Brevet FR2399605A1 — publié le 19790302

L'invention a trait à un dispositif de connexion de conduits de transfert solidaires d'une installation sensiblement fixe a des conduits semblables solidaires d'une installation mobile, appelé joint tournant multifonctions. On connaît divers dispositifs de connexion pour une pluralité de conduits associant autour d'un axe unique de rotation une partie fixe éventuellement solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique et au moins une partie mobile en rotation autour de l'axe unique de rotation. Pour certains de ces dispositifs, chacune des parties mobiles délimitant avec la partie fixe un espace annulaire contribue a délimiter plus d'un espace annulaire, ces espaces annulaires peuvent être disposés de telle façon que leurs barycentres soient sensiblement confondus, le dispositif étant alors à développement horizontal, ils peuvent aussi être disposés de telle façon que leurs barycentres soient espaces sur l'axe de rotation et alors le dispositif est à développement vertical. Pour d'autres dispositifs, chaque partie mobile contribue a délimiter un seul espace annulaire mais alors les barycentres des espaces annulaires sont espaces sur l'axe de rotation et ne peuvent pas être confondus et les dispositifs sont alors seulement à développement vertical. Chaque type de construction présente des inconvénients et des avantages, cependant dans les deux cas une intervention sur une partie mobile notamment sur les joints d'étanchéité ou sur les dispositifs de roulement, qui assurent le contact avec la partie fixe, ne peut être effectuée qu'en interrompant le fonctionnement de l'ensemble du dispositif. La présente invention permet de pallier cet inconvénient en réalisant des dispositifs dans lesquels chaque partie mobile peut être démontée sans que soit interrompu le fonctionnement des autres, donc sans interrompre le débit des conduites desservies par les autres parties mobiles. Un dispositif de joint tournant suivant l'invention pour pluralité de conduits, du type comportant une partie fixe supportant au moins une partie mobile autour d'un axe de rotation unique, chaque partie mobile délimitant avec la partie fixe au moins un espace annulaire de révolution autour du même axe unique, cet espace annulaire étant isolé de l'espace extérieur et des autres espaces par au moins deux joints d'étanchéité annulaires et limité en outre par une surface tracée sur la partie mobile et par une surface tracée sur la partie fixe, ces deux surfaces comportant, chacune, au moins une ouverture pour un conduit de transfert de fluide, est caractérisé en ce que chaque partie mobile délimite avec la partie fixe un seul espace annulaire et en ce que, la partie fixe ayant un contour extérieur inscrit dans une surface de révolution autour dudit axe de rotation unique, chaque partie mobile a pour contour extérieur une surface de révolution définie par la rotation autour de l'axe unique d'un contour à concavité orientée dans un seul sens de l'axe unique de rotation, chaque partie mobile étant logée dans une cannelure annulaire, entaillant le contour extérieur de la partie fixe. Dans une forme de réalisation préférée, la partie fixe est constituée par un disque limité par une surface inférieure etune surface supérieure, chaque partie mobile étant logée dans une cannelure annulaire entaillant la surface supérieure du disque. Dans les dispositifs destinés au passage de fluides sous faible pression, les joints d'étanchéité annulaires isolant un espace annulaire du milieu extérieur sont en contact avec la partie fixe et avec la partie mobile suivant des surfaces planes perpendiculaires à l'axe de rotation. Dans les dispositifs destinés au passage de fluides sous hautes pressions, les joints d'etancheite annulaires isolant un espace annulaire du milieu extérieur sont en contact avec la partie fixe et avec la partie mobile suivant des surfaces tronconiques appartenant à des cones de révolution autour dudit axe unique, ou encore suivant des surfaces cylindriques de révolution autour dudit axe unique Dans les dispositifs destinés au passage d'au moins un fluide devant être maintenu à une température déterminée, la partie fixe et la partie mobile correspondant à l'espace annulaire concerne comportent à proximité des surfaces limitant ledit espace annulaire des moyens de contrôle et de régulation thermique. Dans les réalisations pour lesquelles les conduits rejoints deux à deux sont de diamètre important, notamment pour le transfert des liquides et des gaz ou des granulats avec des débits horaires très importants, la partie fixe supporte chaque partie mobile par interposition d'au moins une butée. Dans les réalisations pour lesquelles le dispositif de joints tournants multi-fonctions à développement horizontal doit occuper