Brevet FR2627834A1 — publié le 19890901

Segment de piston La présente invention concerne un segment de piston, en particulier un tel segment pour des vitesses élevées de piston et de tige de piston et des intervalles de Joint importants variant sous pression, ainsi que pour de fortes différences de pression. On connaît en soi des segments de piston dans un grand nombre de matières et structures diverses. Ils sont, en règle générale, insérés dans des rainures annulaires d'un piston ou d'une tige de piston et ils sont en contact étanche avec la paroi intérieure d'un cylindre en raison d'une force élastique dirigée radialement vers l'extérieur. La force élastique est limitée par la contrainte maximale admissible du segment lors du montage laquelle résulte elle-même de la limite d'élasticité de la matière. Les segments connus conviennent toujours pour l'utilisation dans des conditions de fonctionnement normales. Dans le domaine des très faibles pressions, l'étanchéité du segment n'est déterminée que par sa précontrainte. Pour de très faibles rapports du diamètre nominal à la hauteur radiale du segment, la pression superficielle résultant de la précontrainte est cependant limitée. Lorsqu'on demande des vitesses de piston ou de tige de piston très élevées comprises entre 15 et 75 m/s et qu'on veut obtenir en outre une étanchéité pour.des intervalles de Joints entre le piston et la paroi du cylindre relativement importants et variant constamment, le choix entre les segments connus est déjà problématique. S'il se présente encore, en outre, de fortes différences de pression et que le segment doit présenter un diamètre relativement important, il est déj& imposé à un segment de piston des conditions auxquelles on ne peut encore satisfaire par l'état actuel de la technique. En conséquence, l'invention a pour objet un segment de piston du type précité qui offre, dans les conditions de fonctionnement décrites, une amélioration ou une diminution des. propriétés d'usure, en particulier de la contre-surface dans le cylindre, et une amélioration de l'effet d'étanchéité du segment de piston précontraint, sans application de pression. Pour résoudre ce problème, selon l'invention, le segment de piston présente, grâce à une conformation radialement élastique, une précontrainte de base et il comporte dans sa surface de glissement une rainure annulaire dans laquelle est insérée une bande de garniture qui dépasse radialement de la surface du segment et est constituée par une matière de faible coefficient de frottement qui est identique à la matière du segment de piston ou différente de celle-ci. Cette bande de garniture peut être constituée, dans ce cas, par une matière plastique pouvant comporter des charges si on le souhaite. D'autre part, la bande de garniture peut être constituée par une matière composite, ou encore par un alliage non ferreux. La rainure annulaire du segment peut comporter des parois latérales axiales à contour d'allure conique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la bande de garniture peut comporter une surface de glissement dépassant du segment de contour plat ou encore bombé, à volonté. Enfin, la bande de garniture peut être reliée à la surface de fond de la rainure annulaire par concordance de forme ou sous l'effet d'une force et avoir une section droite en forme de peigne, des barrettes radialement plus courtes, constituées à volonté par la même matière que la bande de garniture ou par une matière différente pouvant être insérées dans les intervalles. Les extrémités frontales du segment peuvent en outre s'emboîter par clavette et rainure de façon à pouvoir coulisser longitudinalement à son point de séparation, les zones terminales radialement extérieures des extrémités frontales pouvant être conformées de façon que des bords de rainure plus courts respectivement opposés chevauchent lors du 2.6.27834 déplacement longitudinal des extrémités frontales. Cette solution conforme à l'invention procure un segment de piston avec une bande d'étanchéité insérée en une matière plastique, une matière composite ou encore un alliage non ferreux, qui se caractérise par des propriétés d'usure améliorées vis-à-vis de la contre-surface de glissement du cylindre et par une amélioration de l'effet d'étanchéité du segment précontraint sans application de pression. Ce Joint de piston présente une étanchéité techniquement irréprochable dans le domaine statique avec et sans charge et il est insensible à des pointes de pression brèves élevées avec un frottement aussi faible que possible. Le fort effet élastique en direction radiale donne globalement au segment une bonne précontrainte de base contre la paroi du cylindre et une bonne précontrainte en direction