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" Joint sphérique
La présente invention concerne un joint flexible et plus particulièrement un joint sphérique pour l'emploi dans les conduites de fluide.
Une caractéristique de l'invention est qu'une pres- sion d'étanchéité uniformément répartie est maintenue à tous moments, entre la sphère et l'organe de retenue de celle-ci; une autre caractéristique de l'invention est qu'une force d'étanchéité est exercée sensiblement au centre de la sphère; une autre caractéristique encore de l'invention est que la résistance par frottement à la flexion est sensiblement ré- duite; une autre caractéristique encore de l'invention est qu'un ressort relativement petit, exerçant une grande force, peut être employé.
Une caractéristique de l'invention est qu'il n'y a sensiblement pas de résistance à l'éooulement du fluide provenant de la construction du joint; d'autres aarac- téristiques et avantages de l'invention, résulteront de la spécification qui suit et des dessins, dans lesquels : @
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La fig.l est une vue en élévation d'un joint ren- fermant l'invention ; la fig.2 est une coupe verticale du même joint ; la fig.3 est une vue horizontale, en partie en coupe par la ligne 3-3 de la fig.2; la fig.4 est une vue horizontale, en partie en.'coupe par la ligne 4-4 de la fig.2; la fig. 5 est une vue en coupe détaillée d'une variante ; la fig. 6 est une coupe verticale d'une autre forme ; fig.7 est une vue en plan par le dessous du dispositif représenté à la fig.6;
la fig. 8 est une vue verticale, en partie en coupe, montrant une autre variante ; lafig.9 est une vue en plan par le dessous de la construction représentée à la fig.8 ; lafig.
10 est une vue partielle, en partie en coupe, d'une autre variante de l'invention.
Les joints sphériques pour les conduites de fluide sont connus et utilisés depuis longtemps , mais de nombreuses difficultés ont été rencontrées avec ceux-ci. Une des diffi- cultés habituellement rencontrées est que, lorsque le joint est infléchi dans une position angulaire, la pression d'étan- ohéité entre la sphère et l'organe annulaire de retenue est moindre d'un côté que de l'autre, ce qui a pour résultat des fuites fréquentes de fluide, du côté où la pression moindre est exercée et une usure excessive de la surface sphérique et de l'organe de retenue,du côté sur lequel la plus grande pres- sion est exercée.
Une autre difficulté fréquemment rencontrée, spécialement lorsqu'une forte pression de ressort est employée conjointement avec un organe d'appui venant en contact avec une surface de la sphère, en vue d'assurer l'étanchéité au fluide, même lorsque le joint est infléchi, consiste en une résistance excessivement élevée à la flexion du joint, ce qui provoqua une absorption inutile de force et une usure des pièces Lorsqu'une garniture d'étanchéité a été en service pendant une longue période et a été usée tout.à-fait légèrement, on trouve fréquemment,en outre, que le ressort rattrape le mouvement...
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nécessaire et conserve encore l'étanchéité'au fluide.
La présente invention remédie à ces inconvénients et à d'autres encore, en fournissant une douille présentant un organe de retenue annulaire, une sphère destinée à être retenue dans cette douille par l'organe annulaire et des moyens nouveaux d'appliquer une force pour rendre étanche la sphère contre l'organe annulaire. Ces moyens comprennent une surface ou un organe d'appui situé en substance au centre de la sphère et à un dispositif de pression situé sensible- ment en position centrale dans la douille, à proximité de l'organe d'appui, le dispositif' de pression comprenant un logement contenant un ressort destiné à exercer une force sur l'organe d'appui de la sphère.
Le fait que le ressort est logé au centre de la douille permet de le faire en fil et en spires de diamètre relativement petit. Lorsqu'un ressort de grand diamètre de spires est employé, comme dans les types conventionnels, le diamètre du fil doit être relativement grand, en vue d'obte- nir la pression d'obturation désirée. En plaçant le ressort de pression de la présente invention dans un logement, en outre, on le protège de l'action érosive des fluides à grande vitesse, traversant le joint flexible. Cet effet d'érosion est un inconvénient dans les joints habituels usuels, vu qu'aucun acier satisfaisant ou revêtement résistant à la rouille n'a été trouvé, qui soit capable de résister à l'érosion.
