont chargés par des vérins hydrauliques ou

pneumatiques pour compenser l'usure des faces d'étanchéité.

Cette pression ou charge reste constante, c'est-à-dire qu'elle

ne diminue pas avec l'usure, comme c'est le cas pour les dis-

positifs d'étanchéité chargés par ressort. Dans certains au-

tres agencements, on introduit une lubrification externe pour réduire les frottements et l'usure entre les faces d'étanchéité

tournantes et fixes.

Plusieurs difficultés, qui limitent l'utilisation

de ce type de dispositifs d'étanchéité, consistent dans l'écou-

lement du lubrifiant dans la cavité du mélangeur et dans des fuites à partir de la zone d'étanchéité, ces fuites provoquant une contamination des zones environnantes et nécessitant des

nettoyages fréquents. De plus, le lubrifiant d'étanchéité sé-

lectionné doit être compatible avec la matière traitée. Dans

certains cas, les températures de fonctionnement peuvent pro-

voquer une dégradation du lubrifiant. Enfin, certaines faces d'étanchéité en polymère contiennent du bisulfate de molybdène,

du graphite ou autres lubrifiants et elles fonctionnent sans lu-

brification externe. La chaleur provoquée par le frottement

entraîne un ramollissement de ce type de dispositif d'étanchéi-

té, ce qui provoque une déformation sous l'action de la pres-

sion d'étanchéité et une usure accélérée.

Une troisième variante de ce type de dispositifs d'étanchéité du type facial fait appel à une étanchéité par action inverse, dans laquelle la force d'étanchéité est en- gendrée par la pression interne du mélangeur. La matière qui

s'échappe engendre une pression qui agit sur une bague tournan-

te d'étanchéité, laquelle peut flotter en direction axiale et

provoquer une pression d'étanchéité sur la face opposée supé-

rieure à la pression du mélangeur. Ce type de dispositif d'étanchéité ne nécessite aucun réglage extérieur et aucune

charge pour fonctionner, mais il présente les mêmes difficul-

tés que les autres dispositifs d'étanchéité du type facial.

Un autre type de dispositif d'étanchéité réside dans un joint à faible jeu et à commande par température. Ce joint n'est pas lubrifié extérieurement et il est applicable aux matières non -abrasives et auto- lubrifiantes, par exemple les polyoléfines et analogues. L'étanchéité est obtenue par l'intermédiaire d'une commande de la bague en fonction de la température pour solidifier le polymère qui engendre sa

propre étanchéité. Le problème majeur dans ce type de dispo-

sitif d'étanchéité réside en ce qu'il ne peut être utilisé qu'avec une gamme limitée de matières. Les additifs abrasifs

ou les matières corrosives usent rapidement la bague et l'ar-

bre, et le jeu croissant provoque une fuite dans le joint..

Un autre type consiste dans un dispositif d'étan-

chéité à vis de pompage ou d'avance. Les dispositifs d'étan-

chéité de cette conception sont utilisés dans diverses appli-

cations et ils font appel, sur l'arbre du rotor, à des gorges hélicoïdales qui provoquent une force d'avance et pompent le polymère vers l'intérieur du mélangeur. Le problème inhérent

à cette construction réside en ce que, lorsque la pression in-

terne du mélangeur décroît au-dessous de la pression de pom-

page de l'hélice, la matière chassée est pompée à nouveau

dans la matière fondue principale.

Enfin, le dispositif d'étanchéité du type à l'aby-

rinthe utilise une série de gorges coaxiales sur le rotor ou

sur la partie fixe, avec un faible jeu pour fournir la fonc-

tion d'étanchéité. Le principe de cet agencement de joint ré-

side en ce que la matière de fuite doit traverser le barrage constitué par le faible jeu dans la gorge adjacente. Si on prévoit suffisamment d'étages de gorges de labyrinthe, la fui-

te de matière peut être éliminée ou du moins contrôlée. Tou-

tefois, des difficultés sont également associées à ce type de dispositifs d'étanchéité. Tout d'abord, en raison de la

déflexion des arbres de rotors,les jeux peuvent être relati-

vement importants, ce qui provoque un important écoulement de fuite ou nécessite un long joint du type labyrinthe.Par ailleurs, les gorges peuvent se remplir de matière solide

ou dégradée, ce qui rend le joint inefficace.

Ainsi, malgré l'existence à grande échelle des mélangeurs internes à haute intensité, du type Banbury ou autresdepuis plus de 50 ans, et malgré les conceptions de joints nombreuses et variées, il n'existe pas jusqu'à présent une structure qui est efficace pour assurer l'étanchéité des rotors,en particulier dans des milieux qui sont abrasifs et/

ou corrosifs, comme c'est par exemple le cas dans la fabrica-

tion de certaines formulations thermoplastiques.

Un but de l'invention est par conséquent de four-

nir un dispositif d'étanchéité qui peut être utilisé pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants, en particulier des

arbres de mélangeurs internes à haute intensité.

