Brevet FR2257831A1 — publié le 19750808

la présente invention a pour objet une garniture dlétanchéité efficace à haute température plus particulièrement destinée aux dispositifs obturateurs, tels que vannes et robinets servant à commander la circulation d' un fluide sur une conduite. On sait que pour des dispositifs de ce genre se pose un triple problème d'étanchéité - entre le corps du dispositif et la conduite sur laquelle il est installé, entre les deux volumes intérieurs de la conduite séparés l'un de l'autre par le dispositif obturateur, - aupoint où la tige de manoeuvre sort du corps de robinet. Ce problème a reçu de nombreuses solutions dans le cas où le fluide à contrôler est à température modérée, grfice à l'utilisation de joints et garnitures en matière plastique tpolytétrafluoréthylène notamment) éventuellement associes à des supports métalliques. Âux températures élevées, de 11 ordre de 6000e à 700QC, les matériaux classiques constituant les garnitures dtétanchéité peuvent se trouver plus ou moins gravement détériorés. Il en est ainsi, par exemple, du polytétrafluoréthylène, et de divers matériaux composites connus. Pendant longtemps, de telles conditions de fonctionnement ont été assez peu fréquentes dans l'industrie et n1 intéressaient en général que des organes -d'assez grandes dimensions tels que des vannes-de sectionnement de vapeur à haute pression dans les centrales thermiques, ce qui justifiait d'adopter des solutions relativement onéreuses, comme, par exemple, des joints métalliques, qui nécessitent un usinage particulier des portées. Ces conditions de fonctionnement se rencontrant de plus en plus fréquemment et intéressant des vannes de toutes dimensions, il importait de trouver une solution simple au problème de l'étanchéité à haute température. Un aspect important du problème est celui des hydrocarbures ou autre corps inflammables circulant normalement à température modérée. Lorsque, pour une raison fortuite, incendie par exemple, le dispositif obturateur se trouve porté à une température élevée, ctest à cet instant précis que la meilleure. étanchéité possible est requise. Or, en général, l'élévation de température provoque une destruction des joints qui entrain une perte d'étanchéité de lrobturateur. Une solution connue consiste à adopter des joints en graphite, ce matériau résistant bien à la chaleur. Toutefois étant donné sa faible résilience, il se prote mal au serrage simultané de plusieurs joints entre deux mimes pièces, ainsi qu'à une utilisation comme garniture de presse-étoupe. D'autre part, dans le cas particulier des robinets à boule, le serrage de sièges en graphite contre la boule nécessite, pour entre efficace, une pression importante souvent incompatible avec une bonne facilité de manoeuvre. Un matériau carboné connu, constitué par l'association de fibres de carbone avec du graphite expansé, résiste également bien à la chaleur et présente une résilience convenable. Fabriqué sous forme de feuilles, il présente une bonne étanchéité dans le sens transversal à la feuille et peut, dans de telles conditions, être utilisé comme joint. En revanche, la structure fibreuse et feuilletée de ce matériau lui confère une mauvaise étanchéité dans le sens parallèle à la feuille, c' est-à-dire dans le sens habituel des fuites lorsque le joint est monté sur un dispositif obturateur tel qu'un robinet ou une vanne. La présente invention vise à réaliser une garniture d'étanchéité conservant son efficacité à des températures de l'ordre de 6000 à 7000C, d'une fabrication et d'une utilisation simples et peu onéreuses, et permettant de résoudre le triple problème d'étanchéité évoqué plus haut sur les dispositifs obturateurs Suivant l'invention, la garniture d'étanchéité pour dispositifs obturateurs, comprimée entre deux pièces d'un tel dispositif est caractérisée en ce qu'une partie au moins de cette garniture est découpée dans une feuille d'un matériau carboné constitué par 11 association de fibres de carbone avec du graphite expanse, et compactée au morns partiellement par compression transversale au plan de la feuille. On obtient ainsi une garniture résistant à la chaleur et d'une étanchéité sensiblement isotrope, le compactage procurant, dans les régions où cela est nécessaire, et de façon inattendue, une bonne étanchéité longitudinale. De préférence, le taux de compression de la garniture lors du compactage est d'environ 10 bars. Suivant une réalisation particulière de l'invention, l'application suivante est prévue : la partie compactée de la garniture est insérée entre le corps d'un robinet à boule et les brides de raccordement à la conduite, tandis qu'une partie non compactée est insérée entre le siège et l'organe appliquant le siège sur la boule. Ainsi, alors que la partie compactée joue le rdle d'un joint d'étanchéité, la partie non compactée