Brevet FR2276519A1 — publié le 19760123

L'invention est relative à un joint d'étanchéité destiné à assurer l'étanchéité entre deux pièces en mouvement relatif de translation l'une par rapport à l'autre. Une application particulière de l'invention est notamment, mais non exclusivement, de réaliser dans un corps de vanne à cage, l'étanchéité entre la cage et le clapet. Les vannes de régulation, telles que les vannes à cage, comportent à l'intérieur du corps de vanne, un clapet actionné par la tige de vanne à partir d'une commande extérieure, qui coulisse à l'intérieur de la cage et qui, dans sa course, découvre plus ou moins des ouvertures, modifiant ainsi la section de passage et le débit du fluide à réguler. La bonne étanchéité de la fermeture peut etre obtenue par la portée métal sur métal du clapet sur le siège. Cependant, si le clapet est plein, il subit entièrement la pression différentielle et pour des fortes pressions différentielles et des diamètres importants, les efforts misJen jeu sont incompatibles avec ceux que peuvent fournir les organes de commandes pneumatiques habituels. I1 est possible de diminuer ces efforts en équilibrant le clapet, c'est à dire en créant des ouvertures à travers le clapet, mettant en communication sa partie supérieure éloignée du siège avec la pression aval Ceci nécessite forcément une étanchéité secondaire la partie supérieure du clapet et une façon classique de la réaliser est de former un deuxième siège sur le clapet et la cage. I1 est possible d'obtenir une bonne étanchéité en copiant le clapet et la cage ensemble, mais cette étanchéité ne peut être garantie que pour ces conditions d'usinage. Lors de variations de températures, et à cause des dilatations différentuelles de la cage et du clapet, l'étanchéité est fortement dégradée. Une autre façon de réaliser cette étanchéité consiste à utiliser des joints de type torique ou râcleur, qui présentent cependant des inconvénients majeurs tels que limitation d'emploi en température, sensibilité aux impuretés, ce qui rend leur emploi très limité. L'invention a pour objet un joint permettant de réaliser l'étanchéité cherchée sans présenter les inconvénients rappelés ci-dessus tout en restant de conception relativement simple. Le joint d'étanchéité, suivant l'invention, comporte au moins trois éléments métalliques enroulés en hélice autour d'un axe commun et il est caractérisé en ce que l'élément intermédiaire est doué dans la direction radiale de propriétés élastiques expansives, tandis que les deux autres éléments sont doués~de propriétés élastiques contractives. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et au dessin annexé qui représente, à titre d'exemples non limitatifs, des joints conformes à l'invention destinés à être montés dans une vanne à cage. Sur ce dessin : la figure 1 est une vue axiale partielle d'une vanne à cage équipée d'un joint suivant l'invention, représenté à plus grande échelle sur la figure 2, comportant trois éléments à section rectangulaire. La figure 3 représente le schéma d'un autre joint suivant l'invention comportant une association différente d'éléments. Sur ce dessin, on a représenté partiellement une coupe axiale d'une vanne à cage sur laquelle on aperçoit le corps de vanne 1, la cage cylindrique 2, maintenue par un chapeau 3, et assemblée sur le corps au moyen de joints 4,5. Le clapet 6 solidaire de la tige 7, qui se déplace verticalement, peut venir porter sur son siège en 8. Les parties 9 et 10 sont respectivement en communication avec les conduites d'entrée et de sortie de la vanne; Des ouvertures 11 dans le clapet 6 mettent sa partie supérieure en communication avec la pression du fluide à la sortie, en aval du clapet. Le clapet 6 comporte à sa partie supérieure un logement qui, avec la bague 13, forme une gorge 14 dans laquelle est monté le joint 15. Suivant l'invention, Q joint comprend, dans l'exemple représenté, trois éléments métalliques, 15 A, 15 B, 15 C, vus à plus grande échelle sur la figure 2, en forme d'hélice à spires jointives coaxiales à l'axe du clapet; les éléments d'extrémité 15 A, 15 C, sont à élasticité contractive, tandis que l'élément intermédiaire 15 B est à élasticité expansive dans la direction radiale, c'est-à-dire que, à la façon de ressorts spiraux, les premiers tendent à se resserrer autour du clapet et le second tend à se.dérouler en s'appuyant contre les parois internes de la cage. La figure 3 montre un joint constitué d'une autre association d'éléments métalliques et de rondelles intercalaires en matériaux plus ou moins compressai bles destinées à améliorer l'étanchéité entre ces éléments. Ce joint comprend trois éléments métalliques, 16 A, 16 B, 16 C, à élasticité expansive entre lesquels sont intercalés deux rondelles, 17, 18, et à chaque extrémité deux autres éléments métalliques, 16 D, 16 E, à élasticité contractive. Les rondelles intercalaires sont en matériau tel que : amiante (feuille ou tresse), plastiques, élastomères ou caoutchouc, graphite, etc ... Elles contribuent à assurer l'étanchéité, les éléments métalliques fournissant le support mécanique résistant pour le matériau plastique et agissant comme anneaux anti-extrusion. Ce matériau et le nombre d'éléments métalliques sont choisis en fonction des conditions d'utilisation de la vanne, notamment quant aux températures et aux pressions auxquelles elle doit être soumise. En variante, l'assemblage des éléments métalliques peut être réalisé en une seule pièce sans discontinuité en donnant à l'hélice un profil légèrement déformé en spirale pour passer de l'élément à propriétés expansives aux éléments à propriétés contractives. Bien que l'invention ait été décrite en application à une vanne à cage, il va de soi qu'elle peut aussi généralement s'appliquer lorsqu-ril s'agit d'assurer l'étanchéité entre deux pièces en mouvement relatif de tranlation l'une par rapport à l'autre. REVENDICATIONS 1) Joint d'étanchéité notamment pour clapet de vanne à cage comportant au moins trois éléments métalliques enroulés en hélice autour d'un axe commun, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire est doué dans la direction radiale de propriétés élastiques expansives, tandis que les deux autres éléments sont doués de propriétés élastiques contractives. 2) Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section d'un élément est de forme rectangulaire et que les spires de l'hélice sont jointives sur la plus grande dimension de la section. 3) Joint suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte entre deux éléments métalliques doués de mêmes propriétés élastiques, au moins une rondelle en un matériau compressible résistant à la chaleur et aux agents chimiques. 4) Joint suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments métalliques sont réalisés en une seule pièce sans discontinuité, le profil de l'hélice de l'élément intermédiaire étant légèrement déformé en spirale à ses extrémités pour passer de cet élément aux éléments adjacents.