Un autre but de la présente invention est de

fournir un dispositif d'étanchéité qui crée un anneau dyna-

mique visqueux à partir de la matière contenue dans l'appa-

reil. Un autre but encore de l'invention est de fournir un dispositif d'étanchéité qui peut s'adapter aux déflexions de i'arbre du rotor, qui présente une longue durée de vie, un coût de fabrication raisonnable et qui est relativement

facile à mettre en place et à entretenir.

Un autre but encore de l'invention est de fournir

un dispositif d'étanchéité qui permet des changements de ma-

tière et/ou de couleur sans qu'il soit nécessaire de nettoyer

le joint, comme cela est actuellement nécessaire.

Un autre but encore de l'invention est de fournir un procédé pour créer un joint annulaire dynamique visqueux pour des rotors, ce joint étant efficace par exemple dans le

traitement de polymères thermoplastiques.

Un autre but encore de l'invention est de fournir un procédé pour créer un joint annulaire dynamique visqueux qui réduit les pertes de matière, notamment les matières en poudre, et qui interdit à la matière de fuite de revenir

dans l'espace à étancher.

D'une manière générale, selon la présente invention,

un dispositif d'étanchéité pour les arbres de rotors de mé-

langeurs internes et analogues commporte un élément d'étan-

chéité de rotorci-après dénommé élément de rotor, qui est

porté par l'arbre tournant à l'extérieur de l'espace à étan-

cher et qui présente une partie circonférencielle continue, un manchon ou douille porté de manière non tournante par

l'enveloppe fixe de l'appareil, et disposé coaxialement au-

tour de l'élément de rotor, et une bague de retenue qui -

tourne avec l'arbre et qui peut coopérer avec l'élément de rotor, de manière que l'élément de rotor tourne avec elle, le mouvement de la matière qui s'écoule entre ladite partie circonférencielle continue et le manchon constituant un joint visqueux dynamique qui commande la sortie de matières hors

de l'espace entre l'enveloppe et l'arbre.

La présente invention fournit également un procédé pour mettre en oeuvre ce dispositif et pour commander la sortie des matières de l'espace, par exemple la chambre de

mélange d'un mélangeur, qui comporte au moins un rotor tour-

nant présentant des arbres opposés qui traversent l'envelop-

pe de l'appareil. Le procédé comporte les étapes qui con-

sistent à assujettir l'élément d'étanchéité de rotor autour

dudit arbre, à l'extérieur de l'enceinte, à prévoir une par-

tie circonférencielle continue autour d'une zone de l'arbre de rotor et pouvant tourner avec celui-ci pour le déplacement

d'une matière fondue visqueuse pouvant s'écouler, à assu-

jettir le manchon à l'enveloppe de l'appareil coaxialement autour de l'élémeht d'étanchéité de rotor et communiquant avec la partie circonférencielle continue pour former un joint visqueux dynamique entre l'élément d'étanchéité de rotor et le manchon, de manière à commander la sortie des matières hors dudit espace entre l'enveloppe et l'arbre de rotor. On comprendra bien l'invention à la lecture du com-

plément de description qui va suivre et en référence aux des-

sins annexés qui font partie de la description et dans les-

quels: Fig. 1 est une vue latérale, partiellement en coupe

et partiellement arrachée, qui montre le dispositif d'étan-

chéité selon la présente invention associé à un rotor d'un mélangeur interne; Fig. 2 est une coupe transversale prise dans le plan 2-2 de la Fig. 1.;

Fig. 3 est, à plus grande échelle, une coupe mon-

trant les surfaces adjacentes entre l'élément d'étanchéité de rotor et le manchon du dispositif d'étanchéité; Fig. 4 est une vue éclatée en perspective montrant l'élément d'étanchéité de rotor, le manchon et la bague de retenue du dispositif d'étanchéité solon l'invention; Fig. 5 est une vue latérale partielle, arrachée et en partie en coupe, montrant un autre mode de réalisation de la présente invention; Figs. 6A et 6B montrent des étapes séquentielles de fonctionnement de l'élément d'équilibrage du dispositif de la Fig. 5; Fig. 7 est une coupe transversale prise dans le plan 7-7 de la Fig. 5; et Fig. 8 est une vue éclatée en perspective montrant

l'élément d'équilibrage de la Fig. 5.

La présente invention fournit un dispositif d'étan-

chéité pour arbres tournants, notamment pour les arbres de rotors de mélangeurs internes à haute intensité qui sont utilisés en particulier dans les cas o des formulations de matières plastiques sont traitées. De tels mélangeurs sont bien connus et ils comportent une chambre de mélange, ainsi qu'au moins un rotor qui est équipé de pales ou lames dont la fonction est de travailler le mélange de caoutchouc ou de

matière plastique contre la surface d'une chambre de mélan-

ge située autour, de même qu'entre les pales dans le cas de rotors multiples. L'action des pales consiste à malaxer les matières caoutchouteuses ou plastiques et à introduire dans la matière les divers autres constituants que l'on désire dans

le mélange.

