Brevet FR2796439A1 — publié le 20010119

JOINT DETANCHEITE FORMANT CLAPET L'invention se rapporte à un joint d'étanchéité pour un fluide formant également clapet d'admission d'un autre fluide à évacuer. L'invention s'applique dans tous les domaines dans lesquels des flux de fluides circulent sous pression, par exemple dans les domaines du transport (aérien, terrestre ou maritime), du bâtiment ou de l'équipement industriel ou domestique, en particulier lorsque des échanges thermiques interviennent. De manière générale, les joints d'étanchéité, tels que les joints à lèvre, ne présentent pas d'aptitude particulière à fonctionner comme soupape ou clapet dans un conduit. Ces joints offrent une grande étanchéité dans un sens préférentiel mais ne présentent, malgré tout, qu'une faible fuite dans le sens opposé. Or la fonction de clapet consiste au contraire à provoquer une ouverture maximale du conduit lorsqu'une surpression supérieure à un seuil minimal est exercée sur une face, c'est-à-dire dans un sens ouverture de l'écoulement d'un fluide, et à offrir une résistance élevée lorsque le fluide exerce une surpression dans l'autre sens dit anti- retour , c'est-à-dire contre l'autre face. Ainsi les joints d'étanchéité n'offrent pas, dans le sens dit d'ouverture, une section de passage suffisante, même en cas de surpression importante, la section d'ouverture ne dépassant pas le tiers de la section du conduit dans le cas d'un joint à lèvre classique. L'invention vise précisément à fournir un joint d'étanchéité assurant une fonction de clapet, c'est-à-dire d'ouverture franche dans un sens d'écoulement et de résistance élevée dans l'autre sens d'écoulement. A cette fin, l'invention propose de réaliser le joint selon une structure apte à exercer une fonction de charnière localisée du côté anti-retour. Plus précisément, l'invention a pour objet un joint d'étanchéité formant clapet pour conduit et s'étendant principalement selon une direction longitudinale, ce joint étant réalisé au moins en partie dans un matériau élastique et présentant essentiellement au moins une partie assurant une fonction de fixation et constituée par une tête qui est située à une extrémité du joint pour le fixer à l'aide de moyens solidaires d'une paroi du conduit, et une partie assurant une fonction d'étanchéité et constituée par un corps dont l'épaisseur diminue selon un plan transversal entre la tête et une queue souple située à l'autre extrémité du joint, ladite queue venant en contact avec une autre paroi du conduit pour réaliser l'étanchéité, joint qui est caractérisé en ce qu'il comprend également une partie permettant d'assurer une fonction d'échappement et constituée par une charnière qui relie la tête et le corps du joint, et en ce que ladite charnière est formée par un rétrécissement réalisé de manière asymétrique selon le plan transversal et autour d'un axe de rotation longitudinal formé dans le rétrécissement, de sorte que l'axe de rotation, la ligne centrale longitudinale d'une zone périphérique du corps du joint, qui réalise un contact avec lesdits moyens de fixation lorsque le corps du joint pivote autour de l'axe de rotation, et la ligne centrale longitudinale de contact de la queue du joint créent un arc-boutement longitudinal apte à transmettre les efforts exercés par un fluide interne audit conduit sur ladite zone de contact du corps par l'intermédiaire de la charnière longitudinale tout en maintenant l'étanchéité du conduit, et apte à disparaître lorsqu'une surpression supérieure à un seuil déterminé est exercée sur le corps du joint par un fluide externe audit conduit et fait pivoter le joint autour de l'axe de rotation pour libérer une ouverture suffisante et évacuer ainsi le fluide externe par le conduit. Ainsi, l'évacuation en urgence d'un flux externe peut être obtenue dans un conduit dédié à l'évacuation normale d'un premier flux dès qu'une surpression externe minimale est exercée. Selon une forme de réalisation préférée, le joint est réalisé en totalité en matériau élastique, un élastomère ou un caoutchouc, le rétrécissement est obtenu par formation d'une encoche crantée ouverte du côté du fluide externe à évacuer, les moyens de fixation comportent un crochet venant s'insérer dans l'encoche de manière à écraser les dents du crantage pour immobiliser la tête du joint, la zone de contact du corps du joint avec ledit crochet étant formée par une partie avancée de ce corps située du côté du fluide à évacuer. Selon des modes de réalisation particuliers, le joint peut être réalisé partiellement en un matériau