FR2560659A1

FR2560659A1 - Mechanical seal between rotary components

Info

Publication number: FR2560659A1
Application number: FR8503144A
Authority: FR
Inventors: Samuel Clifford Walt Wilkinson
Original assignee: Crane Packing Ltd
Current assignee: Crane Packing Ltd
Priority date: 1984-03-03
Filing date: 1985-03-04
Publication date: 1985-09-06
Also published as: DE3507321A1; GB8405628D0; JPS60237268A; FR2560659B1

Abstract

The mechanical seal works between two components turning in relation to each other. It has a seat sealed to one component and fixed to the axial and peripheral directions, with a sliding component on the other spring-loaded against the seal and joined to the other component by flexible tubular component. An elastic component (19) is fitted between the tubular component (16) and that (10) accommodating the sliding one (15). This fits closely against the tubular component.

Description

L'invention concerne les joints mécaniques en bout d'étanchéité, et en particulier un joint mécanique d'étanchéité en bout dans lequel la garniture axiale ou frontale est appliquée de façon étanche contre l'organe associé au moyen d'un élément tubulaire flexible, par exemple un diaphragme ou un soufflet. The invention relates to mechanical seals at the end of the seal, and in particular to a mechanical seal at the end in which the axial or front seal is applied in leaktight manner against the associated member by means of a flexible tubular element, for example a diaphragm or a bellows.

L'intégrité de l'élément tubulaire flexible, relativement fragile, pose des problèmes dans les joints d'étanchéité mécaniques en bout de ce type. Ceci est particulièrement vrai dans le cas des joints d'étanchéité relativement petits placés, par exemple, entre l'arbre d'hélice et le tube d'étambot dans le fond de cale d'un navire, où l'élément tubulaire flexible risque d'être endommagé par des débris présents dans la cale et, du fait de la difficulté d'accès, il existe un risque important d'apparition d'une forte fuite avant qu'une réparation puisse être effectuée. The integrity of the relatively fragile flexible tubular member poses problems in mechanical end seals of this type. This is particularly true in the case of relatively small seals placed, for example, between the propeller shaft and the stern tube in the ship's bilge, where the flexible tubular member may '' be damaged by debris in the hold and, due to the difficulty of access, there is a significant risk of a large leak appearing before repair can be carried out.

Un autre problème posé par ce type de joint d'étanchéité est le maintien de la stabilité radiale de l'organe d'étanchéité en bout. En outre, si l'organe d'étanchéité en bout et l'élément tubulaire flexible sont montés sur un organe tournant, la force centrifuge provoque une déformation de l'élément tubulaire, ce qui peut réduire la charge axiale s'exerçant entre les faces d'étanchéité de l'organe d'étanchéité en bout et le siège. Another problem posed by this type of seal is the maintenance of the radial stability of the sealing member at the end. In addition, if the end sealing member and the flexible tubular member are mounted on a rotating member, centrifugal force causes deformation of the tubular member, which can reduce the axial load exerted between the faces. of the end sealing member and the seat.

Conformément à un aspect de l'invention, un joint mécanique d'étanchéité en bout, destiné à assurer l'étanchéité entre deux organes tournant l'un par rapport â l'autre, comprend un siège fixe à la fois axialement et en rotation et appliqué de manière étanche contre un premier des organes, un élément d'étanchéité en bout associé à l'autre organe et fixé en rotation, mais mobile axialement par rapport à l'organe associé, cet élément étant rappelé axialement en contact étanche avec le siège, un élément tubulaire flexible fixé de manière étanche aux fluides, par une extrémité à l'organe d'étanchéité en bout, et par l'autre extrémité à l'élément associé à cet organe d'étanchéité en bout, afin d'assurer l'étanchéité entre l'organe d'étanchéité en bout et l'élément associé et de permettre un mouvement axial relatif entre eux, et un élément élastique interposé entre l'élément tubulaire flexible et l'organe associé à l'élément d'étanchéité en bout, cet élément élastique s'ajustant étroitement avec l'élé- ment tubulaire flexible. According to one aspect of the invention, a mechanical end seal, intended to ensure the seal between two members rotating relative to each other, comprises a seat which is fixed both axially and in rotation and applied sealingly against a first of the members, an end sealing element associated with the other member and fixed in rotation, but axially movable relative to the associated member, this element being brought back axially in sealed contact with the seat , a flexible tubular element fixed in a fluid-tight manner, by one end to the end sealing member, and by the other end to the element associated with this end sealing member, in order to ensure the sealing between the end sealing member and the associated element and allow a relative axial movement between them, and an elastic element interposed between the flexible tubular element and the member associated with the sealing element in toe, this elastic element that fits tightly with the flexible tubular element.