est utilisée comme ressort pour appliquer le siège sur la boule, cette disposition procurant simultanément une bonne étanchéité entre le siège et la boule, et une grande facilité de manoeuvre Suivant une seconde réalisation particulière de l'invention, également prévue à titre d'application, une partie non préalablement compactée de la garniture constitue une rondelle montée en garniture de presse-étoupe, cette rondelle étant serrée, au doyen du fouloir du presse-étoupe, entre deux rondelles métalliques à portée convexe. Dans cette fonction, 11 étanchéité doit s'exercer principa lement dans le sens transversal à la rondelle et elle est assurée, à ce titre, par les propriétés connues du matériau0 Mais si l'étanchéité n'est pas assurée dans le sens parallèle au plan de la rondelle, des fuites importantes peuvent se produire. Or, le serrage entre portées convexes réalise l'étanchéité longitudinale du matériau. D'autres particularités de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatifs, la figure 1 représente une vue en élévation, avec coupe partielle, d'un robinet à boule équipé drupe garniture d' étanchéité suivant l'invention, la figure 2 est une vue agrandie de la partie de la figure 1 désignée par la flèche F2, la figure 3 est une vue agrandie de la partie de la figure 1 désignée par la flèche F3. En référence à la figure 1 le robinet à boule comprend un corps i enserré entre deux brides de raccordement 2 par des tirants tels que 3. Une boule alésée 4 est solidaire a'une tige de commande 5 par l'intermédiaire d'un raccord 6 du type tournevis. Sur la tige 5 est fixé un levier de commande 7. En référence à la figure 2, chaque bride 2 serre contre le corps 1 un joint en graphite 8 et applique sur la boule 4 un siège en graphite 9 par l'intermédiaire de la partie centrale 10 d'une rondelle 11. Le siège 9, en graphite dur, est creusé au profil de la boule 4. la rondelle 11 est faite d'un matériau carboné élastique, disponible sur le marché et obtenu à partir de graphite expansé et de fibres de carbone ; ce matériau peut être, par exemple, celui fabriqué sous la marque PAPYEX par la Société LE aARsoNs LORRAINE. Un tel matériau présente une structure sensiblement feuilletée parallèlement au plan de la feuille où est découpée la rondelle 11. La partie périphérique 12 de la rondelle 11 a, de préférence, subi un compactage par compression sous environ 10 bars, ce qui a réduit son épaisseur d'environ 20% de façon permanente. Cette partie 12 est serrée entre le corps 1 et la bride 2. L'usinage des portées en regard du corps 1 et de la bride 2 est tel que la partie 12 de la rondelle 11 soit comprimée entre les deux pièces précitées, le serrage préférentiel, s'exerçant cependant sur la rondelle 8. Si la partie 12 de la rondelle 11 n'a pas subi de compactage, une déformation équivalente est obtenue lors du montage par compression au moyen des tirants 3. En référence à la figure 3, un bolier de presse-étoupe 21 forme bloc avec le corps 1 et comporte un épaulement 22 sur lequel sont empilées, de bas en haut, les pièces d'étanchéité suivantes : - une rondelle métaLlique 23 à portée supérieure convexe, - une rondelle 24 de mime matière que la rondelle 11 précitée, - une rondelle métallique 25 à deux portées convexes, - une rondelle 26 identique à la rondelle 24, - une rondelle métallique 27 à portée inférieure convexe, Les dimensions des rondelles 24 et 26 sont telles que, lors de leur mise en place, elles coulissent librement et sans jeu appréciable dans l'espace annulaire laissé entre la tige 5 et 1 'alésage 28 du bottier 21. Au montage, l'empilage formé par lendelles 29 à 27 est comprimé par un fouloir 29 vissé dans le bottier 21 sous une pression d1 environ 10 bars, ce qui provoque un écrasement d'environ 20% de la partie moyenne des rondelles 24 et 26. En fonctionnement, ltétanchéité au raccordement du corps 1 et des brides 2 étant assurée par le joint 8, on constate de façon inattendue une excellente étanchéité d1 obturation en meme temps qu'une grande facilité de manoeuvre au moyen du levier 7. On peut donner une explication de ce résultat surprenant en considérant que la partie centrale 10 de la rondelle Il joue le rtle, du fait de ses propriétés élastiques, d'un ressort d'une grande dureté qui applique fortement le siège 9 sur la boule 4, procurant ainsi une excellente étanchéité entre ces deux pièces ; mais, cette application n'étant pas rigide, la manoeuvre de la boule demeure aisée. Certes la structure feuilletée de la rondelle 1 1 lui confère une certaine perméabilité dans le sens radial, et on pourrait craindre qu'elle permette au fluide de contourner le siège 9. Pour expliquer lrétanchéité obtenue, on peut considérer que le fluide qui imprégne éventuellement la partie centrale 10 de ladite rondelle il et qui tend, sous lreffet de la pression dans la conduite, à