Brevet FR2847961A1 — publié le 20040604

Système d'étanchéité pour piston haute pression L'invention se rapporte à un système d'étanchéité pour piston haute pression et notamment un tel système utilisé pour des fluides. Les technologies généralement utilisées pour rendre étanche un piston circulant à l'intérieur d'un cylindre sont des joints du type torique. Il peut y en avoir un ou plusieurs suivant l'élément à comprimer et la pression régnant dans la chambre de compression. Cependant pour des hautes pressions, c'est1o à-dire au minimum 1500 bars, cette technologie de compression par piston n'est plus appropriée et est généralement remplacée par des pompes haute pression. Aussi, les joints actuels pour piston ne sont pas construits pour résister aux hautes pressions. Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un système d'étanchéité de constitution simple et fiable pour les pistons haute pression. A cet effet, l'invention se rapporte à un système 20 d'étanchéité pour piston de compression comportant une tige reliée audit piston, un corps formant un trou borgne à l'intérieur duquel glisse ledit piston et comportant à son extrémité fermée un évidement apte à laisser passer la tige entre son espace intérieur et l'extérieur caractérisé en ce qu'il 25 comporte un dispositif d'étanchéité entre la face du piston contenant ladite tige et l'extrémité fermée dudit corps et entourant partiellement ladite tige pour permettre une étanchéité haute pression de la tige de constitution simple et fiable. Cela permet de faire l'étanchéité du système de compression non pas entre le piston et la paroi intérieure dudit corps mais de la réaliser " derrière " le piston de manière à pouvoir récupérer la force induite par la pression régnant dans le corps et non pas de la combattre. Avantageusement selon l'invention, ledit dispositif d'étanchéité comporte des moyens sensiblement statiques 5 montés contre ladite extrémité fermée du corps et des moyens mobiles qui, liés aux dits moyens sensiblement statiques, sont aptes à rester plaqués contre ladite face du piston lorsque ce dernier est en mouvement pour permettre, quelles que soient la pression et la position du piston, l'étanchéité de la tige par îo rapport à l'élément comprimé par ledit piston. Les moyens mobiles sont ainsi toujours en contact avec la face du piston pour préserver l'étanchéité de la tige. Selon l'invention, les moyens mobiles, de manière avantageuse, sont sensiblement en forme de coupe dont la 15 partie supérieure sensiblement annulaire est élastique et dont la partie inférieure comporte une collerette constituée desdits moyens sensiblement statiques de manière à ce que ces derniers et lesdits moyens mobiles ainsi liés, forment une cavité de pression apte à déformer ladite partie supérieure 20 pour la contraindre contre ladite face du piston avec une force proportionnelle à la pression y régnant. Cela signifie que la force de plaquage des moyens mobiles est fonction de la pression " derrière " le piston. Plus il y a de pression, plus la partie supérieure des moyens 25 mobiles est comprimée avec force contre ladite face du piston. Lesdits moyens sensiblement statiques et mobiles forment, avantageusement selon l'invention, une pièce unique élastique, l'épaisseur de matière variant de manière à rendre plus ou moins mobiles les différentes parties de ladite pièce 30 unique. Cela entraîne une plus grande épaisseur des moyens sensiblement statiques par rapport à celle de la partie supérieure des moyens mobiles Enfin selon l'invention, la tige comporte de plus sur une partie de sa longueur au moins un moyen d'étanchéité apte à améliorer l'étanchéité globale dudit système. D'autres particularités et avantages ressortiront clairement 5 de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquelles: - la figure 1 est une vue du système selon l'invention lorsque le piston n'est pas utilisé pour comprimer; - la figure 2 est une vue du système selon l'invention lorsque le piston est utilisé comme moyen de o compression. Comme illustré dans l'exemple de la figure 1, on peut voir un système de piston de pression 1 qui comporte 15 principalement un corps 2, un ensemble tige - piston 3 et un dispositif d'étanchéité 4. Le corps 2 est sensiblement cylindrique. Il est dimensionné pour résister mécaniquement en son creux à des pressions supérieures à 1500 bars. Sa surface interne est 20 sensiblement lisse de manière à ce qu'un élément en mouvement rencontre un minimum de frottement à son contact. Enfin, le corps 2 est fermé à une extrémité par un bouchon 5 au moyen par exemple d'une vis. Le bouchon 5 comporte une rainure 11 à une de ces 25 extrémités et comprend un évidement 6 le traversant de part en part. Cet évidement 6 est utilisé pour recevoir la tige 7 de l'ensemble tige - piston 3. De cette manière, seule la direction du mouvement de la tige 7 est limitée par l'évidement 6. La tige 7 est reliée au piston 8, par exemple, par soudage. Celui30 ci comporte une section de géométrie correspondante au diamètre intérieur du corps 2. Cependant, son diamètre est sensiblement inférieur de sorte que le piston 8 puisse coulisser le long de l'espace intérieur 9 du corps 2. L'ensemble tige - piston 3 est m par un actionneur 10 qui, en prolongement de la tige 7 de façon directe ou indirecte, induit un mouvement de cette dernière de façon à translater le piston 8 pour finalement comprimer, par exemple, un