Brevet FR2831637A1 — publié le 20030502

JOINT D'ETANCHEITE A DEUX LEVRES CONCENTRIQUES DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un joint d'étanchéité disposé entre deux pièces mutuellement tournantes, et plus précisément du genre coulissant sur une des pièces dans l'axe de rotation et comportant deux lèvres concentriques dirigées vers une face plane de l'autre des pièces. Un tel joint établit une étanchéité variable entre deux enceintes délimitées par les deux pièces d'après le jeu entre les lèvres et la face plane, et prend des états d'équilibre déterminés par les forces des différentes pressions auxquelles sa surface est soumise. Les lèvres ont le rôle important de délimiter une cavité où une pression intermédiaire à celles des deux enceintes que le joint sépare s'instaure. Cette pression intermédiaire dépend du jeu entre les lèvres et la face plane de la pièce en regard : si par exemple ce jeu s'accroît, les fuites à travers le joint deviennent plus importantes et la pression dans la cavité tend à s'approcher de la pression la plus basse. L'équilibre des pressions est rompu car les forces de pression agissant dans la cavité et repoussant le joint de la face plane sont amoindries, alors que les autres forces de pression restent les mêmes. Le joint est donc repoussé vers la face plane jusqu'à ce que le jeu reprenne sa valeur d'équilibre. Un joint bien conçu de ce genre ne frotte donc pas contre la face plane, mais ne laisse fuir que de faibles débits de gaz à travers lui. La stabilité de l'équilibre peut pourtant devenir un inconvénient dans certaines circonstances, notamment quand le gaz de l'enceinte à haute pression est un gaz de ventilation dont on voudrait accroître le débit de fuite vers l'autre enceinte à l'occasion pour la réfrigérer plus. Le but de cette invention est en conséquence le perfectionnement du joint d'étanchéité décrit ci-dessus de manière à pouvoir faire varier son jeu et son débit de fuite et ce de façon volontaire et commandée. Le moyen retenu consiste à permettre la déformation d'une des portions du joint, porteuse d'une des lèvres, pour l'éloigner ou l'approcher de la pièce plane et favoriser ou contrarier la communication de la cavité vers l'enceinte située derrière cette lèvre mobile. La pression dans la cavité est modifiée en conséquence, ainsi que l'équilibre des pressions, qui est retrouvé pour une autre position du joint impliquant un jeu et un débit de fuite différents. Il existe des joints déformables sous la pression du gaz environnant, mais ils sont employés dans des situations différentes et n'enseignent notamment pas comment modifier la pression dans une cavité intermédiaire aux enceintes. On citera le brevet européen 0 629 798 et le brevet français 2 765 653 pour des exemples. Les forces responsables de la déformation de la couronne, peuvent être de natures variées comme on le verra plus loin. Ainsi, l'invention est relative à un joint d'étanchéité disposé entre une première pièce munie d'une paire de facettes (ou zones d'échanchéité) circulaires et planes et une seconde pièce tournant par rapport à la première pièce et devant les facettes autour d'un axe, le joint comprenant un manchon cylindrique glissant sur la seconde pièce dans l'axe, une couronne fixée au manchon, et deux lèvres circulaires saillant de la couronne vers les facettes, caractérisé en ce que la couronne comprend une portion, flexible sous l'effet de forces environnantes, entre le manchon et une des lèvres. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures. La figure 1 représente une vue générale du joint conforme à l'invention, et les figures 2 et 3 deux variantes de réalisation. Le joint porte la référence générale 1 et se compose d'un manchon 2 cylindrique, d'une couronne circulaire 3 attenante au manchon 2, et de deux lèvres 4 et 5 d'étanchéité saillant de la couronne 3 sur sa face opposée au manchon 2 ; est lié en rotation à une pièce 6 comprenant, entre autres, un manchon 7 dans lequel celui du joint 1 peut coulisser par l'intermédiaire d'une garniture 8 qui établit une étanchéité secondaire. Le joint 1 comprend encore un pion d'arrêt en rotation 9 qui est retenu dans une rainure 10 de la pièce 6 afin de les maintenir ensemble