Brevet FR2544829A1 — publié le 19841026

L'invention est relative a un dispositif d'étanchéi- té pour arbre rotatif et,en particulier,mais non exclusivement,pour queue de tournant de robinets Traditionnellement,l'étanchéité de tels arbres est assurée par un presse-étoupe,c'est-à-dire par une douille filetée traversée par l'arbre et se vissant dans le corps pour comprimer longitudinalement et déformer radialement une garniture. Bien que fort utilisé,ce dispositif d'étanchéité ne donne pas entière satisfaction,en particulier aux pressions élevées.En effet,dans ce cas,pour obtenir l'étanchéité,il est nécessaire d'exercer sur la garniture un effort de compression important qui,en raison de la déformation radiale de toute la garniture,conduit à des efforts de frottement élevés s'opposant à la rotation de l'arbre. On connait également des dispositifs dans lesquels l'étanchéité est assurée par un joint torique se logeant dans une gorge de l'arbre.A pression élevée,ce joint conduit å un frottement important.De plus,sa matière constitutive,n'étant pas adaptée å tous les fluides,doit entre modifiée en fonction des fluides parcourant le robinet0 la présente invention a pour but de fournir un dispositif d'étanchéité qui assure une étanchéité parfaite, quelle que soit la pression régnant dans le corps,sans engendrer de forces de frottement perturbant la rotation de l'arbre. Ce dispositif est du type s'intercalant entre la face diamétrale d'appui d'un logement entourant l'arbre et la face diamétrale en bout d'un embout pénétrant dans le logement précité. Selon l'invention,ce dispositif comprend au moins un joint annulaire qui,ayant une section transversale en forme de V dont la concavité est tournée côté pression et délimitant deux lèvres périphériques d'étanchéité,respectivement intérieure et extérieure,est inserré entre,d'une part,une bague annulaire. d'appui possédant une élasticité interne permanente et comportant,sur sa face opposée à celle apte a reposer contre la face d'appui du logement,un profil complémentaire de celui de la face en vis-a-vis du joint juxtaposé,et d'autre part,uno- bague annulaire de pression qui,possédant une élasticité interne permanente et comportant ,sur sa face opposée à celle apte à reposer contre la face de l'embout,un profil complémentaire de celui de la face en vis-à-vis du joint juxtaposé,trans- met à l'ensemble de l'empilage une contrainte permanente de serrage de valeur inférieure à celle de la contrainte de réaction engendrée par l'élasticité du ou des joints annulaires. Après montage,grâce a la forme en V des joints et aux faces complémentaires des bagues,sous l'effet du serrage,les joints se déforment et prennent contact,par leurs lèvres d'étanchéité,contre les faces cylindriques, respectivement du logement et de l'arbre.Ainsi,lorsque le corps est soumis à une pression quelconque,celle-cî tend à augmenter le plaquage des lèvres sur les faces cy- lindriques précitées,donc à augmenter l'étanchéité,sans pour autant augmenter,dans les mêmes proportions ,le frot- tement sur l'arbre,puisque le contact de ce dernier avec les joints est limité a la surface de contact des lèvres d'étanchéité. Dans une forme d'exécution de l'invention,le joint annulaire est réalisé en polytétrafluoréthylène,tandis que les bagues,respectivement d'appui et de pression, sont réalisees en polytétrafluoréthylène armé par un ré- seau multidirectionnel de fibres de verre. Grâce à la matière constitutive des joints,le dispositif peut entre réalisé,quelle que soit la nature du liquide traversant le robinet. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin sché- matique annexé représentant,à titre d'exemple non limitatif,une forme d'exécution de ce dispositif d'étanchéité dans le cas de son application à une queue de tournant de robinet. Figure 1 est une vue partielle en coupe transversale montrant l'ensemble du dispositif Figures 2,3 et 4 sont des vues partielles en coupe transversale montrant,à échelle agrandie,la section transversale des différents éléments du dispositif, Figure 5 est une vue partielle de côté montrant,à é- chelle agrandie,le dispositif d'étanchéité. Aux figures 1 et 5,(2) désigne un-corps de robinet avec chapeau (3)délimitant un logement interne (4) dans lequel est disposé un tournant sphérique (5).Ce tournant sphérique est entrainé en rotation par une queue de tournant (6),de forme générale cylindrique et traversant un alésage axial (7) du corps du robinet.Cet alésage est associé à un logement épaulé (8) pour un dispositif d'étan- chéité (11) s'interposant entre la face diamétrale (8a) de ce logement et la face en bout (9a)d'un embout (9).Cet embout est engagé dans un logement (10) et est lié au corps par des vis (12) visibles figure 5. Selon l'invention, et comme montré plus en détail figures 2 à 5,le dispositif d'étanchéité est composé,d'au moins un joint annulaire (13) intercalé entrerespective- ment,une bague annulaire d'appui (14) et une bague annulaire de pression (15). Chacun des joints annulaires (13) présente,en section transversale,une forme en V et,notamment,en chevron.Sa face inférieure est donc composée de deu? faces en V (16) délimitant une cavité et formant entre elles un angle (b) de l'ordre de 100 .Sa face supérieure est elle-même compo sée de deux faces (17) délimitant également un V dont l' angle au sommet (a) est de l'ordre de 90 . En raison de cette forme,chaque joint annulaire présente latéralement deux lèvres (18) qui sont destinés à assurer l'étanchéi- té.Ce joint annulaire est réalisé en polytétrafluoréthy lène. la bague d'appui (14),représentée à la figure 4,com porte une face d'appui concave délimitée par deux faces en V (19) formant entre elles un angle (d) de l'ordre de 170 .Sa partie supérieure présente un profil convexe délimité par deux faces (20) formant un V dont l'angle au sommet (a) a une valeur de 90 .Les faces latérales péri- phériques de cette bague sont dépouillées sur au moins une partie de leur hauteur et,en particulier,à proximité de son profil convexe supérieur.La valeur de cette dé pouille (c) est de l'ordre de 5 . La bague de compression (15),représentée à la figure 2,a en section transversale une forme prismatique,mais comporte,dans sa partie inférieure,un profil concave délimité par deux faces (22) formant entre elles un angle au sommet (b) de l'ordre de 100 .Les faces latérales de cette bague (15)peuvent,comme représenté figure 2,être dépouillées au moins sur une partie de leur hauteur,d'un angle (c) de valeur égale a celui de la dépouille de la bague (14). Les bagues,respectivement d'appui (14) et de compression (15),sont réalisées en polytétrafluoréthylène armé par un réseau multidirectionnel de fibre de verre.La pro portion en poids de fibre de verre par rapport au polytétrafluoréthylène est de l'ordre de 5 à 25% et,plus particulièrement,de 15%. Comme montré figures 1 et 5,les joints (13) sont disposés dans le logement (8) ,de manière que leur concavité délimitée par leur face inférieure (16) soit tournée en direction de la partie du corps soumise à la pression. Du fait de cet agencement,les profils,respectivement convexe de la bague (14) et concave de la bague (15),sont disposés de manière à s'emboîter sur les faces complémen- taires en vis-à-vis desdits joints (13).Lorsque le dispositif d'étanchéité est monté,la bague d'appui (14) prend appui sur la face (8a) du logement (8),tandis que la face supérieure plane de la bague de pression (15) prend appui sur la face en bout (9a) de l'embout (9),soit directement, soit de préférence avec interposition d'une rondelle intermédiaire (23),Cette rondelle intermédiaire a une épaisseur qui est déterminée pour assurer,sur ltempilage de joints,un effort de serrage longitudinal lors de la fixation de l'embout (9) sur le corps (2).Cet effort détermine dans l'empilage une contrainte de serrate dont la valeur est inférieure à celle de la contrainte de réaction engendrée par l'élasticité des bagues d'appui (14) et (15).Sous l'effet de ce serrage,et grace à leur profilgles joints (13) ont tendance a s'ouvrir davantagesce qui amène leurs lèvres périphériques (18) en contact,respectivement avec la face cylindrique du logement (8) et avec la face périphérique de l'arbre (10). Par cet agencement et le montage,le contact entre le dispositif d'étanchéité et l'arbore (6) est limite à la surface de contact des arêtes