FR2558918A1 - Dispositif d'etancheite a ferrofluide et procede utilisant un ferrofluide pour assurer l'etancheite d'un element d'arbre - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF D'ETANCHEITE A FERROFLUIDE DE L'INVENTION COMPREND AU MOINS UN JOINT D'ETANCHEITE A FERROFLUIDE 22 AUTOUR DE LA SURFACE D'UN ARBRE ROTATIF 20, LE FERROFLUIDE ETANT RETENU DE FACON ETANCHE PAR LE FLUX MAGNETIQUE PROVENANT DES EXTREMITES DE DEUX PIECES POLAIRES 12, 14 DEFINISSANT ENTRE ELLES UNE CAVITE, ET UN INTERSTICE INTERMEDIAIRE R ENTRE LES DEUX PIECES POLAIRES 12, 14. SELON LE PROCEDE DE L'INVENTION, LE DISPOSITIF DEFINIT, A L'INTERIEUR DU JOINT D'ETANCHEITE UNIQUE A FERROFLUIDE, TROIS ZONES SEPAREES R, R, R AYANT CHACUNE DES DENSITES DE FLUX MAGNETIQUE ET DES PRESSIONS DIFFERENTES. LE JOINT D'ETANCHEITE ANNULAIRE FORME AINSI UN JOINT ANTIFUITE A FERROFLUIDE ENTRE UN PREMIER ET UN SECOND ESPACES P, P ET LA CAVITE, CE QUI PERMET, EN CAS DE VARIATION DE PRESSION, DE TRANSMETTRE VERS UN TROISIEME ESPACE P AVEC LEQUEL LA CAVITE EST EN COMMUNICATION PAR UN PASSAGE 24, LA PRESSION REGNANT DANS LA CAVITE OU LES ESPACES P, P.

Description

Les dispositifs d'étanchéité à ferrofluide et les procédés d'é-

tanchéité utilisant un ferrofluide sont largement utilisés pour former autour d'un arbre rotatif tant des joints d'étanchéité du type anti-fuite

que des joints d'étanchéité aptes à maintenir une pression. De façon ty-

pique, un joint d'étanchéité à ferrofluide du type anti-fuite comprend un aimant permanent annulaire et deux pièces polaires séparées, une première extrémité de chaque pièce polaire s'étendant sans contact à proximité de

la surface de l'arbre, pour définir deux interstices radiaux et pour re-

tenir sous l'effet d'un flux magnétique un joint annulaire de ferrofluide

autour de la surface de l'arbre au-dessous de chaque interstice radial.

Un tel dispositif d'étanchéité à ferrofluide et à deux pièces polaires comporte de façon typique une cavité annulaire fermée entre les pièces polaires correspondantes. Lorsque l'on désire un dispositif d'étanchéité à ferrofluide apte à maintenir une pression, on utilise un dispositif

d'étanchéité à ferrofluide à plusieurs étages comportant plusieurs inter-

stices radiaux formés soit aux extrémités des pièces polaires, soit sur l'arbre aux extrémités opposées des pièces polaires (voir, par exemple,

la demande de brevet US N 3.620.584).

On a réalisé des dispositifs d'étanchéité à ferrofluide à deux étages, dans lesquels les pièces polaires ont des épaisseurs différentes, ou dans lesquels l'interstice radial formé entre chaque extrémité des

pièces polaires varie, afin de créer un dispositif d'étanchéité à ferro-

fluide ayant une durée de vie prolongée, tel que celui décrit dans la de-

mande de brevet US N 4.357.021. Ce brevet décrit un dispositif d'étan-

chéité à ferrofluide pour un arbre rotatif et ayant une durée de vie pro-

longée, dans lequel une première pièce polaire forme un interstice radial dont la largeur est variable grâce à une extrémité conique de la première

pièce polaire, de telle façon que, en fonctionnement, le ferrofluide si-

tué au-dessous de la pièce polaire la plus mince soit le premier à s'éva-

porer et forme une lame d'air dans la cavité d'air formée entre les piè-

ces polaires, tandis que le ferrofluide qui est retenu dans l'interstice conique ayant une plus grande largeur assure une durée de vie prolongée

du joint d'étanchéité anti-fuite à ferrofluide.

