Brevet FR2028117A1 — publié le 19701009

L'invention concerne des joints annulaires étanches du type torique. On utilise de tels joints par exemple dans des raccords de tuyaux, mais aussi en d'autres emplacements où une fuite annulaire doit être empêchée. 5 On entend par bague torique une bague habituellement, mais non nécessairement, à section circulaire, en caoutchouc ou autre substance élastique déformable, et qui prend appui contre une butée, par exemple un épaulement, ce qui réduit la section de la fuite grâce à la pression du liquide s1 exerçant sur un côté de la 10 bague, qui déforme la bague et la dilate dans des directions généralement perpendiculaires à la direction selon laquelle s'exerce la pression, de manière à l'appliquer hermétiquement contre les deux surfaces opposées entre lesquelles elle est placée, de manière à éviter la fuite du liquide au-delà de la bague suivant un 15 trajet annulaire. Lorsqu'on parle de la section de la bague torique ou de la section de la bague d'appui dont il sera question plus loin, on entend une des deux sections par un plan contenant l'axe de la bague (dans l'hypothèse d'une bague circulaire). 20 Les joints toriques posent un problème résultant du fait que la pression qui s'exerce sur un côté de la bague tend à appliquer la bague contre la butée et à la faire pénétrer dans le passage annulaire étroit qui existe nécessairement le long d'un au moins des bords interne et externe de la butée. On peut donc patfler 25 d'une tendance de la bague à être refoulée dans le passage annulaire étroit. Un tel refoulement peut en soi altérer l'efficacité du joint, et peut également détériorer la bague et par là conduire à une étanchéité défectueuse au bout d'un certain temps d'utilisation. Ce cas se présente en particulier lorsque les différences 30 de pression auxquelles Te joint est soumis sont fortes et/ou varia bles. La tendance au refoulement de la bague est évidemment fonction de la largeur du passage annulaire étroit. Lorsque les deux surfaces délimitant le passage annulaire étroit sont usinées, on peut rendre le passage vraiment très étroit en observant des tolé-35 rances suffisamment strictes. Liais on ne peut agir ainsi lorsqu' une des deux surfaces n'est pas usinée, par exemple lorsqu'une des surfaces est celle d'un tuyau étiré, refoulé ou laminé. Les diamètres extérieurs de tels tuyaux sont-normalement soumis à des tolérances assez larges. Des variations des dimensions de l'une ou 4-0 des deux pièces dont les surfaces délimitent le passage annulaire 70 00743 2 2028117 étroit peuvent influer, non seulement sur la largeur du passage annulaire étroit, mais aussi sur la distance entre les deux surfaces opposées du trajet annulaire de fuite sur lesquelles la bague torique prend appui pour réaliser 1'étanchéité. 5 On a déjà proposé, dans le brevet des Etats-Unis n° 2.456*356 délivré le 14 Décembre 1S48 à J.S.ABER, de réaliser une bague protectrice de la même substance que la bague torique et placée contre cette bague entre elle et une butée constituée par le côté de la rainure dans laquelle sont placées la bague torique et la 10 bague protectrice. Diverses coupes de bagues protectrices sont représentées, mais dans tous les cas la surface touchant à la butée est plane. Dans ce dispositif, seule une faible partie de la bague protectrice peut se déformer quand une pression est exercée, de sorte que ce dispositif ne convient que lorsque les tolérances 15 sur les dimensions des pièces à rendre étanches sont contenues entre des limites très étroites. Un autre dispositif d'étanchéité dynamique est connu par le brevet des Etats-Unis n° 2.494.598 délivré le 17 Juin 1950 à A.C. WARIÏTG. Dans ce dispositif, une bague de caoutchouc à section circulaire prend appui sur un épaule-20 ment d'un piston. l'épaulement présente une rainure semi-circulaire faisant face à la direction dans laquelle la pression s'exerce. Une bague en polytétrafluoréthylène de section courbe de manière à se loger dans la rainure de l'épaulement est placée entre l'épaulement et la bague de caoutchouc, lorsque l'ensemble est sous 25 pression, le rebord constitué par le bord extérieur de la bague courbe se déforme jusqu'à entrer en contact avec la paroi cylindrique entourant le piston. Ici encore, seule une faible partie de la deuxième bague peut se déformer, de sorte que pour assurer un fonctionnement satisfaisant de la deuxième bague, les tolérances 30 doivent être très strictes. Un objet de l'invention est de réaliser un dispositif d'étanchéité comprenant une bague torique et une deuxième bague et qui fonctionne de façon satisfaisante pour une large gamme de tolérances . 