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JOINT D ETANCHEITE POUR POMPES CENTRIFUGES.
La présente invention concerne une pompe centrifuge à haute pres- sion, utilisable en particulier pour l'acheminement de liquides chauds et sur l'arbre de laquelle il est prévu un coussinet protecteur.
On sait que la sûreté du fonctionnement des pompes centrifuges dé- pend en grande partie de l'état des garnitures des joints d'étanchéité. Ceci est surtout vrai des pompes à haute pression et à marche rapide, destinée no- tamment au refoulement de liquides chauds.
De longues recherches ont abouti aux constatations suivantes @
La durée d'une garniture d'étanchéité est déterminée par la vites- se de rotation de l'arbres par la pression régnant en amont de la garniture, donc par la pression avec laquelle la garniture est appliquée sur 1-'arbre, par le frottement entre la garniture et l'arbre et la température de la garni- ture qui en résulte, enfin par Inaction de la température du liquide à refou- ler sur les surfaces de glissement du joint d'étanchéchéité.
Le frottement entre la garniture et l'arbre doit être réduit au- tant que possible par la quantité de lubrifiant qui est incorporée à la garni- tureo Mais,par suite de la haute pression et de l'échauffement, la réserve relativement faible de lubrifiant suse assez rapidement. Lorsque la garnitu- re est soumise à des pressions plus réduites, le graissage par le lubrifiant est remplacé par un graissage par le liquide refoulé, qui doit en permanence s'échapper en faible quantité à travers la garniture, Mais une haute pression intérieure comprime fortement la garniture et l'applique fortement sur l'arbre, ce qui contrarie l'arrivée du liquide lubrifiant.
La surface de glissement de la garniture, qui sèche rapidement dans ces conditions, endommage alors la surface lisse de ,l'arbre ou de son coussinet protecteur, de sorte que le frottement augmente et produit de.temps
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à autre un entraînement en rotation de la garniture par l'arbre, entraînement qui se traduit par une usure irrégulière. Lorsque les segments de la garniture sont entraînés en rotation, leur matière constitutive est elle-même comprimée., La longueur des segments est diminuée et ils n'entourent plus complètement 1' arbre.
A la suite de l'usure irrégulière, les différents segments sont décalés en .rotation les uns par rapport aux autres, de sorte que la matière constitu- tive des segments intérieurs est refoulée axialement par le liquide sous pres- sion dans les intervalles entre les segments suivants.
Les irrégularités de la garniture augmentent davantage ; celle-ci devient de moins en moins élastique, produit une usure de plus en plus grande des surfa- ces du rotor et du jointe donne lieu à des pressions irrégulièrement réparties sur le pourtour du rotor,à des flexions de celui-ci, à des contacts à l'in- térieur du corps de pompe et, par conséquent, à une détérioration de la pompe.
En résumé, les causes des difficultés auxquelles se heurte la garniture sont les suivantes g
1) Refroidissement insuffisant de l'arbre ou de la garniture du joint.
2) Résistance insuffisante à l'usure de l'arbre ou du coussinet protecteur.,
3) Mouvements de rotation des segments du joint.
4) Formation d'intervalles entre les segments de la garniture sous l'action d'une compression et raccourcissement simultané des segments.
5) Lubrification insuffisante de la garniture.
6) Graissage supplémentaire du lubrifiant, qui exige à son tour des dispositifs protecteurs empêchant la pénétration du lubrifiant dans le liquide refoulé.
Des recherches ont montré qu'il est possible de remédier aux difficultés indiquées plus haut grâce à la nouvelle construction décrite ci- après, et qui satisfait aux conditions nécessaires à l'obtention d'une pompe d'un fonctionnement satisfaisant. -
Suivant l'invention, il est prévu dans le coussinet protecteur des rainures hélicoïdales dans lesquelles l'eau de refroidissement circule autour de l'arbre et autour du coussinet.
Suivant des particularités de 1-'invention., le liquide de refroidis- sement arrive axialement et il est refoulé dans les rainures hélicoïdales par une pompe centrifuge, ou bien les rainures hélicoïdales de refroidissement sont taillées en tenant compte du sens de la rotation pour l'obtention de 1' effet de deux pompes hélicoïdales branchées en série, faisant passer l'eau de refroidissement de l'extérieur vers l'intérieur autour de l'arbre, ce li- quide de refroidissement circulant ensuite axialement de l'intérieur vers 1' extérieur dans le coussinet.
Suivant d'autres particularités de l'invention, le coussinet por- te en regard de la garniture un mince revêtement en matière résistant à l'usu- re. L'extrémité intérieure de la lunette du joint est taillée en cône extérieur et présente des bossages, tandis que la garniture comporte à l'extrémité oppo- sée un autre segment à bossages sur lequel agit un puissant ressort de compres- sion.