Des dispositifs d'étanchéité à ferrofluide pour un arbre rotatif

ayant une durée de vie prolongée ont également été décrits pour être uti-

-2-

lisés comme joints d'étanchéité anti-fuite, en particulier avec des bro-

ches d'entraTnement de disques magnétiques pour ordinateurs, dans les-

quels le dispositif d'étanchéité comprend un aimant permanent annulaire et deux pièces polaires ayant la configuration générale d'un "L", pour former un anneau d'étanchéité à ferrofluide unique autour de la surface de l'arbre, par exemple, selon la demande de brevet US N 4.357.024. Ce brevet décrit des pièces polaires en forme de "L" ayant des épaisseurs identiques ou différentes, dans lesquelles chacune des pièces polaires forme avec la surface de l'élément d'arbre un interstice radial uniforme, et dans lesquelles des prolongements des pièces polaires s'étendent en direction l'un de l'autre, pour former un interstice intermédiaire, de telle manière que le ferrofluide soit retenu dans les interstices radiaux et intermédiaire pour former un dispositif d'étanchéité annulaire unique à ferrofluide autour de la surface de l'élément d'arbre. Le brevet décrit un joint d'étanchéité unique à ferrofluide du type antifuite, dans lequel les interstices radiaux formés entre les extrémités des pièces polaires en forme de "L" sont uniformes; toutefois l'interstice intermédiaire entre les pièces polaires respectives peut varier, afin de former le

joint d'étanchéite désiré ayant une section de forme générale en "T".

Il est souhaitable de réaliser un joint d'étanchéité à ferroflui-

de de type anti-fuite ou apte à maintenir une pression, qui assure l'é-

tanchéité ou le maintien d'une pression entre un premier et un second es-

paces séparés par le joint d'étanchéité annulaire à ferrofluide. et dans

lequel toute variation de la pression d'un gaz dans les espaces respec-

tifs peut être transmise d'un espace à l'autre ou en direction d'une au-

tre ou troisième région.

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité per-

fectionné à ferrofluide et un procédé pour assurer une étanchéité autour d'un arbre rotatif. En particulier, l'invention a trait à un dispositif

d'étanchéité à ferrofluide, dans lequel le joint d'étanchéité à ferro-

fluide présente plusieurs densités différentes de flux magnétique à l'in-

térieur du joint d'étanchéité à ferrofluide, de manière à permettre la

transmission du fluide entre différentes régions sous l'effet de varia-

tions de pression dans lesdites régions.

Un dispositif d'étanchéité à ferrofluide et un procédé utilisant -3-

un ferrofluide pour assurer une étanchéité autour d'un arbre ont été in-

ventés, ledit dispositif d'étanchéité agissant de façon à séparer trois espaces distincts au moins, et ledit dispositif d'étanchéité et l'étage à ferrofluide qu'il comprend agissant comme une valve multiple du type à ferrofluide et sensible à la pression, comportant deux voies ou plus. Il

a été découvert que, en faisant varier les interstices radiaux et inter-

médiaire et en faisant ainsi varier la densité du flux magnétique exercé sur un joint d'étanchéité annulaire unique à ferrofluide, la grandeur des différents interstices radiaux intermédiaires détermine les pressions

différentielles et la direction d'écoulement des gaz compris dans les es-

paces séparés par le joint d'étanchéite à ferrofluide, de telle sorte qu' un joint d'étanchéité annulaire unique à ferrofluide puisse former au moins trois joints d'étanchéité différents aptes à maintenir une pression à l'intérieur du joint d'étanchéité unique à ferrofluide. Le dispositif de joint d'étanchéité à ferrofluide selon la présente invention peut être utilisé comme joint anti-fuite à ferrofluide comportant un joint à étage unique à ferrofluide définissant trois régions différentes ou plus ayant des densités de flux magnétique différentes, et formant ainsi des joints d'étanchéité pour des pressions différentes, ou comme joint à ferrofluide apte à maintenir une pression, et dans lequel plusieurs joints d'étanchéité à ferrofluide sont utilisés avec un ou plusieurs des joints d'étanchéité à ferrofluide, chacun d'entre eux comportant trois régions ou plus ayant des flux magnétiques différents, de manière à avoir une action de valve à ferrofluide à liaisons multiples lorsqu'il est utilisé

pour séparer des espaces différents.

Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un dispo-

sitif d'étanchéité à ferrofluide comprenant un moyen formant aimant conçu

pour entourer un élément d'arbre sur lequel doit être réalisée une étan-

chéité et pour fournir des pôles de polarité opposée; une première et une

seconde pièces polaires comportant chacune radialement une partie inté-

rieure et une partie extérieure, les parties extérieures des pièces po-

laires étant en relation de flux magnétique avec les extrémités opposées du moyen formant aimant, les parties intérieures des pièces polaires étant conçues pour s'étendre sans contact avec la surface de l'élément d'arbre -4- pour définir un premier et un second interstices radiaux, la première et

la seconde pièces polaires comportant des prolongements s'étendant en di-

rection l'un de l'autre pour définir un interstice intermédiaire et une

cavité annulaire entre eux et l'interstice intermédiaire ayant des di-

mensions différentes de celles du premier ou du second interstice radial; un ferrofluide retenu dans les premier et second interstices radiaux et