progresser radialement suivant la flèche FR, ne peut atteindre la partie 12 dont le compactage par compression a écrasé la structure feuilletée, rendant ainsi cette partie 12 étanche également dans le sens radial. Le fluide se trouve ainsi emprisonné et empoché de contourner le siège 9. Le presse-étoupe présente également en fonctionnement une étanchéité remarquable que lten peut attribuer au mode particulier de serrage des rondelles 24 et 26. En effet, cesXrondelles présentant, de façon connue, une bonne étanchéité dans le sens transversal, l'écrasement de leur partie moyenne par les rondelles convexes 23, 25 et 27 a paur effet d'une part de leur conférer une étanchéité dans le sens radial par écrasement de leur structure feuilletée, d' autre part de les déformer en appliquant fortement leurs bords sur la tige 5 et sur l'alésage 28. la garniture objet de la présente invention permet donc d'obtenir une excellente étanchéité en même temps qu'une grande facilité de manoeuvre, et de conserver ces propriétés aux températures élevées. 1l est évident que la présente invention ne se limite pas à la réalisation décrite et que de nombreux types d'obturateurs peuvent etre équipés d'une telle garniture, avec éventuellement diverses variantes constructives. REVENDICADIOIq3 Garniture d'étanchéité pour dispositifs obturateurs, comprimée entre deux pièces d'un tel dispositif, caractérisée en ce qu'une partie au moins de cette garniture est découpée dans une feuille d'un matériau carboné constitué par l'association de fibres de carbone avec du graphite expansé, et compactée au moins partiellement par compression transversale au plan de la feuille. 2. Garniture d'étanchéité conforme à la revendication i,- caractérisée en ce que sa partie compactée est insérée entre le corps d'un robinet à boule et les brides de raccordement à la conduite. 3, Garniture dtétanchéité conforme à l'une des revendications t ou 2, caractérisée en ce que le compactage précité est obtenu par une compression préalable. 4. Garniture d'étanchéité conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le compactage précité est réalisé lors du montage, par compression au moyen des pièces enserrant ladite garniture. 5. Garniture d'étanchéité conforme à la revendication 2, caractérisée en ce qu'une partie au moins de sa partie non compactée est insérée entre le siège d'un robinet à boule et l'organe appliquant le siège sur la boule. 6. Garniture d'étanchéité conforme à la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie au moins de sa partie non compactée constitue au moins une rondelle montée en garniture de presse-étoupe, cette rondelle étant ensuite serrée lors du montage par le fouloir dudit presse-étoupe entre deux rondelles métalliques à portée convexe et compactée par la compression s'exerçant transversalement au plan de la feuille d'où est extraite la rondelle. 7. Garniture d'étanchéité conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou à la revendication 6, caractérisée en ce que le compactage de cette garniture est obtenu par une compression sous environ 10 bars. 8. Dispositif obturateur tel que vanne ou robinet, notamment destiné à résister à des hautes températures, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une garniture d'étanchéité conforme à 1 1une quelconque des revendications 1 à 7o 9. Dispositif obturateur tel que vanne ou robinet, notamment destiné à résister à des hautes températures, cmprenant un organe mobile d'obturation tel qu'une boule perforée coopérant avec au moins un siège prenant appui sur une portée fixe du dispositif, caractérisé en ce que ledit siège est en graphite et en ce qu'unezondelle est interposée entre le siège et la portée fixe précitée, ladite rondelle étant découpée dans une feuille d'un matériau carboné élastique constitué par l'association de fibres de carbone avec du graphite expansé. tOo Dispositif obturateur conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que la rondelle précitée présente un diamètre extérieur supérieur à celui du siège, et en ce que la partie débordante de ladite rondelle est compactée et comprimée entre le corps du dispositif et la portée fixe précitée0 11. Dispositif obturateur conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que le compactage précité est obtenu par compression préalable. 120 Dispositif obturateur conforme à la revendication tO, caractérisé en ce que le compactage précité est obtenu lors du montage par serrage du corps du dispositif contre la portée fixe précitée. 13. Dispositif obturateur conforme à l'une des revendications 9 à 12, comprenant un corps serré entre deux brides de raccordement par des tirants, caractérisé en ce qu'il comprend deux joints constitués par une rondelle en graphite serrés chacun entre une portée usinée sur le corps et une portée usinée sur chacune des deux brides.