De manière caractéristique, pendant l'opération de

mélange, une faible partie de la matibre est entraînée en-

tre le ou-les rotors et l'enveloppe qui définit la chambre intérieure, et cette faible partie de matière est également

entraînée à l'extérieur de l'appareil. Pour réduire ce phé-

nomène, on utilise des joints qui commandent ce déplacement de matière entre l'enveloppe et le rotor. Ces joints sont,

de manière habituelle, lubrifiés pour diminuer le frotte-

ment et l'usure et, occasionnellement, le lubrifiant trouve

un passage pour pénétrer dans la chambre de mélange. Lors-

que l'on traite du caoutchouc, la perte de matière ne cons-

titue pas une difficulté importante, et il en est de même pour la pénétration du lubrifiant du joint dans la chambre

de mélange, en particulier lorsque la formulation de caout-

chouc contient de l'huile.

Lorsque l'on traite des matières plastiques, la

plupart des lubrifiants contaminent le mélange et, par 'con-

séquent, il est habituel de sélectionner une matière com-

patible, par exemple le phtalate de dioctyle qui est un

plastifiant pour de nombreuses formulations, mais qui consti-

tue une solution coûteuse. Une autre difficulté réside dans

la perte de matières provenant du mélangeur. Une telle per-

te n'est pas facilement quantifiable, ce qui peut donner nais-

sance à des modifications dans la formulation obtenue, ou-

tre qu'une grande partie des ingrédients perdus sont rela-

tivement coûteux, ce qui augmente d'autant le coût de la

résine plastique traitée.

Une autre difficulté encore inhérente au traite-

ment des matières plastiques réside en.ce que certaines for-

mulations, en particulier celles qui contiennent des poly-

mères halogénés, ont une action corrosive sur les joints.

La plupart des formulations de matière plastique sont égale-

ment sensibles à la chaleur et, si on les laisse être em-

prisonnées dans les zones.du joint, elles "brûlent" pour former des particules dures. Ces particules non seulement sont abrasives à l'égard du joint et des pièces environnantes mais également, si elles sont ramenées dans la chambre de mélange, elles peuvent créer une imperfection dans l'article

en matière plastique fabriqué à partir de la résine.

Du fait que ces difficultés se rencontrent dans tous les mélangeurs internes connus, le dispositif d'étanchéité et le procédé associé selon la présente invention peuvent être utilisés pour pratiquement tout type d'appareil et, ainsi, la mise en oeuvre de l'invention n'est pas limitée à un type spécifique de mélangeur, par exemple du type Banbury,

ou à une taille particulière de mélangeur. De manière simi-

laire, alors que les difficultés inhérentes au traitement et au mélange de matières plastiques sont particulièrement

importantes en ce qui concerne les joints, la mise en oeu-

vre de la présente invention n'est pas limitée à des réali-

sations dans lesquelles on traite des matières plastiques,

mais elle est également applicable au traitement de caout-

chouc ainsi qu'à d'autres matières.

En référence maintenant aux dessins, la partie inté-

rieure d'un mélangeur caractéristique 10 est représentée sur la Fig. 1. Le mélangeur 10 comporte par exemple un seul rotor 11 qui est équipé de pales ou lames 12,13 disposées à l'intérieur d'une chambre de mélange 14. Le rotor 11 et

la chambre 14 ont été partiellement arrachés et, par conse-

quent, on n'a pas représenté l'interrelation des pales avec l'auge de forme correspondante de la chambre 14. Le rotor 11 comporte un arbre axial gauche 15 etun arbre axial droit

16, ces arbres traversant les parois extrêmes du mélan-

geur.

Le dispositif d'étanchéité de la présente inven-

tion est désigné d'une manière générale en 20. Il est à noter qu'un seul dispositif d'étanchéité 20 est associé à chacun des arbres 15,16 de chaque côté du mélangeur 10; la

description ci-après sera faite pour l'un seulement de ces

deux dispositifs et elle est également valable, bien entendu,

pour l'autre dispositif d'étanchéité. Le dispositif d'étanchéi-

té comporte essentiellement trois éléments, à savoir: un élément d'étanchéité de rotor 21, un manchon 22 et une bague de retenue 23. L'élément de rotor 21 est adapté coaxialement sur

l'arbre 15 et il présente une partie circonférencielle conti-

nue 24. A partir de la chambre 14 et vers l'extérieur, la partie circonférencielle 24 présente un premier ensemble, ou ensemble intérieur, de canaux, gorges ou auges en hélice qui s'éloignent axialement à partir de l'enveloppe, à la

manière d'un filetage à droite. Un second ensemble, ou en-

semble extérieur, de canaux, gorges ou auges en hélice 26 fait suite au premier ensemble sur la partie circonférencielle 24, les canaux se rapprochant axialement de la chambre, à la manière d'un filetage à gauche. A la jonction des premiers

et seconds canaux 25 et 26, on peut prévoir une gorge annulai-

re 28 qui est plus profonde et plus large que les canaux et

qui est ménagée sur la partie circonférencielle 24.