différent des matériaux élastiques, par exemple en métal, en matériau plastique, ou en matériau composite, et/ou le corps du joint peut être creux de façon à réduire les coûts en matériau et le poids du joint. Avantageusement, le joint peut recevoir un revêtement thermique tel que tissu de verre, tissu céramique ou composite. Selon des exemples préférés, l'angle défini entre les plans longitudinaux passant par la ligne centrale de contact de la queue du joint et, respectivement l'axe de rotation longitudinal et la ligne centrale de ladite zone de contact du corps du joint, est situé dans l'intervalle compris entre 10 et 15 degrés, alors que la ligne centrale de contact de la queue est disposée en retrait interne au conduit, par exemple 2 à 3 degrés, par rapport à un plan de section du conduit passant par l'axe de rotation longitudinale. Un plan de section du conduit est défini comme parallèle à la direction d'écoulement du fluide dans ledit conduit. Les fluides mis en #uvre sont de toute nature : liquides minéraux ou organiques, vapeurs, gaz, plasma, etc. Selon une application particulière, le conduit est un conduit d'échangeur thermique et le joint est un joint périphérique fermé qui lie l'échangeur à un capot d'évacuation, le fluide à évacuer en cas d'urgence par le capot étant capté dans une enveloppe qui entoure l'échangeur et ledit capot. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture qui suit d'un exemple de réalisation concernant un échangeur thermique, en référence aux figures annexées qui représentant respectivement : - la figure 1, une coupe transversale schématique d'un mât d'avion comportant un échangeur thermique et un capot d'évacuation ; - la figure 2, une vue perspective d'un exemple de joint selon l'invention adapté à la liaison échangeur - capot selon la figure précédente ; - les figures 3a à 3c, trois phases de montage en coupe transversale du joint selon la figure précédente, et - les figures 4a et 4b, le joint précédent en position d'ouverture permettant le passage d'un fluide à évacuer en cas de surpression. Dans un mât de turbine d'avion, tel que schématisé en coupe transversale à la figure 1, le conduit 1 d'évacuation des gaz chauds FI provenant de la turbine (non représentée) à travers une entrée E est refroidi dans un échangeur thermique 2 par de l'air F2 provenant de l'extérieur et pulsé par un ventilateur 3. L'autre extrémité S du conduit 1 sert au démarrage des turbines. Au sortir de l'échangeur, le flux d'air refroidi F3 est dirigé à travers un conduit 4 en direction de l'habitacle pour le maintenir à la température souhaitée par régulation. L'échangeur 2 présente un capot 5 d'évacuation de l'air de refroidissement, le capot étant disposé sur l'échangeur 2 et lié à ce dernier par un joint périphérique 11. Le capot 5 possède une grille supérieure 6 de passage de l'air de refroidissement vers l'extérieur. La régulation globale en pression se fait par évacuation des surpressions dans l'enveloppe 10 du mât à travers des évents d'alimentation 12 et des sorties de ventilation 13. En cas de surpression anormale dans l'enveloppe, des trappes d'évacuation 14 sont classiquement prévues. A la place ou en complément des ces trappes, qui sont dangereuses du fait de leur fonctionnement en tout ou rien, l'invention propose un joint formant clapet à disposer en place du joint 11 de manière à évacuer l'air en surpression dans l'enveloppe 10 par le capot 5 à travers ce joint. Sont également représentés des raccords et entretoises 15a et 15b de fixation des conduits et une sonde thermique 16 de contrôle de température pour le système de régulation thermique de l'enveloppe 10. Le joint selon l'invention, adapté à la jonction capot/échangeur se présente, comme illustré sur la figure 2 en vue perspective, avec une forme globalement longitudinale selon une direction D. Ce joint est disposé en périphérie de l'échangeur entre chacun des quatre côtés des rebords respectifs du capot et de l'échangeur. En variante, le joint peut être avantageusement réalisé d'un seul tenant pour constituer un cadre de forme quelconque (rectangulaire, circulaire, ovale, ... ). Le joint 21 tel qu'illustré en figure 2 est formé dans un matériau élastomère. Il présente une encoche longitudinale 22 selon la direction D qui sépare la tête 23 du joint du corps 24 de celui-ci, la tête ne représentant qu'environ un huitième de la masse du joint. L'encoche a une profondeur transversale relative importante, de l'ordre des 3/4de l'épaisseur du joint, la tête n'étant ainsi reliée au corps que par un