FR2796439A1

FR2796439A1 - Joint d'etancheite formant clapet

Info

Publication number: FR2796439A1
Application number: FR9909161A
Authority: FR
Original assignee: Joint Francais SNC
Current assignee: Joint Francais SNC
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-01-19

Abstract

L'invention vise à fournir un joint d'étanchéité assurant une fonction de clapet. Le joint d'étanchéité selon l'invention présente un rétrécissement entre la tête (23) et le corps (24) du joint (21) réalisé de manière asymétrique selon le plan transversal pour assurer une fonction de charnière autour d'un axe de rotation longitudinal (32) formé dans le rétrécissement. L'axe de rotation (32), la ligne centrale longitudinale d'une zone périphérique (Z2) du corps (24) du joint (21), qui réalise un contact avec des moyens de fixation (30) sur une bordure lorsque le corps du joint pivote autour de l'axe de rotation (32), et la ligne centrale longitudinale de la zone de contact (Z1) de la queue (24a) du joint (21) créent un arc-boutement longitudinal. Application aux conduits d'évacuation d'urgence de fluide en surpression.

Description

JOINT DETANCHEITE FORMANT CLAPET L'invention se rapporteà un joint d'étanchéité pour un fluide formant également clapet d'admission d'un autre fluideà évacuer.

L'invention s'applique dans tous les domaines dans lesquels des flux de fluides circulent sous pression, par exemple dans les domaines du transport (aérien, terrestre ou maritime), du bâtiment ou de l'équipement industriel ou domestique, en particulier lorsque des échanges thermiques interviennent.

De manière générale, les joints d'étanchéité, tels que les jointsà lèvre, ne présentent pas d'aptitude particulièreà fonctionner comme soupape ou clapet dans un conduit. Ces joints offrent une grande étanchéité dans un sens préférentiel mais ne présentent, malgré tout, qu'une faible fuite dans le sens opposé. Or la fonction de clapet consiste au contraireà provoquer une ouverture maximale du conduit lorsqu'une surpression supérieureà un seuil minimal est exercée sur une face, c'est-à-dire dans un sens ouverture de l'écoulement d'un fluide, età offrir une résistance élevée lorsque le fluide exerce une surpression dans l'autre sens dit anti- retour , c'est-à-dire contre l'autre face.

Ainsi les joints d'étanchéité n'offrent pas, dans le sens dit d'ouverture, une section de passage suffisante, même en cas de surpression importante, la section d'ouverture ne dépassant pas le tiers de la section du conduit dans le cas d'un jointà lèvre classique.

L'invention vise précisémentà fournir un joint d'étanchéité assurant une fonction de clapet, c'est-à-dire d'ouverture franche dans un sens d'écoulement et de résistance élevée dans l'autre sens d'écoulement.A cette fin, l'invention propose de réaliser le joint selon une structure apteà exercer une fonction de charnière localisée du côté anti-retour.

Plus précisément, l'invention a pour objet un joint d'étanchéité formant clapet pour conduit et s'étendant principalement selon une direction longitudinale, ce joint étant réalisé au moins en partie dans un matériau élastique et présentant essentiellement au moins une partie assurant une fonction de fixation et constituée par une tête qui est situéeà une extrémité du joint pour le fixerà l'aide de moyens solidaires d'une paroi du conduit, et une partie assurant une fonction d'étanchéité et constituée par un corps dont l'épaisseur diminue selon un plan transversal entre la tête et une queue souple situéeà l'autre extrémité du joint, ladite queue venant en contact avec une autre paroi du conduit pour réaliser l'étanchéité, joint qui est caractérisé en ce qu'il comprend également une partie permettant d'assurer une fonction d'échappement et constituée par une charnière qui relie la tête et le corps du joint, et en ce que ladite charnière est formée par un rétrécissement réalisé de manière asymétrique selon le plan transversal et autour d'un axe de rotation longitudinal formé dans le rétrécissement, de sorte que l'axe de rotation, la ligne centrale longitudinale d'une zone périphérique du corps du joint, qui réalise un contact avec lesdits moyens de fixation lorsque le corps du joint pivote autour de l'axe de rotation, et la ligne centrale longitudinale de contact de la queue du joint créent un arc-boutement longitudinal apteà transmettre les efforts exercés par un fluide interne audit conduit sur ladite zone de contact du corps par l'intermédiaire de la charnière longitudinale tout en maintenant l'étanchéité du conduit, et apteà disparaître lorsqu'une surpression supérieureà un seuil déterminé est exercée sur le corps du joint par un fluide externe audit conduit et fait pivoter le joint autour de l'axe de rotation pour libérer une ouverture suffisante et évacuer ainsi le fluide externe par le conduit.

