FR2500109A1 - Dispositif de jonction elastique et etanche - Google Patents

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE JONCTION ELASTIQUE ET ETANCHE ENTRE DEUX ELEMENTS MECANIQUES 2, 3, L'UN DE CES ELEMENTS AU MOINS ETANT EVIDE ET CONTENANT UN FLUIDE. SELON L'INVENTION CE DISPOSITIF COMPORTE UN CORPS 1 DE FORME CIRCULAIRE OU ANNULAIRE DISPOSE ENTRE LES DEUX ELEMENTS MECANIQUES POUR EN ASSURER LA JONCTION ELASTIQUE ET ETANCHE. CE CORPS 1, EN MATERIAU A FORTE INERTIE CHIMIQUE, EST EVIDE POUR FORMER UNE CAVITE DE FORME ANNULAIRE CONTENANT UN MATERIAU ELASTOMETRE 7 A GRANDE ELASTICITE. APPLICATION NOTAMMENT A LA FABRICATION DE PREFORMES DE FIBRES OPTIQUES SUR LES TOURS VERRIERS.

Description

DISPOSITIF DE JONCTION ELASTIQUE ET ETANCHE
La présente invention se rapporte à un dispositif de jonction élastique et étanche entre deux éléments mécaniques, l'un de ces éléments au moins étant évidé et contenant un fluide.
L'étanchéité de la jonction entre deux éléments mécaniques est très importante surtout lorsque l'un des éléments vélticule un gaz corrosif, et que l'on veut éliminer tout risque de fuites.
Dans le cas où les deux éléments considérés sont des tubes, il est connu d'utiliser un joint à lèvres en polytétrafluoréthylène. Mais il y a un problème d'usure du joint lorsque celui-ci est utilisé en rotation. Il existe divers autres types de joints qui présentent les différents inconvénients suivants: fuites de gaz corrosif, usure du joint, manipulation complexe, poids important et dans ce cas le joint nécessite un support, coût et pertes de temps excessifs pour la mise en oeuvre.
En vue de pallier ces inconvénients, la présente invention tout en permettant une excellente étanchéité et un fonctionnement en température du joint combine une grande simplicité d'emploi et un très faible coût.
L'invention a pour objet un dispositif de jonction élastique et étanche résistant à l'action d'un fluide corrosif ; ce dispositif comportant un corps de forme circulaire, caractérisé en ce que ce corps comprend une enveloppe protectrice extérieure en matériau résistant à ce fluide corrosif, cette enveloppe délimitant une cavité ouverte de forme annulaire remplie d'un matériau élastomère obtenu par addition d'un catalyseur à une résine fluide.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles:
- la figure 1 illustre un dispositif selon l'invention
- la figure 2 illustre une variante du dispositif selon l'invention
- les figures 3 à 9 illustrent des aspects particuliers du dispositif selon l'invention ;
- les figures 10 à 13 illustrent différents types de joints possibles mis en oeuvre dans le dispositif de l'invention
- les figures 14 à 19 illustrent d'autres variantes du dispositif selon l'invention.
Ce type de joint a été conçu notamment en vue d'une application sur les tours verriers destinés à la préforme de fibres optiques. Dans ce cas particulier il s'agit alors d'un joint tournant.
La figure 1 représente le montage le plus simple. On considère deux tubes 2 et 3 dont les extrémités sont emboitées l'une dans l'autre. On considère alors que l'alignement du tube d'arrivée des gaz 3 avec celui de l'alésage du tube 2 est correct. Dans le cas particulier de l'application sur les tours verriers ce tube 2 est en quartz. En cas de désalignement il y a création d'un effet de rotule qui, ajouté à la pression intérieure au tube 2, a tendance à déplacer lentement le joint. Pour remédier à ce défaut la figure 2 montre l'introduction de deux bagues d'arrêts 4 qui par l'intermédiaire de deux rondelles de protection en polytétrafluoréthylène 5 permettent de limiter la course du joint entre deux points extrêmes.Ainsi dans ce cas lorsque l'on fait tourner le tube 2 autour de l'axe A, on n'a pas besoin d'une grande précision de réglage, un jeu est toléré entre les divers éléments enfilés sur le tube 3. Dans ce cas particulier, illustré à la figure 2, le tube 3 équipé du joint 1, des deux bagues 4 et des rondelles de protection 5, vient s'adapter à l'intérieur du tube de quartz 2.