l'interstice intermédiaire sous l'effet du flux magnétique du moyen for-

mant aimant pour former un joint d'étanchéité annulaire unique à ferro-

fluide autour de la surface de l'élément d'arbre qui sépare une première région d' un premier côté et une seconde région de l'autre côté du joint d'étanchéité à ferrofluide; caractérisé en ce que les premier et second

interstices radiaux ont des dimensions différentes, en ce que l'intersti-

ce intermédiaire a des dimensions différentes de celles d'au moins un des

premier et second interstices radiaux, et en ce qu'un passage s'étend de-

puis la cavité annulaire jusqu'à une troisième région, le joint d'étan-

chéité unique à ferrofluide comprenant trois zones ou plus présentant des

densités de flux magnétique différentes, le joint d'étanchéité à ferro-

fluide agissant ainsi, lorsqu'il est soumis à la pression régnant dans chacune desdites régions, comme une valve à ferrofluide à deux voies qui

commande l'écoulement d'un gaz entre les dites régions.

Les dimensions des premier et second interstices radiaux et de l'interstice intermédiaire sont variables. Il a été constaté que les grandeurs des diverses dimensions des interstices radiaux déterminent les pressions différentielles entre les espaces respectifs séparés par le

joint d'étanchéité annulaire à ferrofluide, et, en conséquence, en com-

mandant les interstices radiaux et donc la densité du flux magnétique à l'intérieur du joint d'étanchéité annulaire unique à ferrofluide, on peut

commander la direction de l'écoulement des gaz entre les régions, de tel-

le sorte que le joint d'étanchéité à ferrofluide agit effectivement comme

une valve à ferrofluide à deux voies ou à voies multiples. Les écarte-

ments des premier et second interstices radiaux et de l'interstice inter-

médiaire sont choisis de manière à ce qu'au moins un des interstices ra-

diaux soit différent de l'autre interstice radial. Les interstices ra-

diaux et intermédiaire peuvent avoir des dimensions variables, en fonc-

tion de la conception spécifique du joint à ferrofluide, mais en général, -5-

ces interstices varient de 0,013 mm à 0,51 mm ou plus, et, de façon typi-

que, de 0,025 à 0,3 mm; par exemple, 0,35 à 0,15 mm. Les dimensions des

interstices radiaux commandent la pression du joint d'étanchéité à ferro-

fluide entre respectivement la région d'un premier côté du joint d'étan-

chéité annulaire unique à ferrofluide, la région située du côté opposé du joint d'étanchéité à ferrofluide et la région comprise à l'intérieur de

la cavité entre les pièces polaires respectives. Ainsi le choix des di-

mensions des interstices radiaux commande les zones de densité de flux magnétique du joint et les valeurs des pressions à maintenir dans chacune des trois régions. Un gaz compris dans une première région peut être mis en communication avec une autre région, en fonction des paramètres de conception choisis pour le dispositif d'étanchéité à ferrofluide, tandis que, de façon similaire, les pressions du gaz régnant dans les régions séparées par le joint d'étanchéité peuvent être transmises à l'autre

région. Il est également possible de mettre en communication simultané-

ment une première région avec les deux autres régions restantes.

Un dispositif d'étanchéité à ferrofluide du type à liaisons mul-

tiples, apte à maintenir une pression, peut être obtenu en disposant les

uns à la suite des autres plusieurs dispositifs d'étanchéité à ferroflui-

de et en modifiant les paramètres de construction des interstices radiaux

et de l'interstice intermédiaire pour fournir une série de valves à fer-

rofluide à voies multiples séparant les régions respectivement séparées par le dispositif d'étanchéité à ferrofluide à composants multiples. La géométrie des pièces polaires peut varier, tout comme les dimensions des

interstices radiaux ainsi que le choix du matériau magnétique, et le fer-

rofluide dans son ensemble peut déterminer les diverses capacités de pression du dispositif d'étanchéité à ferrofluide à liaisons multiples et la direction d'écoulement des gaz depuis une première jusqu'à une seconde région. Ainsi le dispositif d'étanchéité à ferrofluide peut constituer un joint du type antifuite ou un joint d'étanchéité à ferrofluide du type

apte à maintenir une pression pour séparer un premier et un second espa-

ces et permettre la mise en communication des premier et second espaces l'un avec l'autre, ou avec une ou plusieurs cavités annulaires formées

entre les pièces polaires respectives du dispositif d'étanchéité à ferro-

fluide. Le dispositif d'étanchéité à ferrofluide selon l'invention a des

applications particulières dans le cadre de l'utilisation de tels dispo-

-6- sitifs d'étanchéité destinés à des commandes pneumatiques, à la robotique

et, dans l'industrie chimique, à la séparation, au mélange et au trans-

fert de gaz entre des regions respectives.