l'encombrement horizontal le moins important qu'il est possible, les butées interposées entre chacune des parties mobiles successives et la partie fixe sont situées alternativement d'un côté et de l'autre par rapport à l'ensemble des joints d'étanchéité. L'invention sera mieux comprise dans la description, donnée à titre non limitatif, des dispositifs illustrés à l'aide des figures suivantes - Fig. 1 : Joint multi-circuiishorizontal (art antérieur) - Fig. 2 : Joint mult-circuiX vertical (art antérieur) - Fig. 3 : Joint multi-circui# vertical (art antérieur) - Fig. 4 : Joint multi-circuits à joints plans - Fig. 5 : Sections perpendiculaires à l'axe de la figure 4 - Fig. 6 : Autres joints multi-circuits à joints cylindriques - Fig. 7 : Sections perpendiculaires à l'axe de la figure 6. En se référant à la figure 1 donnant le schéma d'un dispositif multi-circuits à développement horizontal dont modèle connu, on distingue d'abord une partie fixe 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 d'axe ZZ', cette partie fixe 1 délimitant trois cannelures annulaires 3a, 3b et 3c de révolution autour de l'axe ZZ' est ouverte dans la direction Z.On distingue ensuite trois parties mobiles 4a, 4b et 4c annulaires, de révolution autour de l'axe ZZ' et telles que la première 4a encontrée en allant de l'axe ZZ' vers l'extérieur délimite avec la partie fixe l~et le conduit tubulaire 2 un espace annulaire 5a comprenant la cannelure 3a et que chacune des autres parties mobiles suivantes 4b et 4c délimite avec la partie fixe et la partie mobile précédente un espace annulaire 5b et 5c, chacun comprenant une des cannelures 3b et 3c. Dans chacune des cannelures 3a, 3b et 3c, tracées dans la partie fixe 1, débouchent un des conduits 6a, 6b et 6c, pour le passage d'un fluide à transférer. Sur le contour de chacun des espaces annulaires 5a, 5b et 5c, à travers la masse de chacune des parties mobiles 4a, 4b et 4c débouchent chacun des conduits 7a, 7b et 7c, pour le passage d'un des fluides à transférer. Chacune des parties mobiles est séparée de la partie fixe pour 4a, de la partie fixe et d'une partie mobile pour 4b et 4c, au moyen de joints d'étanchéités 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c. L'ensemble des parties mobiles et de la partie fixe est maintenu en place au moyen de butées annulaires non figurées. Un tel dispositif, connu en soi, de joint#multi-circuit offre bien un encombrement vertical réduit, puisque l'augmentation du nombre de circuits se fait par adjonction d'éléments annulaires concentriques. Cependant, ce dispositif présente l'inconvénient de ne pouvoir permettre une réparation sur un circuit sans interrompre les autres circuits. Sur la figure 2 est représenté le schéma d'un dispositif multi-circuitsconnu à développement vertical comportant l'associa- tion d'une partie fixe annulaire 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 avec une seule partie mobile 4 également annulaire. Les deux parties I et 4 sont cylindriques et en contact suivant une surface cylindrique de révolution de diamètre D. Sur le contour externe de la surface cylindrique de la partie I sont tracées deux cannelures annulaires 3a et 3b et sur le contour interne de la partie mobile 4 sont tracées des cannelures annulaires 10a et lOb disposées chacune vis-à-vis d'une des cannelures 3a et 3b. Les cannelures 10a et 3a constituent l'espace annulaire Sa. Les cannelures lOb et 3b constituent l'espace annulaire 5b. Sur le contour de chacune des cannelures 3a et 3b débouche un conduit 6a et 6b pour le passage d'un fluide à transférer. Sur le contour de chacune des cannelures 10a et 10b débouche un conduit 7a et 7b. La partie fixe et la partie mobile sont séparées par des joints d'étanchéité 11, lia, Ilb et des butées annulaires non figurées. Un tel dispositif, figuré ici schématiquement avec deux circuits seulement, présente l'inconvénient de prendre une extension verticale proportionnelle au nombre de circuits, ce qui limite rapidement l'avantage trouvé dans la mise en contact de deux surfaces cylindriques. Ce dispositif est utilisé pour la connexion de conduits de petit diamètre et peut difficilement être mis en oeuvre par une multiplicité de conduits de grand diamètre. Sur la figure 3 est représenté un dispositif multi-circuits connu à développement vertical comportant l'association d'une partie fixe annulaire 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 avec au moins une partie mobile, ici deux parties mobiles 4a et 4b. Ici chaque partie mobile telle que 4a, participe à la délimitation d'un seul espace annulaire tel que Sa. Sur le contour de chaque espace annulaire, tel que Sa, débouche, à travers la partie fixe I, un conduit 6a et à travers la partie mobile 4a un conduit 7a. Chaque partie mobile, telle que 