périphériques des Joints (13), avec éventuellement celles de la bague d'appui (14),ce qui permet d'obtenir une réduction considérable de l'efZ fort de frottement sur l'arbre (6) par rapport aux dispositifs traditionnels a garniture ou à joint torique. Lorsque le robinet est parcouru par un fluide sous pression,cette pression tend à augmenter le plaquage des lèvres (18) des Joints (13) sur l'arbre (6) et à améliorer automatiquement l'étanchéité ,sans pour autant augmenter considérablement l'effort de frottement sur l'arbre, c'est-a-dire l'effort s'opposant à la rotation de l'arbre (6).les essais réalisés à ce jour ont montré que,malgré sa simplicité,ce dispositif d'étanchéité pouvait assurer une étanchéité parfaite pour des pressions pouvant aller de quelques bars a plus de 200 bars,sans qu'il soit besoin de modifier le réglage du dispositif d'étanchéité. Dans la forme d exécution décrite en référence aux figures ,le dispositif comporte deux Joints d étanchéité (13),mais il est évident qu'il peut n'en comporter qu'un, ou plus de deux,selon les applications.Un tel dispositif peut être utilisé pour tous arbres rotatifs. -REVENDICATIONS 1-Dispositif d'étanchéité pour arbre rotatif du type s'intercalant entre la face diamétrale d'appui (8a) d'un logement (8) entourant l'arbre (6) et la face diamétrale en bout (9a) d'un embout (9) pénétrant dans le logement précité,caractérisé en ce qu'il comprend,au moins un joint annulaire (13) qui,ayant une section transversale en forme de V dont la concavité est tournée côté pression et délimitant deux lèvres périphériques (18) d'étanchéité, respectivement intérieure et exterieure,est inserré entre, d'une part,une bague annulaire d'appui (14) possédant une élasticité interne permanente et comportant,sur sa face opposée a celle apte à reposer contre la face d'appui du logement (8),un profil complémentaire de celui de la fa- ce en vis-à-vis du Joint (13) Juxtaposé et,d'autre part, une bague annulaire de pression (15) qui,possédant une élasticité interne permanente et comportant, sur sa face opposée à celle apte a reposer contre la face (9a) de l'embout (9),un profil complémentaire de celui de la face en vis-à-vis du joint (13) juxtaposé,transmet é l'ensemble de l'empilage une contrainte permanente de serrage de valeur inférieure à celle de la contrainte de réaction engendrée par l'élasticité du ou des Joints annulaires (13). 2-Dispositif selon la revendication 19caractérisé en ce que le joint annulaire (13) est réalisé en polytétra- fluoréthylène,tandis que les bagues,respectivement d'appui (14) et de pression (15) sont réalisées en polytétra- fluoréthylène armé par un réseau multidirectionnel de fibre de verre 3-Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce -que le réseau de fibre de verre armant les bagues, respectivement d 2 appui (14) et de pression (15),représen- te entre 5 et 25% du poids de la matière constitutive de ces bagues. 4-Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que la proportion de fibre de verre dans les bague respectivement- d'appui (14) et de pression (15) est de l'ordre de 15%. 5-Dispositif selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 4,caractérisé en ce que les profils convexes de Joints (13),et de la bague d'appui (14) délimitent un angle (a) dont la valeur est supérieure de l'ordre de 100 à celle de l'angle délimité par les profils concaves des joints (13) et de la bague de pression (15). 6=Dispositif selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 5,caractérisé en ce que la face d appui de la bague d'appui (14) est composée de deux faces en V inclinées délimitant un angle au sommet de l'ordre de 1700 et lui donnant un profil convexes 7-Dispositif selon la revendication 1 et l'une quel- conque des revendications 2 à 6,caractérisé en ce que les faces latérales périphériques des bagues d'appui (14) et de pression (15) sont dépouillées sur tout ou partie de leur hauteur. 8-Dispositif selon la revendication 1 et l'une quel conque des revendications 2 a 7,caractérisé en ce que la bague de pression (15) s'appuie contre l'embout (9) avec interposition d'une rondelle (23) d'appui et d8ajus- tement de la contrainte de serrage