Le dispositif d'étanchéité à ferrofluide du type antifuite peut être utilisé pour assurer l'étanchéité et la séparation entre divers es-

paces ayant des pressions identiques ou différentes tels que, par exem-

pie, entre un espace d'air à la pression atmosphérique et un espace ayant une pression supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique, ou pour séparer des gaz corrosifs ou réactifs du type contaminant situés à

l'un ou à plusieurs des cStés de l'espace, et est utilisé de façon typi-

que comme joint d'étanchéité à ferrofluide du type antifuite ou apte à

maintenir une pression dans lequel les pressions s'exercent dans des ré-

gions identiques ou sensiblement identiques; toutefois, le dispositif d'étanchéité à ferrofluide selon l'invention empêche toute contamination

d'une région ou d'un espace, dans le cas o le joint antifuite à ferro-

fluide cède sous l'effet d'une pression excessive, de manière à diriger les gaz qui s'échappent ainsi vers, par exemple, la cavité formée entre les pièces polaires, o ils peuvent être dissipés par un moyen tel qu'un passage qui s'étend dans l'espace de la cavité entre les pièces polaires, et assurant ainsi la fonction d'une soupape de sûreté pour le dispositif

d'étanchéité à ferrofluide.

Le ferrofluide utilisé dans le dispositif d'étanchéité à ferro-

fluide selon l'invention peut avoir des compositions différentes, et est

constitué de façon typique par une composition de ferrofluide du type hy-

drocarbure, ester ou autre, ayant une faible volatilité et une viscosi-

té typiquement comprise dans la plage de 101 à 2. 10 Pa.s (100 à 2000 cP), telle que 2. 10-1 à 6. 10 1 Pa.s (200 à 600 cP), et est utilisé de façon typique avec des arbres ayant un diamètre pouvant atteindre 5,1 cm et animés d'une vitesse de rotation en service atteignant 5000 tr/mn, la composition de ferrofluide ayant une saturation magnétique de 2. 10-7 à 10-6 Teslas (200 à 1000 gauss), telle que 3. 10-7 à 6. 10-7Teslas (300 à 600 gauss). Le dispositif d'étanchéité à ferrofluide de l'invention peut utiliser divers matériaux d'aimant permanent du type élastomère ou matière plastique moulés, tel que le matériau magnétique Plastiform, ou

un aimant du type cobalt-samarium ou tout autre type d'aimant permanent.

-7- Un aimant électromagnétique peut être utilisé pour fournir une source de

flux magnétique. Lorsqu'on utilise un aimant électromagnétique, le cou-

rant électrique traversant l'aimant peut varier, pour faire ainsi varier à volonté la capacité de maintien d'une pression et les différents étages du dispositif d'étanchéité à ferrofluide. Un autre aspect de la présente invention fournit un procédé pour

assurer l'étanchéité d'un élément d'arbre afin de réaliser un joint d'é-

tanchéité à ferrofluide et une valve multiple à ferrofluide, ledit procé-

dé comprenant les étapes consistant à former un joint d'étanchéité unique

à ferrofluide autour de la surface d'un élément d'arbre, ledit joint d'é-

tanchéité séparant une première région d'un premier côté du joint à fer-

rofluide et une seconde région à son second côté, caractérisé en ce

qu'une cavité annulaire est formée autour du joint d'étanchéité à ferro-

fluide, ladite cavité comportant un passage qui s'étend vers une troisiè-

me région, et en ce que des zones d'au moins trois densités différentes

de flux magnétique sont ménagées dans le joint d'étanchéité unique à fer-

rofluide, le joint à ferrofluide s'ouvrant et se fermant en direction de régions respectives, en fonction de la capacité de pression conférée par

construction au joint d'étanchéité à ferrofluide.

La présente invention va maintenant être décrite plus en détail, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: les figures 1(a) et l(b) sont des illustrations schématiques générales montrant une partie d'un joint d'étanchéité à ferrofluide de l'art antérieur; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un premier mode

de réalisation d'un dispositif d'étanchéité à ferrofluide selon l'inven-

tion; - les figures 3(a) et 3(b) sont des vues partielles montrant, à plus grande échelle, une partie du dispositif d'étanchéité à ferrofluide de la figure 2, représentant le joint-fonctionnant en tant que valve à ferrofluide; et - la figure 4 est une vue schématique enf coupe d'un dispositif

d'étanchéité à ferrofluide à liaisons multiples selon la présente inven-

tion.