radiale provoquée en outre par la pression règnant en fonctionnement. Grâce à la bonne étanchéité obtenue de ce segment de piston, il ne se produit que de faibles fuites, et dans la mesure autorisée. On a représenté des exemples de réalisation de l'invention sur le dessin annexé, dont: la figure 1 représente en coupe un segment de piston avec une bande de garniture à l'état monté; la figure 2 représente en coupe un segment d'une autre configuration; la figure 3 représente en coupe un segment d'un type représentant une variante de réalisation par rapport au segment de la figure 2; la figure 4 représente en coupe un segment d'un autre type; la figure 5 représente en coupe un segment d'encore un autre type; la figure 6 représente en coupe un segment à insertion en forme de peigne; la figure 7 représente en perspective le point de séparation du segment sans bande de garniture; la figure 8 est une coupe du segment suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7; la figure 9 représente des segments, dans un exemple de montage sur une tige de piston. Le segment de piston 1 présente un diamètre extérieur 2 relativement grand et un diamètre intérieur 3. La référence 4 désigne le cylindre du piston et la référence 5 la tige de piston. Le segment 1 comporte centralement dans sa surface de glissement 6 une rainure annulaire périphérique 7 dans laquelle est insérée une bande de garniture 8 de section sensiblement rectangulaire (figure 1). La bande de garniture 8 fait saillie par sa face frontale extérieure 9 de la surface de glissement 6 du segment 1 et est en contact, pendant le fonctionnement, avec la surface latérale 10 du cylindre 4. Le contact de la bande de garniture 8 a lieu de telle façon qu'une étanchéité est réalisée entre le segment 1 et le cylindre 4. La bande de garniture 8 est, de préférence, en matière plastique, en une matière composite, en un alliage non ferreux ou en un alliage métallique, pour obtenir ainsi une amélioration et une réduction de l'usure, en particulier & la surface de glissement 10 du cylindre. La précontrainte élastique du segment 1 permet d'obtenir l'amélioration de l'effet d'étanchéité, même sans application de pression. Un segment réalisé avec ces caractéristiques peut être utilisé en premier lieu pour des Joints à très haute pression de l'ordre de la tonne et là o il faut des vitesses de piston et de tige de piston élevées d'environ 15 à 75 m/s. Avec ce segment 1, l'étanchéité peut être réalisée avec des intervalles de Joint 11 relativement grands et variant sous pression. Pour garantir & la fois de bonnes propriétés d'étanchéité et de bonnes propriétés de marche, en particulier à sec, la bande de garniture 8 peut, selon l'invention, être constituée par une matière plastique résistant aux hautes pressions, renforcées aux fibres de verre et comportant éventuellement des additifs lubrifiants. Grâce à la diminution de frottement de contact obtenue à des vitesses élevées du piston, on évite l'échauffement qui pourrait entrainer éventuellement Jusqu'à l'inflammation de fluides corrélativement utilisés. Les figures 2 à 6 représentent d'autres réalisations possibles de segments de piston 1 à bandes. Ainsi, on a présenté sur la figure 2 une bande de garniture 12 qui comporte une surface frontale extérieure annulaire 13 de conformation bombée. Sur les côtés, la bande 12 déborde sur la surface de glissement 6 du segment. La bande 25 selon la figure 3 représente une variante de la bande 12 de la figure 2. La surface frontale extérieure annulaire 26 a une conformation plate. Des deux côtés, la bande 25 déborde de la rainure 7. Ce collet 27 peut être court ou bien se raccorder en affleurant sous la forme d'un collet 28, avec la paroi latérale 29 du segment 1. Les deux versions sont représentées sur la figure 3 pour des raisons de simplicité: à gauche et à droite de la ligne centrale 30. Cette réalisation convient particulièrement pour des segments à jonction étanches aux gaz. Sur la figure 4, on a représenté une bande de garniture 14 avec de nouveau une surface annulaire extérieure 15 bombée, la délimitation latérale choisie étant constituée par des surfaces 16 de conformation conique. Au lieu de ces surfaces latérales 16 coniques s'élargissant radialement, on a représenté sur la figure 5 un contour 17 d'une bande 18 s'amincissant coniquement radialement vers l'extérieur. Sur la figure 6, la bande 19 est constituée par un article en forme de peigne en direction radiale dans les intervalles duquel les barrettes 20 constituées par la même matière ou, si on le -veut, une matière différente de la bande 19, sont insérées. Ces barrettes sont plus courtes, dans leur étendue radiale, que les dents 21 de la bande en forme de peigne 