Dans cete forme de réalisation, si l'élément tubulaire flexible est percé, l'élément élastique se comporte comme un joint d'étanchéité secondaire pour réduire la fuite. En outre, l'élément élastique aide à maltriser la stabilité radiale de l'élément d'étanchéité en bout et la déformation de l'élément tubulaire flexible. In this embodiment, if the flexible tubular member is pierced, the elastic member behaves like a secondary seal to reduce leakage. In addition, the elastic member helps to subdue the radial stability of the end sealing member and the deformation of the flexible tubular member.

L'élément élastique est avantageusement constitué d'une matière élastomérique spongieuse et il remplit sensiblement l'espace vide compris entre l'élément tubulaire flexible et l'organe associé à l'élément d'étanchéité en bout. L'élément élastique doit être suffisamment élastique pour conserver un ajustement étroit avec l'élément tubulaire flexible, mais il ne doit pas empecher ce dernier de se déformer pour permettre un mouvement axial de l'élément d'étanchéité en bout afin de rattraper l'usure des faces d'étanchéité. Dans de nombreuses applications, il est souhaitable d'introduire un liquide de lubrification et de refroidissement dans l'espace vide compris entre l'élément tubulaire flexible et l'organe associé à l'élément d'étanchéité en bout.Dans ces conditions, il est avantageux que l'élément élastique soit constitué d'une éponge à pores ouverts ou d'une autre matière absorbante afin qu'il se comporte comme un réservoir d'urgence pour le fluide de lubrification ou de refroidissement dans le cas où l'alimentation est momentanément interrompue. L'élément élastique est avantageusement moulé de façon à correspondre à la forme souhaitée de l'élément tubulaire, ceci pouvant etre effectué avant l'assemblage ou sur place. The elastic element advantageously consists of a spongy elastomeric material and it substantially fills the empty space between the flexible tubular element and the member associated with the end sealing element. The elastic element must be sufficiently elastic to maintain a close fit with the flexible tubular element, but it must not prevent the latter from deforming to allow axial movement of the sealing element at the end in order to catch up with the wear of the sealing faces. In many applications, it is desirable to introduce a lubrication and cooling liquid into the empty space between the flexible tubular element and the member associated with the end sealing element. it is advantageous if the elastic element consists of an open-pore sponge or other absorbent material so that it acts as an emergency reservoir for the lubrication or cooling fluid in the case where the supply is temporarily interrupted. The elastic element is advantageously molded so as to correspond to the desired shape of the tubular element, this can be done before assembly or on site.

L'élément tubulaire flexible peut être constitué d'un élastomère ou d'une matière plastique et peut se présenter sous la forme d'une bague, d'un diaphragme ou d'un soufflet. Lorsque l'élément tubulaire est réalisé en matière élastique, il peut également être utilisé pour appliquer une charge axiale à l'élément d'étanchéité en bout, le faisant porter de façon étanche contre le siège. D'autres moyens à ressort peuvent cependant être utilisés à cet effet ou pour renforcer la charge appliquée par l'élément tubulaire. En variante ou en plus de ces éléments appliquant une charge à l'élément d'étanchéité en bout, l'élément élastique peut être agencé de façon à appliquer une charge axiale sur l'6lé- ment d'étanchéité en bout. The flexible tubular element can be made of an elastomer or a plastic material and can be in the form of a ring, a diaphragm or a bellows. When the tubular element is made of elastic material, it can also be used to apply an axial load to the sealing element at the end, making it bear sealingly against the seat. Other spring means can however be used for this purpose or to reinforce the load applied by the tubular element. As a variant or in addition to these elements applying a load to the end sealing element, the elastic element can be arranged so as to apply an axial load to the end sealing element.

Une forme de réalisation de l'invention sera à présent décrite à titre d'exemple.en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe axiale partielle du joint mécanique d'étanchéité en bout selon l'invention. An embodiment of the invention will now be described by way of example. With reference to the accompanying drawing in which the single figure is a partial axial section of the mechanical end seal according to the invention.

Le dessin annexé illustre un joint d'étanchéi- té d'arbre d'hélice pour petit navire à moteur. Le joint d'étanchéité est monté sur l'extrémité intérieure du tube d'étambot 11. L'arbre d'hélice 10 passe dans le tube d'étambot 11 à l'intérieur duquel il est monté au moyen d'un palier 12 encaoutchouc. The accompanying drawing illustrates a propeller shaft seal for small motor ships. The seal is mounted on the inner end of the stern tube 11. The propeller shaft 10 passes through the stern tube 11 inside which it is mounted by means of a rubber bearing 12 .