contre les mouvements de rotation, et il peut être continu ou composé de secteurs d'arc aboutés, ainsi qu'il est connu dans l'art. Une deuxième pièce 11 porte une face plane 12 comprenant une paire de facettes, polies en glaces, 13 et 14 respectivement devant les lèvres 4 et 5 ; on peut aussi mentionner un crochet 15 s'étendant par delà la couronne 3 et venant coiffer son pourtour extérieur, afin de se prémunir contre des mouvements de recul excessifs du joint 1, toujours possibles dans des phases transitoires de fonctionnement de la machine dont il fait partie. Les pièces 6 et 11 tournent l'une par rapport à l'autre autour d'un axe X. Une enceinte à haute pression 16 est comprise entre les pièces 6 et 11 et la lèvre 5, et une enceinte à basse pression 17 entre les mêmes pièces 6 et 11 et l'autre lèvre 4 ; une cavité 18 est délimitée par la couronne 3, les lèvres 4 et 5 et la face plane 12 de la pièce 11. Un courant de fuite est entretenu de l'enceinte 16 à l'enceinte 17 par le jeu entre les lèvres 4 et 5 et les glaces 13 et 14 ; une pression intermédiaire apparaît dans la cavité 18, et sa valeur peut être modifiée par des perçages 19 à travers la couronne 3 pour établir une liaison supplémentaire avec l'une ou l'autre des enceintes, ici l'enceinte à haute pression 16. Comme le montre la figure 2, la couronne 3 est amincie du côté de l'enceinte à haute pression 16 et de la lèvre 5, de manière à y créer une portion flexible 20. En réglant la pression haute dans l'enceinte 16 de manière à l'accroître, la partie 20 fléchit vers la face plane 12 et diminue la communication avec l'enceinte à haute pression 16, et donc le débit de fuite. Réciproquement, une diminution de la pression haute dans l'enceinte 16 augmente ce débit. La figure 3 montre une conception équivalente, où ce n'est cependant pas un réglage de pression qui commande la déformation le débit de fuite, mais une modification de la température : la partie flexible, portant ici la référence 21, de la couronne 3 (située comme précédemment entre le manchon 2 et la lèvre 5), est complétée par une couche 22 de matière hétérogène qui lui confère une structure bimétallique, dont la propriété est donc de fléchir grâce aux différences des coefficients de dilatation. Un même effet pourrait être obtenu avec une matière à mémoire de forme travaillée de façon à présenter deux états de flexion différents ; cette matière pourra être rapportée à la surface du joint 1, comme la couche 22, en adhérant au joint 1 ; ou le joint 1 lui-même pourra être construit en cette matière. Il est en général avantageux que le manchon 2 se raccorde à la couronne 3 hors de son rayon moyen et en la divisant en deux portions de largeurs inégales, et que la porton flexible corresponde à la partie la plus large mesurée à partir du manchon 2. REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité (1) disposé entre une première pièce (11) munie d'une paire de facettes circulaires et planes (13,14) et une seconde pièce (6) tournant par rapport à la première pièce et devant les facettes autour d'un axe (X), le joint comprenant un manchon cylindrique (2) glissant sur la seconde pièce dans l'axe, une couronne (3) fixée au manchon, et deux lèvres (4, 5) circulaires saillant de la couronne vers les facettes, caractérisé en ce que la couronne (3) comprend une portion (20,21), flexible sous l'effet de forces environnantes, entre le manchon et une des lèvres. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon se rattache à la couronne hors d'un rayon moyen de celle-ci, et la portion flexible correspond à une partie de plus grande largeur de la couronne, mesurée à partir du manchon. 3. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la portion flexible correspond à un amincissement de la couronne. 4. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la portion flexible comprend une partie hétérogène à une portion complémentaire de la couronne. 5. Joint d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie hétérogène est en alliage à mémoire de forme. 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisé en ce que la portion flexible est bimétallique. 7. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint est en alliage à mémoire de forme.