Brevet FR2653517A1 — publié le 19910426

L'invention concerne un joint d'étanchéité pour un piston mobile axialement, comportant au moins un support de joint d'étanchéité, qui d'une part réduit les jeux d'étanchéité existants à l'aide de sa zone d'extrémité, par suite d'une surveillance de la pression régnant sur sa périphérie extérieure et intérieure, et qui présente d'autre part une bague d'étanchéité entre sa surface périphérique extérieure et la paroi de carter voisine. Par le EP 0 271 683 A 2, on connaît un joint d'étanchéité pour un système à pression hydraulique extrêmement élevée, par exemple pour des armes comportant une charge propulsive liquide. Ce que l'on appelle un piston de remplissage y guide un piston qui est mobile axialement dans le sens opposé pour produire une injection régénérative de la charge propulsive liquide et qui comporte une périphérie de piston qui est étirée radialement par rapport au piston de remplissage, par suite de la pression régnant sur la surface périphérique intérieure qui est faible par rapport à la pression qui règne sur la périphérie extérieure. Il est possible d'influencer l'ampleur du jeu d'étanchéité grâce à une commande séparées des conditions de pression. Une bague d'étanchéité reliée fonctionnellement à la paroi du carter est disposée sur la périphérie extérieure. Avec ce joint d'étanchéité connu, on doit éliminer dans le cas de réservoirs à haute pression sollicités par des pressions très élevées le problème de l'incapacité des éléments d'êtanchéité utilisés de suivre une possible dilatation du carter ou survenant dans le cas o suite à un jeu, dépendant de la pression, devenu trop important entre la paroi du 2 2653517 carter et le support de joint d'étanchéité, il se produit une extrusion dans l'interstice. Spécialement dans le cas des armes à tube à agents propulsifs liquides, qui travaillent suivant le procédé d'injection régénérative, le piston différentiel produit dans l'enceinte de la charge de substance propulsive une pression de liquide très élevée qui doit être isolée hermétiquement par rapport à la pression ambiante. En partant de l'état de la technique, le but de l'invention est de créer un dispositif d'étanchéité du type indiqué au début, qui assure une étanchéité sQre des enceintes dans les réservoirs a haute pression. Ce problème est résolu, selon l'invention, par le fait que le support de joint d'étanchéité présente sur ses surfaces périphériques extérieure et intérieure des gorges annulaires pour recevoir des corps d'étanchéité décalés axialement l'un par rapport à l'autre. Des perfectionnements de l'idée de l'invention sont rendus possibles, par le fait que: - la gorge annulaire située sur la périphérie extérieure est décalée axialement par rapport à la gorge annulaire située sur la périphérie intérieure du support de joint d'étanchéité, de façon telle que la pression agit sur la zone d'extrémité de la périphérie intérieure du support de joint d'étanchéité, sur une distance axiale supérieure à la distance sur laquelle elle agit sur la périphérie extérieure, - pour un joint d'étanchéité pour un piston mobile axialement, comportant un support de joint d'étanchéité cylindrique creux, qui comporte sur ses surfaces périphériques extérieure et intérieure des gorges annulaires pour recevoir des corps d'étanchéité, des interstices agrandis sont prévus du côté sollicité en pression, entre les corps d'étanchéité et une paroi latérale des gorges annulaires, 3 2653517 - au moins le corps d'étanchéité situé du côté sollicité en pression est ondulé ou segmenté sur son pourtour, - la surface de gorge de la gorge annulaire sollicitée en pression est au choix soit ondulée soit segmentée, - une ou plusieurs chambres annulaires, réparties à volonté individuellement sur la périphérie, sont prévues entre les gorges annulaires espacées axialement, - les chambres sont reliées entre elles par des perçages, - les chambres et/ou les chambres annulaires et/ou les pergages sont reliées à des conduites de fuite qui sont amenées à l'extérieur du support de joint d'étanchéité. A la haute pression régnant dans les enceintes des réservoirs à haute pression, qui sont séparées l'une de l'autre par un piston, le carter peut se dilater dans la mesure o une bonne étanchéité n'est plus assurée dans le cas normal. Pour éviter l'apparition inadmissible de jeux d'étanchéité importants, on réalise avantageusement, selon l'idée de l'invention, un dispositif de gorges annulaires sur le support d'étanchéité, tel que ces gorges situées sur la périphérie intérieure et extérieure soient décalées axialement les unes par rapport aux autres. Du fait de la distribution asymétrique de la pression, le support de joint d'étanchéité est dilaté d'une certaine valeur, qui résulte du décalage axial des deux gorges annulaires entre elles et de la pression agissant. Le support de joint d'étanchéité suit ainsi le carter qui se dilate, ce qui réduit le jeu d'étanchéité nuisible. Pour