Un siège annulaire 13 est boulonne sur l'ex trémité intérieure du tube d'étambot 11 au moyen de plusieurs boulons 14 espacés circonférentiellement de façon a entourer l'arbre d'hélice 10. Un diaphragme robuste et élastique 16 en caoutchouc est monté sur l'arbre 10 sur lequel il est bridé, à l'extrémité éloignée du siège 13, au moyen d'un collier 17 qui est fixé à l'aide de boulons tangentiels (non représentés),
L'extrémité du diaphragme 16 adjacente au siège 13 porte un élément annulaire frontal 15 d'étanchéité.An annular seat 13 is bolted to the inner end of the stern tube 11 by means of several bolts 14 spaced circumferentially so as to surround the propeller shaft 10. A robust and elastic diaphragm 16 of rubber is mounted on the 'shaft 10 on which it is clamped, at the remote end of the seat 13, by means of a collar 17 which is fixed by means of tangential bolts (not shown),
The end of the diaphragm 16 adjacent to the seat 13 carries a front annular sealing element 15.

Le diaphragme 16 est bridé sur l'arbre 10 dans une position telle que ce diaphragme 16 est comprimé axialement et que l'élément frontal 15 d'étanchéité est sollicité axialement pour porter de façon étanche contre le siège 13.The diaphragm 16 is clamped on the shaft 10 in a position such that this diaphragm 16 is compressed axially and that the front sealing element 15 is biased axially so as to bear in leaktight manner against the seat 13.

Le diaphragme 16, l'élément frontal 15 d'étanchéité, le siège 13 et le tronçon du tube d'étambot 11 situé à l'intérieur du palier 12 de gouvernail forment ainsi une chambre 18. L'eau provenant du circuit due refroidissement du moteur du navire est introduite par une entrée 20 dans la chambre 18. Cette eau refroidit et lubrifie les faces d'étanchéité en contact du siège et de l'élément frontal 15 d'étanchéité et elle s'écoule également le long du tube d'étambot 11 afin de lubrifier le palier 12 du gouvernail. The diaphragm 16, the front sealing element 15, the seat 13 and the section of the stern tube 11 situated inside the rudder bearing 12 thus form a chamber 18. The water coming from the cooling circuit of the the ship's engine is introduced through an inlet 20 into the chamber 18. This water cools and lubricates the sealing faces in contact with the seat and the front sealing element 15 and it also flows along the tube. stern 11 in order to lubricate the bearing 12 of the rudder.

Un anneau 19 en caoutchouc spongieux moulé, absorbant l'eau, est disposé à l'intérieur de la partie de la chambre 18 définie par le diaphragme 16. Cet anneau spongieux 19 épouse étroitement la surface intérieure du diaphragme 16 et peut être constitué d'une pièce séparée qui est insérée dans le diaphragme 16 pendant l'assemblage du joint, ou bien il peut être moulé à l'intérieur du diaphragme 16. A ring 19 of molded sponge rubber, absorbing water, is disposed inside the part of the chamber 18 defined by the diaphragm 16. This sponge ring 19 closely follows the internal surface of the diaphragm 16 and can be made of a separate part which is inserted into the diaphragm 16 during the assembly of the seal, or it can be molded inside the diaphragm 16.

L'anneau spongieux 19 aide à maintenir la forme demandée du diaphragme 16, tout en permettant sa déformation afin de solliciter l'élément frontal 15 d'étanchéité pour le faire porter de manière étanche contre le siège 13 et de permettre un mouvement axial de l'élément frontal 15 d'étanchéité lorsque le siège 13 et cet élément 15 s'usent. L'anneau spongieux 19 réduit également les fuites de fluide à travers le diaphragme 16 dans le cas où ce dernier se trouve entaillé ou perforé. Une certaine fuite se produit en raison de la nature absorbante de l'anneau spongieux 19, mais cette fuite ne constitue qu'une fraction de celle qui se produirait en présence uniquement du diaphragme. The cancellous ring 19 helps to maintain the required shape of the diaphragm 16, while allowing its deformation in order to urge the front sealing element 15 to make it bear in a sealed manner against the seat 13 and to allow axial movement of the 'frontal element 15 for sealing when the seat 13 and this element 15 wear out. The cancellous ring 19 also reduces leakage of fluid through the diaphragm 16 in the case where the latter is notched or perforated. Some leakage occurs due to the absorbent nature of the cancellous ring 19, but this leakage is only a fraction of that which would occur only in the presence of the diaphragm.