En outre, cette solution permet un montage et un démontage rapide de l'assemblage des deux tubes l'un par rapport à l'autre, sans risque de glissement du joint enfilé sur le tube 3, les deux bagues faisant donc office de butées dans un sens ou dans l'autre comme représenté par les flèches sur la figure 2.
Lorsque le montage le plus simple à la figure 1 est réalisé, c'est à dire lorsque l'extrémité du tube 2 dont est solidaire le joint 1 a été emmanché sur le tube 3, on fait tourner ce tube 2 autour du tube 3 qui est le tube d'arrivée des gaz. Le tube 3 est en acier inoxydable et le tube 2 en quartz, par exemple, l'axe A étant horizontal. Ce joint 1 permet d'assurer l'étanchéité entre le tube d'arrivée des gaz 3 et le tube 2 tout en résistant à l'attaque provoquée par les gaz utilisés qui sont notamment des hallogénures.
Le joint 1 est illustré à la figure 3, il se compose de deux éléments l'enveloppe 6 et le régulateur 7.
En effet, ce joint 1 est un corps de forme circulaire qui a été évidé sur son pourtour pour former une cavité ouverte de forme annulaire, un matériau élastomère polymérisable à grande élasticité étant introduit dans cette cavité ; ce matériau forme le régulateur. L'enveloppe est donc la partie extérieure du joint. Elle est réalisée en un matériau à forte résistance chimique à la corrosion. De plus cette enveloppe est souple et déformable pour s'adapter parfaitement grâce au régulateur, à l'enceinte intérieure du tube 2 et au tube 3. Ainsi pour tenir compte de ces différentes conditions, cette enveloppe est réalisée en polytétrafluoréthylène. Cela permet de travailler alors dans des conditions difficiles.En effet ce joint est en présence de gaz corrosifs sous pression. il est soumis à une forte température dûe à la proximité d'un chalumeau qui balaye la longueur du tube 2 située au-delà du joint 1, dans le cas particulier de fabrication de préformes de fibres optiques. Dans ce cas du fait de la rotation du tube 2 il y a création d'une autre source de chaleur dûe au frottement des pièces en rotation. Un mésalignement prononcé peut exister entre la partie fixe et la partie mobile; en effet, ces tubes sont réalisés avec de larges tolérances de fabrication.
Or le polytétrafluoréthylène a une inertie chimique particulièrement remarquable. Il résiste pratiquement à tous les produits chimiques et ne se dissout dans aucun solvant.
Il est utilisable jusqu'à 2800 C. Dans le cas de frottement permanent, la vitesse linéaire maximum est de 50 mètreslminute. Au-delà la faible conductivité thermique peut provoquer à la surface un point chaud qui risque de dépasser la température de décomposition.
Sous l'action d'une charge le polytétrafluoréthylène se déforme d'abord puis à tendance à se stabiliser. On désigne cette propriété sous le nom de "fluage". Son coefficient de frottement est extrêmement faible : il est par exemple de 0,04 sur acier poli, et il est autolubrifiant et antiadhérent. Par comparaison, employés dans les mêmes conditions, le caoutchouc ou le néoprène ont des coefficients de frottement d'environ 0,8.
Le régulateur 7 est situé dans la cavité usinée à l'intérieur du joint. Il n'est pas en contact avec les gaz corrosifs. II est réalisé dans un matériau à grande élasticité en compression, ce qui permet après polymérisation de régulariser les pressions exercées sur l'enveloppe lors de l'introduction de ce joint à l'intérieur du tube 2 puis lors de l'introduction du tube 3 à l'intérieur de l'ensemble formé par ce joint et le tube 2 pour réaliser la jonction proprement dite. Ce régulateur permet de contrôler et de répartir au mieux les déformations de l'enveloppe dont il contrôle le degré d'écrasement, permettant ainsi au fluage de se stabiliser.
