Brevet FR2846726A1 — publié le 20040507

L'invention concerne un agencement de joint d'étanchéité pour pièces susceptibles d'effectuer un mouvement relatif de va-et-vient. L'invention a pour but de proposer un agencement d'une structure simple et peu encombrante. Pour atteindre ce but, l'agencement selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément cylindrique solidaire de la première pièce, un deuxième élément cylindrique solidaire de la 10 deuxième pièce et disposé coaxialement et télescopiquement mobile à l'intérieur du premier élément, et un organe d'étanchéité formé par un élément tubulaire axialement extensible et rétractable à la manière d'un accordéon et fixé à une extrémité au premier élément et à 15 l'autre extrémité au deuxième élément. Selon une caractéristique de l'invention, l'organe d'étanchéité est formé par un élément tubulaire en toile étanche pliable en accordéon, les lignes de pliage étant en forme de cercles coaxiaux à l'axe de cet élément 20 tubulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe d'étanchéité est disposé à l'intérieur d'un espace annulaire de volume variable, délimité par des chemises internes coaxiales solidaires respectivement de 25 l'élément interne et de l'élément externe. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'espace annulaire de volume variable en fonction du mouvement de va-et-vient des deux pièces précitées est rempli d'un liquide, avantageusement de 30 l'huile, une boîte d'expansion étant prévue pour recevoir l'huile chassée lors d'une rétraction de la chambre. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, un dispositif d'étanchéité est interposé entre des faces en regard des deux segments cylindriques 35 et des chemises de délimitation de l'espace annulaire du logement de l'organe d'étanchéité. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, un joint d'étanchéité comporte une pluralité d'anneaux souples, en un matériau élastiquement déformable, qui sont disposés dans des rainures 5 pratiquées dans une des faces précitées et décalées les unes des autres dans l'axe de cette face, et en contact permanent avec la face en regard de celle qui porte les anneaux d'étanchéité. Selon encore une autre caractéristique de 10 l'invention, l'espace interne de l'anneau est rempli d'un liquide tel que de l'huile de façon que la compression de l'anneau dans une zone sous l'effet d'un pivotement relatif entre les deux faces en regard provoque une expansion de l'anneau dans la portion périphérique 15 diamétralement opposée à la zone de compression. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'organe d'étanchéité est formé par l'élément tubulaire en toile étanche renforcée par une ossature métallique. Un système de tunnelier selon l'invention comportant une pluralité de modules axialement alignés dont l'un est de longueur variable, est caractérisé en ce que le module de longueur variable (5) comporte un agencement d'étanchéité susmentionné. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un 30 mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale schématique, simplifiée d'un système de tunnelier de creusage de galeries dans un sol, donné à titre d'exemple d'une application d'un agencement de joint d'étanchéité 35 selon l'invention, montré en B dans sa position de rétraction axiale; - la figure 2 montre le système de tunnelier selon la figure 1, avec l'agencement de joint d'étanchéité B selon l'invention dans sa position d'extension; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un 5 agencement de joint d'étanchéité B selon l'invention, montrant celui-ci en détails, dans sa position d'extension axiale; - la figure 4 est une vue similaire à la figure 3, mais montre l'agencement de joint d'étanchéité dans sa 10 position de rétraction axiale; et - la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un dispositif d'étanchéité à articulation. Les figures 1 et 2 illustrent, à titre d'exemple d'une application d'un agencement de joint d'étanchéité 15 selon l'invention, un système de tunnelier de creusage de galeries dans un sol, qui comporte une pluralité de modules axialement alignés, à savoir un premier module 1 dont l'extrémité avant comporte une roue de coupe ou d'abattage 2, un second module 3 de dégagement des débris 20 produits par la roue de coupe, un troisième module 5 dont la longueur est télescopiquement variable selon un mouvement de va-et-vient et qui est équipé d'un agencement de joint d'étanchéité B selon l'invention, un quatrième module érecteur 7 et un cinquième module 9 de 25 pose des voussoirs 10. Entre deux modules adjacents est disposé un dispositif d'articulation A formé par un agencement de joint d'étanchéité à articulation. Les figures 3 et 4 montrent, plus en détails, l'agencement de joint d'étanchéité B des figures 1 et 2, 30 dans ses positions d'extension axiale maximale et de rétraction axiale maximale. Sur les figures 3 et 4, les deux pièces qui sont susceptibles d'effectuer un mouvement télescopique de vaet-vient sont constitués de