-8- La figure 1(a) est une illustration schématique générale d'un joint d'étanchéité à ferrofluide de l'art antérieur, montrant une pièce polaire avec un ferrofluide retenu en dessous d'une première extrémité de la pièce polaire, et montrant en traits interrompus les lignes de flux magnétique passant depuis l'extrémité de la pièce polaire jusqu'à l'arbre disposé au-dessous, le joint d'étanchéité à ferrofluide prenant la forme générale d'un dôme, en tant que joint d'étanchéité typique à ferrofluide du type antifuite, et qui présente une capacité de pression d'environ

21. 10-3 à 34. 10-3 Pa (0,21 à 0,34 bar). Sur la figure 1(a), la pres-

sion est identique ou sensiblement égale de part et d'autre des pièces polaires, c'est-à-dire qu'elle n'excède pas la pression d'éclatement du dispositif d'étanchéité à ferrofluide. La figure 1(b) montre l'éclatement du joint d'étanchéité à ferrofluide du type antifuite de la figure 1(a) lorsque la pression du côté gauche de la pièce polaire excède la pression au-delà de laquelle le joint d'étanchéité à ferrofluide du type antifuite

cède, de sorte que la forme normale du ferrofluide au-dessous de la pre-

mière extrémité de la pièce polaire, constituant un étage unique d'une surface magnétique complète, est modifiée sous l'effet de la pression qui retient le ferrofluide dans l'interstice radial défini au-dessous de la première extrémité de la pièce polaire. Ainsi que le montre cette figure, une petite ouverture se forme au-dessous du ferrofluide et de la surface de l'arbre, pour permettre au gaz à pression élevée, tel que de l'air, se trouvant du côté gauche de la pièce polaire de s'échapper par éclatement ou par fuite, jusqu'à ce que la pression présente du côté gauche tombe

au-dessous de la valeur critique propre au joint antifuite. Ainsi le dis-

positif d'étanchéité à ferrofluide tel qu'il est représenté sur les figu-

res 1(a) et 1(b) peut être considéré comme une valve du type à ferroflui-

de qui s'ouvre à une pression différentielle définie, et illustre le fonctionnement d'un joint d'étanchéité du type à ferrofluide à une seule

voie selon l'art antérieur.

La figure 2 est une vue schématique d'un dispositif d'étanchéité à ferrofluide à deux voies selon l'invention, qui fonctionne comme une

valve à ferrofluide à deux voies. Un dispositif d'étanchéité à ferroflui-

de 10 comprend des pièces polaires annulaires 12 et 14 ayant la forme d'un "L" et un aimant permanent annulaire 16, les pièces polaires 12 et - 9- 14 et l'aimant 16 étant placés à l'intérieur d'un corps non magnétique 18, et les pièces polaires 12 et 14 définissant entre elles une cavité d'air, et le corps 18 et l'aimant permanent 16 comportant un petit trou ou un passage 24 percé radialement dans le corps et dans l'aimant pour déboucher dans la cavité. Un arbre rotatif 20 présentant une perméabilité

magnétique est placé à proximité des surfaces circonférentielles radiale-

ment intérieures des pièces polaires 12 et 14, et un ferrofluide 22 est retenu aux surfaces cironférentielles intérieures des pièces polaires 12 et 14 et dans la région intermédiaire comprise entre les prolongements

axiaux ou les extensions des pièces polaires 12 et 14. Tel qu'il est mon-

tré sur cette figure, le dispositif d'étanchéité à ferrofluide est une

vue en coupe d'un joint d'étanchéité à ferrofluide entourant un arbre 20.

Le dispositif d'étanchéité à ferrofluide 10 est utilisé comme joint anti-

fuite, et comprend un ferrofluide 22 à étage unique retenu sous la forme d'un joint annulaire de ferrofluide autour de la surface de l'arbre sous l'effet du flux magnétique provenant de l'aimant permanent 16, le flux régnant dans les interstices radiaux étant désigné respectivement par les références R1 et R2 et celui de l'interstice intermédiaire par R. Le

1 ' 3

dispositif de joint d'étanchéité à ferrofluide 10 sépare une premiere ré-

gion ou un premier espace possédant une pression P, et une seconde ré-

gion ou un second espace ayant une pression P2, tandis que la cavité

d'air située entre les pièces polaires 12 et 14 est reliée par l'intermé-

diaire d'un passage 24 à une troisième région ou un troisième espace

ayant une pression P3. Les pressions P1, P2 et P3 peuvent être identi-

ques ou différentes, et, lorsque le dispositif est en service, le joint d'étanchéité à ferrofluide peut séparer des régions distinctes contenant

des gaz identiques ou différents.