fluide compris dans l'espace 9. Le dispositif d'étanchéité 4 est monté dans le siège de la rainure 11 du bouchon 5, par exemple, par collage. Ce dispositif comporte un élément 12 comprenant une partie haute 12a et une partie basse 12b. La géométrie de l'élément 12 est io sensiblement de forme symétrique par rapport à l'axe de translation de la tige 7 et dépendante de la géométrie de ladite rainure du bouchon 5. La partie haute 12a comporte un anneau flexible 13 formant sensiblement une ventouse et comprenant un bord is annulaire 14 recourbé vers l'intérieur de ladite forme de ventouse qui est destiné à être plaqué contre la face du piston 8 sur laquelle est montée la tige 7 (comme illustré dans les exemples des figures 1 et 2). La partie basse 12b forme sensiblement une collerette 15 par rapport à la base de la 20 partie haute 12a et ainsi devient le fond à l'intérieur du corps 2 sensiblement cylindrique en recouvrant de façon étanche la partie du bouchon 5 qui est en contact avec le corps 2. Cette géométrie de l'élément 12 rend quasi-statique la partie basse 12b et mobile la partie haute 12a. 25 Préférentiellement, ces caractéristiques sont rendues possibles par la composition élastique dudit élément et amplifiées par l'utilisation pour la partie basse 12b d'une épaisseur de matière plus large par rapport à celle de la partie haute 12a. La partie haute 12a et basse 12b ainsi montées forment une cavité 17. L'espace qui existe entre le piston 8 et l'intérieur 9 du corps 2 autorisant une communication entre chaque face du piston 8, la pression présente dans l'espace 9 devant le piston 8 sera donc sensiblement la même que dans 35 la cavité 17. La partie haute 12a, qui est élastique, est donc plaquée avec une force proportionnelle à la pression présente dans la cavité 17. Ainsi, plus il y a de pression dans le corps 2, plus la partie haute 12a est plaquée contre le piston 8, donc meilleure est l'efficacité du système d'étanchéité 1. Ce 5 dispositif d'étanchéité permet donc de se servir de la pression à l'intérieur du corps 2 et non de lutter contre pour réaliser l'étanchéité. Successivement aux figures 1 et 2, on peut voir la déformation de la partie haute 12a de l'élément 12. Notamment 10 la figure 2 montre que, sous le double effet du déplacement du piston 8 et l'augmentation de la pression dans l'espace 9 (et donc dans la cavité 17), la partie haute 12a se déforme de manière à ce que le bord annulaire 14 reste en contact avec la surface dudit piston. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la section intérieure du corps 2 ainsi que celle du piston 8 peuvent ne pas être discodales. De manière 20 avantageuse, le dispositif d'étanchéité 4 peut également comporter un joint du type torique 16 le long de la tige 7 comme illustré à la figure 1 pour améliorer l'efficacité globale du système d'étanchéité. La partie haute 12a peut également être de géométrie différente pour s'adapter à une course 25 différente du piston 8 ou à une surface non plane du piston 8. Enfin, pour des mouvements amples du piston 8, il peut biensr être envisagé que la membrane 12a ne soit plus en contact momentanément avec ledit piton et que l'étanchéité ne se fasse plus que de manière temporaire par le moyen 30 d'étanchéité 16. R E V E N D I C A T IO N S 1. Système d'étanchéité (1) pour piston (8) de compression comportant une tige (7) reliée audit piston, un corps (2) formant un trou borgne à l'intérieur duquel glisse ledit piston et 5 comportant à son extrémité fermée (5) un évidement (6) apte à laisser passer la tige (7) entre son espace intérieur (9) et l'extérieur caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'étanchéité (4) entre la face du piston (8) contenant ladite tige et l'extrémité fermée dudit corps et entourant partiellement io ladite tige pour permettre une étanchéité haute pression de la tige (7) de constitution simple et fiable. 2. Système d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'étanchéité comporte des moyens sensiblement statiques (12b) montés contre ladite extrémité i5 fermée du corps et des moyens mobiles (12a) qui, liés aux dits moyens sensiblement statiques, sont aptes à rester plaqués contre ladite face du piston lorsque ce dernier est en mouvement pour permettre, quelles que soient la pression et la position du piston (8), l'étanchéité de la tige (7) par rapport à 20 l'élément comprimé par ledit piston. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens mobiles (12a) sont sensiblement en forme de coupe (13) dont la partie supérieure sensiblement annulaire (14) est élastique et dont la partie inférieure comporte une collerette 25 (15) constituée desdits moyens sensiblement statiques de manière à ce que ces derniers et lesdits moyens mobiles ainsi liés, forment une cavité (17) de pression apte à déformer ladite partie supérieure pour la contraindre contre ladite face du piston (8) avec une force proportionnelle à la pression y 30 régnant. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens sensiblement statiques et mobiles forment une pièce unique élastique (12), l'épaisseur de matière variant de manière à rendre plus ou moins mobiles les différentes parties de ladite pièce unique. 5. Système selon l'une de revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige (7) comporte de plus sur une partie de sa longueur au moins un moyen d'étanchéité (16) apte à améliorer l'efficacité globale dudit système.