FR3070740A1

FR3070740A1 - Joint d'etancheite thermo-adaptatif asservi en serrage

Info

Publication number: FR3070740A1
Application number: FR1758076A
Authority: FR
Inventors: Yann Goerger
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-03-08
Anticipated expiration: 2037-09-01
Also published as: FR3070740B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'étanchéité (1) pour étanchéifier une liaison entre deux éléments (40, 41) d'un assemblage mécanique, ledit dispositif d'étanchéité (1) comprenant un joint (2) comprenant un corps principal et une lèvre d'appui variable, ladite lèvre d'appui variable comportant un organe thermo-déformable (31) ; ledit dispositif d'étanchéité (1) comprenant des moyens de régulation (50) de la température dudit organe thermo-déformable (31), de sorte à contrôler la position de l'organe thermo-déformable (31) entre la position de repos et la position d'extension.

Description

Joint d’étanchéité thermo-adaptatif asservi en serrage

La présente invention se rapporte à un joint d’étanchéité thermo-adaptatif asservi en serrage.

Les joints sont destinés à être installés au contact deux pièces mécaniques coopérant l’une avec l’autre de sorte à séparer l’espace entre ces deux pièces, en deux parties, de manière étanche.

On distingue notamment les joints statiques destinés à être installés entre deux pièces immobiles l’une par rapport à l’autre, par exemple dans le cas d’un raccord de deux brides, et les joints mobiles destinés à être installés entre deux pièces mobiles l’une par rapport à l’autre, par exemple dans le cadre d’un arbre tournant inséré dans un palier de support (mouvement en rotation) ou encore entre une tige de vérin et son corps (mouvement en translation).

Pour fonctionner, un dispositif d’étanchéité doit avoir une souplesse, lui permettant de compenser les micromouvements du mécanisme à étancher, et une restitution élastique, lui permettant un serrage suffisant pour contenir le produit à étancher. Pour se faire, les joints sont généralement faits d’un corps principal refermé sur lui-même, par exemple de forme torique, ou de toute autre forme annulaire fermée, lequel est obtenue dans un matériau élastique, par exemple un élastomère.

Afin de tenir compte des conditions de température fluctuantes dans lesquelles de tels joints peuvent être employés, on connaît des joints thermoadaptatifs.

En particulier, on connaît le joint décrit dans le document US20080079222 qui comprend une lèvre d’étanchéité dans laquelle s’étend un ressort bilame, dont la résistance et la courbure est fonction de sa température.

Cependant, un tel joint est efficace si la plage de température rencontrée est connue et relativement faible. En effet, un tel joint risque de ne plus fournir une étanchéité suffisante si les conditions de température instantanées s’écartent de manière imprévue de celles prédéfinies lors de la conception du joint.

Aussi, il existe le besoin d’un dispositif d’étanchéité thermo-adaptatif pouvant s’adapter à des conditions thermiques inattendues.

A cet effet, on propose un dispositif d’étanchéité pour étanchéifier une liaison entre deux éléments d’un assemblage mécanique, ledit dispositif d’étanchéité comprenant un joint comportant un corps principal et une lèvre d’appui variable s’étendant en saillie dudit corps principal de sorte à pouvoir venir en appui sur un élément dudit assemblage mécanique, ladite lèvre d’appui variable comportant un organe thermo-déformable apte à se déformer entre une position de repos et une position d’extension en fonction de sa température.

Ledit dispositif comprenant des moyens de régulation de la température dudit organe thermo-déformable, de sorte à contrôler la position de l’organe thermo-déformable entre la position de repos et la position d’extension.

Ainsi, on peut réguler la température dudit organe thermo-déformable de sorte à le maintenir à une température optimale de fonctionnement, ce qui permet d’assurer une bonne étanchéité d’un tel joint quelque soit les conditions thermiques auquel il est soumis.

En particulier, l’invention n’est pas limitée à une seule lèvre d’appui variable, le joint pouvant comprendre une pluralité de lèvre d’appui variable.