4a, est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de joints d'étanchéité tels que 8a et 9a. La partie fixe 1 peut être d'une seule pièce ou bien cons tituée d'autant de pièces annulaires semblables, telles que la et lb, qu'il y a de circuits, ces pieces étant fixées sur un conduit tubulaire cylindrique 2, par exemple au moyen d'un pas de vis non figure. Ce dispositif, où les circuits sont mécaniquement séparés, permet la mise en service ou la mise hors service séparément de chacun des différents circuits, ce que ne permettent pas les dispositifs décrits à l'aide des figures 1 et 2. Cependant, comme pour le dispositif représenté à l'aide de la figure 2, le développement vertical des circuits rend difficile le montage de plusieurs circuits surtout si les diamètres de ces circuits est important. L'encombrement global en hauteur devient alors excessif. Dans ce cas, bien que les circuits puissent être interrompus séparément, il n'est pas possible d'effectuer de réparations importantes comportant le changement de pièces, parties mobiles aux garnitures d'étanchéité, sur les circuits autres que le circuit supérieur. Les figures 4 et 5 donnent les schémas en élévation et en plan d'un joint multi-circuits à développement horizontal, suivant les critères de l'invention. Sur la figure 4, on distingue une partie fixe 1 ayant la forme d'un disque dont le contour extérieur est inscrit dans une surface de révolution autour d'un axe ZZ'. Cette partie fixe 1 est limitée entre une surface supérieure et une surface inférieure, constituées par des plans perpendiculaires à l'axe ZZ'. Cette partie fixe 1 comporte un orifice 2 coaxial d'axe ZZ', ledit orifice étant délimité par un conduit tubulaire cylindrique 2, fixée solidairement à la partie fixe 1. Sur la surface supérieure de la partie fixe est découpée au moins une cannelure annulaire telle que 3a, constituant une surface de révolution définie par la rotation autour de l'axe ZZ' d'un contour à'concavité orientée dans le seul sens de Z' vers Z de l'axe de rotation ZZ'. Chaque cannelure annulaire, telle que 3a, sert pour partie de logement à une partie mobile telle que 4a, annulaire de révolution autour de l'axe ZZ'. Cette partie mobile 4a est telle qu'une partie de son contour délimite avec la partie fixe 1 un espace annulaire Sa constitué par une partie de la cannelure 3a. Dans la partie de la cannelure 3a délimitant l'espace annulaire Sa débouche un conduit 6a. De même, sur le contour de l'espace annulaire Sa, à travers la masse de la partie mobile 4a, débouche un conduit tel que 7a. La partie mobile 4a est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de deux joints d'étanchéité 8a et 9a annulaires, limités par des surfaces planes et en contact par lesdites surfaces planes d'une part avec la partie fixe 1, et d'autre part avec la partie mobile 4a. La partie mobile 4a est supportée par la partie fixe 1 par l'interposition de deux butées telles que des roulements à billes IOa et lla, eux-mêmes maintenus en place chacun par une des brides 12a et 13a, fixées sur la partie fixe 1 de façon amovible, par exemple au moyen de vis,non représentées. Sur la figure 5 r on distingue à droite une section suivant le plan B perpendiculaire à l'axe ZZ', tel que ce plan B est repéré sur la figure 4 et à gauche une section suivant le plan A perpendiculaire à l'axe ZZ', tel que ce plan A est repéré sur la figure 4. Sur la figure 5, à droite, on distingue, en section, la partie fixe 1 de part et d'autre de la cannelure annulaire 3a dans laquelle prend place la partie mobile annulaire 4a. Cette partie mobile 4a est séparée de la partie fixe 1 par deux espaces annulaires 13a et 14a occupés par les dispositifs de roulement non figurés. La partie mobile 4a est traversée par un conduit 7a, cylindrique d'axe parallèle à ZZ', dont la figure 5 donne une section droite, ce conduit débouche dans un espace annulaire Sa sousjacent à la partie mobile 4a sur la figure 5 et vu en section méridienne sur la figure 4. Sur la figure 5, à gauche, on distingue en section la partie fixe 1 de part et d'autre de la cannelure annulaire 3a dans la partie de cette cannelure qui constitue l'espace annulaire Sa. Les moyens pour la connexion d'un circuit d'indice a sont représentés sur la figure 5 à titre d'exemple, un dispositif de joints tournants pouvant comporter une pluralité de tels moyens constituant autant d'ensembles coaxiaux. A titre d'exemple, le conduit 7b de l'ensemble coaxial le plus proche a été représenté sur la figure 5. Sur la figure 6, on distingue une partie fixe 1 en forme de disque dont le contour extérieur est inscrit dans une surface de révolution autour d'un axe ZIZI, cette partie fixe comportant un orifice central cylindrique 2 d'axe ZZ'. A titre d'exemple, deux cannelures 3a et 3b sont repré sentées, entaillant