Brevet FR2279992A1 — publié le 19760220

La présente invention concerne les dispositifs d'étanchéité des organes d'obturation de circuits fluides, comme par exemple les vannes et les clapets. On connaît des dispositifs d'étanchéité comportant un joint d'étanchéité coopérant avec une bague métallique. Cette bague permet de pallier les défauts de reprise élastique de la lèvre dtétanchéité dudit joint. De tels dispositifs ont généralement une bonne tenue mécanique dans des conditions de travail correspondant à des températures et des pressions normales, voire à des températures basses. Mais pour des températures élevées, la lèvre d'étanchéité subit des phénomènes de fluage qui entraînent, du fait de modifications dimensionnelles locales, une utilisation du dispositif limitée à une plage étroite de température. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en présentant un dispositif d'étanchéité simple, constitué de composants traditionnels, mais assurant à ceux-ci une tenue mécanique parfaite dans le temps, même dans des conditions de travail avoisinant les températures maximales autorisées par les matériaux desdits composants. La présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité comprenant un carter, un joint en matière ductile dont une partie est encastrée dans ledit carter, des premiers moyens élastiques exerçant une pression sur l'extrémité non encastrée dudit joint, caractérisé par le fait qu'il comporte une pièce de formage indéformable fixée au carter et présentant une face profilée à courbure continue, et des seconds moyens élastiques pour maintenir ledit joint contre la face profilée de ladite pièce de formage de faucon à ce que ledit joint épouse ladite face profilée. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront au vu de la description suivante donnée en référence aux dessins annexés et donnés à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, dans lesquels : la figure I représente un dispositif d'étanchéité suivant l'invention dans le cas d'une vanne papillon directive; la figure 2 représente un dispositif d'étanchéité suivant l'invention dans le cas d'une vanne papillon non directive. Dans la vanne papillon représentée sur la figure 1, un corps de vanne 1, formant carter, comporte un alésage 2 servant de guide à un axe 3 de commande d'un organe obturateur 4 du type à papillon excentré. Le carter comporte un épaulement 5 qui se raccorde à la section de passage de la vanne par un arrondi 6. Contre cet épaulement est positionnée une coupelle élastique 8 dont la base s'appuie sur un décrochement 7 de l'épaulement 5. Contre cette coupelle élastique est positionné un joint 9 dont une extrémité émergente réalise une lèvre d'étanchéité 10. Contre ce joint est positionnée une pièce de formage 11, comportant une face profilée à courbure continue 12 appliquée contre le joint et qui maintient celui-ci en forme par l'action antagoniste de la coupelle 8. L'empilage de la coupelle du joint et de la pièce de formage est maintenu plaqué et fixé contre l'épaulement 5 du carter par un dispositif de fixation 14 de facture traditionnelle. La surface "mouillée" 13 de la pièce de formage présente un profil évolutif de telle sorte que, lorsque l'organe obturateur 4 arrive en position fermée, un arrondi 15 aménagé sur cet organe obturateur vient buter contre la surface 13 de la pièce de formage et marque la fin de course de la vanne. Dans la configuration illustrée sur la figure 1, le sens d'écoulement préférentiel du fluide dans la vanne est celui indiqué par la flèche 17, et la pression du fluide vient coopérer avec l'action de la coupelle élastique 8 pour appliquer hermétiquement la lèvre 10 du joint contre la face profilée 16 de l'organe obturateur 4. La face profilée 12 de la pièce de formage, coopérant avec l'faction antagoniste de la coupelle élastique 8, maintient le corps dudit joint parfaitement guidé, évitant ainsi les risques de fluage localisé et, partant, les strictions éventuelles, sources d'apparition de criques de fatigue. La pression élastique répartie sur tout le corps de joint permet en outre à celui-ci de travailler dans des conditions mécaniques parfaites (pas de risque de cisaillement), même à des températures élevées. A l'opposé, dans le cas de l'utilisation d'un tel dispositif avec un fluide cryogénique, on voit qu'en choisissant convenablement les matériaux respectifs de la coupelle et de la pièce de formage (par exemple du même métal que celui réalisant l'organe obturateur) on aura à faire à un rétreint homogène des divers éléments constitutifs (et traditionnels) du dispositif et ce, sans préjuger des déformations particulières inhérentes au joint lui-même. On obtient ainsi un dispositif d'étanchéité simple, constitué d'éléments en matériaux courants, dont la gamme d'utilisation en températures et pressions est très étendue, et de grande fiabilité, tant en tenu mécanique qu'en