Brevet FR2603682A1 — publié le 19880311

La présente invention concerne un joint d'étanchéité à haute pression, statique et dynamique, traversé par un arbre mobile en translation et/ou rotation dans un alésage d'un corps, utilisable plus particulièrement mais non exclusivement dans un générateur de fluide à haute pression. On connaît déjà un joint d'étanchéité à haute pres sior- du type "BRIDGMAN" qui comporte, entre un arbre soumis à un mouvement de rotation et/ou de translation et un alésage traversé par cet arbre, ure ou plusieurs rondelles de matière plastique entourant étroitement l'arbre et qui sort fortement écrasées, à la fois dans le sers axial et der,s le sens radial, entre une portée cylindrique de l'arbre et une bague coaxiale ayant toutes les deux un diamètre externe égal à celui de l'alésage. La bague est pressée contre la ou les rondelles, pour provoquer l'écrasement de celles-ci, par un écrou coaxial vissé dans un taraudage du corps. La présente invention concerne des perfectionnements apportés à un joir > t de ce type dans le but d'accroître ses performances tout en réduisant ses dimensions et de lui permettre notamment d'éviter toute fuite d'un liquide soumis à une très forte pression, tout en permettant, avec un frottement minimal le mouvement en rotation et/ou translation de l'arbre qui le traverse. A cet effet ce joint d'étanchéité a haute pression, statique et dynamique, traversé par un arbre mobile en translation et/ou rotation dans un alésage d'un corps, utilisable plus particulièrement mais non exclusivement dans un générateur de fluide à haute pression, est caractérisé erO ce qu'il comprend un obturateur appulaire en appui, par l'une de ses faces frontales, sur le corps traversé par l'arbre et comportant, sur se face frontale opposée, une collerette coaxiale cylindrique délimitant deux espaces appulaires coaxiaux à savoir un espace interne titre la collerette et l'arbre et un espace externe entre la collerette et l'alé- sage, au mois une rondelle interne an matière plastique, logée étroitement dans l'espace appulaire interne, au moins une rondelle externe an matière plastique logée étroitement dans l'espace appulaire externe, deux éléments de culasse appulaire coaxieux comportant respectivement des embases emboîtées étroitement l'une data l'autre et data l'alésage, ces embases étant t prolongées respectivemerat, en directior- des rondelles, par des collerettes interne et externe, de forme cylindrique, s'engageant étroitement dans les espaces annulaires délimités de part et d'autre de la collerette de l'obturateur, dont les faces frontales sor.t en contact avec les faces frontales des rondelles internes et externes, et des moyens pour exercer une pression sur les deux éléments de culasse, en direction de l'obturateur appulaire, pression qui, reportée sur les rondelles it > te iraterres e t et externes, provoque l'écrasement de ces rondelles à la fois dans le sens axial et darus le ses radial, avec un facteur de sur pression Un décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un joint d'étanchéité à haute pression suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une vanne haute pression utilisant un joint d'étanchéité suivant l'invention. La figure 3 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de passage tournant comportant un joint d'étanchéité suivant l'invention. La figure 4 est une vue en coupe axiale d'une variante d'exécution du joint d'étanchéité. Le joint d'étanchéité représenté sur la figure 1 est destiné à assurer une étanchéité entre un arbre 1, faisant partie, par exemple, d'une vararbe haute pressiora, et un corps 2 data laquelle l'arbre peut se déplacer en transla- tion axiale ainsi qu'il est indiqué par la flèche sur la figure 1. L!arbre 1 traverse un percage 2a, de petit diamètre, du corps 2 qui débouche des un alésage 3 de diamètre plus grand que celui du perçage 2a. Cet alésage débouche à son tour à l'extérieur du corps 2, par un chambrage 4 de plus grand diamètre.Ce chambrage 4 comporte un taraudage sur sa paroi latérale, taraudage data lequel est vissé un écrou 5 de serrage du joirbt. Le joint d'étanchéité comprend plusieurs éléments à savoir une rondelle formant joirt-guide 6, laquelle est plaquée dans le fond de l'alésage 3, contre un épaulement 2b formé au raccordement de l'alésage 3 et du percage 2e traversé par l'arbre 1, un obturateur annulaire 7, des rorDdel- les d'étanchéité en matière plastique internes 8 et externes 9 et ut > e culasse annulaire en deux parties à savoir urte partie interne ll et une partie externe 12. L'obturateur 7 est constitué par une pièce annulaire an métal, et > appui, par sa face frontale inférieure, contre le joirt-guide 6 lui-même plaqué contre l'épaulement 2b du corps 2. Sur la face frontale supérieure de l'obturateur 2 sont placées les rondelles de matière plastique 8 et 9. L'obturateur 7 comporte, sur sa face frontale supérieure, une collerette coaxiale cylindrique 7a, s'étendant vers le haut et délimitat > t ainsi deux espaces appulaires coaxiaux à savoir