Brevet FR2562201A1 — publié le 19851004

La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif d'étanchéité pour joints mobiles, notamment tournantset/ou glissants de tuyauteries de fluides, en particulier de gaz à haute pression. On connais déjà des dispositifsdwétanchéité pour joints tournants et/ou glissants de tuyauteries de fluides, trouvant notamment application dans les installations pétrolières en mer. Ces dispositifs comprennent au moins une bar rière d'étanchéité réalisée par au moins une garniture de joint d'étanchéité annulaire , notamment à levures, à concavité baignée par le fluide sous pression. Ces dispositifs connus présentent notamment l'inconvénient de ne pas convenir ou d'être mal adaptés pour véhiculer des gaz en particulier à haute pression. En effet, le gaz ne lubrifie pas le contact entre garniture et paroi d'oh résulte un frottement sec et une usure concomitante de la garniture. Ensuite, il subsiste un risque de fuite de gaz vers l'extérieur, ce qui peut être dangereux ou inadmissible. Enfin, certains matériaux de garniture sont susceptibles de donner lieu à des inclusions de ce gaz en particulier sous haute pression, ce qui en cas de dépréssurisation entraîne un risque d'éclatement dit décompressif. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités en fournissant une solution qui permette une étanchéité satisfaisante dans tous les cas. Cette solution consiste, selon la présente invention, pour un dispositif d'étanchéité du type précité, à prévoir au moins une deuxième garniture de joint d'étanchéité, annulaire, coaxiale à ladite première garniture de joint d'étanchéité et voisine de celle-ci, située du côté du fluide qui baigne son côté convexe, les concavités respectives, mutuellement en regard, des deux garnitures et l'espace intermédiaire, définissant une cavité remplie d'un fluide non gazeux, de préférence sensiblement incompressible. Avantageusement, le fluide non gazeux précité, de préférence à propriétés lubrifiantes est notamment liquide tel que l'huile ou pâteux tel que la graisse. Ainsi, ce fluide lubrifie le contact entre garniture et paroi, évitant un frottement sec et une usure concomitante prématurée de la garniture. Selon une caractéristique particulière de ce dispositif d'étanchéité, la pression du fluide non gazeux précité dans la cavité précitée est au moins égale et de préférence supérieure à la pression du gaz dans la tuyauterie. Ainsi, tout risque de fuite de gaz est alors évité De même, un tel dispositif supprime tout risque d'éclatement décompressif. Selon une autre caractéristique particulière de ce dispositif d'étanchéité, à au moins une barrière d'étanchéité précitée est associée une garniture supplémentaire axialement extérieure par rapport au gaz de tuyauterie, et de même orientation relative que la pre mière garniture d'étanchéité précitée, formant avec celle-ci un espace intermédiaire rempli de préférence d'un fluide non gazeux auxiliaire a une pression inférieure à celle du fluide non gazeux principal précité. Ainsi, un tel dispositif, permet de soulager la pression de fluide principal qui s'applique sur la paroi de la garniture externe en contact avec ledit fluide. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemplesnon limitatifs et illustrant plusieurs modes de réalisation actuellement préférés de l'invention, et dans lesquels - la figure 1représente une vue fragmentaire en demi-coupe axiale d'un dispositif d'étanchéité pour joints tournants selon la présente invention - la figure 2 est une vue fragmentaire en demi-coupe axiale montrant une variante d'exécution du dispositif d'étanchéité selon la présente invention - la figure 3 est une vue fragmentaire en demicoupe axiale semblable à la figure 1, montrant une autre variante d'exécution de la présente invention - la figure 4 est une vue fragmentaire en coupe montrant un mode de réalisation particulier du dispositif d'étanchéité pour joints tournants et/ou glissants - la figure 5 est une vue en coupe d'un joint tournant comportant un dispositif d'étanchéité selon la présente invention. Dans les dessins, les éléments de structure identiques, semblables, équivalents au correspondant ont été désignés par les mêmes chiffres de référence. En référence aux figures 1 à Si un dispositif d'étanchéité pour joints mobiles, notamment tournants et/ou glissants de tuyauteries de fluides, en particulier de gaz à haute pression, comprend au moins une barrière d'étanchéité B réalisée par une garniture 1 de joint d'étanchéité annulaire, notamment à lèvres, à concavité baignée par le fluide sous pression. Cette barrière B est située dans un évidement annulaire 19 ménagé dans l'organe rotatif 9. Le gaz circule dans un élément de tuyauterie 7 traversant l'organe fixe 10 et débouchant dans le canal annulaire 