19. Par suite, seules les. dents 21 de la bande en forme de peigne 19 sont en contact étanche, par leurs faces frontales, avec la surface de glissement 10 du cylindre. Dans la représentation en perspective du segment de piston 1 de la figure 7, on distingue la rainure annulaire 7 pour la bande 8, 12, 25, 14, 18, 19 non représentée ici. La rainure annulaire 7 comporte une surface de fond 32 et des parois latérales 33 convergeant coniquement vers la surface de fond 32. Les extrémités frontales 34 et 35 du segment 1 sont réalisées à son point de séparation & la façon d'une clavette 36 mobile longitudinalement dans une rainure 37. Alors que d'une part les bords 38 opposés dans la zone terminale sont 'de hauteur constante, les deux autres bords de rainure 39 opposés dans la zone terminale présentant près des extrémités frontales 34, des zones de moindre hauteur 40, 41. Cette conformation particulière garantit également au point de séparation du segment 1 une étanchéité suffisante et empêche en même temps la déformation de la bande à cet endroit pendant le déplacement longitudinal des extrémités frontales 34, 35 du segment 1 auquel se superpose un mouvement radial en direction de la paroi du cylindre. On a repésenté sur la figure 9 l'application d'un segment 1 selon l'invention à l'exemple d'un canon de blindé à charge propulsive liquide. Dans le boitier 22 de l'arme se trouve, dans une chambre annulaire 23, un piston 5 mobile axialement dans le sens de la flèche 24. Le piston 5 a, avec la tige de piston 31, une conformation annulaire, ce qui subdivise la chambre 23 en une chambre annulaire extérieure 23.1 et une chambre annulaire intérieure 23.2. Du fait que des fluides différents peuvent se trouver dans les deux chambres annulaires, par exemple les combustibles connus comme charges propulsives liquides pour armes et un oxydant, une séparation absolue des deux fluides est nécessaire Jusqu' à ce qu'ils puissent être refoulés par le piston dans une chambre de combustion correspondante. Dans le cas de canons de blindés à charge propulsive liquide avec le procédé d'injection régénérative, il faut des vitesses de piston d' injection très élevées pouvant atteindre 75 m/s, auxquelles apparaissent des pressions très élevées, pour injecter complètement les constituants de la charge propulsive dans la chambre de combustion, en très peu de temps. Dans cet exemple d'application, le piston 1 selon l'invention se présente avec une bande de garniture 8. Bien entendu, dans cet exemple d'application, on peut aussi utiliser les bandes de garniture selon les figures 2 à 6. REVENDICATIONS 1. - Segment de piston, en particulier segment pour des vitesses élevées du piston ou de la tige de piston et des intervalles de Joint importants variant sous pression, ainsi que pour de fortes différences de pression, caractérisé en ce que le segment de piston (1) présente, de par une conformation radialement élastique, une pression de contact de base et comporte dans sa surface de glissement qui peut comporter facultativement des charges. 3. - Segment selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande.de garniture (8, 12, 14, 18, 19, 25) est constituée par une matière composite. 4. - Segment selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de garniture (8, 12, 14, 18, 19, 25) est constituée par un alliage non ferreux. 5. - Segment selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure annulaire d'allure conique. 6. - Segment selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bande de garniture (12, 14) comporte une surface de glissement (13, 15) dépassant du segment (1), de contour plat ou bombé comme on le souhaite. 7. - Segment selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et 6, caractérisé en ce que la bande de garniture (8, 12, 14, 18, 19, 25) est assemblée avec la surface de fond de la rainure annulaire (7) au choix par concordance de forme ou en forçant. 8. - Segment selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de garniture (19) a une section droite en forme de peigne et comporte desbarrettes (20) insérées dans les intervalles, de plus courte dimension radiale, constituées par une matière identique à celle de la bande de garniture (19) ou différente de celle-ci, au choix. O10 9. - Segment selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités frontales (34, 35) du segment (1> s'emboitent avec mobilité longitudinale à son point de séparation avec une rainure (37) et une clavette (36), les zones terminales radialement extérieures des extrémités frontales (34, 35) étant conformées de façon que des bords de rainure (40, 41) plus courts respectivement opposés chevauchent lors du déplacement longitudinal des extrémités frontales (34, 35).