un espace interne titre la collerette 7a et l'arbre 1 et un espace externe entre la collerette 7a et la paroi de l'alésage 3. Data l'espace interne est logée au moins ute rondelle interne 8 en matière plastique dont le diamètre interne est égal au diamètre externe de l'arbre 1 et dort le diamètre externe est égal au diamètre interne de la collerette 7e. Dans l'espace appulaire externe est logée au mois une rondelle externe 9 dont le diamètre interne est égal au diamètre externe de la collerette 7a et le diamètre externe est égal au diamètre de l'alésage 3. Les rondelles 8 et 9 sot t ainsi emboîtées étroitement titre l'arbre 1 et la collerette 7a, pour ce qui est de la ou des rondelles ir,- ternes 8 et entre la collerette 7e et l'alésage 3 pour ce qui est de la ou des rondelles exter@es 9. Les rondelles internes 8 sont avantageusement réalisées en matière connue sous le nom de "TEFLON" tandis que les rondelles externes 9 sont de préférence réalisées en matière connue sous le nom de "NYLON". Les deux éléments de culasse 11 et 12 sort corDsti- tués par des pièces appulaires coaxiales. dont les faces frontales sont situées dans des même plates transversaux. Les éléments de culasse 11, 12 comportent respectivement des embases supérieures lla,12a, emboîtées étroitement dans l'alésage 3 et l'une dans l'autre, c'est-à-dire que le diamètre externe de l'embase interne11a est égal au diamètre interne de l'embase 12a dont le diamètre externe est égal au diamètre de l'alésage 3.Ces embases lla,12a sont prolongées respectivement vers le bas par des collerettes interne llb et externe 12b de forme cylindrique, lesquelles sont engagées dans les espaces annulaires délimités par la collerette 7a de l'obturateur 7 d'une part et par l'arbre 1 et l'alésage 3 d'autre part. Les épaisseurs des collerettes interne 11b et externe 12b sont respectivement égales aux largeurs des espaces interne et externe délimités par la collerette 7a.De ce fait les collerettes llb,12b s'engagent étroitement darus les espaces annulaires interne et ex terne, leurs faces frontales inférieures étant respectivement en contact avec les faces frontales supérieures des rondel les internes 8 et externes 9. D'après la descriptior qui précède on voit que l'é- crou 5, une fois serré, exerce une pression vers le bas sur les deux éléments de culasse 11,12 et que cette pression est reportée sur les rondelles internes 8 et externes 9. Ces rondelles se trouvent alors écrasées à la fois dans le sens axial et dans le sens radial, avec un facteur de surpression qui est de l'ordre de 1,3 à 1,6 environ. Ceci est du au fait que l'effort exercé par l'écrou 5 sur la totalité des faces frontales supérieures jointives des deux éléments de culasse 11,12 s'applique, à l'endroit des rondelles 8 et 9, sur des surfaces annulaires de plus petites largeurs, ce qui donne lieu à une pression majorée dans le rapport de 1,3 à 1,6. Le joint d'étanchéité représenté sur la figure 1 permet ainsi d'assurer d'une part une étanchéité statique avec le corps 2 data lequel il est logé, et d'autre part une étanchéité dynamique avec l'arbre mobile 1. La figure 2 illustre l'utilisation du joint d'étanchéité dans une vanne haute pression 13. Cette vanne 13 comporte ut > e -culasse 14 qui est filetée et vissée data le corps 2. Cette culasse 14 joue le rôle d'écrou 5 de serrage du joint de la figure 1, Le joint d'étanchéité data son et'semble est indiqué par la référence 15 et ce joint est interposé entre la tige pointeau 16 de la vanne haute pression et le corps 2 dans lequel sont percés un premier conduit 17, relié à le source de haute pressiorb HP et qui est obturé par la tige pointeau 16, et un second conduit de sortie 18. Le réalisation de le culasse du joint en deux éléments 11,12 permet de tenir compte des tolérances serrées qui sont nécessaires pour le bon fonctionnement du joint (tolérances de l'ordre de 0,01mm). A titre d'exemple il a été possible de réaliser un joint d'étanchéité suivant l'invention, pour une vanne haute pression 13, joint ayant les dimensions suivantes : diamètre intérieur 3mm, diamètre extérieur lOmm, hauteur Bmm. La miniaturisation du joint d'étanchéité 15 a permis également de concevoir une vanne haute pression de très faible encombrement permettant de fermer un circuit à pression identique en amont et an aval du siège. Par ailleurs du fait de sa miniaturisation la manoeuvre de fermeture à la pression maximale de 10 kilobers est facile car elle @éces- site seulement un couple de 2m.deN. La figure 3 illustre l'application d'un joint d'é tanchéité 15 suivent l'invention à un dispositif de passage d'un arbre 1 entraîné en rotation. Ce joint d'étanchéité 15 est utilisé en combinaison avec divers paliers, @otamment deux paliers en "Nylon" 21,22, et avec une butée axiale à aiguilles 23. Dans la variante d'exécution représentée sur la figure 4 le joint d'étanchéité suivant l'invention est maintenu bloqué darus son logemerlt au moyen de deux vis de maintien coaxiales, à savoir une vis de mairtiera interne 24 et une vis de