Avantageusement et de manière non limitative, l’organe thermodéformable comprend un bilame. Ainsi, on peut obtenir un l’organe thermodéformable fiable et relativement peu coûteux.

L’invention n’est cependant pas limitée à un ressort bilame et peut être mise en oeuvre avec tout autre élément ressort.

En outre l’invention peut être mise en oeuvre pour des joints en forme de U, par exemple avec uniquement une partie élastomère (ou autre polymère : PTFE...) et un ressort bilame en U.

Avantageusement et de manière non limitative les moyens de régulation comprennent des moyens de réchauffement de l’organe thermo-déformable. Ainsi, on peut piloter l’organe thermo-déformable lorsque cela est nécessaire pour le fonctionnement du système, par exemple lorsque celui-ci est soumis à une température inférieure à sa température de fonctionnement optimale.

Avantageusement et de manière non limitative, les moyens de réchauffement comprenant une résistance thermique. Ainsi, les moyens de réchauffage peuvent être fiables, simples à commander et relativement peu coûteux.

Avantageusement et de manière non limitative, les moyens de régulation comprenant un organe de mesure de la température de sorte que la température de l’organe thermo-déformable est commandée en fonction de la température mesurée par l’organe de mesure. Ainsi, on peut connaître la température de l’organe thermo-déformable en temps réel.

Avantageusement et de manière non limitative, les moyens de régulation sont adaptés pour mettre en oeuvre une régulation en boucle fermée, de sorte à réguler la température de l’organe thermo-déformable à une température cible. Ainsi, on peut réguler la température de l’organe thermo-déformable de manière relativement rapide et fiable.

L’invention concerne aussi un procédé de commande d’un dispositif d’étanchéité tel que décrit précédemment, comprenant des étapes :

- de fourniture d’une valeur de température cible ;

- d’acquisition d’une valeur de température estimée de l’organe de thermodéformable ;

- de commande des moyens de régulation de sorte à faire varier la température de l’organe thermo-déformable jusqu’à la température cible.

En particulier la valeur de température cible est définie de manière propre au fonctionnement particulier de chaque joint.

En particulier, l’acquisition d’une valeur de température est issue d’une mesure en temps réel.

D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue en coupe, en section droite, d’un joint d’un dispositif d’étanchéité selon un mode de réalisation de l’invention ; et

- la figure 2 est une vue en coupe, en section droite, d’un dispositif d’étanchéité selon le mode de réalisation de la figure 1.

Un dispositif d’étanchéité 1 comprend un joint 2 installé entre deux éléments 40, 41 d’un assemblage mécanique, aussi appelés pièces mécaniques 40, 41, coopérant l’une avec l’autre, de manière dynamique ou statique, et présentant une espace 42 de séparation.

Le joint 2 a pour objectif d’étanchéifier l’espace 42 afin d’interdire le passage de liquide ou de gaz au travers de cet espace 42.

Le joint 2 comprend un corps principal 20, formé d’une structure rigide 21, par exemple en un matériau polymère ou métallique rigide, recouverte au moins partiellement d’un matériau souple 22, par exemple un matériau élastomère 22.

La structure rigide 21 est ici un corps refermé sur lui-même, de sorte à pouvoir être monté dans un alésage de la première pièce mécanique 40. Dans ce cas le serrage du joint est de type radial.

Cependant, la forme de la structure rigide 21 est adaptée à la forme de la première pièce mécanique 40 en regard de la deuxième pièce mécanique 41.

Ainsi, la première pièce mécanique 40 n’est pas forcément une pièce de révolution entourant la deuxième pièce mécanique 41, mais peut présenter par exemple une forme plane, la structure rigide 21 sera conformée pour épouser la forme de cette première pièce mécanique 40 sur sa portion en regard de la deuxième pièce mécanique 41. Dans ce cas le serrage du joint est de type axial.

L’élément thermo déformable souple 30 est solidaire, en l’une de ses extrémisées, de la structure rigide 20. Avantageusement et de manière non limitative, le maintien des deux éléments ensemble peut être réalisé par soudure ou sertissage mécanique.