En fonctionnement normal, l'anneau spongieux 19 absorbe une certaine partie de l'eau qui estintrodui- te dans la chambre 18 par l'entrée 20 et il devient alors saturé. Dans le cas où l'alimentation en eau de la chambre 18 est interrompue pour une raison quelconque, l'anneau spongieux 19 se comporte alors comme un réservoir d'urgence et, pendant un temps limité, fournit suffisamment d'eau aux faces d'étanchéité de l'élément frontal 15 d'étanchéité du siège 13 pour les refroidir et les lubrifier. In normal operation, the sponge ring 19 absorbs a certain part of the water which is introduced into the chamber 18 through the inlet 20 and it then becomes saturated. In the event that the water supply to chamber 18 is interrupted for any reason, the cancellous ring 19 then behaves like an emergency reservoir and, for a limited time, supplies sufficient water to the faces of sealing of the front sealing element 15 of the seat 13 to cool and lubricate them.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au joint décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, bien que l'anneau 19 soit formé de caoutchouc spongieux, on peut utiliser toute matière présentant le degré demandé d'élasticité. De plus, bien que le diaphragme 16 soit réalisé en caoutchouc, on peut utiliser d'autres matières flexibles, par exemple d'autres élastomères, des matières plastiques (telles que du polytétrafluoréthylène) ou même du métal mince. Bien que dans la forme de réalisation décrite précédemment, l'anneau 19 soit réalisé en caoutchouc spongieux absorbant afin de constituer un réservoir d'urgence pour fluide de refroidissement ou de lubrification, si cette exigence est inutile, la caractéristique d'étanchéité secondaire peut être améliorée par l'utilisation d'une matière spongieuse à pores fermés ou d'une matière spongieuse
exerçant une pression. It goes without saying that many modifications can be made to the seal described and shown without departing from the scope of the invention. For example, although the ring 19 is formed from spongy rubber, any material having the required degree of elasticity can be used. In addition, although the diaphragm 16 is made of rubber, other flexible materials, for example other elastomers, plastics (such as polytetrafluoroethylene) or even thin metal can be used. Although in the embodiment described above, the ring 19 is made of absorbent sponge rubber in order to constitute an emergency reservoir for cooling or lubricating fluid, if this requirement is unnecessary, the secondary sealing characteristic can be improved by the use of a sponge material with closed pores or a sponge material
exerting pressure.

Claims

REVENDICATIONS

1. Joint mécanique frontal destiné à assurer l'étanchéité entre deux organes tournant l'un par rapport à l'autre, et comprenant un siège fixe à la fois axialement et en rotation, et en contact étanche avec un premier desdits organes, un élément frontal d'étanchéité associé à l'autre organe et fixe en rotation, mais mobile axialement par rapport à l'organe associé, cet élément frontal d'étanchéité étant sollicité axialement pour s'appliquer en contact étanche contre le siège, et un élément tubulaire flexible fixé de maniere étanche aux fluides, par une première extrémité b l'élément frontal d'étanchéité et par l'autre extrémité à l'organe associé à l'élément frontal d'étanchéité afin d'assurer l'étanchéité entre l'élément frontal et l'organe associé et de permettre un mouvement axial relatif entre eux, le joint étant caractérisé en ce qu'un élément élastique (19) est interposé entre l'élément tubulaire flexible (16) et l'organe (10) associé à l'élément frontal (15) d'étanchéité, l'élément élastique (19) s'ajustant étroitement à l'élément tubulaire flexible (16). 1. Front mechanical seal intended to seal between two members rotating relative to each other, and comprising a fixed seat both axially and in rotation, and in sealed contact with a first of said members, an element frontal sealing associated with the other member and fixed in rotation, but axially movable relative to the associated member, this frontal sealing element being biased axially to apply in sealed contact against the seat, and a tubular element flexible hose fixed in a fluid-tight manner, by a first end to the front sealing element and by the other end to the member associated with the front sealing element in order to ensure sealing between the element frontal and the associated member and allow a relative axial movement between them, the seal being characterized in that an elastic element (19) is interposed between the flexible tubular element (16) and the member (10) associated with the front sealing element (15), the element elastic nt (19) fitting closely to the flexible tubular element (16).

2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastique (19) est formé d'une matiere spongieuse élastomérique. 2. A seal according to claim 1, characterized in that the elastic element (19) is formed of an elastomeric spongy material.

3. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière spongieuse est à pores ouverts. 3. A seal according to claim 1, characterized in that the spongy material is open pore.

4. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément élastique (19) remplit sensiblement l'espace vide (18) compris entre l'élément tubulaire flexible (16) et l'organe (10) associé à l'élément frontal (15) d'étanchéité. 4. Seal according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the elastic element (19) substantially fills the empty space (18) between the flexible tubular element (16) and the member (10) associated with the front sealing element (15).

5. Joint d'étanchéité selon l'une queiconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément élastique (19) est moulé de façon a épouser la forme souhaitée de l'élément tubulaire flexible-(16). 5. A seal according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the elastic element (19) is molded so as to match the desired shape of the flexible tubular element- (16).

6. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément élastique (19) est disposé de façon à appliquer une charge axiale à l'élément frontal (15) d'étanchéité. 6. A seal according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the elastic element (19) is arranged so as to apply an axial load to the front sealing element (15).