35 le but recherché est atteint selon l'invention en réalisant la surface de la bague d'appui du côté adjacent à la butée et la surface de la butée defaçon que la bague d'appui ne soit en contact avec la butée que par une région annulaire étroite comprise entre les circonférences radialeiaent intérieure et radialement 40 extérieure de la bague d'appui. 70 00743 3 2028117 Un tel dispositif d'étanchéité fonctionne de la manière suivante : Lorsqu'une pression s'exerce sur la bague torique, celle-ci se déforme de la façon habituelle par réduction de sa dimension axiale et accroissement de sa dimension radiale. De plus, elle 5 applique la bague d'appui contre la butée. La pression de la bague torique sur la surface concave de la bague d'appui tend à ouvrir la concavité, fermant ainsi les intervalles entre la bague d'appui et les surfaces sur lesquelles la bague torique prend appui de façon étanche. On évite ainsi le refoulement de la bague torique. La 10 bague d'appui n'étant en contact avec la butée que par une mince région annulaire intermédiaire, toute la section de la bague d'appui peut se déformer, c'est-à-dire que l'on peut considérer la section de l'anneau d'appui comme constituée de deux pièces en porte-à-faux fixées dans la région centrale où la bague d'appui est en 15 contact avec la butée, et les bords radialement intérieur et extérieur de la bague ne sont pas contraints par la butée. La butée s'étend de préférence radialement, c'est-à-dire dans un plan normal à l'axe du trajet annulaire de fuite de la bague torique et de la bague d'appui, et la surface de la bague d'appui 20 adjacente à la butée est convexe et peut être approximativement parallèle à la surface concave, de sorte que l'épaisseur de la bague est approximativement constante. Dans ce cas, on peut considérer la bague d'appui comme ayant une section en forme d'arc qui s'aplatit lorsqtfelle est soumise à une pression, les extrémités de 25 l'arc s'éloignant l'une de l'autre. Le rayon de courbure de la portion centrale de la surface concave de la bague d'appui est de préférence légèrement inférieure (de 5 à 10$ par exemple) à celui de la bague torique de sorte que, à l'état non déformé, la bague d'appui est en contact avec la'bague torique 'dans deux régions sé- 30 parées radialement l'une de l'autre. Pour faciliter la manutention et l'installation, les deux bagues peuvent être fixées l'une à l'autre dans ces deux régions de contact. Puisque toute la section de la bague d'appui participe à la déformation sous l'effet d'une pression, on peut faire en sorte 35 que 1'éloignement relatif des bords radialement intérieur et extérieur de la bague d'appui soit notable. Ceci est particulièrement intéressant lorsqu'on prévoit des variations notables des dimensions du trajet annulaire de fuite. Des dispositifs d'étanchéité selon l'invention sont donc très intéressants lorsqu'une au moins 40 des surfaces en contact n'est pas usinée, comme c'est le cas pour 70 00743 4 2028117 un tuyau. Néanmoins, ils sont également utiles lorsque toutes les surfaces en contact sont usinées, car ils permettent d'imposer des tolérances moins rigoureuses aux dimensions définitives de ces surfaces. 