4, d'où le gaz ressort par l'intermédiaire d'un élément de tuyauterie 24 à orientation angulaire variable.Ce dispositif d'étanchéité comprend en outre au moins une deuxième garniture 2 de joint d'étanchéité, annulaire, coaxiale à la première garniture 1 et voisine de celle-ci, située du côté du fluide, lequel baigne son côté convexe, les concavités respectives, mutuellement en regard, des deux garnitures 1, 2 et l'espace intermédiaire définissant une cavité 3, remplie d'un fluide non gazeux, de préférence sensiblement incompressible. Avantageusement, le fluide non gazeux précité, de préférence à propriétés lubrifiantes, notamment liquide tel que de l'huile ou pâteux tel que la graisse. La pression P du fluide non gazeux précité dans la cavité 3 précitée est au moins égale et de préférence supérieure à la pression PG du gaz dans la tuyauterie 4. Dans l'hypothèse d'un défaut d'étanchéité de la garniture 1 , il y aura une fuite# de fluide non gazeux vers l'extérieur, mais on évitera toute fuite de gaz vers l'extérieur. Sur la figure 1 est représentée une seconde barrière d'étanchéité B' axialement opposée à la première barrière d'étanchéité B par rapport au conduit de gaz à haute pression 4 La pression P du fluide non gazeux précité, de préférence égale pour chacune des barrières d'étanchéité B, B' est maintenue par un système de mise sous pression 8 tel qu'un accumulateur oléopneumatique , un surpresseur ou analogue. Avantageusement, la pression P du fluide non gazeux précité est réglée automatiquement au moyen de la pression PG du gaz de tuyauterie 4, par exemple à l'aide d'un piston 17 à ressort 18 ou analogue de compression du fluide gazeux, tel que représenté sur la figure 2. Dans ces conditions, la pression P du fluide non gazeux dans la cavité 3 suit les variations de pression PG du gaz de tuyauterie 4. En effet, une augmentation (ou diminution) de pression PG de gaz dans la tuyauterie 4 entraîne une augmentation (ou diminution) de la pression P du fluide non gazeux dans la cavité 3 par déplacement du piston dans le sens déterminé par la pression différentielle exercée sur celui-ci. Ainsi, un tel dispositif présente l'avantage de ne pas faire travailler constamment les garnitures à la haute pression en cas de baisse de la pression PG du gaz. Dans ce cas, les garnitures, seront avantageusement en une matière évitant le phénomène d'éclatement décompressif. Ainsi, dans le cas ou le fluide gazeux est un hydrocarbure, la matière constituant les garnitures est avantageusement un produit fluorocarboné, tel que celui connu commercialement sous le nom de Téflon. La figure 3 représente un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention dans lequel, à au moins une barrière d'étanchéité précitée B est associée une garniture supplémentaire 5 axialement extérieurepar rapport au gaz de tuyauterie, et de même orientation relative que la première garniture d'étanchéité précitée 1, formant avec celle-ci un espace intermédiaire r3 rempli d'un fluide non gazeux auxiliaire, à une pression inférieure à celle du fluide non gazeux principal précité Le fluide non gazeux auxiliaire peut ou non être de même nature que le fluide non gazeux principal. Dans le cas où ces deux fluides sont identiques, ils proviennent de préférence d'une même source sous pression telle que 8 sur la figure 1. Avantageusement, la pression de fluide auxiliaire précité est égale à la moitié de la pression de fluide principal.Ainsi, un tel dispositif,permet de réduire la pression de fluide résultante qui s'exerce sur la paroi de la garniture externe 1 en contact avec le fluide principal, par l'action de la pression de fluide auxiliaire s'exerçant, de façon opposée à la pression de fluide principal, sur la paroi de ladite garniture externe 1 en contact avec ledit fluide auxiliaire. Chaque garniture annulaire précitée est avantageusement à section transversale au moins approximativement en forme de V définissant deux lèvres d'étanchéité. Ainsi, l'étanchéité est réalisée par les forces de pression qui viennent s'appliquer sur ces ivres pour les plaquer fortement contre les parois sur lesquelles elles prennent appui. Toutefois, toute section transversale , définissant au moins deux lèvres d'étanchéité peut être adoptée pour chaque garniture annulaire précitée. Ainsi, une section transversale en forme de U peut convenir. La figure 4 représente un mode de réalisation de l'invention, dans le cas d'un joint tournant et/ou glissant. Le gaz circule lineairement à l'intérieur des éléments tubulaires 22, 23. Comme dans les cas précédents, les garnitures à lèvres 1, 2 définissant la cavité 3 sont logées entre les parois 22, 23 respectivement des éléments tubulaires relativement fixe et mobile, dans un évidement 19 ménagé de préférence à l'intérieur de la paroi 23 