Brevet FR2509008A1 — publié le 19830107

JOINT PLASTIQUE ETANCHE NOTAMMENT POUR DISPOSITIF DE COMMANDE DU DEBIT D'UN FLUIDE. L'invention concerne un joint élastique étanche, localisé notamment entre le corps et le chapeau d'un dispositif de commande du débit d'un fluide. On connaît un robinet, pouvant être utilisé avec un fluide sous haute pression , dont le corps et le chapeau sont, pour assurer l'étanchéité de leur jonction, soudés l'un à l'autre le long de lèvres externes, radiales annulaires et adjacentes, qu'ils présentent, cette structure permettant également la dépose du chapeau après découpe de l'extrémité des lèvres, puis une nouvelle soudure du même chapeau sur le même corps de robinet. Compte tenu d'une relaxation du filetage du chapeau vissé dans le corps et/ou des différences des coefficients de dilatation thermique de ces éléments,ces derniers peuvent s'écarter légèrement l'un de l'autre lors de la mise en pression du robinet, et ce malgré le couple de serrage très élevé appliqué au chapeau par rapport au corps lors du montage du robinet, ce qui soumet la soudure d'étanchéité à des efforts de flexion susceptibles de la détériorer. Le but de l'invention est d'obtenir un joint entre deux éléments, qui permette une étanchéité de longévité améliorée, et une augmentation du nombre de démontages puis de montages possibles des éléments. Selon l'invention, le joint étanche entre deux éléments, notamment le corps et le chapeau d'un dispositif de commande du débit d'un fluide, chacun des éléments comportant une lèvre reliée l'une à l'autre par un cordon de soudure, un élément pouvant se déplacer légèrement par rapport à l'autre perpendiculairement aux lèvres, est caractérisé en ce qu'au moins une des lèvres a une section en U, la première branche du U étant placée au contact de l'autre lèvre et soudée par son extrémité Périphérique à celle-ci, et la seconde branche étant déformée élastiquement lors de la mise en place des deux éléments. Le déplacement d'un élément par rapport à l'autre est alors compensé par la détente de la seconde branche qui tend à reprendre sa forme initiale, et la soudure n'est ainsi plus soumise à des efforts de flexion. Lorsque un des éléments est vissé dans l'autre élément on peut également se contenter d'appliquer lors du vissage un couple de serrage bien moindre qu'antérieurement, par exemple divisé par deux ou plus. Dans une première forme de réalisation du joint selon l'invention, la lèvre en U est usinée dans un des éléments. Une seule soudure est alors suffisante pour assurer l'étanchéité recherchée. Dans une seconde forme de réalisation du joint selon l'invention, lorsque l'extrémité périphérique de la première branche du U est reliée par soudure à la lèvre formée dans le premier élément, la lèvre en U est réalise sous la forme d'une- bague distincte des éléments, et l'extrémité périphérique de la seconde branche du U présente un prolongement sensiblement parallèle à la base du U, dont l'extrémité est rendue solidaire du second élément par une seconde soudure. Cette seconde soudure étant exécutée "bout à bout", les efforts qui s'y exercent lorsque les deux éléments s'écartent l'un de l'autre sont, de par la forme meme du joint, essentiellement eux aussi des efforts de traction, ce qui assure la bonne tenue de cette soudure. Dans tous les cas, la lèvre du premier élément et la première branche du U restant plaquées l'une contre l'autre, on peut leur donner des largeurs suffisantes pour que plusieurs assemblages et désassemblages successifs des éléments soient possibles. De manière préférée, lorsque le premier élément est vissé dans le second élément, la base du U a une hauteur telle que lors du vissage sa butée sur l'élément auquel elle est reliée, après déformation élastique de la seconde branche, marque la limite du serrage nécessaire. Selon l'invention également, lorsque le joint est utilisé avec un robinet, la première branche du U est au contact d'une lèvre formée dans le chapeau du robinet, et la seconde branche du U est reliée au corps du robinet par son extrémité. On obtient ainsi un robinet à étanchéité particuliérement efficace capable de supporter des chocs thermiques sévères. Avantageusement, la première branche du U a une longueur inférieure ou égale à celle de la seconde branche. La résultante des forces de pression exercées sur la seconde branche par le fluide sous pression circulant dans le robinet, et qui se glisse entre cette branche et le corps est alors supérieure à la résultante des forces de pression dues au fluide ayant tendance à s'engager entre la première branche et le chapeau, si bien que la première branche est toujours plaquée sur la lèvre du chapeau par le fluide lui-meme. Pour augmenter encore l'élasticité du joint on peut prévoir pour celui-ci une forme de soufflet. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-dessous, à titre d'exemple seulement, en se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un robinet muni d'un joint selon l'invention, - la figure 2 est une coupe du joint selon l'invention dans une première forme de réalisation, et, - la figure 3 est une vue en coupe du joint selon l'invention dans une autre forme de réalisation. Un robinet auquel peut s'appliquer le joint élastique étanche selon l'invention, comporte un corps 10 (fig.l) présentant un passage traversant ll dont les deux extrémités 12,13 sont reliées à la canalisation dans laquelle circule le fluide à commander, le passage pouvant être obturé par un clapet 14 porté par une tige 15 d'axe XX', Le clapet 14 est susceptible de se déplacer sous l'action de la tige 15 dans une chambre cylindrique 17 ménaqée dans le corps 10, avec interposition d'une chemise 18 présentant un siège de clapet 16, la chambre débouchant à son extrémité inférieure dans le passage 11 et se terminant à son extrémité supérieure ouverte par un taraudage 19 dans lequel s'engage le pied fileté 21 d'un chapeau 22 présentant un trou traversant 23 dans lequel est enfilée la tige 15 avec interposition de garnitures d'étanchéité 24. Ces dernières sont maintenues en place par un fouloir 25 et une bride 26, et la partie supérieure filetée de la tige 15 est engagée dans un pignon mené 27 monté à rotation dans une arcade 28 boulonnée sur le corps 10, le pignon menant 29, dont l'axe est décalé de 450 par rapport à l'axe XX' étant lui aussi porté par l'arcade 28 et entraîné par un moteur 30 ; toute rotation de la tiqe 15 sur elle-même est empêchée par un moyen de guidage linéaire comportant un bras 31 dont l'extrémité libre coulisse le long d'un doigt 32 parallèle à l'axe XX'. Le chapeau 22 comporte à sa périphérie une lèvre 33, allant en s'amincissant et dont la face inférieure (sur la figure 2) plane 34 sensiblement normale à l'axe XX', est en contact avec la surface supérieure plane 35 de la première branche 36 d'une lèvre annulaire 37 à section en U dont la base 38 a une direction générale parallèle à l'axe XX', et dont la seconde branche 39 se raccorde par un pied 41 de section axiale sensiblement en quart de cercle à la surface supérieure plane 42 normale à l'axe XX' du corps 10, la lèvre 37 étant obtenue par usinage du corps 10. La branche 36 s'amincit vers sa périphérie, et celle-ci est soudée par un cordon de soudure 43 annulaire à l'extrémité correspondante de la lèvre 33, le long de tranches annulaires 44,45 de la lèvre 33 et de la branche 36 inclinées d'environ 300 par rapport à l'axe XX'. Le montage du chapeau sur le corps du robinet qui vient d'être décrit est le suivant : On visse le chapeau 22 dans le taraudage 19 de la chambre 17 du corps après mise en place du clapet 14, de la chemise 18 et de la tige 15, un joint de test 47 étant placé dans une rainure annulaire 48 ménagée dans la surface 49 du chapeau au contact de la base 38. Le vissage du chapeau 22 se continue jusqu'à ce que, la face 34 de la lèvre 33 prenant appui sur la première branche 36 de la lèvre 37 et repoussant cette dernière vers le corps 10, la seconde branche 39 se déforme élastiquement, le vissage étant arrêté soit par contrôle du couple de serrage, soit lorsque le chapeau bute sur l'extrémité interne 51 de la surface 42. On éprouve alors la résistance de l'enveloppe du robinet et le fonctionnement de celui-ci par mise sous pression du passage 11. On retire ensuite le chapeau 22 et on le débarrasse du joint 47, puis on le visse à nouveau dans le taraudage 19 de la chambre cylindrique 18 comme précédemment, après mise en place de la tige 15, du clapet 14 et de la chemise 18. Le cordon de soudure 43 peut alors être déposé ce qui assure l'étanchéité de la jonction corps -chapeau. Les autres éléments du robinet peuvent ensuite être montés, à savoir : les garnitures 24, le fouloir 25 et la bride 26, les pignons 27 et 29, le moteur 30 etc. Lorsque le robinet est en place et que le passage 11 est mis sous pression, celle-ci a tendance à repousser le chapeau 22 hors de la chambre 17, le déplacement relatif du corps et du chapeau pouvant