deux segments tubulaires 35 cylindriques coaxiaux, respectivement radialement extérieur 11 et radialement intérieur 13. Entre les deux segments tubulaires Il et 13 est disposé un organe d'étanchéité 15, de longueur axiale variable, qui est fixé à une extrémité 17 au segment radialement interne 13 et à son autre extrémité 18 au segment radialement externe 11. L'organe d'étanchéité 15, de forme générale 5 tubulaire, est extensible et rétractable à la manière d'un accordéon et est avantageusement formé par une toile métallique pliable en accordéon, les lignes de pliage étant en forme de cercles coaxiaux à l'axe des pièces 11 et 13. Cette toile est étanche, c'est-à-dire en un 10 matériau imperméable, et peut être renforcée par une ossature métallique. L'organe d'étanchéité en accordéon 15 est disposé dans un espace annulaire 20, formé par une chemise coaxiale interne 22 du segment tubulaire 13 et deux 15 chemises coaxiales 24, 25 disposées coaxialement à l'intérieur du segment 11. La chemise 22 comporte à son extrémité adjacente à l'extrémité extérieure du segment 13 une bride 27 qui s'étend perpendiculairement radialement vers l'extérieur et assure la fixation de la 20 chemise à la face intérieure du segment 13 par un rebord de fixation annulaire 28 en appui contre la face du segment. L'extrémité opposée 30 de la chemise 22 est libre. Les deux chemises coaxiales 24, 25 sont solidaires, 25 du côté de l'extrémité extérieure du segment cylindrique 11 de la branche perpendiculaire à l'axe des chemises d'une cornière annulaire 32 fixée par son autre branche 32 à la face interne du segment 11. L'espace annulaire formé par les deux chemises coaxiales 24, 25 est ouvert 30 aux autres extrémités 33 des chemises. Comme le montre les figures, l'extrémité 18 de l'organe d'étanchéité 15 en forme d'accordéon est fixé à la branche 30 de la cornière 31 tandis que l'autre extrémité 17 de cet organe est fixé à la pièce annulaire 35 27 solidaire du segment cylindrique 13. Comme on le voit également sur les figures 3 et 4, l'extrémité 33 de l'ensemble formé par les chemises coaxiales 24, 25 pénètre télescopiquement dans l'espace annulaire délimité par le segment cylindrique 13 et la chemise 22 coaxiale à ce segment. Pour assurer l'étanchéité entre, d'une part, les 5 faces périphériques en regard des deux segments cylindriques 11, 13 et, d'autre part, les faces en regard des chemises 25 et 22, l'invention prévoit un dispositif d'étanchéité entre chaque paire de surface. Ces dispositifs désignés par la même référence générale 35 10 sont avantageusement du même type et sont décrits plus loin. Conformément à l'invention, l'espace annulaire 37 délimité entre le segment extérieur 11 et sa chemise coaxiale extérieure 24 est rempli d'un liquide tel que de 15 l'huile. Etant donné que l'espace 37 est de volume variable, il communique avec deux boîtes d'expansion pour l'huile indiquées en 40, par l'intermédiaire d'un tuyau en forme d'un labyrinthe 41. Chaque boîte d'expansion 40 est pourvue d'une soupape de sécurité 41 et d'un 20 manomètre 42. L'espace annulaire 20 dans lequel est disposé l'organe d'étanchéité 15 communique avec l'espace 37 alimenté en huile à travers une fente de communication subsistant entre la chemise 24 et le segment 13. Concernant les boîtes d'expansion d'huile 40, elles 25 doivent avoir un volume qui est égal à la différence des volumes des chambres 20 et 37 entre les positions d'extension maximale et de rétraction maximale de l'organe d'étanchéité 15, illustré sur les figures 3 et 4. En effet, lorsque le segment 13 se déplace de sa 30 position selon la figure 3 dans sa position de pénétration maximale à l'intérieur du segment 11 de la figure 4, de l'huile est chassée des espaces annulaires 20 et 37. Cette huile sera stockée dans les boîtes d'expansion 40. En se référant à la figure 5, on décrira ci-après un mode de réalisation avantageux des dispositifs d'étanchéité 35 prévu au niveau des extrémités coopérantes des segments 11, 13 et des chemises coaxiales 22, 24 et 25. Ce dispositif d'étanchéité présenté l'avantage de permettre un certain angle d'inclinaison a entre les axes X-X et Y-Y des deux éléments tubulaires 5 entre lesquels il est disposé. Le dispositif 35 qui sera décrit est celui disposé entre les segments 11 et 12 des figures 3 et 4. Le dispositif d'étanchéité 35 qui permet l'inclinaison axiale de l'ensemble formé par les deux 10 segments 11, 13 et ainsi l'articulation de ces deux segments comprend, dans l'exemple représenté, trois anneaux d'étanchéité 49 creux, souples, en un matériau élastiquement déformable, qui sont disposés chacun dans une rainure annulaire 51 pratiquée dans la face 15 radialement extérieure 53 de l'extrémité libre du segment cylindrique 13. Les trois rainures 51 sont décalées les unes des autres dans la direction de l'axe Y-Y de ce segment. La profondeur de chaque rainure 51 est choisie de façon que seulement une partie des anneaux 49 soit 20 reçue à l'intérieur des rainures et que les portions radialement externes fasse saillie