Ce régulateur peut être un élastomère silicone, par exemple du "silastène". Le "silastène" se présente sous la forme d'une résine fluide qui après addition d'un catalyseur sous forme liquide se vulcanise à la température ordinaire pour donner un produit élastique et résistant. De plus il se moule très facilement, il reste élastique jusqu'à une température de 2500 C, il résiste à l'humidité et au vieillissement et possède une bonne conductibilité calorifique. Il a de plus un fort coefficient de frottement : de l'ordre de 0,8.
Si on considère les figures 4 et 5 qui représentent les opérations réalisées pour opérer la jonction entre les deux tubes 2 et 3. Le diamètre extérieur du joint est supérieur à celui du diamètre intérieur du tube 2.
Emmanché dans celui-ci, le joint 1 subit alors une contrainte diamétrale qui a pour effet de comprimer le volume contenant le régulateur 7, dont la pression à l'intérieur de l'enveloppe 6 augmente. Ainsi la zone centrale se rétrécit par déformation. On a ainsi une partie de l'élastomère en trop plein 9a. Si on ôte alors le tube, l'élastomère reprend sa position du fait de son élasticité à la compression, et du fait de la courbure interne de l'enveloppe; cette courbure interne ayant pour but de retenir l'élastomère par adhérence aux parois internes.
Si après avoir enfilé le joint dans le tube 2, on y introduit le tube 3, le volume de cavité se rétrécit par déformation latérale et le joint s'adapte avec une certaine pression à la paroi externe du tube 3. L1étanchéité de jonction est ainsi assurée. La partie d'élastomère en trop plein 9a a alors augmenté et devient 9b.
Il y a un équilibre des pressions qui se crée, avec une stabilisation du fluage.
Ce débordement du régulateur est plus ou moins accentué, selon les tolérances de réalisation de l'alésage du tube latéral 2 et du tube central 3.
Il est d'ailleurs possible de jouer sur l'importance de ce débordement afin d'augmenter l'étanchéité de ce joint.
Comme indiqué précédemment lorsqu'il est démonté, ce joint se décomprime et le trop plein du régulateur réintègre l'enveloppe grâce à la forme voutée de l'intérieur de celle-ci. Et le joint reprend ses dimensions initiales, prêt à être réutilisé.
La figure 4 représente donc le joint 1 emmanché à l'extrémité du tube 2. La compression du joint se répartit par l'intermédiaire du régulateur. Ce joint qui s'adaptait sur le tube 3, soit librement ou à l'aide d'une légère poussée axiale, selon les tolérances de fabrication, a maintenant son diamètre intérieur nettement inférieur au diamètre extérieur de ce tube 3.
On enfile alors le tube 3 dans ce joint. Cette opération s'effectue sans aucune difficulté, et le débordement de la zône de trop plein 9a devient alors 9b.
Ce type de joint fonctionne aussi bien en rotation qu'en translation, ainsi qu'en joint rotule, mais ces divers mouvements peuvent être également simultanés.
Le joint a la forme d'un cylindre creux dont la paroi latérale comporte un renflement à courbure convexe. Cette forme du joint permet de l'emmancher dans son logement sans difficulté. Elle favorise en outre l'effet de rotule.
Elle permet, comme représenté sur la figure 6, des mésalignements radiaux et surtout des mésalignements angulaires 10 importants, par exemple de l'ordre de 10 degrés par rapport à l'axe
L'invention permet d'obtenir une vitesse linéaire minimum de la partie dynamique du joint tournant en l'occurence dans les meilleurs conditions ; ce joint 1 tournant autour de la paroi extérieure du tube 3, du fait d'un couple de frottement à vaincre qui est moindre. De plus le type de joint considéré a des dimensions diamétrales minimum en considération des deux tubes dont il faut réaliser la jonction. Cette particularité est très importante dans le cas d'un tour verrier, en effet le joint, qui réalise la jonction entre deux tubes qui tournent l'un par rapport à l'autre, tourne sans arrêt durant des heures: cette vitesse de rotation est, par exemple, de 1 tour par seconde.Et il est important de réduire au maximum les causes d'élévation de température susceptible de hâter le processus de décomposition du joint.