Dans la forme de réalisation particulière de l'invention,,représentée aux fig.I à 4', une douille 10 est vissée sur une section de conduite ou de tuyau 11. La douille 10 est pourvue, à son extrémité ouverte, d'un épaulement an- nulaire 12, destiné à venir en contact avec un organe de retenue annulaire ou un dispositif d'étanchéité 13. Un presse- étoupe 14 est représenté, vissé sur l'extérieur de la partie..
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inférieure de la douille 10, et la garniture 13 est propor- tionnée de telle manière que, lorsque le presse-étoupe est serré contre le fond de la douille, la garniture d'étanché- ité est à fleur de ce fond et est en contact avec l'épaule- ment 12.
Un organe sphérique 15 est représenté, comportant une surface extérieure sensiblement hémisphérique 16, des- tiné à venir en contact avec la surface 17 de la garniture d'étanchéité 13 et à être maintenue en prise d'étanchéité avec celle-oi. La sphère est pourvue d'un goulot 18, repré- senté ici sous la forme d'un organe mâle, destiné à être vissé dans une autre section de conduite, non représentée ici.
La sphère 15 contient sensiblement en son centre un organe d'appui 19, qui est maintenu en place par un croisillon comportant des bras radiaux ou entretoisés de support 20. Cet organe d'appui possède à sa partie supé- rieure une surface d'appui 21, de forme sensiblement hémi- sphérique, le centre de l'arc de cet appui coïncidant avec le centre de l'arc de la surface extérieure de la sphère 15, destinée à venir en contact avec la garniture d'étanchéité.
La douille 10 contient en position centrale, à proximité de l'organe de support 19, des moyens de support à ressort ou un logement de ressort 22, ce logement étant maintenu en place à distance de la paroi de la douille, par un croisillon comprenant des bras radiaux ou des entretoises de support 23. Le logement 22 contient une ouverture 24, sensiblement cylindrique, avec un épaulement 25 à son extré- mité éloignée de l'organe d'appui 19. L'organe de pression 26 est prévu avec une surface destinée à venir en contact avec la surface d'appui 21 de l'organe d'appui 19.
Cet organe de pression 46,est destiné à s'adapter avec glissement dans le côté cylindrique 24 du logement 22 et il est pourvu d'une tige 27, de diamètre réduit, s'étendant vers le haut et ve- nant en contact par glissement avec les ouvertures d'appui
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28, prévues jour lui dans le sommet du logement de ressort.
Le ressort 29 est placé à l'intérieur de l'ouverture oylin- drique 21, entoure la tige 27, bute à une extrémité contre l'épaulement 25 et à l'autre extrémité, contre l'organe de pression 26. Une force est ainsi exercée contre l'organe d'appui 19 de la sphère, pour refouler celle-ci en prise d'étanchéité aveo la garniture ou l'organe de retenue 13.
La construction décrite fournit une force d'étan- ohéité exercée effectivement au centre de la sphère. Comme cette force est appliquée sensiblement au centre de la sphère, elle est répartie uniformément sur la surface extérieure de celle-ci, et a pour résultat,une pression d'étanchéité égale entre la surface extérieure 16 de la sphère et la garniture d'étanchéité 13, en tous les points autour de celle-ci.
Ceci est vrai,que le goulot 18 se trouve dans la position repré- sentée , ou soit infléchi vers l'un côté ou l'autre, vu que la surface d'appui 21 est sensiblement hémisphérique, avec un centre coïncidant avec celui de la sphère, de sorte que la force exercée par le ressort 29 est toujours exercée effecti- vement au centre de la sphère et ainsi répartie uniformément sur le pourtour de la garniture d'étanchéité, dans toute posi- tion de la sphère.