maintien externe 25. Ces deux vis de maintien 24 et 25 ont une forme a@@ulaire, la vis de maintien interne 24 étant traversée par l'arbre 1. Cette vis de maintien in- terne 24 est vissée dans un taraudage prévu darus l'alésage interne de la vis externe 25 laquelle est vissée dans le taraudage prévu data le corps 2.La vis interne 24 est erX contact, par sa face frontale inférieure, avec la face fron- tale supérieure de l'élément de culasse interne 11 sur lequel elle agit, tandis que le vis de maintien externe 25 est en contact, par se face frontale inférieure, sur le face frontale supérieure de l'élément de culasse externe 12 sur lequel elle agit. I1 est ainsi possible, er, serrant plus ou mois les deux vis de maintien 24 et 25, d'adapter les pres siens et par conséquent les forces exercées par les éléments de culasse interne 11 et externe 12 sur les rondelles en matière plastique respectives internes 8 et exterraes 9. Cette disposition permet de pallier le difficulté d'avoir des joints d'étanchéité ayant rigoureusement la même épsis- seur en tous les endroits. REVENDICATIONS 1.- Joint d'étanchéité è haute pression, statique et dynamique, traversé par un arbre mobile en translation et/ou rotation dans un alésage d'un corps, utilisable plus particulièrement mais non exclusivement dans un générateur de fluide à haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend un obturateur appulaire (7) en appui, par l'une de ses faces frontales, sur le corps (2) traversé par l'arbre (1) et comportant, sur se face frontale opposée, ure collerette coaxiale cylindrique (7a) délimitant deux espaces appulaires coaxiaux à savoir un espace interne entre la collerette (7e) et l'arbre (1) et un espace externe entre la collerette (7e) et l'alésage (3), au moins une rondelle interne (8) er;; matière plastique, logée étroitement dans l'espace annulaire interne, au moins une rondelle externe (9) en matière plastique logée étroitement dans l'espace appulaire externe, deux éléments de culasse annulaire coaxiaux (11,12) compor petit respectivement des embases (lla,12a) emboîtées étroitement l'une des l'autre et dans l'alésage (3), ces embeses (11a, 12a) étant prolongées respectivement, en direction des rondelles (8,9), par des collerettes interne (llb) et externe (12b), de forme cylindrique, s'engageant étroitement dans les espaces appulaires délimités de part et d'autre de la collerette (7e) de l'obturateur, dont les faces frorata- les sont en contact avec les faces frontales des rondelles internes (8) et exterres (9), et des moyens (5;14;24,25) pour exercer une pression sur les deux éléments de culasse (11,12), er) direction de l'obturateur appulaire (7), pression qui, reportée sur les rondelles internes (8) et externes (9), provoque l'écrasement de ces rondelles à le fois dans le sets axial et dans le serfs radial, avec un facteur de surpression. 2.- Joint d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend, de part et d'autre de le collerette (7e) de l'obturateur (7), plusieurs rondelles internes superposées (8) et plusieurs rondelles exterraes superposées (9). 3.- Joint d'étanchéité suivant la revendication 2 caractérisé an ce que chaque rondelle interne (8) est réel i- sée en matière connue sous le nom de "TEFLON" tandis que chaque rondelle exterr,e (9) est réalisée en matière connue sous le nom de "NYLON". 4. - Joint d'étanchéité suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé an ce que l'obtura- tueur annulaire (7) est maintenu plaqué contre urne rondelle forment joirt-guide (6) appliquée dans le fond de l'alésage (3), contre un épaulement (2b) formé au raccordement de cet alésage (3) et d'un percage (2a), de plus petit diamètre, traversé par l'arbre (1). 5.- Joint d'étanchéité suivant 1 'une quelconque des revendications précédentes caractérisé erl ce que les moyens exerçant une pression sur les deux éléments de culasse annulaires (11,12) sont constitués par urt écrou (5) de serrage du joint lequel est vissé dans un taraudage du corps (2) prévu dans un chembrege (4) de grand diamètre dams lequel débouche l'alésage (3). 6.- Joint d'étanchéité suivent 1' une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé er, ce que l'écrou de serrage du joint est constitué par une culasse (14) d'une vanne haute pression (13) qui est filetée et vissée dans le corps (2). 7.- Joint d'étanchéité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens exer çant une pression sur les deux éléments de culasse appulai- res (11,12) sont constitués par deux vis de maintien coaxiales, à savoir une vis de maintien interne (24) et une vis de maintien externe (25),de forme annulaire, la vis de main- tien interne (24) étant traversée par l'arbre (1) et étant vissée dans un taraudage prévu dans l'alésage interne de la vis externe (25) laquelle est vissée dans un taraudage prévu dans le corps (2), les vis de maintien interne (24) et externe (25) étant respectivement en contact, par lers faces frontales, avec les faces frontales en regard des éléments de culasse interne (11) et externe (12).