Ainsi, l'évacuation en urgence d'un flux externe peut être obtenue dans un conduit dédiéà l'évacuation normale d'un premier flux dès qu'une surpression externe minimale est exercée.

Selon une forme de réalisation préférée, le joint est réalisé en totalité en matériau élastique, un élastomère ou un caoutchouc, le rétrécissement est obtenu par formation d'une encoche crantée ouverte du côté du fluide externeà évacuer, les moyens de fixation comportent un crochet venant s'insérer dans l'encoche de manièreà écraser les dents du crantage pour immobiliser la tête du joint, la zone de contact du corps du joint avec ledit crochet étant formée par une partie avancée de ce corps située du côté du fluideà évacuer.

Selon des modes de réalisation particuliers, le joint peut être réalisé partiellement en un matériau différent des matériaux élastiques, par exemple en métal, en matériau plastique, ou en matériau composite, et/ou le corps du joint peut être creux de façonà réduire les coûts en matériau et le poids du joint.

Avantageusement, le joint peut recevoir un revêtement thermique tel que tissu de verre, tissu céramique ou composite. Selon des exemples préférés, l'angle défini entre les plans longitudinaux passant par la ligne centrale de contact de la queue du joint et, respectivement l'axe de rotation longitudinal et la ligne centrale de ladite zone de contact du corps du joint, est situé dans l'intervalle compris entre10 et 15 degrés, alors que la ligne centrale de contact de la queue est disposée en retrait interne au conduit, par exemple 2à 3 degrés, par rapportà un plan de section du conduit passant par l'axe de rotation longitudinale. Un plan de section du conduit est défini comme parallèleà la direction d'écoulement du fluide dans ledit conduit.

Les fluides mis en #uvre sont de toute nature: liquides minéraux ou organiques, vapeurs, gaz, plasma, etc.

Selon une application particulière, le conduit est un conduit d'échangeur thermique et le joint est un joint périphérique fermé qui lie l'échangeurà un capot d'évacuation, le fluideà évacuer en cas d'urgence par le capot étant capté dans une enveloppe qui entoure l'échangeur et ledit capot.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtrontà la lecture qui suit d'un exemple de réalisation concernant un échangeur thermique, en référence aux figures annexées qui représentant respectivement: - la figure1, une coupe transversale schématique d'un mât d'avion comportant un échangeur thermique et un capot d'évacuation; - la figure 2, une vue perspective d'un exemple de joint selon l'invention adaptéà la liaison échangeur- capot selon la figure précédente; - les figures 3aà 3c, trois phases de montage en coupe transversale du joint selon la figure précédente, et - les figures 4a et 4b, le joint précédent en position d'ouverture permettant le passage d'un fluideà évacuer en cas de surpression.

Dans un mât de turbine d'avion, tel que schématisé en coupe transversaleà la figure1, le conduit1 d'évacuation des gaz chauds FI provenant de la turbine (non représentée)à travers une entréeE est refroidi dans un échangeur thermique 2 par de l'air F2 provenant de l'extérieur et pulsé par un ventilateur3. L'autre extrémitéS du conduit1 sert au démarrage des turbines.

Au sortir de l'échangeur, le flux d'air refroidiF3 est dirigéà travers un conduit 4 en direction de l'habitacle pour le maintenirà la température souhaitée par régulation. L'échangeur 2 présente un capot5 d'évacuation de l'air de refroidissement, le capot étant disposé sur l'échangeur 2 et liéà ce dernier par un joint périphérique11. Le capot5 possède une grille supérieure6 de passage de l'air de refroidissement vers l'extérieur.

La régulation globale en pression se fait par évacuation des surpressions dans l'enveloppe10 du mâtà travers des évents d'alimentation 12 et des sorties de ventilation13. En cas de surpression anormale dans l'enveloppe, des trappes d'évacuation 14 sont classiquement prévues.A la place ou en complément des ces trappes, qui sont dangereuses du fait de leur fonctionnement en tout ou rien, l'invention propose un joint formant clapetà disposer en place du joint11 de manièreà évacuer l'air en surpression dans l'enveloppe10 par le capot5 à travers ce joint.

Sont également représentés des raccords et entretoises 15a et15b de fixation des conduits et une sonde thermique16 de contrôle de température pour le système de régulation thermique de l'enveloppe10.

Le joint selon l'invention, adaptéà la jonction capot/échangeur se présente, comme illustré sur la figure 2 en vue perspective, avec une forme globalement longitudinale selon une directionD. Ce joint est disposé en périphérie de l'échangeur entre chacun des quatre côtés des rebords respectifs du capot et de l'échangeur. En variante, le joint peut être avantageusement réalisé d'un seul tenant pour constituer un cadre de forme quelconque (rectangulaire, circulaire, ovale,... ).

