Brevet FR2439340A1 — publié le 19800516

L'invention se rapporte à un joint en matériau de faible élasticité et compressibilité ainsi qu'au matériel, tel une vanne papillon, équipé d'au moins un tel joint. Elle s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement à un tel joint destiné à btre monté sur un robinet, une conduite ou un accessoire d'une installation assurant la circulation d'un fluide liquide ou gazeux et par exemple dans une vanne papillon en vue d'y assurer l'étanchéité autour de ce papillon. Ce joint peut avantageusement remplacer dans toutes ses utilisations connues, l'actuel joint torique en matière plastique avec lequel l'étanchéité est obtenue par écrasement constant à une pression déterminée exclusivement par la valeur de l'interstice laissé pour loger le joint entre les deux pièces à joindre de manière étanche et ce indépendamment de toute action de la pression régnant en amont et/ou en aval du joint, dans le robinet, la conduite ou l'accessoire. La matière plastique entrant danyla composition de ce joint torique doit évidemment accepter cet écrasement sans grande pression, afin de ne pas nuire à la manoeuvre, par exemple du papillon de la vanne, si c'est là son application. De ce fait, cette matière plastique doit être d'une qualité déterminée, dictée par son degré de souplesse. Or, cette souplesse extrême interdit l'utilisation du joint dans des appareils tels des vannes où sévissent de grandes différences de pression entre l'amont et l'aval du joint et, par ailleurs, la qualité de la matière plastique constituant le joint résiste souvent très mal aux agressions des agents chimiques tels les acides dont le robinet, la conduite ou l'accessoire contrôle la circulation. Comme joint en matière plastique résistant à pratiquement tous les agents chimiques connus à ce jour, il existe évidemment déjà des joints en polyfluorethène et notamment en tétrafluoroéthylène. La rigidité de cette matière, interdisant l'obtention de l'étan- chéité à la manière des joints toriques classiques, a pratiquement écarté ces joints des applications en régime dynamique et sous pression élevée, comme par exemple dans les vannes papillons, pluton pour jusqutalor4Tréserver ces joints à des applications statiques où ils sont alors généralement montés dans une presse garniture. Pour ces motifs, les joints toriques souples ne peuvent titre utilisés en de nombreux domaines, tels l'industrie chimique et l'énergie nucléaire, et en de nombreuses applications, par exemple aux tannes papillons, pour lesquelles, de plus, pour assurer efficacement l'étanchéité même dans le cas où leur papillon est à axe incliné ou décalé du plan du joint, et ce, surtout pour les grands diamètres, il n'existe à ce jour guère d'autres solutions économiques, puisqu'il faut alors recourir à des moyens complexes, tels des larges garnitures plastiques très sous et éventuelle ouJours ment gonflables qui, par ailleurs ne tolèrent pas es écarts de température du fluide transporté. C'est pourquoi, le développement des vannes papillons est très freiné, malgré les nombreux avantages qu'elles présentent, tels que, par rapport aux autres types de vannes, une perte de charge minimiun et un plus faible couple de manoeuvre. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un joint apte à être utilisé en tous domaines, y compris l'industrie chimique et dans toutes les applications, y compris en régime dynamique et notamment pour des vannes papillons où ce joint demeurera très efficace mEme à haute pression et pourra du fait de son mode d'action être constituée d'une matière qui résistera à la température, à la corrosion et à pratiquement tous les agents chimiques connus à ce jour. Â cet effet, elle a pour objet un joint du type précité, qui est destiné à être monté entre deux pièces et à être logé dans une gorge circulaire de l'une de ces pièces, lequel joint est notamment caractérisé en ce qu'il est constitué en matériau de très faible élasticité et compressibilité et en ce qu'il comprend deux bagues présentant chacune une partie conique, l'une mâle, et l'autre femelle, la première étant au moins partiellement engagée dans l'autre, lesquelles bagues ont par ailleurs une section telle que toute pression régnant de l'un quelconque des côtés du joint agisse toujours sur celle des bagues qui accentue: cet engagement et provoquera ainsi une déformation d'au moins l'une des deux bagues jusqu'à réaliser une jonction étanche tant entre les bagues du joint qu'entre le joint et les pièces entre lesquelles il est monté. L'invention a également pour objet le matériel équipé de ce joint. Elle sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ciannexé qui représente, schématiquement - Figure 1 : le principe du fonctionnement de ce joint - Figure 2 : un matériel équipé de ce joint. En se reportant figure 1, on voit qu'un arbre 1, qui pourrait aussi être une tige ou un piston, traverse une paroi 2, qui pourrait aussi Btre une boite de presse-garniture ou un cylindre. L'alésage 3 de la seconde pièce 2 laisse passer la promière avec jeu. Dans l'une des deux pièces, de préférence dans celle qui est fixe, est créée une gorge circulaire 4, dans laquelle sera logé le joint 5. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce joint 5 est en matériau très peu élastique tel qu'en tétrafluoroéthylène ou en acier inoxydable. De ce fait, il ne peut toutefois etre déformé suffisamment pour être mis en place dans une gorge profonde d'une pièce monobloc. Aussi, la gorge circulaire 4 est-elle réalisée en deux pièces et par exemple créée dans la paroi 2 par un décolletage 6, depuis une face radiale de cette pièce, sur lequel décolletage est ensuite engagée une bague de maintien 7. Cette bague 7 ne sert donc qu'à délimiter la largeur de la gorge et n'a pas pour but de presser latéralement le joint dans la gorge, sauf, évidemment dans le cas où on veut réaliser un presse-étoupe, ce que permet ce joint, mais n'est pas l'application représentée. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, le joint 5 est composé de deux bagues 8, 9, présentant chacune une partie conique 10,11, l'une mâle (10), l'autre femelle (11), la première n' étant ,dès le montage initial ,que partiellement engagée dans l'autre, afin de réserver une marge de fonctionnement après éventuelle usure par frottement d'au moins l'une des bagues. Les bagues ont par ailleurs une demi section telle, par exemple trapézoIdale, que, parmi leurs faces exposées aux pressions régnant de part et d'autre du plan de joint, leur face 12, 13 qui, par rapport au sens d'engagement des parties coniques, est située en arrière, offre une surface plus importante que la surface avant 14 ou 15 de l'autre bague. De ce fait, la pression régnant d'un côté du joint agit toujours plus efficacement sur la bague présentant sa face arrière que sur l'autre bague et tend donc à accentuer l'engagement du cône mâle 10 dans le c8ne femelle 11 et à provoquer ainsi une expansion de la bague femelle et un rétreint de la bague male 8 jusqu'à réaliser une jonction étanche entre les bagues et entre le joint et d'une part l'arbre l et d'autre part l'alésage 3. Le résultat demeure identique quel que soit le côté où règne la pression et même si les deux côtés sont sous-pression. C'est gracie à cela que ce joint est à action réversible. La pression agissant d'au moins un côté du plan de joint peut être pneumatique, hydraulique ou meule mécanique tel que par exemple à l'aide d'un ressort ou par serrage de la bague de maintien 7 pour réaliser une presse-garniture. Dans un prototype avec joint en tétrafluoroethylène d'un diamètre de cent cinquante millimètres, le jeu initial de huit dixièmes de millimètres a parfaitement été absorbé à faible pression et l'ensemble a parfaitement résisté à une montée en pression jusqu'à quarante bars pendant cent quarante heures. Dès la chute de la pression, les bagues reprennent leurs positions initiales et libèrent le jeu entre le joint d'une part et l'arbre et/ou l'alésage d'autre part. Ce type de joint convient parfaitement pour toutes utilisations en régime dynamique telles qu'étanchéité d'arbres tournants ou alternatifs, vannes, mais aussi statiques et dans tous les domaines du fait que par sa conception, il tolère une réalisation en matériau résistant pratiquement à tous les agents chimiques connus ainsi qu'à l'usure par frottement. Une application particulièrement intéressante de l'invention est une vanne papillon (figure 2) où la. paroi 2 est remplacée par:le corps de la vanne et l'arbre 1 par un papillon qui dans l'exemple représenté à son axe 16, associé au mécanisme de manoeuvre, tel un levier 17 avec secteur 18, qui est décalé du plan du joint 5. De préférence, la face du joint en contact avec le pa,Jillon est tangent.e avec le chant de celui-ci. C'est pourquoi, dans l'exem- ple représenté figure 2, cette face est inclinée d'environ dix sept degrés par rapport à l'axe. Ce type de joint présente l'appréciable avantage d'avoir une force de réaction, sur les faces des pièces entre lesquelles il est monté, qui peut être prédéterminée pour seul le choix de l'angle au sommet que forment les portées coniques de ses bagues. Pour les faibles pressions de part et d'autre du joint, l'angle au sommet pourra être d'environ soixante degrés comme en figure 1, par contre, pour les pressions plus élevées, il pourra être par exemple de quatre vingt dix degrés comme en figure 2, ce qui réduit la réaction dans ce cas perpendiculairement au chant du papiS lon afin de pas durcir exagérément sa manoeuvre. REEElIDICATIOE3 1. Joint d'étanchéité destiné à être monte entre deux pièces et à être logé dans une gorge circulaire de l'une de ces pièces, c a r a c t é r i s é en ce qu'il est constitué en matériau de très faible élasticité et compressibilité et en ce qu'il comprend deux bagues présentant chacune une partie conique, l'une malle, et l'autre femelle, la première étant au moins partiellement engagée dans l'autre, lesquelles bagues ont par ailleurs une demi-section telle que toute pression régnant de l'un quelconque des côtés du joint agisse toujours sur celle des bagues qui accentue cet engagement et provoquera ainsi une déformation d'au moins l'une des deux bagues jusqu'à réaliser une jonction étanche tant entre les bagues du joint qu'entre le joint et les pièces entre lesquelles il est monté. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé en acier inoxydable. 3. Joint selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé en tétrafluoroethylène. 4. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la demi-section est trapézoIdale. 5. matériel tel que robinet, conduite et accessoire et plus particulièrement une vanne papillon, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et en ce que la gorge circulaire qu'il porte pour loger le joint est réalisée par assemblage de plusieurs pièces. 6.wMatériel selon la revendication 5 caractérisé en ce que la pression régnant d'au moins un coté du joint est pneumatique. 7. matériel selon la revendication 5 caractérisé en ce que la pression régnant d'au moins un coté du joint est hydraulique. 8. walatériel selon la revendication 5 caractérisé en ce que la pression régnant dTau moins un côté du joint est mécanique.