Brevet FR2139674A1 — publié le 19730112

La présente invention concerne un système de centrage étanche et élastique à joint statique et particulièrement un tel système destiné à assurer l'étanchéité entre deux pièces ou ensemble de pièces, susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre, tout en maintenant un certain alignement entre ces deux pièces ou ensemble de pièces. On rencontre souvent, dans l'industrie chimique ou dans les ensembles thermiques notamment, le problème du raccordement étanche entre deux pièces, canalisations ou appareils dont les positions relatives les uns par rapport aux autres ne sont pas fixes, Ces déplacements oeuvent être le fait d'actions mécaniques, ma gnétiques, thermiques ou autres. Pour réaliser cette étanchéité une solution consistait à utiliser des joints glissants. Les inconvénients en sont l'en- combrement et surtout l'usure et la détérioration du joint d tés étanchéité Celui-ci est en effet soumis non seulement au frottement provoqué par les déplacements relatifs des deux pièces l'une par rapport à l'autre, mais surtout aux réactions chimiques qui ont lieu quand ce joint est mis en contact alternativement tantot avec le fluide à contenir, qui n1 est jamais parfaitement neutre, tantôt avec l'air ou un autre fluide selon la position du joint L'encombrement d'un joint glissant est provoqué par la né ceszité de ménager un dispositif assurant le centrage et le con trolle d'attitude d'une pièce par rapport à l'autre tout en permettant leur déplacement relatif Une autre solution consiste à utiliser des soufflets munis de joints statiques à chacune de leurs extrémités. Mais ceci a l'inconvénient de nécessiter soit le meme dispositif de guidage encombrant soit la fixation des extrémités du soufflet sur cha cune des pièces ce qui entrasse des difficultés de démontage. Le but de l'invention est de réaliser un système d'étanchéité robuste, peu encombrant et facilement démontable. Selon une caractéristique de l'invention, ceci est réalisé en réunissant les deux pièces par un emmanchement non étanche doté d'un jeu suffisant pour permettre à ces deux pièces de se déplacer l'une par rapport à l'autre mais d'une manière limitée tel qu'un emmanchement à balonnette, à ménager à l'intérieur de l'emmanchement un logement annulaire recevant un dispositif élas tique et étanche de forme générale cylindrique prenant appui d'une manière étanche par ses extrémités sur les deux pièces qui le compriment dans le sens axial par quoi le dispositif cylindrique assure à la fois l'étanchéité entre les pièces et leur centrage l'une par rapport à l'autre tout en permettant leur déplacement. Selon une autre caractéristique, le dispositif cylindrique élastique et étanche est constitué de deux bagues réunies par une membrane étanche de faible raideur axiale et radiale, les deux bagues étant maintenues écartées par un compensateur cylindrique non étanche de grande rigidité axiale et.radiae. En variante, le dispositif cylindrique est constitué par un cylindre étanche dont l'élasticité est obtenue par sa découpe en forme de soufflet. D'autres caractéristiques qpparaRtront au cours de la description de réalisations données ci-dessous avec les figures qui représentent La Fig. 1 la demi-coupe axiale d'un système. La Fig. 2 une vue latérale et une coupe radiale du compensateur du système de la Fig 1. La Fig. 3 la demi-coupe axiale d'une variante du système de la Fig. 1. On voit sur la Fig. 1 deux pièces 2 et 3 de révolution autour d'un axe A B qu'il s'agit de réunir d'une manière étanche compte-tenu de la possibilité de leurs déplacements relatifs. On nta représenté que la demi-coupe supérieure de leur jonction. La pièce 2 est, par exemple, la cage du palier d'une machine conte-nant un fluide corrosif et toxique9 tel qu'un compresseurn et la pièce 3 le carter étanche dudit compresseur. Pendant le fonctionnement de la machine, polir une cause quelconque, les pièces 2 et 3 se déplacent légèrement l'une par rapport à l'autre.On voit, d'après la Figure que les pièces 2 et 5 ont une forme qui leur permet de s'emboiter l'une dans l'autre, la pièce 2 pénétrant à l'intérieur de la pièce 3 Cet emmanchement est tel que la pièce 3, par exemple peut se déplacer dans le sens axial et le sens radial et peut s'incliner d'un certain angle par rapport à la pièce 2 sans venir au contact. Un dispositif connu non représenté, par exemple un emmanchement à baronnette, limite toutefois l'écar- tement de ces deux pièces à une certaine valeur. Une bague d'étanchéité 4 est maintenue fermement appliquée sur la pièce 2 par un collier 1 vissé sur la pièce 2 Ltétanchéio té entre la bague 4 et la pièce 2 est réalisée par un joint 8, Une deuxième bague d'étanchéité 6 est calée dans la pièce 3 et 1'étanchéité entre ces deux