L'élément de rotor 21 se termine, à son extrémité avant du côté de la chambre, par une face radiale 30 et, à

son extrémité arrière tournée vers l'extérieur, par un flas-

que extérieur 31. Une bague d'usure 32 est disposée entre la face 30 et un épaulement 33 formé par les pales de rotor 12, 13, et elles présentent une surface cylindrique extérieure 34 de même diamètre que les plages 35 situées sur la surface circonférencielle 24 entre les canaux 25,26. La surface 34 *est contiguë, de chaque côté, à l'extrémité intérieure des canaux correspondants 25. Le flasque extérieur 31, situé à l'autre extrémité de l'élément de rotor 21, est contigu à

l'extrémité arrière du canal associé 26, de manière similai-

re. Ce flasque présente une surface extérieure cylindrique 36 dont le diamètre est inférieur à celui de la surface extérieure 34 de la bague 32, et il se termine par une face

radiale extérieure 38.

Bien qu'on ait décrit et représenté sur les-

dessins la bague d'usure 32, celle-ci n'est pas un élément

nécessaire du dispositif d'étanchéité 20, mais elle cons-

titue néanmoins un élément qui est souvent présent dans un mélangeur. Lorsque la bague 32 n'est pas utilisée on peut, tout en restant dans le cadre de l'invention, faire buter la face 30 de l'élément de rotor 21 contre l'épaulement 33 des pales 12,13, auquel cas les canaux intérieurs en hélice peuvent commencer en adjacence à l'épaulement 33 associé

ou à une courte distance axiale de celui-ci.

L'élément de rotor 21 porté par l'arbre 16 est le symétrique de l'élément de rotor porté par l'arbre 15 et

il comporte une partie circonférencielle présentant un pre-

mier ensemble, ou ensemble intérieur, de canaux continus en hélice 25, à la manière d'un filetage à gauche, et un second ensemble, ou ensemble extérieur, de canaux continus en hélice 26, à la manière d'un filetage à droite, une gorge annulaire

28 étant ménagée à la jonction entre les deux types de ca-

naux. Le but des orientations opposées des canaux, par assi-

milation à un filetage, apparaîtra ci-après. Les autres élé-

ments de l'élément de rotor porté par l'arbre 16 sont symé-

triques ou identiques à ceux qui sont portés par l'arbre 15

et, comme indiqué précédemment, leur description n'est par

conséquent pas nécessaire.

Le manchon 22 est constitué par un élément cylindrique en forme de L qui comporte une partie centrale de corps 45

et un prolongement axial 46 dirigé vers la chambre. La par-

tie 45 et le prolongement 46 présentent une surface inté-

rieure cylindrique continue 47 qui est contiguë aux plages des canaux intérieurs et extérieurs 25 et 26. La surface 47 est coaxiale à ces canaux 25,26. Le prolongement 46 est logé dans un évidement 48 ménagé dans une plaque d'usure 49,

elle-même placée dans une cavité appropriée 50 de l'envelop-

pe 18. La plaque d'usure 49, ou un élément équivalent, est habituellement prévue par le fabricant du mélangeur et, à ce

titre, elle ne constitue pas un élément du dispositif d'étan-

chéité 20. Toutefois, pour obtenir un contact entre la surface

47 et la partie circonférencielle 24 de l'élément 21,. l'évi-

dement 48 doit être présent.

Un orifice radial 51 est prévu à travers le corps , en alignement avec la gorge annulaire 28 de l'élément

21. Cet orifice peut être fermé par un robinet 52 ou équiva-

lent, et un orifice axial 53 peut, le cas échéant, être

percé à partir de la paroi arrière 54 du corps 45 pour débou-

cher dans l'orifice radial 51.Le but et l'utilisation des orifices 51 et 53 apparaîtront plus loin. Une pluralité de canaux 55 sont également ménagés dans le manchon 22 suivant

des cordes du cercle pour la circulation d'un agent de re-

froidissement ou de chauffage, selon les besoins, de manière à commander le mouvement de la matière fondue visqueuse qui

passe entre l'élément 21 et le manchon 22, comme cela apparal-

tra également plus loin. Enfin, une pluralité d'orifices

axiaux 56 sont prévus dans le corps 45 pour recevoir des bou-

lons 58 de fixation du manchon 22 sur la plaque d'usure 49, de sorte que le manchon 22 est fixé de manière non tournante

à l'enveloppe 18.

La bague de retenue 23 est constituée par un flasque cylindrique qui s'adapte également sur l'arbre 15,16. Cette bague comporte un corps 60 dont la face ou paroi intérieure 61 est adjacente à la face extrême 38 du flasque extérieur 31, etun prolongement axial 62 qui chevauche la surface extérieure

36 du flasque extérieur 31 en s 'adaptant étroitement sur celle-

ci.La bague de retenue 23 est montée sur l'arbre 15,16 par l'in-

termédiaire d'une clavette 63 pour pouvoir tourner avec lui.