On peut en outre considérer un ruban de polytétrafluoréthylène de faible épaisseur. I1 s'agit de ce mince ruban utilisé notamment pour réaliser les étanchéités des jonctions de circuits d'eau. Enroulé autour du joint, il en augmente le diamètre. Le joint peut alors:
- soit être employé dans un tube de plus grand diamètre;
- soit être employé dans un tube de tolérances normales. Comprimant davantage le régulateur, diminuant ainsi le diamètre du noyau du joint, ce qui a pour effet, d'augmenter l'étanchéité, ou de rattraper une différence de diamètres trop grande entre l'alésage du joint et le tube d'arrivée des gaz.
On peut aussi considérer plusieurs joints montés en série comme cela est représenté à la figure 7. Ce montage représenté à la figure 7 permet de contrôler une augmentation d'étanchéité; la distance réglable 11 entre les 2 bagues d'arrêt 4 permettant de modifier la compression des éléments élastiques antagonistes 12 et 13 dont l'effet se répercute sur l'enveloppe 6.
Les montages et démontages du joint peuvent être facilités par l'introduction des 2 bagues de blocage 4 solidaires du tube 3. Mais il existe une autre méthode ne nécessitant aucun intermédiaire. Il suffit d'imprimer un mouvement de rotation au tube 3 tout en tirant suivant 14 pour sortir le joint ou de pousser suivant 15 pour l'emmancher comme cela est représenté à la figure 8. Ces bagues 4 peuvent être des bagues d'un type particulier comme illustré à 13 figure 9. En effet l'exiguïté de l'espace recevant le joint d'étanchéité a entrainé l'étude d'un nouveau type de bague de blocage en acier inoxydable, facile d'emploi et capable d'une forte adhérence sur la partie polie du tube 3 d'arrivée des gaz, sans détériorer celui-ci. Cette bague de blocage comporte un anneau ouvert sur une première entaille (23), une deuxième entaille 22 formant avec cette première entaille une partie mobile (19). La vis de réglage 18 située dans une cavité que comporte cette bague permet d'appuyer obliquement sur la partie mobile 19, flexible par rapport à la charnière 20. Le bras de levier 21 est ainsi important, la pression est donc plus forte et l'enveloppement meilleur sur le tube. D'autre part la largeur de la fente 23 est calculée de façon à éviter le risque d'une déformation permanente, susceptible de diminuer l'alésage de la bague. Ce qui aurait pour effet de #rayer le poli du tube lors de la mise en place du joint.
Lorsque ce joint 1 a dépassé sa limite d'élasticité, c'est à dire lorsque le polytétrafluoréthylène est dans une zone de déformation permanente, une autre possibilité appariait: ce joint peut être remodelé. Le joint ainsi obtenu garde ses caractéristiques de formes, il se retrouve réduit en diamètre et augmenté en longueur, tout en conservant ses qualités intrinsèques; le régulateur s'adaptant à cette modification de forme de l'enveloppe. Ce qui permet un réemploi de joints à diamètre de noyau rendu trop grand, par usure par exemple, ou pour adaptation sur une extrémité de tube d'arrivée des gaz trop diminué en diamètre après une reprise au tour suivi d'un polissage.
Ce joint peut être utilisé avec un tube 3 ovalisé, tant que le contact périphérique avec la paroi interne du tube 2 est assuré pleinement et que la jonction est bien réalisée. Il en est de même avec un tube 2 ovalisé.
L'usinage des enveloppes est résolu simplement. Pour éviter que la pression d'un outil sur une paroi trop mince et trop élastique déforme celleci, l'outil ne mordant plus, on utilise le rôle consolidateur de l'élastomère en réalisant tout d'abord une ébauche en polytétrafluoréthylène, avec un alésage central et une cavité annulaire; on remplit alors cette cavité de matériau élastomère ("silastène") et c'est alors seulement que l'on usine la courbure extérieure.