rétrécissement 25 situé dans le prolongement transversal de l'encoche 22. Le corps 24 présente une courbure générale convexe en face frontale Ff, sur laquelle débouche l'encoche 22, et une courbure concave en face arrière Fa située du côté du rétrécissement 25. Les courbures du corps du joint définissent une réduction progressive de son épaisseur en direction de son extrémité opposée à la tête, cette extrémité formant une queue 24a de souplesse relative sensiblement supérieure à celle du reste du joint. Ainsi, le joint présente trois parties, une tête 23 assurant une fonction de fixation, un corps 24 et sa queue 24a assurant une fonction d'étanchéité, et une charnière 25 permettant d'assurer une fonction échappement et qui relie la tête 23 et le corps 24. Les figures 3a à 3c montrent, en coupe transversale, les trois phases de montage d'un tel joint entre une bordure inférieure 5i du capot et une bordure supérieure 2s de l'échangeur. Conformément à la figure 3b, le joint 21 est inséré dans un crochet périphérique 30 fixé à la bordure 5i par enclipsage. A cette fin, la tête 23 du joint présente deux crans 31 formés sur un bord de la tête 23 par tout moyen connu, par exemple par thermoformage. Le capot 5 est ensuite mis en place par déplacement -selon la direction F qui rapproche le capot de l'échangeur2. En fin de montage, comme illustré sur la figure 3c, la queue 24a du corps du joint vient en appui sur la bordure 2s de l'échangeur, définissant une zone de contact longitudinale Zl entre le joint et cette bordure. La hauteur H du joint 21 est calculée pour que le corps 24 du joint vienne également en appui contre le crochet 30 par rotation autour d'un axe 32 formant une charnière longitudinale dans la zone de rétrécissement 25. Cet appui définit une zone de contact Z2 entre le corps du joint et le crochet de fixation. Dans l'exemple de réalisation, la hauteur H est égale à 40 mm, alors que son épaisseur transversale maximale e , définie au niveau de la tête, est d'environ 15 mm. Après montage, les plans longitudinaux Pl et P2 passant par la ligne centrale de la zone longitudinale Zl et, respectivement, par la charnière 32 d'une part et la ligne centrale de la zone longitudinale de contact Z2 d'autre part, forment un angle 0 égal à environ 12 degrés. Par ailleurs le plan Pl est légèrement incliné vers le centre de l'échangeur par rapport à un plan de section de l'échangeur, perpendiculaire aux bordures 5i et 2s, avec un angle égal à environ 2 degrés. Dans ces conditions, le joint selon l'invention peut rester en place en subissant des surpressions de l'intérieur de l'échangeur exercées sur sa face arrière convexe F., de l'ordre de 250 mbars ou plus sans déplacement sensible du joint. En cas d'urgence, lorsque des surpressions d'air arrivent dans le mât en passant par l'enveloppe externe à l'échangeur, le joint selon l'invention réalise sa fonction de clapet et s'ouvre en fonction de la surpression exercée jusqu'à libérer des hauteurs de conduits supérieurs à 25 mm. Ainsi, en référence à la figure 4a, une surpression de AP égale à 80 mbars fait pivoter le joint 21 autour de l'axe charnière 32, de façon à libérer le conduit d'évacuation sur une hauteur Hl d'environ 15 mm. Lorsque la surpression atteint 120 mbars dans le conduit d'évacuation (figure 4b), le joint s'ouvre sur une hauteur H2 de 25 mm, ce qui permet d'assurer un débit d'évacuation d'air maximum sans que le joint ne soit arraché. D'une manière générale, on peut avantageusement prévoir des moyens pour maîtriser les efforts d'écrasement du joint sans nuire à sa tenue en pression. Ces moyens sont constitués par un ou plusieurs encoches 24c prévues dans le corps 24, par exemple au niveau de la face arrière Fa du joint 21 (figures 3a et 3b), pour diminuer les efforts d'écrasement. Ces encoches 24c se referment lorsque le joint 21 est en place (figure 3c), pour ne pas affaiblir la rigidité du corps 24. La diminution des efforts d'écrasement peut atteindre plus de 50% en fonction du nombre, de la forme et des dimensions des encoches 24. Le joint 21 selon l'invention peut être monobloc ou d'un seul tenant et réalisé par un cadre de forme quelconque. Dans ce cas, on prévoit avantageusement des découpes dans le corps 24 pour permettre au joint de fonctionner d'une manière fiable et efficace lors de son ouverture. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits. Ainsi, tous moyens de fixation (vissage, rivetage, collage ou autre) connus de l'homme du métier peuvent être utilisés pour fixer la tête du joint. Par ailleurs, la queue du joint peut s'appuyer sur une paroi orientée selon une inclinaison quelconque, par exemple perpendiculaire à la bordure supérieure de fixation de la tête du joint. Les matériaux élastiques utilisés peuvent être un élastomère, éventuellement à densité variable, ou un caoutchouc. De plus, le corps du joint peut être prolongé de plusieurs queues afin de s'adapter à la géométrie de la bordure sur laquelle le joint s'appuie. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité formant clapet pour conduit et s'étendant principalement selon une direction longitudinale, ce joint étant réalisé au moins en partie dans un matériau élastique et présentant essentiellement au moins une partie assurant une fonction de fixation et constituée par une tête (23) qui est située à une extrémité du joint pour le fixer à l'aide de moyens solidaires d'une paroi du conduit, et une partie assurant une fonction d'étanchéité et constituée par un corps (24) dont l'épaisseur diminue selon un plan transversal entre la tête et une queue souple (24a) située à l'autre extrémité du joint, ladite queue (24a) venant en contact avec une autre paroi du conduit pour réaliser l'étanchéité, joint qui est caractérisé en ce qu'il comprend également une partie permettant d'assurer une fonction d'échappement et constituée par une charnière qui relie la tête (23) et le corps (24) du joint, et en ce que ladite charnière est formée par un rétrécissement (25) réalisé de manière asymétrique selon le plan transversal et autour d'un axe de rotation longitudinal (32) formé dans le rétrécissement, de sorte que l'axe de rotation (32), la ligne centrale longitudinale d'une zone périphérique (Z2) du corps (24) du joint (21), qui réalise un contact avec lesdits moyens de fixation (30) lorsque le corps du joint pivote autour de l'axe de rotation (32), et la ligne centrale longitudinale de la zone de contact (Zl) de la queue (24a) du joint (21) créent un arc-boutement longitudinal apte à transmettre les efforts exercés par un fluide interne audit conduit (4) sur ladite zone de contact (Z2) du corps (24) par l'intermédiaire de la charnière longitudinale (32) tout en maintenant l'étanchéité du conduit (4), et apte à disparaître lorsqu'une surpression supérieure à un seuil déterminé est exercée sur le corps (24) du joint (21) par un fluide externe audit conduit (4) et fait pivoter le joint (21) autour de l'axe de rotation (32) pour libérer une ouverture suffisante et évacuer ainsi le fluide externe par le conduit (4). 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (24) du joint comporte une ou plusieurs encoches (24c) pour maîtriser les efforts d'écrasement du joint sans nuire à la tenue en pression. 3. Joint selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé en totalité en matériau élastique, en ce que le rétrécissement (25) est obtenu par formation d'une encoche crantée (22) ouverte du côté du fluide externe à évacuer, en ce que les moyens de fixation comportent un crochet (30) venant s'insérer dans l'encoche de manière à écraser les dents du crantage pour immobiliser la tête (23) du joint (21), la zone de contact (Z2) du corps (24) du joint avec ledit crochet (30) étant formée par une partie avancée de ce corps située du côté du fluide à évacuer. 4. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé partiellement en un matériau métallique, en matériau plastique et/ou en matériau composite. 5. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que son corps (24) est creux. 6. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle défini entre les plans longitudinaux (Pl, P2) passant par la ligne centrale de la zone de contact (Zl) de la queue (24a) du joint et, respectivement l'axe de rotation longitudinal (23) et la ligne centrale de la zone de contact (Z2) du corps (24) du joint, est situé dans l'intervalle compris entre 10 et 15 degrés. 7. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne centrale de la zone de contact (Zl) de la queue est disposée en retrait interne au conduit (4) par rapport à un plan de section du conduit (4) passant par l'axe de rotation longitudinale (32). 8. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (4) est un conduit d'échangeur thermique et le joint (21) est un joint périphérique fermé qui lie l'échangeur à un capot d'évacuation (5), le fluide à évacuer en cas d'urgence par le capot étant capté dans une enveloppe (l 0) qui entoure l'échangeur et ledit capot. 9. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit joint est monobloc ou d'un seul tenant pour constituer un cadre de forme quelconque.