pouvoir ponter les jeux d'étanchéité qui se manifestent dans les réservoirs à haute pression, même dans le cas de ceux comportant des supports de joints d'étanchéité à guidage suiveur, les éléments 4 2653517 d'étanchéité doivent être adaptés au carter qui se dilate radialement. Dans le cas de gradients d'accroissement de pression très élevés, l'élément d'étanchéité, respectivement le corps d'étanchéité, n'est plus en mesure, en règle générale, d'assumer la fonction d'étanchéité au sens d'un segment de piston, du fait de la précontrainte propre existant. Grâce aux appairages d'ajustement qui sont usuels dans la construction des moteurs à piston, le balayage du corps d'étanchéité dans la gorge de piston n'est plus assuré pour des gradients d'accroissement de pression élevés ni la force de pression en résultant du corps d'étanchéité sur la paroi de cylindre. L'étranglement du fluide qui s'écoule, dans l'interstice résiduel entre la gorge située dans le piston ou dans le support de joint d'étanchéité et le corps d'étanchéité, est si important que le corps d'étanchéité est pressé dans la gorge et que le fluide peut s'échapper par le joint d'étanchéité. Le corps d'étanchéité peut fonctionner ici parfaitement, grâce à l'accroissement du jeu, selon l'invention, sur le côté sollicité à la pression du corps d'étanchéité, ce qui diffère des règles de conception usuelles et peut aller jusqu'à 30% de la largeur axiale. Il est en outre recommandé de loger, du côté sollicité par la pression, un corps d'étanchéité de forme ondulée, parce que le corps d'étanchéité situé dans la grande gorge doit ainsi être fixé dans sa position préférentielle. Les corps d'étanchéité intérieur et extérieur présentent en général des taux de fuite différents. Des taux de fuite élevés peuvent ainsi aboutir à une sollicitation en pression asymétrique de la zone situé en aval du corps d'étanchéité. Pour éviter ceci, on pourvoit une zone située axialement à l'arrière des corps d'étanchéité de chambres qui peuvent supporter un débit de fuite déterminé. Ces chambres individuelles autrement appelées chambres annulaires peuvent à leur 2653517 tour être reliées entre elles par des perçages. De plus, les perçages ou même les chambres peuvent être reliées à l'aide de conduites de fuite qui sortent du support de joint d'étanchéité. Dans le cas de processus de décharge asymétriques, ces perçages transversaux provoquent d'une part une exploitation optimale des volumes des chambres et d'autre part ils empêchent une surcharge mécanique par suite de sollicitation à la pression sur un seul côté. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: La figure 1 représente un corps d'étanchéité dans un carter représenté en coupe médiane; la figure 2 représente en coupe un corps d'étanchéité d'un type de construction particulier; et la figure 3 est une représentation des évolutions de la pression autour du corps d'étanchéité de la figure 1. Dans un carter 1 d'une arme à tube à agent propulsif liquide se trouve une partie calibrée 3, placée sur l'axe de l'âme. Entre la périphérie extérieure 4 de la partie calibrée 3 et la périphérie intérieure 5 du carter 1 est créée une enceinte cylindrique 6 annulaire, dans laquelle est inséré un piston 7 mobile axialement. Un support de joint d'étanchéité extérieur 8 est disposé entre le piston 7 et le carter 1. Un support de joint d'étanchéité 2 intérieur, de forme pratiquement identique, dont les contours sont représentés en pointillé, se trouve entre le piston 7 et la partie calibrée 3. Une gorge annulaire 10 est prévue sur la périphérie extérieure 9 du support de joint d'étanchéité extérieure 8. Une autre gorge annulaire 11 6 2653517 est ménagée dans le support de joint d'étanchéité 8, à distance axiale de cette gorge annulaire 10. La périphérie intérieure 12 du support de joint d'étanchéité 8 présente également une gorge annulaire 13. Une autre gorge annulaire 14 peut également être placée ici, à distance axiale. Tandis que les deux gorges annulaires 11 et 14 peuvent être disposées de manière connue dans le même plan de section transversale, il y a entre les gorges annulaires 13 et 10 une distance axiale. Des corps d'étanchéité 15,16,17 et 18 respectifs se trouvent dans les gorges annulaires , 11, 13 et 14. Sur le côté 36 sollicité à la pression du support de joint d'étanchéité 8 se trouve entre le corps d'étanchéité 15, respectivement 17 et la paroi annulaire axiale avant 19, respectivement 21 associée un interstice annulaire 23, respectivement 25, qui est jusqu'à 30% plus grand que la largeur axiale du corps d'étanchéité respectif. On obtient de ce fait un écoulement sOr du fluide dans la gorge annulaire 10, respectivement 13, jusqu'à un niveau radial situé au- dessous du corps d'étanchéité, et ainsi une isolation étanche de bonne qualité en permanence et d'une grande vitesse de mise en oeuvre, entre les corps d'étanchéité et la surface d'étanchéité opposée respective. De même, les gorges annulaires 11 et 