pièces 3 et 6 est réalisée par le joint 9, Un compensateur 7, qui sera décrit plus loin, prend appui sur les deux bagues d'étanchéité 4 et 6 en les maintenant écartées. Un soufflet d'étanchéité 5 sans raideur notable réunit les deux bagues d'étanchéité 4 et 6. Le compensateur 7 est montre latéralement en a sur la Fig, 2 et en coupe radiale en b, On voit qu'il est constitué d'un cylindre métallique creux dans lequel sont taillées des encoches en forme de traits de scie On voit, représentée en 10, une par pleine tie laissée/prise entre les deux traits de scie opposés visibles en bt La paire de traits de scie voisine est taillée avec un certain décalage' angulaire et laisse des parties pleines que l'on a figurées en 11, Le nombre, l'espacement et la profondeur des traits de scie permettent de régler, en fonction de l'épais- seur du cylindre et de la nature du matériau utilisé, les caractéristiques d'élasticité du compensateur que l'on désire obtenir. Ces caractéristiques sont la raideur, ou la force à lui appliquer pour obtenir un déplacement d'un millimètre, et la limite de déformation élastique ou réserve d'élasticité déterminant l'écrasement que l'on peut atteindre en utilisation. La raideur du compensateur se décompose elle-meme en raideur axiale et raideur radiale. La raideur axiale agit directement sur la pression exercée sur les joints et par conséquent sur leur étanchéité tandis que la raideur radiale conditionne le centrage et l'atti- tude de la pièce 3 La réserve d'élasticité permet de maintenir l'étanchéité même si les pièces 2 et 3 s'écartent d'une quantité relativement importante, en rapport avec la déformation élastique. On voit que l'étanchéité est obtenue par les joints toriques 8 et 9, Ceux-ci sont statiques, c'est-à-dire qu'après avoir été mis en place et soumis à leur pression d'utilisation, ils restent immobiles sur leur portage ce qui favorise leur étanchéi té et par là les scoustrait au maximum au contact du fluide à contenir qui est supposé agressif b joint torique 8 est appuyé par la bague 4 maintenue par le collier 9 tandis que le joint torique 9 est appuyé par la bague 6 qui est maintenue par le compensateur 7 qui prend appui lui-même sur le collier 1.Le compensateur 7 a bone le triple rôle de maintenir fermement appuyée la bague 6 (et le joint 9) et d'assurer le centrage de la piece 3 tout en permettant par son élasticité les légers déplacements de cette pièce 3 par rapport à la pièce 2, L'étanchéité entre les deux bagues est réalisée par le soufflet 5 qui ne joue aucun rôle mécanique, Dans la réalisation décrite de e compensateur le cylindre d'acier avait 180 mm de diamètre, 4 mm d'épaisseur et 25 mm de long.Les traits de scie avaient une profondeur égale aux 2/3 du rayon et chaque paire était décalée d'un angle de 90 par rapport à la précédente, On a obtenu ainsi une raideur axiale de 200 Kgs par mm pour une limite élastique supérieure à 5 mm, En fonetionne- ment, l'écrasement était de plus de 3 mm , ce qui donnait une pression de plus 600 Kgs au joint torique qui avait une étanchéité stable et parfaite, La Fig. 3 montre une variante du système précédent, Le dispos sitif composé du compensateur prenant appui sur deux bagues sorte- joint réunies par un soufflet est remplacé par une pièce unique 12 qui en remplit toutes leurs fonctions, Cette pièce 12 à la forme d'un cylindre en forme de tube épais dont Tes extrémités sont usinées dans la même forme que les bagues porte-joint 4 et 6 de la Fig. 1. Le reste du tube, entre ces extrémités, porte des rainures alternativement extérieures et intérieures lui donnant la forme d'un soufflet, Ces rainures peuvent être obtenues par moulage, par usinage dans la masse ou par une combinaison des deux procédés. On voit que l'on peut obtenir en fonction du nombre et de la profondeur des rainures la raideur axiale, la raideur radiale et la limite de déformation élastique désirées. Comme dans le système de la Fig, 1, les extrémités du tube prennent appui respectivement dans des emplacements prévus pour cela dans les pièces ? et 3 : leur étanchéité avec ces pièces est réalisée par des joints toriques 8 et 9. La partie du tube portant les rainures joue le rôle du compensateur en assurant à la fois l'appui des extrémités et le guidage de la pièce 3 tout en permettant son déplacement, et le rôle du soufflet 5 en assurant l'étanchité entre les surfaces d'appui. Dans l'une ou l'autre des deux variantes qui viennent d'être décrites, l'étanchéité frontale entre les bagues porte-joint ou les extrémités du cylindre en forme de soufflet aveo les pièces 2 et 3 est réalisée par des joints toriques, mais on peut adopter d'autres moyens pour réaliser cotte étanchéité Un des avantages du système décrit est en effet de procurer une forte pression frontale (200 Kgs avec une réserve d'élasticité de 5 mm pour un appareil de 180 mm de diamètre) et on peut utiliser un grand nombre de moyens d'étanchéité connus tels que par exemple : un rev8tement ou un film en plastique un anneau en plastique qui péut être de scction carrée (ou d'une forme quelconque) ou encore un anneau en métal déformable de section rectangulaire pincé entre deux couteaux pratiqués dans les bagues porte-joint et les pièces è réunir te plastique utilisé est avantageusement du polytétrafluoroéthylène particulièrement résistant aux attaques chimiques et le métal déformable un complexe métallique poreux imprégné du gnome plastique Les avantages du système et de sa variante décrits sont nombreux : la forte pression frontale exercée permet d'obtenir une étanchéité parfaite sans aucune fixation, ce qui entrasse un encombrement réduit au minimum et une grande facilité de démontas ge.Cette raideur axiale est obtenue par la forme des découpes pratiquées dans le compensateur ou par celle des rainures pratiquées sur le cylindre en forme de tube, cette raideur peut donc Outre au besoin ajustée sans interférer avec les dimen sions de l'ensemble Ensuite les joints utilisés sont statiques ce qui limite au maximum leur contact avec le fluide supposé agressif ce qui favorise leur durée. La grande réserve d'élasti- cité permet de compenser facilement l'écrasement éventuel des Joints d'étanchéité et de maintenir ainsi cette dernière malgré un écartement notable des pièces Enfin, l'absence de frottement et par conséquent de lubrification permet son utilisation dans des conditions de température extrêmes. Un tel système trouve son application dans la réalisation de jonctions étanches, peu encombrantes et facilement démontables, entre deux pièces-creuses, pouvant entre amenées à se dépla- cer légèrement l'une par rapport à l'autres et contenant un fluide agressif, telles que deux tuyaux ou un tuyau sur un-appa- reil, mais il est principalement adapté pour maintenir l'étanché- ité d1un palier étanche démontable. REVENDICATIONS Système de centrage étanche et élastique à joint stati que assurant le centrage d'une pièce creuse appuyée contre une autre pièce creuse et l'étanchéité entre ces deux pièces, lesquelles sont susceptibles de légers déplacements l'une par rapport à l'autrs, système constitué d'un dispositif élastique et étanche de forme cylindrique prenant place dans un logement annulaire ménagé entre ces deux pièoes, système caraetérisé en ce que ledit dispositif cylindrique a une longueur axiale supérieure à son épaisseur et prend appui d'une manière étanche par ses extré mités sur les deux pièces qui le compriment dan: le sens axial par quoi le dit dispositif cylindrique assure à la fois l'étanchéité entre les deux pièces et leur t:entrage l'une pa.r rapport h l'autre. 2 - Système selon la revendication 1, caracterise en ce que le dispositif cylindrique est fixé d'une manière étanche à une de ses extrémités sur une des deux pièces creuses. 3 - Système selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif cylindrique est constitué da deux bagues porte-joint emboitées chacune dans un logement pratiqué dans chaque pièce, ces bagues étant reliées entre elles par une membrane étanche et élastique de faible raideur axiale et radiale, et ces bagues étant maintenues écartées par un compensateur cy cylindrique non étanche de grande rigidité axiale et radiale 4 - Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le compensateur est constitué par un cylindre dans lequel sont ménagées des séries de lumières transversales décalées angulairement les unes par rapport aux autres de manière à former des lames travaillant à la flexion sous l'effet d'une pression axiale. 5 - Système selon la revendication 4 caractérisé en ce que les lumières sont des traits de scie opposés deux à deux, chaque paire de traits de scie opposés étant décalée angulairement par rapport à la précédente 6 - Système selon la revendication 5 caractérisé en ce que les traits de scie ont une profondeur égale sensiblement au tiers du diamètre extérieur du cylindre en matière élastique, 7 - Système selon la revendication 6 caractérisé en ce que les paires de traits de scie sont décalées les unes par rapport aux autres d'un angle de 90 degrés 8 - Système selon les revendications 9 ou 2 caractérisé en ce que le dispositif cylindrique est constitué par un cylindre étanche en matière élastique 9 - Système selon la ravendication 8 caractérisé on ce que l'élasticité axiale du cylindre étanche est obtenue par la forme en soufflet du cylindre, 10 - Système selon la revendioation 9 caractérisé en ce que la forme en soufflet du cylindre est obtenue par la découpe de gorges annulaires alternativement à l'extérieur et à l'intérieur d'un bloc cylindrique.