25. Une pluralité de broches de cisaillement 64 sont enfi-

lées dans des alésages 65et 66 ménagés respectivement dans la bague 23 et dans l'élément de rotor 21 pour que ce dernier puisse tourner avec la bague 23 et l'arbre 15,16. Au moins une

vis de poussée 68 est vissée dans un alésage axial 69 prati-

qué dans le corps 60 dela bague de retenue 23. L'extrémité de la vis 68 s'appuie sur la face 38 du flasque extérieur 31 et elle maintient fermemennt la bague d'usure 32 contre

l'épaulement 33 du rotor 11.

Pour le montage du dispositif d'étanchéité, l'élément de rotor 21, le manchon 22 et la bague de retenue 23 sont

* fabriqués chacun en deux moitiés, comme montré sur la Fig. 4.

Les deux moitiés'de l'élément de rotor 21 sont placées au-

tour de l'arbre 15, puis elles sont assemblées à l'aide de

boulons 70. De façon similaire, les deux moitiés de la ba-

gue de retenue 23 sont également placées autour de l'arbre 15, derrière l'élément de rotor 21, et elles sont assemblées à l'aide de boulons 72. Enfin, les deux moitiés du manchon 22 sont placées dans l'enveloppe 18 et elles sont assemblées à l'aide de boulons 71. Les broches de cisaillement 64 sont

mises en place et la vis 68 est réglée, comme décrit ci-

dessus, après quoi l'ensemble est prêt à fonctionner.

Après avoir décrit les éléments constitutifs de base

du dispositif d'étanchéité 20, on décrira maintenant le fonc-

tionnement de celui-ci dans lequel on réalise un joint fondu

dynamique, et on décrira également la mise en oeuvre du pro-

cédé selon la présente invention.

Pendant le mélange des matières dans la chambre inté-

rieure 14, de faibles quantités de matière peuvent être chas-

sées le cas échéant dans l'espace 74 défini entre les épaule-

ments 33 des pales de rotor 12,13 et la face avant 73 des plaques d'usure 49. A partir de l'espace 74, la matière passe le long des canaux intérieurs en hélice 25 jusqu'à ce qu'ils se remplissent, puis la matière est collectée dans la gorge annulaire 28. La poursuite de l'entraînement ou mouvement de

la matière à partir de la chambre 14 peut provoquer un dépas-

sement de la capacité de la gorge annulaire 28, auquel cas la matière pénètre dans les canaux extérieurs en hélice 26. Du fait de l'orientation des canaux 26, qui est opposée à celle des canaux 25, la matière est chassée vers la gorge annulaire 28. Dans la pratique, les canaux 25 et 26 ont des actions de

pompages opposées, comme montré sur la Fig. 3, cette opposi-

tion d'action mettant sous pression la matière N située dans

la gorge annulaire 28 pour former un anneau ou bague dynami-

que fluide et arrêter ainsi la poursuite de la fuite de matiè-

re. Il est à noter que les orientations des canaux hélicoïdaux intérieurs et extérieurs doivent être opposées et que ces orientations dépendent du sens de rotation du rotor 11. Ainsi, on obtient l'action désirée de pompage vers la gorge annulaire 28. Il doit être noté que, que la matière traitée soit du caoutchouc ou une matière plastique,elle se comporte comme une matière semi-solide du type pâteux. De plus, à mesure que la température du mélange augmente pendant le malaxage, la matière devient plus fluante, ce qui donne naissance à un produit fondu visqueux. Bien que cela ait tendance à aug- menter la possibilité de fuite de matière hors de la chambre,

on est assuré néanmoins d'une alimentation continue en ma- tière vers la gorge 28 pour créer l'anneau dynamique qui est

très efficace pour assurer l'étanchéité de la chambre et évi-

ter une perte supplémentaire de matière.

Pour le cas o la matière franchirait totalement les seconds canaux hélicoïdaux extérieurs 26, on peut prévoir des lames de raclage 75 qui sont disposées derrière le manchon 22 pour effectuer un mouvement de raclage avant que la matière ne

puisse atteindre les paliers de poussée 76 (représentés sché-

matiquement) qui sont portés, de manière habituelle, sur les arbres 15,16 au-delà des dispositifs d'étanchéité 20. De plus, un déflecteur de poussière 78 peut être prévu avant les paliers,

de manière connue.

En référence à nouveau à la Fig. 1, l'orifice radial 51 ménagé dans le manchon 22 peut servir de canal de drainage qui est utilisé pour évacuer la gorge 28 lorsque la matière se dégrade rapidement. L'actionnement du robinet 52 fait varier

le volume de matière qui est évacué. Une autre caractéristi-

que utile de l'orifice radial 51 réside en ce que, du fait qu'il assure une évacuation contrôlée de la matière par la gorge annulaire 28, il n'y a pas de risque que des résidus

s'accumulent, "brûlent" puis retournent dans la chambre 14.

