Dispositif d'étanchéité. La présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité comportant un organe d'étanchéité annulaire élastique et présentant un bord libre, destiné à ,s'appliquer contre une surface courbe afin de former un joint étanche entre deux capacités adjacentes.
On connaît déjà des dispositifs d'étan chéité présentant un organe d'étanchéité flexi- ble, destiné à s'appliquer par sa face latérale contre la surface interne concave d'un cylin dre ou contre la face externe d'une tige cylin drique, afin de former un joint étanche entre deux capacités adjacentes.
Dans les disposi tifs de ce type, l'organe d'étanchéité est cir culaire et est appliqué contre la surface de contact par la seule pression du fluide. Celui des deux milieux à séparer qui est à la pres sion la plus élevée agit sur ledit organe de façon à appliquer sa face latérale contre la surface concave ou convexe coopérant avec le dispositif d'étanchéité pour former le joint.
Mais dans le cas où le dispositif travaille sous des pressions faibles par rapport à la rigidité de l'organe d'étanchéité ou sous des différences de pression passant par zéro, ces pressions peuvent être insuffisantes pour ap pliquer la surface latérale de l'organe flexi- ble contre la surface concave ou convexe, de sorte que l'étanchéité pourra être tout ,à fait défectueuse, et il sera nécessaire de trouver une autre solution pour assurer une bonne étanchéité.
Il importe, en outre, que cette étanchéité se trouve conservée malgré l'usure résultant d'un fonctionnement prolongé.
Si, par contre, on utilise un organe très flexible, il s'applique sur une grande hauteur contre la paroi en occasionnant des frotte ment d'où, à la fois, une usure du dispositif et une résistance au déplacement.
Afin de remédier à ces inconvénients, le dispositif d'étanchéité suivant l'invention est caractérisé en ce que le bord libre de l'organe d'étanchéité est conformé de façon à consti tuer une lèvre dont l'extrémité libre s'appli que de champ sur ladite surface courbe de manière qu'elle soit eu contact avec celle-ci suivant une surface d'étendue excessivement faible, et en ce que le diamètre, à l'état libre, de l'extrémité libre de la lèvre, est légèrement différent du diamètre de la surface courbe sur laquelle cette extrémité s'applique,
de ma nière que l'extrémité de la lèvre soit appli quée contre cette surface courbe par suite de la force élastique résultant de la déformation de l'organe d'étanchéité.
Le dessin annexé représente, . à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 est une section axiale, à grande échelle, de l'organe d'étanchéité d'une pre mière forme d'exécution du dispositif selon l'invention; sur cette figure, on a représenté, en traits mixtes, la position que prend cet organe lorsque sa .lèvre est au contact de la surface sur laquelle elle appuie élastiquement; Les fig. 2 et 3 sont des coupes de va riantes de cet organe d'étanchéité; La fig. 4 est une coupe des organes d'é tanchéité d'une deuxième forme d'exécution;
La fi,-. 5 est une coupe d'une soupape, présentant une forme d'exécution du dispo sitif Les fig. 6, 7 et 8 sont des coupes analo gues respectivement, d'une rotule étanche, et de deux presse-étoupes munis chacun d'une forme d'exécution du dispositif.
Suivant l'exemple d'exécution représenté à. la. fi-. 1, l'organe d'étanchéité 1 dont on n'a représenté qu'une section axiale, coopère avec une surface cylindrique 2 (ab). Cette surface \? peut être concave (paroi intérieure d'un cylindre) ou convexe (surface d'une tige). Suivant l'un ou l'autre de ces cas, la fig. 1 montre donc la section de droite ou de gauche de la. couronne que forme le dispositif dans son ensemble.
L'organe 1 est solidaire d'un anneau<I>c d</I> e 1, de section rectangulaire, et est formé par un manchon<I>e f</I> g <B><I>le</I></B><I> i,</I> j k 1; ce manchon com- porte, à son tour, à l'extrémité opposée à l'an neau, un bord libre constituant une lèvre 4 dont l'extrémité libre s'applique de champ sur la surface 2.
La hauteur h. i, de cette extré- mité de la lèvre est petite de sorte que la lèvre est en contact avec la surface 2 suivant une surface d'étendue excessivement faible. La, hauteur<I>la</I> i, peut être (le l'ordre d'un mil limètre ou moins, pour un diamètre inférieur à, 50 mm.
La surface dorsale i j de la lèvre 4 est constituée par une surface tronconique dont le demi-angle au sommet est compris, de préférence, entre 30 et<B>60'.</B> La surface tronconique i. j est reliée à l'anneau par une surface de raccord ;j h et par une surface 1, . <I>1,</I> dont la, section peut être rectiligne ott non.
La surface Ic 1 est inclinée par rapport à<I>ab</I> de manière que l'aire de la section du man chon constituant l'organe d'étanchéité trans versale à l'axe de celui-ci aille en diminuant de l'anneau vers la lèvre 4.