La forme et l’inclinaison de l’élément thermo déformable 30 est déterminée au cas par cas en fonction de l’application afin d’obtenir la souplesse et l’évolution souhaité en utilisation et notamment lors de la régulation thermique piloté.

Les éléments métallique constituants le joint sont totalement ou partiellement recouvert d’un matériau soupe 22

Ce matériau souple 22 permet notamment une mise en compression étanche et non destructive du corps principal 20 contre la première pièce mécanique 40.

Le joint 2 comprend en outre une lèvre d’appui variable 30.

En particulier, le joint 2 peut comprendre une pluralité de lèvres d’appui variables 30, par exemple réparties uniformément sur toute la circonférence du corps principal.

La lèvre d’appui variable 30 comprend un organe thermo-déformable 31, ici un ressort à lame thermo-déformable 31, en particulier un ressort bilame 31, plus connu sous le nom de bilame 31, présentant, selon une vue en section droite, une portion de fixation 301 et une portion d’appui 302.

La portion d’appui 302 est recouverte d’un matériau souple 32, par exemple un élastomère, pour assurer une bonne mise en compression contre la deuxième pièce mécanique 41, tout en assurant de ne pas compromettre l’intégrité structurelle de la deuxième pièce 41.

La portion de fixation 301 forme un angle variable avec la portion d’appui 302, en fonction des conditions de température, on parlera dans la suite de la description de l’angle du bilame 31.

Dans un exemple de mise en oeuvre, à une température de 25°C, correspondant à une température de repos, l’angle du bilame est de sensiblement 45°, correspondant à sa position de repos. Lorsque la température à laquelle est soumise le bilame augmente, par exemple jusqu’à une température de -5°C, l’angle du bilame tend à augmenter jusqu’à une valeur de 50°, on parle alors de position d’extension, de sorte que l’extrémité distale 302b appui avec une force augmentée sur la deuxième pièce mécanique 41. Autrement dit l’effort d’appui du joint 2 sur la deuxième pièce mécanique 41 est augmenté, ce qui tend à augmenter l’étanchéité du joint 2.

A contrario, si la température appliquée au bilame 31 descend à sensiblement 80°, l’angle du bilame est réduit à 40°, correspondant à une autre position d’extension, à laquelle on peut aussi se référer sous le nom de position de rétractation, réduisant la force d’appui de l’extrémité distale 302b sur la deuxième pièce mécanique 41.

Afin de contrôler la température à laquelle est soumis le bilame 31 et ainsi adapter le niveau de serrage du joint à la valeur souhaitée, le dispositif d’étanchéité 1 comprend des moyens de régulation 50 de la température de l’organe thermo-déformable 31.

Ces moyens de régulation 50 permettent d’agir directement sur le bilame 31 pour en modifier la température de sorte à modifier l’angle du bilame, et par conséquent la force d’application de l’extrémité distale 302b sur le deuxième organe mécanique 41.

Les moyens de régulation 50 comprennent un organe de mesure 51 de la température du bilame 31, des moyens d’action thermique 52 sur le bilame 31, et un organe de contrôle 53.

L’organe de contrôle 53 est ici un microcontrôleur, recevant les valeurs mesurées par l’organe de mesure 51 et adapté pour réguler la température du bilame, via les moyens d’action thermique 52. Quand cela est possible (dimension du joint, rapport coût/fonction..), une mesure additionnelle de la déformée du bilame en temps réel peut-être réalisé, par exemple par l’intermédiaire de jauges de contraintes.

L’organe de contrôle 53 met en oeuvre un procédé de contrôle par rétroaction négative, aussi connu sous le nom de régulation en boucle fermée, par exemple un régulateur proportionnel intégral dérivé.

Autrement dit, l’organe de contrôle 53 asservi les moyens d’action thermique 52 à une température cible, qui évolue en temps réel en fonction des mesures de températures effectuée par l’organe de mesure 51.

Selon un premier exemple de réalisation, les moyens de régulation 50 sont adaptés pour réchauffer le joint 2 lorsque celui-ci est installé dans un environnement de fonctionnement pouvant atteindre de très faibles températures, par exemple inférieur à 0°C.