Le dispositif d'étanchéité à ferrofluide 10 représente une valve à ferrofluide à deux voies, comportant des interstices radiaux R et R

1 2

et un interstice intermédiaire R commandant les valves de pression P,

3 1

P2 et P3 qui peuvent être maintenues dans les trois régions distinctes.

Un gaz tel que de l'air, enfermé dans la région R à une pression P,

1 1

peut être mis en communication avec une région R2. ou R3, en fonction

des paramètres de construction du joint d'étanchéité, ou, de façon simi-

laire, la pression d'un gaz enfermé dans les régions R2 ou R3 peut être 10- transmise aux autres régions restantes. Si on le désire, le passage 24

peut simplement être relié à une pression égale ou inférieure à la pres-

sion atmosphérique ou à une pompe de pression ou à un espace différent.

En général, le passage 24 a simplement une fonction d'évacuation vers l'atmosphère, de sorte que le dispositif d'étanchéité à ferrofluide 10 agit comme une valve à ferrofluide à deux voies qui assure une protection additionnelle contre l'éclatement du joint d'étanchéité et contre une contamination de la région P1 ou P2. Dans le cas o la pression régnant à l'un des côtés tel que, par exemple, dans la région d'un premier c6té

ou du côté gauche de la valve, excède momentanérent la pression prvue par ors-

truction, la valve peut être conçue de manière à ce que le gaz de la ré-

gion R1 soit évacué vers la cavité d'air et vers l'atmosphère via le pas-

sage 24, et à ce que, lorsque cette pression est éliminée, la valve cons-

tituée par le joint d'étanchéité à ferrofluide revienne à sa position

normale montrée sur la figure 2. Pour les besoins de la description,

l'interstice radial R2 est supérieur à l'interstice radial R1, tandis que l'interstice radial R3 est supérieur à la fois à R1 et à R2, de manière à diriger ainsi toute pression excessive provenant des régions R

ou R2 vers la région R3.

Pour les besoins de la description uniquement, R1 peut avoir, par

exemple, une valeur de 0,05 mm, R2 une valeur de 0,13 mm et R3 une valeur -23 de 0,2 mm, la pression P1 étant égale à 2. 10 à 28. 103 Pa (0,2 à

0,28 bar), P2 égale à 14. 10 3 à 2. 10-2 Pa (0,14 à 0,2 bar) et P éga-

-33 le à 7. 10 3 à 14. 10 3 Pa (0,07 à 0,14 bar). Selon un autre exemple, R1 peut avoir une valeur de 0,025 mm, R2 une valeur de 0,051 mm et R3 une valeur de 0,13 mm, avec P1 égale à 4. 10-2 Pa (0,4 bar), P2 égale à -3 -3 églà 2 -3P 21. 103 à 28. 103 Pa (0,21 à 0,28 bar) et P3 égale à 28. 10-a

(0,28 bar). Les interstices radiaux R1 et R2 ne doivent pas être identi-

ques, mais doivent être différents de manière à former une valve à deux voies, tandis que l'interstice intermédiaire R3peut être égale à R1 ou R2, ou bien peut être différent. En termes plus généraux, les dimensions

des premier et second interstices radiaux et de l'interstice intermédiai-

re peuvent être comprises dans la plage d'environ 0,013 à 0,3 mm.

Les figures 3(a) et 3(b) sont des représentations schématiques partielles à plus grande échelle montrant le fonctionnement du dispositif

2559 18

-1- d'étanchéité à ferrofluide 10 de la figure 2, la figure 3(a) représentant une situation dans laquelle la pression P2 de la région R2 excède la pression P3 de la cavité d'air, mais n'excédant pas la pression P1 de la

région R1, de sorte que la forme du joint d'étanchéitéàferrofluide est mo-

difiée de manière à permettre le passage du gaz depuis la région R2 o règne la pression P2 jusque dans la cavité d'air et à travers du passage 24 dans la région R3. Bien entendu, il peut s'établir une circulation des

gaz dans le sens inverse, c'est-à-dire en concevant la valve pour provo-

quer la circulation des gaz depuis la région R1 jusqu'à la région R2 ou R3. La figure 3(b) est une autre représentation schématique partielle à plus grande échelle sur laquelle le dispositif de joint d'étanchéité à ferrofluide 10 agit comme une valve à deux voies, le flux de gaz ayant alors la possibilité de circuler entre les régions R1 et R2, mais étant

empêché d'entrer dans la région R3, en rendant l'interstice radial inter-

médiaire R inférieur aux interstices radiaux R1 et R2 La figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif d'étanchéité à ferrofluide à liaisons multiples 30 selon l'invention,