atteindre quelques dizaines de microns pour un robinet de diamètre nominal 80 mm. Cependant, la branche 39 de la lèvre 37, déformée élastiquement lors du montage du robinet, a tendance à s'écarter de la surface 42 du corps 10 pour reprendre sa forme initiale, comme un ressort qui se détend, ce qui compense le déplacement du chapeau 22 par rapport au corps 10, si bien que la lèvre 36 reste plaquée par sa surface 35 sur la surface 34 correspondante de la lèvre 33, et que la soudure 43 n'est pas soumise à des efforts de flexion qui pourraient l'endommager. De plus, le fluide se trouvant dans la chambre 17 remonte entre le taraudage 19 et le pied fileté 21 jusqu'au niveau des lèvres 33, 37 et se glisse d'une part entre la branche 39 et la surface 42, et d'autre part entre la branche 36 et la lèvre 33 du chapeau 22. Cependant, la largeur en direction radiale de la branche 39 étant plus grande que celle de la branche 36 ou de la lèvre 33, la surface -annulaire S1 de la branche 39 soumise à la pression du fluide est plus importante que la surface annulaire S2 de la première branche 33, si bien que le fluide a tendance à repousser la lèvre 37 sur la lèvre 33 du chapeau 23, ajoutant ainsi un effet autoclave à celui de l'élasticité de la lèvre 39. Si, après un certain temps de fonctionnement du robinet, il devient nécessaire de changer le clapet 14 ou la chemise 18, il suffit pour pouvoir extraire le chapeau 22 du corps 10 de fraiser la soudure 43, par exemple par un outil centré sur le chapeau après dépose de l'arcade, ce qui raccourcit d'une distance L1 la lèvre 33 et la première branche 36 de la lèvre 37. Le remontage du chapeau et du robinet s'effectue cOmT.te précédemment. Il est ainsi possible d'effectuer un certain nombre de démontages, quatre par exemple, du chapeau 22 par fraisages successifs des cordons de soudure 43, sans pour autant aue la qualité de l'étanchéité en soit affectée. Dans une variante de réalisation non représentée, la lèvre 37 a une section en S inversé, ou en double U, ce qui augmente encore son élasticité, le pied 41 se prolongeant vers l'axe XX' par une troisième branche sensiblement parallèle à la branche 36, et se raccordant à sa périphérie interne à la surface supérieure 42 du corps 10. On peut aussi conformer la lèvre 37 en un soufflet à section en forme d'une suite de S. On a représenté à la figure 3 une autre forme de réalisation du joint élastique étanche. Le chapeau 22 comporte également à sa périphérie une lèvre annulaire 59 allant en s'amincissant et dont la face inférieure plane 62 est en contact avec la surface supérieure plane 63 de la première branche 64 d'une bague 60 à section en U, formant joint élastique étanche annulaire, dont la base 61 à une direction générale parallèle à l'axe XX', et dont la seconde branche 65 sensiblement perpendiculaire à l'axe XX' après montage du chapeau dans le corps 10, s'appuie par son extrémité sur la surface supérieure 66 du corps 10 sensiblement normale à l'axe XX'. La branche 64 qui va en s'amincissant vers son extrémité est soudée en cette dernière par un premier cordon de soudure 67 annulaire à l'extrémité correspondante de la lèvre 59, et la branche 65, de section générale rectangulaire, se prolonge à ses deux extrémités vers le corps 10, sensiblement parallèlement à l'axe XX', d'une part par un pied annulaire 68 qui prolonge la base 61, et d'autre part par une nervure annulaire périphérique 69, qui est jointe par un cordon de soudure 71 à la surface 66. Celle-ci présente en regard de la partie la plus étroite de la branche 65 une encoche annulaire 72, et la hauteur axiale interne du joint 60, à savoir celle de la base 61 et du pied 68, est légèrement inférieure à l'espace ménagé entre la lèvre 59 et la surface 66 lorsque, le joint 60 étant en place, sa nervure 69 est soudée au corps 10, la lèvre 59 est au contact de la branche 64 et que le robinet est sous pression. La première soudure 67 se fait le long de surfaces de la lèvre 59 et de la branche 64 inclinées d'environ 300 par rapport à l'axe XX', alors que la seconde soudure 71 se fait le long de surfaces de la nervure 69 et d'une partie 73 de la surface 66 inclinées d'environ 600. Le montage du chapeau sur le corps du robinet avec interposition de la bague qui vient d'etre décrite est le suivant On place la bague 60 sur la surface 66 du corps 10 et on la fixe de manière centrée par rapport à l'axe XX' grâce à une pièce vissée dans le taraudage 19 du corps 10 et de diamètre égal à celui