Dans cet exemple, les moyens d’action thermique 52 comprennent des moyens de réchauffement 52, par exemple une résistance thermique venant réchauffer par contact direct le bilame 31.

L’organe de contrôle 53 comprend un espace de stockage, par exemple une mémoire flash, dans laquelle est stockée une température de seuil et une température de fonctionnement optimal. Selon une alternative, ces valeurs peuvent aussi être communiquées à l’organe de contrôle 53 par d’autres organes communiquant avec l’organe de contrôle 53, par exemple dans le cadre d’une communication réseau.

Lorsque l’organe de contrôle 53 reçoit une information de l’organe de mesure 51 selon laquelle la température du bilame 31 est inférieure la température de seuil, par exemple de 15°C, l’organe de contrôle 53 commande alors une régulation de la température du bilame 31 pour que sa température remonte jusqu’à la température de fonctionnement optimal, aussi appelée température cible, ici par exemple 20°C.

Lorsque la valeur de fonctionnement optimal est atteinte, l’organe de contrôle 53 stabilise la température en régulant les moyens de réchauffement 52.

La valeur de seuil minimal, assure qu’au-dessus de celle-ci les moyens de réchauffement 52 ne sont pas déclenchés. Par exemple, en définissant une température de seuil minimal à 15°C, lorsque la température du bilame 31 redescend progressivement depuis les 20°C, la régulation par l’organe de contrôle 53 activée que lorsque la température du bilame 31 descend sous la valeur de seuil minimal de 15°C. Ainsi, on réduit les risques de déclenchement accidentels de la régulation thermique lors de faibles fluctuations thermiques du bilame 31. Ces valeurs de seuils et de fonctionnement optimal peuvent varier en fonction des conditions d’utilisation du joint 2 et peuvent aussi être calculées par l’organe de régulation 50 en tenant compte par exemple d’autre critères tel que, par exemple, la vitesse de rotation de la première pièce mécanique 40, de la température des pièces mécaniques 40, 41, ou de tout autre paramètre d’utilisation du joint 2.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d’étanchéité (1) pour étanchéifier une liaison entre deux éléments (40, 41) d’un assemblage mécanique, ledit dispositif d’étanchéité (1) comprenant un joint (2) comportant un corps principal (20) et une lèvre d’appui variable (30) s’étendant en saillie dudit corps principal (20) de sorte à pouvoir venir en appui sur un élément (40, 41) dudit assemblage mécanique, ladite lèvre d’appui variable (30) comportant un organe thermo-déformable (31), apte à se déformer entre une position de repos et une position d’extension en fonction de sa température ;

caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens de régulation (50) de la température dudit organe thermo-déformable (31), de sorte à contrôler la position de l’organe thermo-déformable (31) entre la position de repos et la position d’extension.
2. Dispositif d’étanchéité (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe thermo-déformable (31) comprend un bilame (31).
3. Dispositif d’étanchéité (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de régulation (50) comprennent des moyens de réchauffement de l’organe thermo-déformable (31).
4. Dispositif d’étanchéité (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de réchauffement comprenant une résistance thermique.
5. Dispositif d’étanchéité (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de régulation (50) comprenant un organe de mesure (51) de la température de sorte que la température de l’Organe thermodéformable (31) est commandée en fonction de la température mesurée par l’organe de mesure (51).
6. Dispositif d’étanchéité (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de régulation (50) sont adaptés pour mettre en œuvre une régulation en boucle fermée, de sorte à réguler la température de l’organe thermo-déformable (31) à une température cible.
7. Procédé de commande d’un dispositif d’étanchéité (1) selon l’une

5 quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend des étapes :

- de fourniture d’une valeur de température cible ;

- d’acquisition d’une valeur de température estimée de l’organe de thermodéformable ;

îo - de commande des moyens de régulation (50) de sorte à faire varier la température de l’organe thermo-déformable (31) jusqu’à la température cible.