la partie fixe 1, ces cannelures sont déli- mitées, chacune par une surface de révolution autour de l'axe ZZ'. Ces cannelures sont ouvertes dans la direction Z de l'axe ZZ', chaque cannelure telle que 3a sert, pour partie de logement à une partie mobile telle que 4a, annulaire et inscrite dans une surface de révolution autour de l'axe ZZ',et-telle qu'une partie de son contour délimite avec la partie fixe 1 un espace annulaire Sa constitué par une partie de la cannelure 3a. Dans la partie de la cannelure 3a délimitant l'espace annulaire Sa, débouche un conduit 6a. Sur le contour de l'espace annulaire Sa, à travers la masse de la partie mobile 4a, débouche un conduit tel que 7a. La partie mobile 4a est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de deux joints d'étanchéité 8a et 9a annulaires, en contact par leurs surfaces annulaires cylindriques opposées d'une part avec la partie fixe 1 et d'autre part avec la partie mobile 4a. La partie mobile 4a est supportée par la partie fixe 1 par l'interposition d'une butée telle que le roulement à billes lOa. Dans la réalisation selon la figure 6, comportant des joints cylindriques, un seul roulement suffit, alors que dans le dispositif selon la figure 4, il était nécessaire de prévoir deux roulements, un de chaque côté de la partie annulaire mobile 4a. Les parties mobiles 4a et 4b sont maintenues en place dans leur logement annulaire, chacune par une bride annulaire plane 12a et 12b fixées sur la partie fixe 1 de façon amovible, par exemple au moyen de vis, non représentées. Sur la figure 6, les espaces annulaires:'5a et 5b sont situés dans deux plans distincts perpendiculaires à l'axe ZZ' et espacés d'une distance e dont la mesure est de l'ordre du tiers de l'épaisseur de la plaque constituant la partie fixe annulaire 1. Ceci permet en donnant une forme appropriée aux parties mobiles 4a et 4b de réduire l'encombrement de l'installation par rapport à une simple juxtaposition de dispositifs tels que celui constitué par l'ensemble signalé par le repère (a). La réalisation la plus compacte dans les directions perpendiculaires à l'axe ZZ' est constituée par une alternance de dispositifs tels que repérés par (a) et de dispositifs repérés par (b). Sur la figure 6 est représenté, fixé sur la partie fixe 1, un dispositif connu en soi, de joint tournant 15 pour une pluralité de conduits, tel que celui décrit à l'aide de la figure 2. Ce dispositif est utilisé ici pour le passage de deux conduits de petite section. Sur la figure 6 est également représenté, fixé sur la partie fixe 1, au-dessus du dispositif 15, un dispositif de joint tournant 16 d'un modèle connu en soi pour conduits électriques. La figure 7 donne une vue en plan d'une section du dispositif décrit à l'aide de la figure 6 suivant les plans indiqués de gauche à droite par les repères successifs aa', bob', et cc'. On distingue donc de gauche à droite - dans la section par le plan aa', l'espace annulaire 5b compris entre la partie mobile 4b et la partie fixe 1, - dans la section par le plan bb', l'espace annulaire Sa compris entre la partie mobile 4a et la partie fixe 1. - dans la section par le plan cc', d'abord la partie fixe l en contact avec la partie mobile 4a, le joint n'étant pas figuré, le contour du conduit 6a étant indiqué en pointillé alors que le contour du conduit 7a est représenté en trait continu, ensuite la partie fixe 1 en contact avec la partie mobile 4b, le joint étant pas figuré et le contour du conduit 6b étant indiqué en pointillé alors que le contour du conduit 7b est représenté en trait continu. Sur les figures 6 et 7 sont indiqués en différentes zones de la partie fixe 1, les passages de gaines de climatisation 17 destinées à être reliées à une source d'un fluide, généralement de l'eau, portée à une température déterminée. Sur la figure 6 est aussi représentée une gaine d'isolation thermique 18 entourant le faisceau de câbles électriques logés dans la zone axiale de l'orifice 2 et aboutissant au dispositif de joint tournant 16 pour lesdits conduits électriques. Des déflecteurs, tels que 19, sont généralement fixés à la partie fixe 1 ou à la partie mobile 4a, comme il est indiqué sur la figure 6, pour recouvrir la partie de la cannelure 3a non occupée par la partie mobile 4a. De tels dispositifs de joints tournants multi-circuits tels qu'ils viennent d'être décrits dans les deux réalisations illustrées à l'aide des figures 4, 5 et 6 sont employés pour la solution de nombreux problèmes de transfert de matériaux fluides ou assimilable à des fluides, par exemple des granulats. Ces problèmes sont de façon très générale, ceux qui sont posés par la mise en relation d'un moyen de stockage fixe avec un autre moyen de stockage mobile ou susceptible de se déplacer de façon contrôlée ou non. Les dispositifs de