5 La substance constituant la bague d'appui et/ou sa réalisa tion sont ordinairement telles que cette bague ne fonctionne pas elle-même comme bague d'étanchéité empêchant l'écoulement du liquide sous pression le long de cette bague par le passage annulaire étroit précité, le critère étant que lorsque la bague torique 10 subit la pression du liquide, la bague d'appui se déforme sous l'action de la bague torique, de manière, à assurer soit qu'il n'y a pas d'intervalle entre la bague d'appui et les surfaces opposées sur lesquelles la bague torique prend appui de façon étanche, soit que de tels intervalles sont plus petits que ceux dans les-15 quels la bague tQrique peut être refoulée de façon appréciable par la pression. Une substance propre à constituer la bague d'appui est le nylon, en particulier le Nylon 11, ou une autre substance plastique moulée suffisamment rigide pour ne pas être elle-même refou-20 îée dans le passage annulaire étroit, la substance ayant de préférence un degré d'élasticité tel que si, après avoir été déformée par la force exercée par là bague torique, elle est soustraite à une telle force, elle revienne à sa forme initiale, permettant ainéi de démonter le raccord, en l'absence de pression, puis de 25 rassembler les mêmes pièces aussi facilement que lors du montage initial. L'invention s'applique particulièrement à des raccords de tuyaux comprenant un manchon tubulaire dans l'alésage duquel l'extrémité du tuyau doit être introduite, le joint étanche devant 30 être établi entre le manchon et le tuyau. Le manchon comprend une partie intérieure d'un diamètre relativement faible destiné à recevoir l'extrémité du tuyau, et une partie adjacente de diamètre supérieur à celui de la partie intérieure, qui se raccorde' à cette partie intérieure par un épaulement annulaire et ^ui, avec la por-35 tion de tuyau qu'elle entoure, 1*épaulement annulaire, et une pièce d'écartement annulaire qui entre librement dans l'extrémité ouverte de l'alésage et qui entoure elle-même librement le tuyau, délimite un espace annulaire où est placée une bague torique maintenue par la pièce d'écartement. Dans un tel' raccord, la bague 40 d'appui est placée entre la bague torique et l'extrémité de la 70 00743 5 2028117 pièce d'écartement. la pièce d'écartement laisse de chaque côté des passages annulaires étroits concentriques et la bague torique sert à éviter la fuite de liquide du tuyau à travers ces passages en fournissant le joint étanche nécessaire entre, le tuyau et le 5 manchon, tandis que la bague d'appui s'appuie sur l'extrémité de la pièce d'écartement et empêche le refoulement de la bague torique dans les passages annulaires étroits. Un exemple d'un tel raccord de tuyaux est décrit et représenté dans le brevet français n° 1.250.214. On peut appliquer l'in-10 vention à de tels raccords, en ajoutant une bague d'appui réalisée et disposée à la façon décrite ci-dessus. Un exemple d'application de l'invention à un raccord de tuyaux du type décrit dans le brevet précité est représenté sur les dessins annexés, sur lesquels : 15 la figure 1 est une coupe du raccord monté sur un tuyau. la figure 2 est une coupe à plus grande échelle montrant la forme générale de la bague torique et de la bague d'appui à l'état non déformé, avant le montage. Dans l'exemple représenté, le raccord comprend : un manchon 20 tubulaire 1 dont l'extrémité 2 est filetée extérieurement et dont l'alésage comprend une partie intérieure 3 d'un diamètre qui lui permet de recevoir l'extrémité d'un tuyau 4 avec un jeu assez réduit; une partie intermédiaire 5 sensiblement cylindrique et de diamètre sensiblement supérieur à celui du tuyau 4 de manière à 25 ménager un espace annulaire 20 cfestiné à recevoir une bague d'étanchéité torique 6; un épaulement 7 entre les parties 3 et 5> et une partie tronconique extérieure 8. Une pièce de serrage 9 en forme d'écrou annulaire, dont une partie présente un taraudage 10 qui coopère avec la partie filetée' 2 dujmanchon 1, et dont une partie 30 présente une surface interne de révolution 11 de forme tronconique dont le plus grand diamètre est adjacent aujmanchon 1, s'assemble à ce manchon. Une bague fendue 12 à surface externe tronconique destinée à être placée à l'intérieur de et à coopérer avec l'alésage tronconique 11 présente intérieurement une série de stries indi- 35 quées en 13 et qui, lorsque le raccord est monté, serrent le tu-.wmine, . , yau 4/represente. Une pièce d'écartement 14 de forme annulaire comprenant une partie cylindrique 15 ayant une face plane extrême 15a et une feri-de externe 16 à l'autre extrémité s'insère dans l'espace libre en-40 tre la partie 5 de l'alésage du manchon 1 et la partie adjacente 70 00743 6 2028117 du "tuyau 4. la pièce d'écartement est percée d'un alésage dans lequel le tuyau 4 passe librement mais avec un jeu assez réduit, l'extrémité