Le rayon de la surface d e de l'anneau correspond sensiblement au rayon de la sur face 2. Par contre, le rayon de l'extrémité libre de la lèvre 4 est inférieur (dans le cas où la surface 2 est convexe) ott supérieur (dans le cas oit la surface 2 est concave) au rayon de cette surface, d'une certaine quan tité y, par exemple de quelques dixièmes de millimètre pour une surface 2 de 50 mm de diamètre.
On voit immédiatement que la pièce com portant la surface \? ne peut. être engagée dans l'organe 1 ou inversement que grâce à une déformation élastique de cet organe 1 qui prend la position représentée en traits mixtes, la lèvre 4 venant en 4'. Naturellement. la déformation 4-4' ne doit pas dépasser la limite d'élasticité du métal.
On voit que l'extrémité libre de la lèvre 4 appuie par sa surface<I>la</I> z élastiquement sur la paroi 2 avec une force d'autant plus grande que la déformation élastique 4-4' lors du montage est plus grande.
On peut dire, vu les dimensions relatives du diamètre de la surface courbe 2 et de la hauteur h i., que l'extrémité libre de la. lèvre 4 forme un véritable tranchant. en i, qui racle sur la. surface 2, lors des déplacements lon- gitudina.ux relatifs de cette surface par rap port à l'organe 1 assurant ainsi une étanchéité parfait;
entre les deux pièces. On voit, en outre, que .la déformation 4-4' amène un dégagement entre l'organe 1 et la paroi 2 (ab) en<I>h' g' f' e.</I> La profondeur z moyenne de ce dégagement et la rigidité de la lèvre doivent être suffisantes pour assu rer un glissement très aisé aux plus fortes pression d'utilisation, c'est-à-dire que pour les plus hautes pressions prévues, la ,
lèvre ne doit pas être en contact avec la surface ab autrement que par son extrémité libre s'ap pliquant ide champ sur cette surface.
A noter que le dégagement de profondeur z pourrait être augmenté, si on le désire, en évidant le manchon en 3 au-dessus de l'an neau de base, comme représenté à la fig. 2. La profondeur z' de cet évidement peut être de l'ordre de quelques centièmes de milli mètre ou plus.
Naturellement, les dimensions x, g, z, zx des fig. 1 et 2 sont considérablement grossies pour la clarté du dessin.
Il faut observer que pour le fonctionne ment du dispositif décrit, il importe peu que l'anneau de centrage soit fait d'une pièce avec le restant du dispositif. Il pourrait par exem ple être rendu solidaire du manchon consti tuant l'organe d'étanchéité, par vissage, ou autrement, ce qui permettrait de l'exécuter en tout autre métal, alliage ou matière plus adéquate.
Le métal du manchon doit être choisi con venablement suivant la matière constituant l'organe 2 pour éviter le grippage, étant donné que le raclage expulse l'huile. Par ail leurs, le grain macrographique et la résis- tance mécanique du métal utilisé pour le man chon doivent permettre la taille d'un tran chant; on utilisera donc un métal suffisam ment élastique, parfaitement homogène et à structure très compacte.
La paroi comportant la surface 2 doit, de son côté, être constituée en une matière à grain macrographique très serré permettant un polissage parfait--et suf fisamment dur pour ne pas être rayé par le tranchant i dé la lèvre.
Dans l'exemple décrit, on pourra par exemple utiliser pour l'organe 1 du bronze à haute résistance (R = 50 kg, A - 10%), , la dureté Brinnel-Vickers de la couche super ficielle de la paroi devant être supérieure à 200, la sous-couche ayant une résistance suf fisante pour résister aux efforts qui appli quent l'extrémité de la lèvre 4 contre l'or gane 2.
Pour l'organe 2, on pourra par exem ple utiliser un acier ou une fonte nitrurée, un acier au chrome ou un acier cémenté.
Ces -conditions réalisées, les avantages principaux du dispositif d'étanchéité qui vient d'être décrit sont les suivants: le frottement est très réduit, surtout si on le compare à celui des presse-étoupes ou même des dispositifs plastiques utilisés habi tuellement;
l'étanchéité à l'huile est assurée à des pressions très élevées, dépassant 1000 kg par cm@; même .après une immobilisation prolongée, lors de la remise en route, l'arrachement :de l'organe 1 n'est pas à craindre, comme c'est le cas pour les dispositifs en caoutchouc;
enfin, l'usure infime qui se produit à la longue ne nuit pas à l'étanchéité, car les di verses sections successives, que l'usure taille dans l'extrémité .libre de la lèvre 4 sont pa rallèles à i' h' et ne modifient donc pas en définitive l'angle ca sous lequel le tranchant de cette extrémité libre se présente par Tap- port à<B>la</B> surface contre laquelle elle
frotte.
A la fig. 3, on a représenté une variante du .dispositif qui vient d'être décrit dans la quelle l'organe d'étanchéité présente en outre des lèvres auxiliaires 4a-4b disposées l'une au-dessus de l'autre et :dont la saillie par rapport à ab est de valeur décroissante de manière que tous:
ces bords portent élastique- ment sur cette paroi après montage (voir la position en traits pointillés).