joints tournants multi-circuits selon les figures 4 et 5 sont utilisés pour les transferts de fluides sous basse pression, en effet tout accroissement de pression audelà de la pression hydrostatique tend à faire séparer la partie mobile du circuit considéréépar rapport à la partie fixe commune. Pour cette raison, les réalisations suivant les figures 6 et 7 sont généralement préférées, elles permettent en effet le transfert de fluides sous toutes pressions avec tous débits. Ces dispositifs permettent le passage de fluides à des températures différentes puisque des gaines de climatisation sont prévues pour limiter les interactions entre les différentes parties de l'installation. On doit remarquer que le développement horizontal de tels dispositifs conduit à une stabilité d'autant meilleure que le nombre de circuits est plus grand alors que les dispositifs actuellement employés avec développement vertical conduisent au résultat opposé. Les problèmes d'entretien avec les dispositifs multicircuits à développement horizontal sont considérablement facilités car chaque circuit peut faire l'objet d'une interruption de marche avec démontage et changement des pièces d'usure à l'aide de moyens de manutention usuels. De tels dispositifs multi-circuits à développement horizontal peuvent être utilisés en mer soit en annexe de bouées dont la position moyenne est fixée au moyen d'une pluralité d'ancrages, soit par mise en place à l'extrémité d'une colonne oscillante ou articulée. Ils peuvent également être employés à terre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de joint tournant pour pluralité de conduits du type comportant une partie fixe supportant au moins une partie mobile autour d'un axe de rotation unique, chaque partie mobile délimitant avec la partie fixe au moins un espace annulaire de révolution autour du même axe unique, cet espace annulaire étant isolé de l'espace extérieur et des autres espaces annulaires par au moins deux joints d'étanchéité annulaires et limité en outre par une surface tracée sur la partie mobile et par une surface tracée sur la partie fixe, ces deux surfaces comportant, chacune au moins une ouverture pour un conduit de transfert de fluide, caractérisé en ce que chaque partie mobile délimite avec la partie fixe un seul espace annulaire et en ce que la partie fixe ayant un contour extérieur inscrit dans une surface de révolution autour dudit axe de rotation unique, chaque partie mobile a son contour extérieur inscrit dans une surface de révolution définie par la rotation autour de l'axe unique d'un contour à concavité orientée dans un seul sens de l'axe unique de rotation. Chaque partie mobile étant logée dans une canne lure annulaire entaillant le contour extérieur de la partie fixe. 2 - Dispositif suivant la revendication 1 dans lequel la partie fixe est constituée par un disque limité par une surface infé rieure et une surface supérieure, chaque partie mobile étant logée dans une cannelure annulaire entaillant la surface supé rieure du disque. 3 - Dispositif suivant la revendication I dans lequel les joints d'étanchéité sont constitués par des éléments annulaires limités par la surface de la cannelure annulaire dans laquelle la partie mobile est logée par une surface parallèle à ladite cannelure et par deux surfaces annulaires tronconiques. 4 - Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel les joints d'étanchéité annulaires isolant un espace annulaire du milieu extérieur sont en contact avec la partie fixe et avec la partie mobile suivant des surfaces planes perpendiculaires à l'axe de rotation. 5 - Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel les joints d'étanchéité annulaires isolant un espace annulaire du milieu extérieur sont en contact avec la partie fixe et avec la partie mobile suivant des surfaces tronconiques appartenant à des cones de révolution autour dudit axe unique. 6 - Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel les joints d'étanchéité annulaires isolant un espace annulaire du milieu extérieur sont en contact avec la partie fixe et avec la partie mobile suivant des surfaces cylindriques de révolution autour dudit axe unique. 7 - Dispositif suivant la revendication 1 dans lequel la partie fixe et la partie mobile correspondant à un espace annulaire déterminé comportent à proximité des surfaces limitant ledit espace annulaire des moyens de contrôle et de régulation thermique. 8 - Dispositif suivant la revendication 1 dans lequel la partie fixe supporte chaque partie mobile par l'interposition d'au moins une butée. 9 - Dispositif suivant la revendication 9 dans lequel les butées interposées entre chacune des parties mobiles successives et la partie fixe sont situées alternativement d'un côté et de l'autre par rapport à l'ensemble des joints d'étanchéité.