Il existe différents types de joints possibles. Le joint représenté à la figure 10 permet des oscillations de grande amplitude. Le joint de la figure 11 présente un rayon de courbure vers l'intérieur, permettant ainsi une plus forte adhérence sur la paroi interne du tube extérieur. Le joint de la figure 12 est auto-alignant avec une forte adhérence périphérique du fait du fort coefficient de frottement du matériau formant le régulateur et une étanchéité accrue. Le joint de la figure 13 est un joint à adhérence extérieure permettant de faibles oscillations.
On peut aussi résoudre des problèmes de rotation étanche. La figure 14 illustre un joint à adhérence inférieure, et la figure 15 un joint à adhérence latérale. Dans ce deuxième cas le guidage est meilleur. Dans ces deux cas le joint est inserré entre les deux portées cylindrique en regard que comportent les deux éléments mécaniques 30 et 31 qui tournent l'un par rapport à l'autre.
Ce type de joint tournant peut tout aussi bien être utilisé en couvercle étanche; en réalisant un cylindre plein dont la paroi comporte un renflement à courbure convexe. Une jonction étanche d'un orifice cylindrique peut être réalisée par l'intermédiaire de sa paroi latérale ou du fond de son enveloppe. Les figures 16 et 17 représentent des bouchons; à préhension par la partie élastomère débordante en ce qui concerne la figure 17.
Ces joints peuvent être adaptés dans une coupelle et axialement mobiles. Sur la figure 18 on a ainsi réalisé un joint de type piston.
Enfin un joint de ce type peut servir de bouchon pour fermer un orifice, comme sur la figure 19.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de jonction élastique et étanche résistant à l'action d'un fluide corrosif; ce dispositif comportant un corps (1) de forme circulaire, caractérisé en ce que ce corps (1) comprend une enveloppe protectrice (6) extérieure en matériau résistant à ce fluide corrosif, cette enveloppe (6) délimitant une cavité ouverte de forme annulaire remplie d'un matériau élastomère (7) obtenu par addition d'un catalyseur à une résine fluide.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce matériau à forte inertie chimique est du polytétrafluoréthylène.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux tubes (2, 3), à l'intérieur desquels circule ledit fluide, ont une de leurs extrémités emboitées l'une dans l'autre ; et en ce que ce corps (1) forme un joint torique enserrant le tube extérieur (2) de diamètre intérieur le plus grand et étant enfilé à l'aide d'une légère pression à l'extérieur du tube intérieur (3) de diamètre extérieur le plus faible.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux bagues de blocage (4) sont disposées de part et d'autre de ce joint torique (1), enfilées sur un tube intérieur (3), un tube (2) de plus grand diamètre étant alors entré à l'extérieur de ce joint.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque bague de blocage (4) est un anneau ouvert sur une première entaille (23), cet anneau comportant une deuxième entaille (22), ces deux entailles formant entre elles une partie mobile (19), cette bague comportant une cavité dans laquelle est insérée une vis de réglage (18) qui agit sur cette partie mobile (19) pour enserrer le tube (3) sur lequel la bague a préalablement été enfilée.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que cette bague de blocage (4) est en acier inoxydable.
7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux rondelles (5) en polytétrafluoréthylène sont disposées de part et d'autre du joint torique (1), entre ce joint torique et chaque bague de blocage (4); les rondelles étant enfilées sur le tube intérieur (3).
8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube intérieur (3) est en acier inoxydable, et que le tube extérieur (2) est en quartz.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ce corps (1) a la forme d'un cylindre creux dont la paroi latérale comporte un renflement à courbure convexe.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux éléments mécaniques (30, 31) tournant l'un par rapport à l'autre comportent deux portées cylindriques en regard; le corps (1) étant de forme annulaire et inserré entre ces deux portées.
11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce corps a la forme d'un cylindre plein dont la paroi latérale comporte un renflement à courbure convexe.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ce corps réalise la jonction étanche d'un orifice cylindrique par l'intermédiaire de sa paroi latérale.
13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ce corps réalise la jonction étanche d'un orifice cylindrique par l'intermédiaire du fond de son enveloppe.
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