Il est à remarquer,qu'il n'y a pas de dis- torsion du ressort, lorsque le goulot 18 est infléchi vers un coté, ni aucune possibilité de pression moindre d'un coté de la garniture que de l'autre. Toute pression exercée par le fluide passant à travers le conduit est évidemment toujours répartie uniformément sur le pourtour de la garniture d'étan- ohéité , vu que la surface du cercle, projetée au point de contact, ne ohange pas le mouvement de la sphère.
L'application de la force d'étanchéité sensible- ment au centre de la sphère a encore un résultat important', outre l'étanchéité uniforme de la sphère contre la garniture annulaire. Avec cette construction, la force nécessaire pour..
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infléchir le joint est notablement réduite et est sensiblement la même en tous les points, dans les limites de mouvement du joint.
Dans les joints actuellement en usage habituel, la pression d'étanchéité appliquée par un ressort,prenant appui contre la sphère près de la surface extérieure de celle-ci, dépasse généralement considérablement celle nécessaire lorsque le joint est dans la position normale en vue d'assurer une ob- turation suffisante lorsque le joint est infléchi jusqu'à sa limite d'un coté ou de l'autre; et la pression inégale sur des o8tés opposés de la garniture d'étanchéité, lorsque le joint est infléchi, oppose une résistance accrue au mouvement de celui-ci.
La construction exposée ici est ainsi particulière- ment convenable pour maintenir un contact d'étanchéité appro- prié entre la sphère et la garniture d'étanchéité, quelle que soit la pression du fluide dans le conduit, vu qu'un ressort d'étanchéité de force considérable/peut facilement être employé sans faire obstruction à l'écoulement du fluide, ni provoquer une usure inégale de la sphère et de la garniture ou une ré- sistance trop élevée à la flexion.
Comme les moyens de support des ressorts ou le lo- gement 22 et l'organe d'appui 19 occupent une position sensi- blement oentrale dans le joint flexible et coaxiale avec le trajet d'écoulement du fluide à travers le conduit, il est préférable qu'ils interposent une résistance aussi petite que possible à l'écoulement du fluide. La forme extérieure du logement et de l'organe d'appui est proportionnée de telle manière que la combinaison forme un objet sensiblement aéro- dynamique, de façon à ne pas provoquer de tourbillonnement ou de turbulence dans le fluide passant par le conduit.
On ob- tient ce résultat par le fait que le logement est arrondi brusquement au sommet et est conformé en cône vers le bas et vers l'intérieur,dans la direction de l'organe d'appui et que l'organe d'appui s'étend en cane vers l'intérieur, de façon
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..un peu plus abrupte, les diamètres des deux organes adjacents l'un à l'autre étant tels,qu'on obtient une transition sensi- blement régulière de l'un à l'autre. La forme effective de la combinaison est donc sensiblement celle d'une goutte de larme, de sorte que l'écoulement régulier du fluide de la douille vers la sphère, le long de cette forme aérodynamique; est facilité.
Les entretoises radiales 20 et 23 sont, en outre, très étroites dans une direction transversale à l'écoulement du fluide, de sorte qu'elles n'opposent pratiquement aucune résistance à l'écoulement et ne créent pas de turbulence
Indésirable.
Dans la forme de réalisation particulière repré- sentée à la fig. 5, le logement de ressort 22 n'a pas d'ou- verture dans sa partie supérieure et aucun organe de pression
26 n'est employé. Dans cette forme de dispositif, un ressort
30,placé dans le logement 22, s'appuie directement contre l'organe 19, le ressort étant destiné à se mouvoir sur la surface d'appui sphérique 20, lorsque le joint est infléchi, de sorte que la pression est toujours exercée dans une di- rection coaxiale au logement 22. Cette construction permet l'élimination d'une pièce avec, en conséquence, une réduo- tion des frais de fabrication.