14 peuvent présenter des interstices annulaires 24 et 26 agrandis entre les corps d'étanchéité 16 et 18 et la paroi annulaire axiale avant 20 et 22 respective. Au lieu du mode de construction annulaire simple et lisse qui est représenté, les corps d'étanchéité 15 et 17 peuvent également présenter une forme ondulée ou segmentée 38, comme représenté en coupe sur la figure 2 pour l'interstice annulaire 23,25 dessiné dans un plan commun. On désigne par 37 l'épaulement du support de joint d'étanchéité extérieure 8. Ces interstices annulaires 23,25 ont pour 7 2653517 fonction de pouvoir laisser le fluide s'écouler convenablement par rapport au corps d'étanchéité 15,17, dans le cas o la pression agit du côté 36, sans produire de décharge par les interstices annulaires 23,25. Les corps d'étanchéité 15,17 sont ainsi l'objet d'un appui d'étanchéité correct radialement et axialement, l'établissement de la pression s'effectuant très rapidement. Des chambres individuelles 27 et 28 reliées entre elles par un perçage transversal 29 sont disposées entre les gorges annulaires 10 et 11 ainsi que 13 et 14 qui sont axialement espacées. Une conduite de fuite 30 est raccordée à ce perçage transversal 29 et sort du support de joint d'étanchéité 8. Au lieu de chambres individuelles 27 et 28, il est également possible de disposer une ou plusieurs chambres annulaires (non représentées). La figure 3 représente un diagramme 31 de la pression régnant tout autour du support de joint d'étanchéité extérieur 8 de la figure 1. On voit sur ce diagramme la distribution de pression 31 autour du support de joint d'étanchéité 8, jusqu'aux corps d'étanchéité avant 15,17. On a représenté à cet effet sur la figure 3 le déplacement radial par rapport à la dilatation axiale, pendant le fonctionnement. On a porté en ordonnée verticale 32, dans un système de coordonnées orthogonales, le déplacement radial du carter i et du support de joint d'étanchéité 8, alors que la dilatation axiale est portée en abscisse sur l'axe horizontal 33. La courbe 34 montre le déplacement radial pendant le fonctionnement, par rapport à la dilatation axiale 33, pour la périphérie extérieure du support de joint d'étanchéité 8. La courbe 35 représente le déplacement radial en fonctionnement, par rapport à la dilatation axiale de la périphérie intérieure 5 du carter 1. 8 2653517 REVENDICATIONS 1.- Joint d'étanchéité pour un piston mobile axialement, comportant au moins un support de joint d'étanchéité, qui d'une part réduit les jeux d'étanchéité existants à l'aide de sa zone d'extrémité, par suite d'une surveillance de la pression régnant sur sa périphérie extérieure et intérieure, et qui présente d'autre part une bague d'étanchéité entre sa surface périphérique extérieure et la paroi de carter voisine, caractérisé en ce que le support de joint d'étanchéité (8) présente sur ses surfaces périphériques extérieure et intérieure (9,12) des gorges annulaires (10,13) pour recevoir des corps d'étanchéité (15,17) décalés axialement l'un par rapport à l'autre. 2.- Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge annulaire (10) située sur la périphérie extérieure (9) est décalée axialement par rapport à la gorge annulaire (13) située sur la périphérie intérieure (12) du support de joint d'étanchéité (8), de façon telle que la pression agit sur la zone d'extrémité de la périphérie intérieure (12) du support de joint d'étanchéité (8), sur une distance axiale supérieure à la distance sur laquelle elle agit sur la périphérie extérieure (9). 3.- Joint d'étanchéité pour un piston mobile axialement, comportant un support de joint d'étanchéité cylindrique creux, qui comporte sur ses surfaces périphériques extérieure et intérieure des gorges annulaires pour recevoir des corps d'étanchéité, caractérisé en ce que des interstices agrandis (23,25) sont prévus du côté sollicité en pression, entre les corps d'étanchéité (15,17) et une paroi latérale (19,21) des gorges annulaires (10,13). 4.- Joint d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins le corps d'étanchéité 9 2653517 (15,17) situé du côté sollicité en pression est ondulé ou segmenté sur son pourtour. 5.- Joint d'étanchéité selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la surface de gorge (36) de la gorge annulaire (10,13) sollicitée en pression est au choix soit ondulée soit segmentée. 6.- Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs chambres annulaires (27,28), réparties à volonté individuellement sur la périphérie, sont prévues entre les gorges annulaires (10,13) espacées axialement. 7.- Joint d'étanchéité selon la revendication 6, caractérisé en ce que les chambres (27,28) sont reliées entre elles par des perçages (29). 8.- Joint d'étanchéité selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les chambres (27,28) et/ou les chambres annulaires (27,28) et/ou les perçages (29) sont reliées à des conduites de fuite (30) qui sont amenées à l'extérieur du support de joint d'étanchéité (8).