comprenant plusieurs pièces polaires 32, 34 et 36, avec des aimants per-

manents 38 et 40 interposés entre ces dernières, l'ensemble étant contenu dans un corps non magnétique 42 et conçu pour entourer un arbre 50, et un

ferrofluide 44, 46 et 48 retenu sous forme de joints d'étanchéité annu- laires distincts de ferrofluide aux extrémités de chacune des pièces po-

laires, et pourvu de passages 52 et 54 débouchant dans les cavités d'air intercalées et disposées entre les paires de pièces polaires respectives et définissant des passages vers les régions R3 et R6, tandis que la valve représentée sépare une région R1 à la pression P1 du côté gauche et une région R2 à la pression P2 du côté droit. Le dispositif de joint à liaisons multiples de la figure 4 est réalisé en disposant à la suite les

uns des autres un certain nombre de dispositifs individuels de joint d'é-

tanchéité à ferrofluide selon l'invention tels que le dispositif de la figure 2. La géométrie des pièces polaires, la dimension des interstices radiaux et le choix du matériau des aimants permanents peuvent varier

pour déterminer à volonté les capacités de pression et la direction d'é-

coulement des gaz. La disposition représentée dans le dispositif de joint

d'étanchéité à ferrofluide formant une valve à liaisons multiples et mon-

-12-

tré sur la figure 4 permet de relier six régions distinctes ou, en ajou-

tant plusieurs autres joints étanches individuels, de créer d'autres ré-

gions si besoin est. Les interstices radiaux entre les extrémités des pièces polaires peuvent varier tout comme-les interstices intermédiaires, ainsi qu'il est représenté sur la figure, pour assurer l'ouverture et la fermeture du ferrofluide entre les régions respectives et pour diriger l'écoulement des gaz en fonction des besoins. Le dispositif d'étanchéité

à ferrofluide à liaisons multiples est particulièrement avantageux lors-

qu'il est utilisé comme une valve à liaisons multiple et à actionnement

rapide, en ce qu'on peut utiliser des pressions différentes comme pres-

sions P3, P4, etc. pour ouvrir ou fermer le joint étanche à ferrofluide et pour diriger l'écoulement des gaz entre les régions Rlet R2ou vers une région intermédiaire quelconque, en faisant varier les pressions dans les

cavités respectives.

-13-

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'étanchéité à ferrofluide comprenant un moyen for-

mant aimant (16) conçu pour entourer un élément d'arbre (20) sur lequel doit être réalisée une étanchéité et pour fournir des p8les de polarité opposée; une première et une seconde pièces polaires (12,14) comportant chacune radialement une partie intérieure et une partie extérieure, les

parties extérieures des pièces polaires étant en relation de flux magné-

tique avec les extrémités opposées des moyens formant aimants, les par-

ties intérieures des pièces polaires étant conçues pour s'étendre sans contact avec la surface de l'élément d'arbre pour définir un premier et un second interstices radiaux (R1, R2), la première et la seconde pièces polaires comportant des prolongements qui s'étendent en direction l'un de l'autre pour définir entre eux un interstice intermédiaire (R3) et une cavité annulaire; un ferrofluide (22) retenu dans les premier et second interstices radiaux et l'interstice intermédiaire sous l'effet du flux magnétique du moyen formant aimant pour former autour de la surface de l'élément d'arbre un joint d'étanchéité annulaire unique à ferrofluide

qui sépare une première région (P1) d'un premier cSté et une seconde ré-

gion (P2) de l'autre côté du joint d'étanchéité à ferrofluide; caracté-

risé en ce que les premier et second interstices radiaux (R1,R2) ont des dimensions différentes, en ce que l'interstice intermédiaire (R3) a des

dimensions différentes de celles d'au moins un des premier et second in-

terstices radiaux (R1,R2), et en ce qu'un passage (24) s'étend depuis la cavité annulaire jusqu'à une troisième région (P3), le joint d'étanchéité

unique à ferrofluide définissant trois zones ou plus présentant des den-

sités de flux magnétique différentes, le joint d'étanchéité à ferrofluide agissant ainsi, lorsqu'il est soumis à la pression régnant dans chacune desdites régions, comme une valve à ferrofluide à deux voies qui régit

l'écoulement d'un gaz entre lesdites régions.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions des premier et second interstices radiaux (R1,R2) et de l'interstice intermédiaire (R3) sont comprises dans une plage de 0,013 à

0,3 mm.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ou le second interstice radial (R1,R2) a une dimension de -14- 0,025 à 0, 076 mm et en ce que l'interstice intermédiaire (R3) a une

dimension supérieure à 0,025 à 0,076 mm.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden-

tes, caractérisé en ce que le moyen formant aimant est constitué par un aimant permanent (16).