Pour le cas o une accumulation de matière stagnante se produirait, en particulier pendant les périodes d'arrêt de

l'appareil, l'orifice axial 53 peut être utilisé pour l'injec-

tion d'une matière fondue ou liquide de purge pour dissoudre

tout résidu solide subsistant dans l'orifice 51, dans la gor-

ge 28 ou même dans les canaux. L'orifice 53 peut également être utili-sé comme orifice d'injection pour le nettoyage, ce qui évite un démontage du dispositif d'étanchéité 20.'Malgré ces précautions, il peut subsister le risque qu'une quantité non négligeable de matière se refroidisse et se solidifie dans le dispositif d'étanchéité dans les périodes d'arrêt. Dans ce cas, la coopération fonctionnelle de l'élément de rotor

21 et du manchon 22 peut être affectée, de sorte que le démar-

rage subséquent du rotor 11 peut engendrer des charges exces-

sives. Pour cette raison, les broches de cisaillement 64 sont prévues entre la bague de retenue 23 et l'élément de rotor 21 pour permettre au rotor 11 et à la bague 23 de tourner sans appliquer un couple excessif à l'élément de rotor 21, jusqu'à

ce que celui-ci soit libéré du manchon 22.

En référence maintenant aux Figs. 5 à 8, on décrira

un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention.

Ce dispositif d'étanchéité, indiqué d'une manière générale en 100, comporte unélément d'étanchéité de rotor 101, un manchon 102, un élément 103 d'équilibrage de pression et une bague de retenue 104. La structure et le fonctionnement de l'élément de rotor101 et de la bague de retenue 104 sont

identiques à ceux des éléments 21 et 23 du dispositif d'étan-

chéité 20 des Figs. 1 à 4 et, par conséquent, leur descrip-

tion ne sera pas répétée ici.

L'élément additionnel du dispositif d'assemblage réside dans l'élément 103 d'équilibrage de pression

qui est disposé entre l'élément de rotor 101 et le manchon 102.

Cet élément 103 est constitué par un manchon cylindrique présentant une surface radialement intérieure 105 contiguë aux plages 106 existant entre les filets des canaux 108,109

de l'élément de rotor 101, et une surface radialement exté-

rieure 110 contiguë à la surface radialement intérieure 111 du manchon 102. L'extrémité 112 de l'élément 103 située du côté de la chambre 14 se termine à une courte distance

du fond de l'évidement 48 de la plaque d'usure 49 pour défi-

nir un petit espace annulaire 113. A son extrémité opposée ou extérieure, l'élément 103 commporte un flasque radial 114

qui coopère avec des moyens appropriés 115 pour son déplace-

ment axial de rapprochement et d'éloignement par rapport à

la plaque d'usure 49, comme montré sur les Figs. 6A et 6B.

Les moyens 115 peuvent comporter un mécanisme motorisé ou

actionné à la main, par exemple une tige filetée comme re-

présenté sur les dessins. L'élément d'équilibrage 103 est

également de préférence fabriqué en deux moitiés, comme mon-

tré sur la Fig. 8, ces deux moitiés pouvant être assemblées

par l'intermédiaire de chevilles 116 ou autres moyens.

Bien entendu, le mouvement d'éloignement de l'élément d'équilibrage 103 par rapport à l'évidement 108 découvre un plus grand nombre de canaux intérieurs 108, en augmentant le volume de l'espace 113. Il en résulte qu'une quantité de matière plus importante peut pénétrer dans l'espace 113 en

provenance de la chambre 14.

Il est à noter que le manchon 102 est similaire au manchon 22 des Figs. 1 à 4, en ce sens qu'il comporte un corps

118 et un prolongement axial 119 vers la chambre 14. Toute-

fois, l'épaisseur du prolongement 119 en direction radiale est diminuée pour la réception de l'élément d'équilibrage 103. Un alésage axial 120 s'étend dans le prolongement 119 et une partie du corps 118, et il communique avec un orifice radial

121 ménagé dans le corps 118 à partir de la-surface périphéri-

que extérieure de celui-ci. Un court alésage radial 122 est prévu à l'extrémité intérieure de l'alésage axial 120 pour

déboucher dans l'espace 113.

En fonctionnement, le déplacement axial de l'élément d'équilibrage 103 provoque, dans un sens, un pompage plus

important et, dans l'autre sens, un pompage moins important.

L' existence de cet élément d'équilibrage 103 facilite la commande du pompage et de la quantité de l'écoulement de

fuite, et cet élément peut également être utilisé pour com -

penser les variations de polymères, de densités des matières

et des conditions de fonctionnement.