de l'élément radialement externes, les éléments tubulaires 22 23 étant imbriqués l'un dans l'autre. D'une façon générale, chaque garniture a levres 1, 2 prend appui contre trois parois de son logement suivant respectivement trois surfaces de contact, la pression du fluide a l'intérieur de la cavité 3 tendant à écarter les lèvres des garnitures et a les plaquer contre les parois 22, 23a en assurant l'étanchéité. Le joint tournant représenté a la figure 5, et qui comprend un dispositif d'étanchéité selon la présente invention,est constitué par un organe cylindrique fixe 10 sur lequel est monté coaxialement un élément cylindrique rotatif 9 pouvant tourner autour de l'axe longitudinal commun aa'. Cet organe rotatif se compose d'une série d'éléments annulaires 12, 13, 14, 15, 16, jointivement juxtaposés en direction axiale et maintenus assemblés par des tirants précontraints filetés à écrou 11. Ces éléments définissent entre eux sur leur paroi radialement externe des logements annulaires coaxiaux destinés chacun à contenir une barrière d'étanchéité. Dans l'organe fixe 10 aboutit un conduit 7 débouchant par des orifices 20 traversant respectivement leursparois voisines, dans un canal annulaire 4 défini entre les organes respectivement tournant et fixe. Dans ce canal 4 débouche au moins un conduit 24 traversant la paroi radialement externe de ce canal dans l'orifice rotatif. Au moins un roulement à rouleaux 25 est interposé entre les organes respectivement fixe et tournant. Dans les évidements 26, 27 situés de part et d'autre de ce canal annulaire 4 sont montées respectivement deux barrières d'étanchéité conformesà l'invention. Pour augmenter la sécurité à chaque barrière d'étanchéité précitée peut être associé au moins un joint annulaire supplémentaire 28, situé du côté opposé au canal par rapport à ladite barrière. Le gaz circule dans le conduit 7 traversant l'organe fixe 10 et débouchant dans le canal annulaire 4. Le gaz ressort ensuite par l'intermédiaire du conduit 24 traversant la paroiradialement externe de l'organe rotatif 9, et auquel on peut donner une orientation angulaire quelconque. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'étanchéité pour joints tournants et/ou glissants de tuyauteries de fluides,en particulier de gaz à haute pression, comprenant au moins une barrière d'étanchéité réalisée par au moins une garniture de joint d'étanchéité annulaire , notamment à lèvres, à concavité baignée par le fluide sous pression, caractérisé par au moins une deuxième garniture (2) de joint d'étanchéité annulaire, coaxiale a ladite première garniture (I) de joint d'étanchéité et voisine de celle-ci, située du côté du fluide qui baigne son côté convexe, les concavités respectives, mutuellement en regard, des deux garnitures, et l'espace intercallaire,définissant une cavité (3) remplie d'un fluide non gazeux, de préférence sensiblement incompressible. 2.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide non gazeux précité, est notamment liquide tel que l'huile ou pâteux tel que la graisse. 3.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression (P ) du fluide non gazeux précité dans la cavité (3) précitée est au moins égale et de préférence supérieure à la pression PG du gaz dans la tuyauterie (4). 4.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pression (P ) du fluide non gazeux précité, de préférence égale pour chaque barrière d'étanchéité, est maintenue par un système de mise sous pression. 5.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par une autorégulation de la pression (PH) du fluide non gazeux précité, obtenue au moyen de la pression du gaz de tuyauterie. 6.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 5, caractérisé en ce que les garnitures sont en une matière évitant le risque d'éclatement decompressif. 7.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans le cas ot le fluide gazeux est un hydrocarbure, la matière précitée est un produit fluorocarboné connu sous le nom commercial Téflon. 8.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à au moins une barrière d'étan chéité précitée, est associée une garniture supplémentaire (5) axialement extérieure par rapport au gaz de tuyauterie, et de même orientation relative que la première garniture d'étanchéité précitée, formant avec celle-ci une cavité (6) remplie d'un fluide non gazeux auxiliaire, à une pression inférieure à celle du fluide non gazeux principal précité. 9.- Dispositif d'étanchéité selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pression de fluide auxiliaire précité , est égale à la moitié de la pression de fluide normal 10.- Dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque garniture annulaire précitée est a section transversale en forme de V définissant deux lèvres d'étanchéité.