Quant à la fig. 4, elle représente un dispo sitif d'étanchéité présentant deux organes d'étanchéité analogues à l'organe 1 de la fig. 2 et disposés symétriquement de part et d'autre d'un anneau central. Ce dispositif est à dou ble effet.
Dans l'exemple de la fig. 5, une soupape 5 est appliquée sur son siège 6 au moyen d'un ressort 7. Afin d'assurer l'étanchéité parfaite entre les deux capacités 8 et 9 séparées par la soupape 5, une pièce 1 fixée sur le siège 6 présente un manchon circulaire de section allant en diminuant, élastique, évidé au- dessous du siège et dont le bord libre est con formé de façon à former une lèvre 4 dont l'extrémité libre a, avant montage, un diamè tre inférieur à. celui de la partie cylindrique 12 du corps de la soupape et s'applique de champ sur cette partie cylindrique.
Il en ré sulte que lorsque la soupape 5 et l'organe 1 seront mis en place dans la position de la fi-. 5, l'extrémité libre de la lèvre 4 s'appli quera étroitement de champ contre la partie 12 de la soupape; on assurera ainsi une étan- chéitC; parfaite de la soupape. Si l'on suppo sait que la pression dans la capacité 8 est plus élevée que dans la capacité 9, la lèvre serait alors disposée d'une façon telle que la pres sion la plus élevée vienne appliquer son extré mité libre contre la, surface cylindrique en améliorant encore davantage les conditions d'étanchéité.
Dans l'exemple de la fig. 6, il s'agit de la réalisation d'une liaison étanche entre deux conduits 13 et 14 réunis entre eux par une rotule 15. A cet effet, -un organe d'étanchéité élastique 1 forme corps avec le conduit 14, ou est rapporté sur ce conduit. Il présente une forme circulaire de section allant en dimi nuant, est élastique, et son bord libre est con formé de façon à former une lèvre 4 dont l'extrémité libre a, avant montage, un dia mètre inférieur à celui du cercle de la rotule 15 contre lequel elle frotte. Cette extrémité libre de la. lèvre s'applique de champ sur la rotule 15. Un écrou 16 vissé sur la pièce 14-1 maintient les différentes pièces assem blées.
S'il s'agit, par exemple, de maintenir le vide dans les conduites 13 et 14, un orifice 17 ménagé dans l'écrou 16 permettra à l'air extérieur d'entrer dans le compartiment 18, formé à l'intérieur de l'écrou, et la pression atmosphérique agissant sur l'organe 1 appli quera énergiquement l'extrémité libre de la lèvre 4 contre la rotule 15, Dans l'exemple de la fig. 7, un piston 19 pourvu d'une tige 20 peut se déplacer dans un cylindre 21.
Un organe d'étanchéité mé tallique 1 fixé sur la tige 20 est pourvu d'un manchon circulaire, élastique, de section allant en diminuant, dont le bord libre est conformé de façon à former une lèvre 4 dont l'extrémité libre a, avant montage, un dia; mètre supérieur au diamètre de la face interne du cylindre 21. Sur la tige 20 est monté un deuxième organe la circulaire et dont le bord libre constitue une lèvre 4a dont l'extrémité li bre appuie élastiquement de champ sur la paroi dit cylindre; cet organe est pourvu d'une par tie centrale 22 butant sur un épaulement 23 de la tige 20.
Un fluide introduit par une valve et par des conduits 25, 26 et 27 de la tige 20, remplit l'espace 28 situé entre les organes 1 et la, le cylindre 27. et la tige 20. Comme les extrémités libres des lèvres 4 et 4a ont: normalement un diamètre plus grand que celui du cylindre 21, il en résulte que ces deux extrémités sont toujours appliquées étroi tement de champ contre la surface interne du cylindre et assurent une étanchéité parfaite entre le piston et le cylindre.
Dans l'exemple de la fig. 8, on retrouve le piston 19 pourvu d'une tige 20 et dépla- çable dans le cylindre 21, mais, dans ce cas, un organe d'étanchéité annulaire 1 est fixé au cylindre 21 et son bord libre forme une lèvre dont l'extrémité libre a, avant montage, un diamètre inférieur au diamètre de la tige 20. Dans le cylindre 3 est logé, entre un épaule ment 29 de ce cylindre et un anneau 30 de l'organe 1, un autre organe annulaire la, so lidaire du cylindre et dont le bord libre forme une lèvre 4a dont l'extrémité libre a, égale ment, avant montage, un diamètre inférieur au diamètre de la tige 20.
Un fluide introduit par la valve 24 remplit l'espace compris entre les organes 1 et la, le cylindre 21 et la tige 20. La différence entre les diamètres des extrémités libres des lèvres 4 et 4a et le dia mètre de la tige 2() assure une étanchéité par faite entre la tige de piston et le cylindre, les extrémités libres des lèvres s'appliquant de champ sur la tige 20,