La structure représentée aux fig. 6 et 7 et celle représentée aux fig.8 et 9 montrent deux autres moyens de retenir- la garniture d'étanchéité 13 dans la douille.
Dans des deux formes, comme dans la forme préférée de l'in- vention, représentée à la fig.2, le bord inférieur de la garniture d'étanchéité est placé à fleur du bord inférieur de la douille. Ceci est possible par le fait qu'il n'est pas nécessaire de rattraper l'usure de la garniture en ce point. Dans la construction usuelle de joint sphérique ac- tuellement connue et employée, l'usure à la surface d'appui de la garniture d'étanohéité, provoquée par la flexion de...
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l'organe sphérique, est absorbée par refoulement de la gar- niture d'étanchéite plus loin vers le haut, dans la douille.
Dans le dispositif renfermant la présente invention, la garniture d'étanchéité est placée constamment dans la douille et l'usure est compensée par le fait qu'on permet à La sphère de se mouvoir légèrement vers le bas. La construction em- ployée, avec un petit ressort comportant plusieurs spires exerçant une force sensiblement au centre de la sphère, per- met ce mouvement de la sphère sans résultat nuisible, sous la forme de perte de pression du ressort et de mauvaise étan- chéité entre la surface extérieure de la sphère et la garni- ture d'étanchéité.
Dans la construction particulière représentée aux fig. 6 et 7, il est fait usage d'une douille 31, ayant un re- bord 32, à la partie inférieure. Une plaque de base 33, de forme coincidante ou semblable est employée pour maintenir la garniture 13 en place, la plaque 33 étant forée et le rebord 3 étant taraudé pour recevoir des boulons de retenue 34.
Dans la variante représentée aux fig. 8 et 9, la douille 35 possède une saillie annulaire 36, s'étendant vers l'extérieur sur le pourtour. On a prévu des moyens de retenue pour la garniture 13, qui consistent ici en deux organes sen- siblement semi-circulaires 37, pivotant l'un sur l'autre d'un côté, au moyen de la broche 38 et destinés à être rapprochés autour.de la saillie 36, par le boulon 39 situé à l'autre extrémité. Ici également, la partie inférieure de la douille 35 et celle de la garniture d'étanchéité 13 sont à fleur, aucune mesure de rattrapage n'étant nécessaire en ce point.
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La fig.IO montre une autre variante de l'inven- tion, dans laquelle les avantages de la pression au centre sont réalisés pleinement. Dans cette forme, l'organe de pres- sion 40 possède une pointe 41, sensiblement conique, destinée..
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à être reçue par un renfoncement conique 42, de l'organe de support 43. Le fond du renfoncement conique 42 est au centre de la surface hémisphérique extérieure 44', de la sphère, de sorte qu'une pression par pointe est exeroée au centre exact de la sphère.
Bien qu'on ait décrit et revendiqué certaines formes de réalisation de l'invention, il va de soi qu'elle est susoeptible de nombreuses variantes. Des changements peuvent être , par conséquent, apportés àla construction et à la disposition, sans qu'on s'écarte de l'essence et de la portée de l'invention, telles qu'elles sont exposées aux revendications annexées, qui visent à revendiquer toute nouveauté inhérente à l'invention, aussi largement que le permet l'état antérieur de la technique.
REVENDICATIONS.
I) Un joint flexible du genre comprenant un élé- ment en forme de douille, présentant une partie de retenue annulaire, et un élément sphérique destiné à être reçu dans la douille et retenu en prise d'étanchéité mobile avec cette partie annulaire par la pression d'un ressort, oomprenant : un croisillon dans un des éléments, un second croisillon dans l'autre des éléments, un organe d'appui situé au point central de l'élément sphérique et porté par le croisillon mentionné en premier lieu, un support pour le ressort, à proximité immédiate de l'organe d'appui;} ce support étant porté par le second oroisillon et formant avec l'organe d'appui une unité à pression centrale, présentant une forme sensiblement aérodynamique pour le fluide traversant le joint.