Le joint 21 tel qu'illustré en figure 2 est formé dans un matériau élastomère.Il présente une encoche longitudinale 22 selon la directionD qui sépare la tête23 du joint du corps 24 de celui-ci, la tête ne représentant qu'environ un huitième de la masse du joint. L'encoche a une profondeur transversale relative importante, de l'ordre des 3/4de l'épaisseur du joint, la tête n'étant ainsi reliée au corps que par un rétrécissement25 situé dans le prolongement transversal de l'encoche 22.

Le corps 24 présente une courbure générale convexe en face frontale Ff, sur laquelle débouche l'encoche 22, et une courbure concave en face arrière Fa située du côté du rétrécissement25. Les courbures du corps du joint définissent une réduction progressive de son épaisseur en direction de son extrémité opposéeà la tête, cette extrémité formant une queue 24a de souplesse relative sensiblement supérieureà celle du reste du joint. Ainsi, le joint présente trois parties, une tête23 assurant une fonction de fixation, un corps 24 et sa queue 24a assurant une fonction d'étanchéité, et une charnière25 permettant d'assurer une fonction échappement et qui relie la tête23 et le corps 24.

Les figures 3aà 3c montrent, en coupe transversale, les trois phases de montage d'un tel joint entre une bordure inférieure 5i du capot et une bordure supérieure 2s de l'échangeur.

Conformémentà la figure3b, le joint 21 est inséré dans un crochet périphérique30 fixéà la bordure 5i par enclipsage. A cette fin, la tête 23 du joint présente deux crans31 formés sur un bord de la tête23 par tout moyen connu, par exemple par thermoformage. Le capot5 est ensuite mis en place par déplacement -selon la direction F qui rapproche le capot de l'échangeur2.

En fin de montage, comme illustré sur la figure 3c, la queue 24a du corps du joint vient en appui sur la bordure 2s de l'échangeur, définissant une zone de contact longitudinale Zl entre le joint et cette bordure. La hauteur H du joint 21 est calculée pour que le corps 24 du joint vienne également en appui contre le crochet30 par rotation autour d'un axe32 formant une charnière longitudinale dans la zone de rétrécissement25. Cet appui définit une zone de contact Z2 entre le corps du joint et le crochet de fixation. Dans l'exemple de réalisation, la hauteur H est égaleà 40 mm, alors que son épaisseur transversale maximale e , définie au niveau de la tête, est d'environ15 mm.

Après montage, les plans longitudinaux Pl et P2 passant par la ligne centrale de la zone longitudinale Zl et, respectivement, par la charnière32 d'une part et la ligne centrale de la zone longitudinale de contact Z2 d'autre part, forment un angle0 égalà environ 12 degrés. Par ailleurs le plan Pl est légèrement incliné vers le centre de l'échangeur par rapportà un plan de section de l'échangeur, perpendiculaire aux bordures 5i et 2s, avec un angle égalà environ 2 degrés.

Dans ces conditions, le joint selon l'invention peut rester en place en subissant des surpressions de l'intérieur de l'échangeur exercées sur sa face arrière convexe F., de l'ordre de250 mbars ou plus sans déplacement sensible du joint.

En cas d'urgence, lorsque des surpressions d'air arrivent dans le mât en passant par l'enveloppe externeà l'échangeur, le joint selon l'invention réalise sa fonction de clapet et s'ouvre en fonction de la surpression exercée jusqu'à libérer des hauteurs de conduits supérieursà 25 mm. Ainsi, en référenceà la figure 4a, une surpression de AP égaleà 80 mbars fait pivoter le joint 21 autour de l'axe charnière32, de façonà libérer le conduit d'évacuation sur une hauteur Hl d'environ15 mm. Lorsque la surpression atteint 120 mbars dans le conduit d'évacuation (figure 4b), le joint s'ouvre sur une hauteur H2 de25 mm, ce qui permet d'assurer un débit d'évacuation d'air maximum sans que le joint ne soit arraché.

D'une manière générale, on peut avantageusement prévoir des moyens pour maîtriser les efforts d'écrasement du joint sans nuireà sa tenue en pression.

Ces moyens sont constitués par un ou plusieurs encoches 24c prévues dans le corps 24, par exemple au niveau de la face arrière Fa du joint 21 (figures 3a et3b), pour diminuer les efforts d'écrasement. Ces encoches 24c se referment lorsque le joint 21 est en place (figure 3c), pour ne pas affaiblir la rigidité du corps 24. La diminution des efforts d'écrasement peut atteindre plus de50% en fonction du nombre, de la forme et des dimensions des encoches 24.