La garniture est constituée par un segment hélicoïdal continu ou monobloc dont le sens d'enroulement est choisi en fonction du sens de la rota- tion, et qui est préalablement comprimé axialement. La cavité contenant la garniture reçoit avantageusement un lubrifiant, et elle contient des segments annulaires fendus présentant des bossages et formant des canaux de rinçage rac- cordés à des tubulures appropriées.
Le dispositif nécessaire à obvier à ces inconvénients est représen- té par le dessin schématique annexé.
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La figure 1 est une vue en coupe longitudinale de !l'agencement du nouveau joint d'étanchéité.
La figure 2 est une vue en coupe transversale correspondanteo
On satisfait de la manière suivante aux conditions nécessaires à l'obtention d'une pompe de fonctionnement satisfaisant.
1) Refroidissement suffisant - - Pour obtenir un effet de refroi- dissement aussi intense que possible, on refroidit l'arbre 1. La chaleur dé- gagée par le frottement des segments .2 est transmise directement par le cous- sinet protecteur 3 de l'arbre à Peau de refroidissement 4 qui l'évacue. Au besoin, l'eau de refroidissement nécessaire doit être refoulée par une pompe centrifuge séparée, à travers les canaux 5 et 6 pratiqués dans le coussinet.
La rotation de l'arbre et la force centrifuge rendent difficiles l'entrée ra- diale et la circulation.
Dans le présent cas, il est prévu une entrée exiale en 7 et une circulation irréprochable de l'eau de refroidissement est obtenue par le fait que les rainures de circulation 5 et 6 sont taillées hélicoïdalement en te- nant compte du sens de la rotation. On obtient ainsi l'effet de deux pompes hélicoïdales branchées convenablement en série.
2) Augmentation de la résistance à l'usure @ On répond à cette condition par le refroidissement intense déjà précitée et par l'utilisation d'une matière résistant particulièrement à l'usure pour constituer la surface de glissement de la garniture. Le coussinet protecteur 3 de l'arbre reçoit donc en regard de la garniture un mince revêtement 8 en matière résistant à l'usure
3) Blocage en rotation de la garniture - La lunette 9 du joint d'étanchéité est taillée en cône extérieur à l'extrémité 10 orientée vers la garniture, de sorte que le segment extérieur est légèrement écarté de l'arbre.
Etant donné que cet agencement réduit la pression de serrage du segment extérieur contre l'arbre, la couche extérieure de la garniture n'est plus serrée aussi fortement dans l'intervalle entre la lunette 9 et l'arbre, ce qui empêche le broyage prématuré de la couche de garniture dans cet inter- valle annulaire.
Pour empêcher autant que possible les mouvements de rotation des segments, les faces latérales présentent des bossages ou crabots Il,12 en prise avec d'autres bossages ou crabots fixes empêchant la rotationo
Le volume de la garniture devenant plus petit au cours du fonc- tionnement, ainsi qu'il a été décrit précédemment, là contraction est compen- sée par un ressort puissant 13, de sorte que la garniture est poussée en per- manence sur les bossages 11 et 12
4) Elimination de la formation d'intervalles et de la déformation irrégulière des segments A 1-'opposé des règles prévues jusqu'ici pour les pompes à haute pression,, la garniture n'est pas faite en segments 2 parallè- les et séparés,
mais constituée par un unique segment hélicoïdal. Les deux extrémités sont convenablement taillées en sifflet, et la garniture, est pré- alablement comprimée en vue d'une application uniforme des faces latérales.,
5) Addition de lubrifiant Le compartiment 14 entre les cuvet- tes 15 et 16 du ressort hélicoïdal est rempli de lubrifiante de sorte qq'il est interposé entre la garniture et le liquide refoulée Le remplissage com- plémentaire a lieu par les canaux 17,18 à l'aide d'une pompe d'injection spé- cialeo
6)
Dispositif empêchant la pénétration du lubrifiant dans le li- quide refoulé Pour obtenir sur tout le pourtour du coussinet protecteur de l'arbre une sortie uniforme du liquide, il est nécessaire de prévoir des canaux annulaires étroits 19 et 20, afin que les différences de pression soient suffisantes sur la totalité du pourtouro Il est possible d'obtenir ces canaux par une compression axiale suffisante des anneaux 16 et 21, qui
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présentent des bossages d'espacement appropriés. Par ces canaux capillaires 19,20, le liquide refoulé ou le lubrifiant est évacué par des conduits 22,23 prévus à cet effet.
Lorsqu'on ouvre les robinets en vue du remplissage com- plémentaire du compartiment 14 par la tubulure 17, la chambre annulaire 20 et la tubulure 23 sont "rincées" jusqu'à ce que le liquide refoulé apparaisse.
C'est ensuite qu'on remplit le compartiment 14 à l'aide de la pompe d'injec- tion, jusqu'à ce que le lubrifiant sorte par le canal annulaire 19. Le canal annulaire 20 est en même temps évacué par la tubulure 23, de sorte qu'il est possible de contrôler le passage du lubrifiant dans le corps de pompe.