du pied 21, une cale d'épaisseur appropriée étant disposée entre le pied 68 et la surface 66, de manière que la branche 65 soit sensiblement perpendiculaire à l'axe XX', ou aille en s'écartant légèrement de la surface 66 lorsque l'on se rapproche de cet axe. On pose ensuite le cordon de soudure 71 puis on remplace la pièce de centrage par le chapeau 22 après avoir enlevé la cale, un joint de test 72 étant placé dans une rainure annulaire 73 ménagée dans la surface 74 du chapeau au contact de la base 61, et on éprouve la qualité de la soudure 71 et la résistance des pièces constitutives du robinet par mise sous pression du passage 11. On retire ensuite le chapeau 22 et on dépose le joint 72, puis on visse à nouveau le chapeau dans la chambre cylindrique 19, près mise en place de la tige 15, du clapet 14 et de la chemise 18. Le vissage du chapeau 22 se continue jusqu'à ce que la face 62 de sa lèvre 59 prenant appui sur la surface 63 de la première branche 64 du joint 60 et repoussant cette dernière vers la surface 66 du corps 10, la seconde branche 65 se déforme élastiquement et le pied 68 vienne au contact de la surface 66, ce qui se traduit par une augmentation brutale du couple de serrage à exercer sur le corps 18. Le vissage est alors interrompu et le second cordon de soudure 67 est posé ce qui termine l'étanchéité de la jonction corps-chapeau. Les autres éléments du robinet peuvent ensuite être montes. Bien entendu, l'utilisation du joint selon l'invention n'est pas limitée au robinet illustré à la figure 1, mais peut s'étendre notamment à tous les dispositifs de commande de débit d'un fluide, et Dlus généralement être envisagée chaque fois qu'une étanchéité parfaite doit être obtenue entre deux éléments aptes à se déplacer légèrement l'un par rapport à l'autre. REVENDICATIONS 1. Joint élastique étanche entre deux éléments comportant chacun une lèvre reliée l'une à l'autre par un cordon de soudure, notamment un corps (10) et un chameau (22) d'un dispositif de commande du débit d'un fluide, un élément pouvant se dép]acer légérement par rapport à l'autre élément perpendiculairement aux lèvres, caractérisé en ce qu'au moins une des lèvres a une section en U, la première branche du U (36,64) étant placée au contact de l'autre lèvre et soudée par son extrémité périphérique à celle-ci, et la seconde branche (39,66) étant déformée élastiquement lors de la mise en place des deux éléments. 2. Joint élastique étanche selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lèvre en U est usinée dans un des éléments. 3. Joint élastique étanche selon la revendication 1, l'extrémité périphérique de la premiére branche du U étant reliée par soudure à la lèvre formée dans le premier élément, caractérisé en ce que la lèvre en U étant réalisée sous la forme d'une bague distincte des éléments, elle présente le long de l'extrémité périphérique de la seconde branche (36) un prolongement (42) sensiblement parallèle à la base du U (35), l'extrémité du prolongement étant rendue solidaire du second élément par une seconde soudure (43). 4. Joint élastique étanche selon la revendication 2 ou la revendication 3, le premier élément étant vissé dans le second élément, caractérisé en ce que la base du U a une hauteur telle que lors du vissage du premier élément dans le second élément, sa butée ùr la -partie supérieure (66) du second élément après déformation élastique de la seconde branche (65) de la bague marque la limite du serrage nécessaire. 5. Joint élastique étanche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur de la première branche (33, 65) est suffisante pour que plusieurs assemblages et désassemblages successifs des éléments soient possibles. 6. Joint élastique étanche selon une quelconque des revendication précédentes, pour un dispositif de commande du débit d'un fluide, notamment un robinet, caractérisé en ce que la première branche est au contact d'une lèvre formée dans le chapeau, la seconde branche étant reliée au corps par son extrémité 7. Joint élastique étanche selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première branche a une longueur inférieure ou égale à celle de la seconde branche du U. 8. Joint élastique étanche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est en forme de soufflet. 9. Dispositif de commande du débit d'un fluide muni d'un joint suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Bague apte à former joint élastique étanche selon une quelconque des revendications 1, et 3 à 8.