radialement hors des rainures afin que, dans toutes les positions d'angle d'inclinaison des axes des deux segments tubulaires 11, 13, l'anneau soit appliqué, avec pression, à la fois 25 contre le segment 13 à l'intérieur de la rainure 51, et contre la face interne en regard du segment tubulaire extérieur 11. Chaque anneau d'étanchéité 49 est rempli d'un liquide, tel que de l'huile. La pression dans l'espace 30 interne 55 de chaque anneau est choisie de façon que la pression interne Pl soit toujours supérieure à la pression P2 à l'extérieur du joint. Dans ces conditions, dans toutes positions de pivotement, les anneaux d'étanchéité restent en contact avec la face interne du 35 segment tubulaire extérieur 11, ce qui assure l'étanchéité entre les deux segments articulés. En effet, comme le montre la figure 5, si, en raison de l'inclinaison de l'élément 13 par rapport à l'élément 11, l'extrémité de l'élément 11 vient en appui en 57, c'est-à-dire en haut sur la figure 5, contre la 5 face extérieure du segment 13, et s'écarte à l'emplacement diamétralement opposé, en 59, de la surface extérieure du segment 13, l'anneau est comprimé dans la partie supérieure de la figure, mais se dilate, sous l'impact de la pression Pl à l'intérieur de l'anneau, 10 dans sa position inférieure, si bien qu'une application sous pression contre la face interne du segment 11 est assurée tout autour de l'anneau qui, d'autre part, est pressé contre les faces internes de la rainure 51 du segment tubulaire interne 13. Il est à noter que tout autre dispositif d'étanchéité approprié, connu, pourrait être utilisé, le cas échéant, à la place des dispositifs 35, si l'inclinaison des segments télescopiquement engagés est négligeable. Il s'est avéré que des agencements d'étanchéité 35, grâce au fait qu'ils permettent une inclinaison des segments sont particulièrement appropriés à être utilisés comme dispositifs d'étanchéité à articulation entre des paires de modules axialement adjacentes du système de 25 tunnelier représenté sur les figures 1 et 2, à titre de dispositifs d'articulation A. REVENDICATIONS 1. Agencement de joint d'étanchéité pour pièces susceptibles d'effectuer un mouvement relatif de va-et5 vient, caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément cylindrique (11) solidaire de la première pièce, un deuxième élément cylindrique (13) solidaire de la deuxième pièce et disposé coaxialement et télescopiquement mobile à l'intérieur du premier élément, 10 et un organe d'étanchéité (15) formé par un élément tubulaire axialement extensible et rétractable à la manière d'un accordéon et fixé à une extrémité (18) au premier élément et à l'autre extrémité (17) au deuxième élément. 2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité (15) est formé par un élément tubulaire en toile étanche pliable en accordéon, les lignes de pliage étant en forme de cercles coaxiaux à l'axe de cet élément tubulaire. 3. Agencement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité (15) est disposé à l'intérieur d'un espace annulaire (20) de volume variable, délimité par des chemises internes coaxiales (22, 24, 25) solidaires respectivement de 25 l'élément interne (13) et de l'élément externe (11). 4. Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'espace annulaire de volume variable (20) en fonction du mouvement de va-et-vient des deux pièces précitées est rempli d'un liquide, avantageusement de 30 l'huile, une boîte d'expansion (40) étant prévue pour recevoir l'huile chassée lors d'une rétraction de la chambre (20). 5. Agencement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un dispositif d'étanchéité (35) est 35 interposé entre des faces en regard des deux segments cylindriques (11, 13) et des chemises (22, 25) de délimitation de l'espace annulaire (20) du logement de l'organe d'étanchéité (15). 6. Agencement selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (35) comporte une 5 pluralité d'anneaux souples (49), en un matériau élastiquement déformable, qui sont disposés dans des rainures (51) pratiquées dans une des faces précitées et décalées les unes des autres dans l'axe de cette face, et en contact permanent avec la face en regard de celle qui 10 porte les anneaux d'étanchéité. 7. Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'espace interne de l'anneau est rempli d'un liquide tel que de l'huile de façon que la compression de l'anneau dans une zone sous l'effet d'un pivotement 15 relatif entre les deux faces en regard provoque une expansion de l'anneau dans la portion périphérique diamétralement opposée à la zone de compression. 8. Agencement selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité est formé par 20 l'élément tubulaire en toile métallique étanche renforcée par une ossature métallique. 9. Système de tunnelier comportant une pluralité de modules axialement alignés dont l'un est de longueur variable, caractérisé en ce que le module de longueur 25 variable (5) comporte un agencement d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 8.