Le joint 21 selon l'invention peut être monobloc ou d'un seul tenant et réalisé par un cadre de forme quelconque. Dans ce cas, on prévoit avantageusement des découpes dans le corps 24 pour permettre au joint de fonctionner d'une manière fiable et efficace lors de son ouverture.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits. Ainsi, tous moyens de fixation (vissage, rivetage, collage ou autre) connus de l'homme du métier peuvent être utilisés pour fixer la tête du joint. Par ailleurs, la queue du joint peut s'appuyer sur une paroi orientée selon une inclinaison quelconque, par exemple perpendiculaireà la bordure supérieure de fixation de la tête du joint. Les matériaux élastiques utilisés peuvent être un élastomère, éventuellementà densité variable, ou un caoutchouc. De plus, le corps du joint peut être prolongé de plusieurs queues afin de s'adapterà la géométrie de la bordure sur laquelle le joint s'appuie.

Claims

REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité formant clapet pour conduit et s'étendant principalement selon une direction longitudinale, ce joint étant réalisé au moins en partie dans un matériau élastique et présentant essentiellement au moins une partie assurant une fonction de fixation et constituée par une tête (23) qui est situéeà une extrémité du joint pour le fixerà l'aide de moyens solidaires d'une paroi du conduit, et une partie assurant une fonction d'étanchéité et constituée par un corps (24) dont l'épaisseur diminue selon un plan transversal entre la tête et une queue souple (24a) situéeà l'autre extrémité du joint, ladite queue (24a) venant en contact avec une autre paroi du conduit pour réaliser l'étanchéité, joint qui est caractérisé en ce qu'il comprend également une partie permettant d'assurer une fonction d'échappement et constituée par une charnière qui relie la tête(23) et le corps (24) du joint, et en ce que ladite charnière est formée par un rétrécissement (25) réalisé de manière asymétrique selon le plan transversal et autour d'un axe de rotation longitudinal(32) formé dans le rétrécissement, de sorte que l'axe de rotation(32), la ligne centrale longitudinale d'une zone périphérique (Z2) du corps (24) du joint (21), qui réalise un contact avec lesdits moyens de fixation(30) lorsque le corps du joint pivote autour de l'axe de rotation(32), et la ligne centrale longitudinale de la zone de contact (Zl) de la queue (24a) du joint (21) créent un arc-boutement longitudinal apteà transmettre les efforts exercés par un fluide interne audit conduit (4) sur ladite zone de contact (Z2) du corps (24) par l'intermédiaire de la charnière longitudinale(32) tout en maintenant l'étanchéité du conduit (4), et apteà disparaître lorsqu'une surpression supérieureà un seuil déterminé est exercée sur le corps (24) du joint (21) par un fluide externe audit conduit (4) et fait pivoter le joint (21) autour de l'axe de rotation(32) pour libérer une ouverture suffisante et évacuer ainsi le fluide externe par le conduit (4). 2. Joint selon la revendication1, caractérisé en ce que le corps (24) du joint comporte une ou plusieurs encoches (24c) pour maîtriser les efforts d'écrasement du joint sans nuireà la tenue en pression. 3. Joint selon la revendication1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé en totalité en matériau élastique, en ce que le rétrécissement(25) est obtenu par formation d'une encoche crantée (22) ouverte du côté du fluide externeà évacuer, en ce que les moyens de fixation comportent un crochet (30) venant s'insérer dans l'encoche de manièreà écraser les dents du crantage pour immobiliser la tête(23) du joint (21), la zone de contact (Z2) du corps (24) du joint avec ledit crochet(30) étant formée par une partie avancée de ce corps située du côté du fluideà évacuer. 4. Joint selon l'une quelconque des revendications1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé partiellement en un matériau métallique, en matériau plastique et/ou en matériau composite. 5. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que son corps (24) est creux. 6. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle défini entre les plans longitudinaux (Pl, P2) passant par la ligne centrale de la zone de contact (Zl) de la queue (24a) du joint et, respectivement l'axe de rotation longitudinal(23) et la ligne centrale de la zone de contact (Z2) du corps (24) du joint, est situé dans l'intervalle compris entre10 et15 degrés. 7. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne centrale de la zone de contact (Zl) de la queue est disposée en retrait interne au conduit (4) par rapportà un plan de section du conduit (4) passant par l'axe de rotation longitudinale(32). 8. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (4) est un conduit d'échangeur thermique et le joint (21) est un joint périphérique fermé qui lie l'échangeurà un capot d'évacuation(5), le fluideà évacuer en cas d'urgence par le capot étant capté dans une enveloppe(l 0) qui entoure l'échangeur et ledit capot. 9. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit joint est monobloc ou d'un seul tenant pour constituer un cadre de forme quelconque.