Quant à l'orifice radial 121, il sert à traiter des

matières difficiles à fondre ou à dissoudre, des matières pré-

sentant une forte teneur en agents inorganiques de remplissa-

ge ou de charge, des commposés hautement dégradables et des additifs extrêmement abrasifs. Ces matières peuvent ne pas

permettre facilement la formation de la bague annulaire dy-

namique fondue lors du fonctionnement du mélangeur et, par

conséquent,un polymère à bas point de fusion peut être injec-

té à travers l'orifice 121 pour former le joint dynamique.

Un résultat similaire pourrait être obtenu en injectant' un polymère à bas point de fusion dans l'un des orifices 51 et 53 du dispositif d'étanchéité 20 des Figs. 1 à 4. L'orifice 121 pourrait également être utilisé pour des opérations de

nettoyage commportant l'injection de matières fondues de pur-

ge. Ainsi, il apparaît que les dispositifs d'étanchéité

de la présente invention donnent des moyens hautement effica-

ces pour former un joint entre l'arbre du rotor et la cham-

bre de mélange du mélangeur interne ou analogue. L'usure sur

le joint a peu de conséquence car le joint peut être consti-

tué par une faible partie du mélange qui, autrement, serait perdue dans les appareils connus de mélange. De plus, la perte contrôlée de matière, qui est également possible dans la mise en oeuvre de la présente invention,constitue un mbyen

sûr pour éliminer les résidus brûlés ou dégradés en les em-

pêchant de se former et de pénétrer à nouveau dans la cham-

bre de mélange. Enfin, le dispositif d'étanchéité permet l'in-

jection de matières séparées de purge, de même que de matières

à bas point de fusion, qui peuvent former un joint plus-

facilement que la matière contenue dans la chambre.

Comme il ressort de la description ci-dessus, il

apparaît que l'utilisation du dispositif d'étanchéité selon l'invention atteint les buts indiqués précédemment. Il est

également évident à l'homme de métier que le dispositif d'étan-

chéité selon la présente invention peut facilement être uti-

lisé pour divers types d'appareils mélangeurs et que le pro-

cédé de l'invention peut être mis en oeuvre pour former un

joint dynamique visqueux àpartir de la matière qui est trai-

tée dans le mélangeur ou à partir d'un polymmère à bas point

de fusion injecté séparément dans le dispositif d'étanchéité.

Par conséquent, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation, non plus qu'aux détails de construction et au mode d'application, qui ont été décrits, on pourrait au contraire concevoir diverses variantes sans sortir du cadre

de l'invention.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'étanchéité (20,100) pour arbres tournants,

notamment les arbres de rotors de mélangeurs ou analo-

gues, caractérisé'par le fait qu'il comporte: un élément d'étanchéité (21, 101) porté par l'arbre (15, 16) à l'extérieur de l'espace (14) à étancher, par exemple la chambre de mélange d'un mélangeur, et présentant une

partie circonférencielle continue (24) pour le mouvement bi-

directionnel d'une matière visqueuse fluante (M); un manchon (22,102) porté de manière non-tournante par une enveloppe fixe (18) et disposé autour dudit élément d'étanchéité de rotor (21,101); et une bague de retenue (23,104) pouvant tourner avec ledit arbre (15,16) et pouvant coopérer avec ledit élément d'étanchéité de rotor (21,101) pour que ce dernier tourne avec elle, le mouvement de ladite matière (M) entre ladite partie circonférencielle continue (24) et ledit manchon(22, 102) formant un joint visqueux dynamique qui commande la

sortie de la matière (M) par rapport audit espace à étan-

cher entre l'enveloppe (18) et ledit arbre (15,16).

2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, carac-

térisé par le fait que le manchon (22,102) comporte une partie de corps (45,118) et un prolongement (46,119) qui s'étend axialement à partir de celle-ci et qui définit une surface intérieure cylindrique continue (47, 105)qui est contiguë à ladite partie circonférencielle continue

(24) dudit élément d'étanchéité de.rotor (21,101).

3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 2, carac-

térisé par le fait-que le manchon comporte en.outre au

moins un orifice radial (51,121) qui traverse ladite par-

tie de corps (45,118) et qui communique avec une gorge

annulaire (28) pratiquée sur ladite partie circonféren-

cielle continue (24).

4. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3, carac-

térisé par le fait que le manchon comporte en outre un orifice axial (53, 120) ménagé dans ladite partie de corps (45,118) et communiquant avec ledit orifice radial (51,

121).

5. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à

4, caractérisé par le fait que le manchon présente au moins un canal intérieur (55) pour la circulation d'un agent de

chauffage ou de refroidissement.

6. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1

à 5, caractérisé par le fait quela-bague de retenue (23, 104) comporte une partie de corps (60) et un prolongement

axial (62) formant ensemble un flasque cylindrique.

7. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1

à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un élément d'équilibrage de pression (103) qui est disposé entre ledit élément d'étanchéité de rotor (101) et ledit

manchon (102).

8. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 7, carac-

térisé par le fait que ledit élément d'équilibrage de pression (103) comporte une partie de manchon cylindrique

mobile axialement entre ledit élément d'étanchéité de ro-

tor (101) et ledit manchon (102), et un flasque radial

(114) à une extrémité de ladite partie en manchon.

9. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 8, carac-

térisé par le fait que le manchon (101) comporte une par-

tie de corps (118) et un prolongement (119) qui s'étend axialement à partir de celle-ci et qui définit une surface

cylindrique intérieure continue (111) contiguë à la sur-

face extérieure (110) de ladite partie en manchon cylindri-

que des moyens d'équilibrage de pression (103).

10. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à

9, caractérisé par le fait que ladite partie circonféren-

cielle continue (24) de l'élément d'étanchéité de rotor

(21,101) comporte des premiers canaux (25,108) qui s'.éloi-

gnent axialement dudit espace (14) et des seconds canaux (26,109) qui se rapprochent axialement dudit espace.

11. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 10, ca-

ractérisé par le fait que ledit élément d'étanchéité de rotor (21,101) présente une gorge annulaire (28) qui est située entre lesdits premiers et seconds canaux, et un

flasque extérieur qui est contigu auxdits seconds canaux.

12. Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications 10

et 11 considérée en combinaison avec l'une des revendica-

tions 8 et 9, caractérisé par le fait que ledit élément

d'équilibrage de pression (103) comporte en outre des mo-

yens (115) pour déplacer ladite partie en manchon cylin-

drique sur lesdits premiers canaux (108) pour la forma-

tion d'un espace annulaire étroit (113) entre ledit élé-

ment d'étanchéité de rotor (101) et ledit manchon (102).

13. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 12,

caractérisé par le fait que lesdits moyens (115) pour dé-

placer la partie à manchon cylindrique coopèrent avec le-

dit flasque radial de l'élément d'étanchéité de rotor.

14. Dispositif d'étanchéité selon i'une des revendications

12 et 13, caractérisé par le fait que le manchon (102) présente un premier canal (121) qui s'étend partiellement dans la partie de corps (118) en direction radiale et qui communique avec un second canal (120) qui s'étend axialement à partir de ladite partie de corps (118) et

à travers ledit prolongement (119) pour que de la matiè-

re puisse être introduite et extraite par rapport au-

dit espace annulaire étroit (113) 'à travers lesdits pre-

mierset secondscanaux.

15. Procédé de mise en oeuvre du dispositif d'étanchéité

selon l'une des revendications 1 à 14, pour commander

la sortie de la matière (M) par rapport à l'enceinte (14), le rotor (11) comportant deux arbres opposés (15, 16) qui traversent l'enveloppe (18), caractérisé par le

fait qu'il comporte les phases.consistant à: assujet-

tir l'élément d'étanchéité de rotor (21,101) autour du-

dit arbre (15,16) à l'extérieur de ladite enceinte (14), cet élément d'étanchéité de rotor définissant une partie circonférencielle continue (24) autour d'une zone dudit arbre et pouvant tourner avec celui-ci pour le déplacement d'une matière visqueuse fluante; assujettir le manchon (22, 102) à l'enveloppe ( 18) de manière coaxiale autour

dudit élément d'étanchéité de rotor (21,101), le.man-

chon communiquant avec la partie circonférencielle con-

tinue (24); et délivrer en continu un écoulement de matière visqueuse sur ladite partie circonférencielle continue pour former un joint visqueux dynamique entre ledit élément d'étanchéité de rotor et ledit manchon pour commander la sortie de la matière par rapport à-ladite

enceinte (14) entre l'enveloppe (18) et l'arbre (15,16).

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le

fait que la phase consistant à délivrer en continu la-

dite matière visqueuse consiste à déplacer cette matière axialement pour l'éloigner et la rapprocher de ladite

enceinte (14) et la faire converger dans une gorge annu-

laire (28) portée par ledit élément d'étanchéité de ro-

tor (21,101).

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait qu'on fait passer une partie de la matière visqueuse

provenant de ladite gorge annulaire à travers ledit man-

chon.

18. Procédé selon l'une des revendications 16 et 17, caracté-

risé par le fait qu'on injecte une matière fluante à travers ledit manchon pour la faire parvenir dans ladite

gorge annulaire.

19.Procédé selon l'une des revendications15 h 18, caractérisé

par le fait qu'il comporte les étapes additionnelles consis- tant à interposer un élément d'équilibrage de pression(103) entre ledit élément d'étanchéité de rotor (101) et le manchon (102); et à déplacer ledit élément d'équilibrage de pression (103) axialement par rapport audit élément d'étanchéité de rotor (101) et audit manchon (102) pour définir une zone (113) qui communique avec le manchon (102)

pour le passage de ladite matière visqueuse.

20. Procédé selon l'une des revendications 15 h 19, caractéri-

sé par le fait qu'il comporte l'étape additionnelle con-

sistant à faire circuler un agent dans le manchon pour commander la température de la matière visqueuse et son écoulement sur ladite partie circonférencielle continue (24).