adjacente à la bague 6 de la partie 15 entrant également librement mais avec un jeu assez réduit dans la partie 5 5 de l'alésage d^inanchon 1. le liquide sous pression venant du tuyau pénètre dans l'espace 20 par un espace annulaire 21 libre entre le tuyau et le manchon 1. la bague 6 empêche la fuite du liquide de l'espace 20 par des passages annulaires étroits 22 et 23 entre la pièce 14 10 d'une part, et respectivement le manchon 1 et le tuyau 4 d'autre part. Une bague d'appui 17 en nylon ou en une substance analogue et à section en forme d'arc à l'état non déformé comme le montre la figure 2 est placée entre la bague 6 et l'extrémité adjacente 15 de la pièce 14. la partie centrale de la section est délimitée par des arcs de cercle 24, 25, tandis que les parties extérieures sont constituées d'ailes 26,27 dont les côtés sont rectilignes et parallèles, la bague 6 et la bague 17 sont fixées l'une à l'autre dans les régions 28,29 où elles se touchent. les diamètres 20 externe et interne de- la bague d'appui 17 à l'état non déformé, comme le montre la figure 2, sont respectivement un peu plus petit et un peu plus grand que les diamètres externe et interne de la bague 6 et sont tels que la bague 17 puisse se loger dans l'espace annulaire 21 enjlaissant un petit espace entre sa circonféren-25 ce externe et la partie 5 de l'alésage dujmanchon 1, et un petit espace entre sa circonférence interne et la circonférence externe du tuyau 4. Pendant le montage, alors que la pièce 14 pousse la bague 17 et la bague 6 à l'intérieur de l'espace annulaire où elles doivent se loger, la bague d'appui prend naturellement une 30 position telle que la région centrale 30 de sa surface convexe prenne appui contre l'extrémité plane 15a de la pièce 14. lorsque, le montage terminé, la pression du liquide venant du tuyau 4 s'exerce de façon normale sur la bague 6 dans la direction indiquée par les flèches sur la figure 2, la force exercée par la ba-35 gue 6 sur la bague 17 déforme celle-ci de telle façon que les branches de l'arc s'écartent, les extrémités extérieures de ces branches venant au contact ou au voisinage iiamédiat des surfaces de la partie 5 de l'alésage du manchon 1 et de la circonférence externe du tuyau 4 respectivement, les passages étroits 22, 23 40 dans lesquels la bague 6 pourrait sans cela être partiellement 70 00743 7 2028T17 refoulée par la pression du liquide sont ou bien réduits ou bien éliminés, de telle sorte qu'un tel refoulement ne se produit pas. 70 00743 8 2028117 REVENDICATIONS 1 - Dispositif d1étanchéité comprenant un trajet annulaire de fuite à obturer, une butée (14,15) qui réduit la section du trajet de fuite, une bague torique (6) sur le trajet de fuite en 5 amont de la butée par rapport à la direction de fuite, et une bague d'appui déformable (17) entre la bague torique (6) et la butée (14, 15) cette bague d'appui ayant une surface généralement concave du côté adjacent à la bague torique, et caractérisé en ce que la surface (24) de la bague d'appui du côté adjacent à la bu-10 tée (14,15) et la surface (15a) de la butée sont telles que la bague d'appui n'est en contact avec la butée que par une région annulaire étroite (30) comprise entre les circonférences radialement intérieure et extérieure de la bague d'appui. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que la surface (24) de la bague d'appui (17) adjacente à la butée (14,15) est courbe et convexe. 3 - Dispositif selon une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface (24) de la bague d'appui (17) adjacente à la butée (14,15) est approximativement parallèle à la 20 surface concave (24, 28, 29). 4 - Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à • 3, caractérisé en ce que le rayon de courbure de la portion centrale (25) de la surface concave de la bague d'appui (17) est légèrement inférieur à celui de la surface adjacente de la bague 25 torique (6). 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayon de courbure de la surface concave (24, 28, 29) est de 5 à 10$ inférieur au rayon de courbure de la bague torique (6). 30 6 - Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la bague d'appui (17) est fixée de façon permanente en 28,29 à la bague torique (6).