étanchéité, ainsi que l'ont montré des essais d'endurance. Dans la vanne papillon bidirectionnelle représentée sur la figure 2, un corps de vanne 51 formant carter, comporte un alésage 52 servant de guide à un axe 53 de commande d'un organe obturateur 54 du type à papillon excentré. L'organe obturateur comporte une face profilée 55 qui forme siège en vue de coopérer avec un dispositif d'étanchéité suivant l'invention. Le carter 51 comporte un épaulement 56 qui se raccorde à la section-de passage de la vanne par un arrondi 58. Contre cet épaulement est positionnée une première coupelle élastique 59 dont la base s' appuie sur un décrochement 57 de l'épaulement 56. Contre cette première coupelle est positionné un premier joint 60 dont une extrémité émergente réalise une lèvre d'étanchéité 73. Contre ce premier joint est positionnée une pièce de formage 61. Cette pièce de formage comporte deux faces profilées 62 et 63, à courbures continues et à concavités respectives opposées, réalisant une section évasée limitée intérieurerent par une face 64 dont le profil est sensiblement parallèle à la face profilée 55 de l'organe obturateur. La première face profilée 62 de ladite pièce de formage maintient en forme, en coopération avec la première coupelle élastique 59, le premier joint 60. Contre la seconde face profilée 63 de ladite pièce de formage est plaqué un second joint 65 sous l'action antagoniste d'une seconde coupelle élastique 66. Cette seconde coupelle élastique est positionnée contre ledit second joint par une pièce de calage 67. Un dispositif classique de fixation 68 maintient en pression l'empilage de la pièce de calage, de la deuxième coupelle élastique, du second joint, de la pièce de formage, du premier joint et de la première coupelle élastique contre l'épaulement 56. Le second joint 65 comporte en sa partie compressée un épaississement 69 qui se loge dans un décrochement 70 ménagé dans la face de pression de la pièce de calage. Dans cet épaississement 69 est ménagée une gorge 71 dans laquelle vient se positionner la base encastrée de la seconde coupelle élastique. Comme le premier joint 60, le corps du second joint est à section constante entre la seconde face profilée de la pièce de formage et la seconde coupelle élastique, et son extrémité émergente réalise une seconde lèvre d'étanchéité 74. Ainsi, lorsque l'organe obturateur est en position fermée, c'est-à-dire que le siège 55 coopère avec les lèvres d'étanchéité 73 et 74 sous l'action des coupelles élastiques 59 et 66, on obtient une étanchéité non directive. du dispositif. Quand le sens de ltécoulement du fluide traversant la vanne est celui indiqué par la flèche 75, c'est le premier joint 73 qui est plaqué fortement contre le siège 55, la pression du fluide venant renforcer l'action de la première coupelle. Quand l'écoulement se fait dans le sens inverse, c'est le second joint qui assure cette fonction d'étanchéité. Comme dans la configuration décrite précédemment, les contraintes exercées sur les corps des joints sont parfaitement guidées et reprises par les faces profilées de la pièce de formage en coopération avec les coupelles élastiques respectives. Cette configuration à deux joints en opposition permet d'obtenir, dans le cas d'une vanne non directive les mêmes notables performances en tenue mécanique et en étanchéité que dans la configuration précédemment décrite. REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'étanchéité comprenant un carter, un joint en matière ductile dont une partie est encastrée dans ledit carter, des premiers moyens élastiques exerçant une pression sur l'extrémité non encastrée dudit joint, caractérisé par le fait qu'il comporte ;une pièce de formage indéformable fixée au carter et présentant une face profilée à courbure continue, et des seconds moyens élastiques pour maintenir ledit joint contre la face profilée de ladite pièce de formage de façon à ce que ledit joint épouse ladite face profilée. 2/ Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits premiers et seconds moyens élastiques sont constitués par un ressort encastré exerçant concomitamment une pression sur l'extrémité non encastrée dudit joint et une pression de maintien dudit joint contre la face profilée de ladite pièce de formage. 3! Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits premiers et seconds moyens élastiques sont obtenus par profilage dudit joint réalisé en un métal souple et ductile. 4/ Dispositif d'étanchéité suivant l'une des revendications précédentes coopérant avec un organe obturateur d'une vanne du type à papillon ou à boisseau, caractérisé par le fait que le matériau de ladite pièce de formage a sensiblement le même coefficient de dilatation que le matériau dudit organe obturateur. 5/ Dispositif détanchéité suivant la revendication-4 caractérisé par le fait que ladite pièce de formage est dimensionnée pour servir de butée audit organe obturateur.