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden-

tes, caractérisé en ce qu'il comporte un élément d'arbre (20) présen-

tant une perméabilité magnétique.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden-

tes, caractérisé en ce que les première et seconde pièces polaires (12, 14) ont chacune une section transversale ayant la forme générale d'un "L".

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden-

tes, caractérisé en ce que le ferrofluide (22) est constitué par un

ferrofluide du type hydrocarbure ou ester à faible volatilité, qui possè-

de une viscosité de 10-1 à 2 Pa.s (100 à 2000 cP) et une saturation ma-

gnétique de 10-7 à 10-6 Teslas (100 à 1000 gauss).

8. Dispositif d'étanchéité à ferrofluide à étages multiple, ca-

ractérisé en ce qu'il est consitué de plusieurs dispositifs d'étanchéité

selon l'une quelconque des revendications précédentes, disposés les uns à

la suite des autres pour fournir une série de joints d'étanchéité à fer-

rofluide espacés autour de la surface d'un élément d'arbre (50), afin de réaliser un joint d'étanchéité à ferrofluide du type à valves multiples

et à étages multiples.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les pièces polaires sont constituées par plusieurs pièces polaires (32, 34,36) ayant une section en forme de "Y" dont l'ouverture est dirigée

vers l'arbre (50).

10. Procédé pour assurer l'étanchéité d'un élément d'arbre afin de réaliser un joint d'étanchéité à ferrofluide et une valve multiple à ferrofluide, ledit procédé comprenant les étapes consistant à: former un joint unique à ferrofluide (22) autour de la surface d'un élément d'arbre (20), ledit joint d'étanchéité séparant une première région (P1) d'un premier c8té du joint d'étanchéité à ferrofluide et une seconde région (P) à son second c8té, caractérisé en ce qu'une cavité annulaire est -15formée autourdujoint d'étanchéité à ferrofluide, ladite cavité contenant un passage (24) qui s'étend vers une troisième région (P3 Y, et en ce que des zones d'au moins trois densités différentes de flux magnétique sont

ménagées dans le joint d'étanchéité unique à ferrofluide, le joint d'é-

tanchéité à ferrofluide s'ouvrant et se fermant en direction de régions

respectives, en fonction de la capacité de pression conférée par cons-

truction au joint d'étanchéité à ferrofluide.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que

le joint d'étanchéité à ferrofluide est formé entre les parties radiale-

ment intérieures de deux pièces polaires (12,14) dont la section a la

forme d'un "L", la cavité annulaire étant formée entre les pièces polai-

res.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les zones de densités de flux magnétique différentes sont formées dans le joint d'étanchéité à ferrofluide, en retenant le joint d'étanchéité à ferrofluide (22) autour de la surface de l'élément d'arbre (20) et entre

les parties intérieures des deux pièces polaires (12, 14), le joint d'é-

tanchéité étant retenu par trois interstices (R1.R2,R3) de dimensions différentes.

13. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'une différence de densité du flux magnétique est maintenue de manière

à ce que, lorsque la pression du gaz augmente dans la première ou la se-

conde région (P1, P2), le joint d'étanchéité à ferrofluide (22) permet-

te l'écoulement du gaz à l'intérieur de la cavité annulaire.

14. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'une différence de densité du flux magnétique est maintenue de manière

à ce qu'une augmentation de la pression du gaz dans la première ou la se-

conde région (P1,P2) permette l'écoulement du gaz entre lesdites pre-

mière et seconde régions.

15. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' il consiste à disposer les uns à la suite des autres plusieurs joints d'étanchéité annulaire à ferrofluide espacés (44, 46, 48) autour de la surface d'un élément d'arbre (50), pour constituer un joint d'étanchéité

et une valve à ferrofluide à liaisons multiples, afin de commander l'é-

coulement d'un gaz entre la première ou la seconde région (P1, P2) et

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-16-

une troisième région (P3) quelconque située entre ces dernières.

16. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'

il consiste à maintenir des zones de densités différentes de flux magné-

tique dans le joint d'étanchéité à ferrofluide, en utilisant les premier et second interstices radiaux (R1, R2) et un interstice intermédiaire

(R3), qui ont des dimensions différentes comprises dans une plage d'envi-

ron 0,025 à 0,3 mm).

17. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' il consiste à maintenir l'une des régions (P1,P2,P3) à une pression supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique et une autre région à la pression atmosphérique, afin de permettre une circulation entre les régions (P1,P2 'P3) par déplacement du joint d'étanchéité à ferrofluide

lorsqu'une pression excessive affecte ladite autre région.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce

que la troisième région (P3) est à la pression atmosphérique.