Brevet FR2264236A1 — publié le 19751010

L'invention concerne une garniture de presse-étoupe pour soupapes haute-pression de pression nominale supérieure à 1250 bars, comportant plusieurs bagues du type utilisé de préfé rence pour assurer 11étanchéité de la tige de ces soupapes. Des garnitures de presse-étoupe dc ce genre doivent garantir l'étanchéité lors des variations des paramètres de fonc tionnement tels que la pression et la température. Des fluctuations de pression, par exemple de la pression atmosphérique å la pression de service et vice-versa, de même que des fluctuations de tempéra ture se-produisent à chaque ouverture et fermeture de la soupape et celle-ci est soumise à une charre thermique permanente lorsqu'elle est montre dans des installations fonctionnant à haute température. On connais des garnitures de presse-étoupe pour étancher la tige de soupapes haute-pression, qui sont constituées par des cordons ou des bagues profilées en des matériaux les~plus divers, Les garnitures peuvent être formées de bagues ouvertes insérées ou précomprimées, ou encore montées en une bague d'un seul tenant dans la mesure où le -matériau le permet. A cet effet, on se sert principalement de matières premières textiles, telles que du coton, de la toile, etc., imprégnées ou non de matière plastique ou de caoutchouc.Des bagues profilées, notamment des manchettes à chevrons, des bagues rainurées des manchettes en pot et à chapeau en un tissu caoutchouté ou imprégné de matière plastique, par exemple à base de caoutchouc butadiène-acrylonitrile (NBR) sont utilisées couramment pour assurer ltétanchéité dans des presseétoupe de soupapes en raison de leur grande robustesse. Des joints d'étanchéité de tiges avec bagues en O pour des pressions basses et moyennes dTenviron 700 bars appartiennent à la technique connue, pour autant que les matériaux des bagues en O ne sont pas soumis à une charge thermique parti culière. Pour des pressions élevées, par exemple au-dessus de la pression nominale de 1250 bars et pour des fluides dont la température dépasse 2000C, la mise en oeuvre de bagues en O est notoirement problématique, surtout en raison de ltécoulement direct du fluide sur les bagues. Il existe également des joints dtétanchéité pour tiges de soupapes comportant des bagues profilées formées de butadiène acrylonitrile > de butadiène-styrène, de chloroprène, de butyle, de caoutchouc naturel, de polyacrylate, d'un polymère ternaire d'éthylène et de propylène, de silicone, d'un fluoro-élastomère, de polyuréthane, de polytétrafluoréthylène et de polyamide. Suivant les conditions de fonctionnementv ces bagues prorilées sont mises en oeuvre individuellement, ou parfois en combinaison. Pour des pressions supérieures à 1250 bars, on utilise principalement à ce Jour des bagues profilées en un fluoroélastomère, en polytétrafluoréthylène et en polyamide, seules ou combinées avec des bagues profilées du même matériau, mais ren forcé de fibres de verre ou contenant une proportion plus ou moins grande de poudre de bronze de carbone ou de bisulfure de molybdène, destinée à améliorer la résistance à la pression et les propriétés de glissement.Les garnitures de ce genre sont dénommées "compounds Dans des soupapes de petit orifice nominal, par exemple de 1,6 mm avec un diamètre de tige de tordre de grandeur de 3 à 10 mm, on utilise plusieurs bagues lisses de résistance différente qui sont serrées par une lunette de presse-étoupe ou par une vis et qui, convenablement empilées, par exemple dure, mi mi-dure, tendre, mi-dure, dure, assurent l'dtanchéité de façon analogue à un Joint Bridgman auto-étanche. Dans la technique des réacteurs on se sert notamment de deux garnitures en série séparées par une lanterne, de laquelle partent des conduites permettant de contrôler un défaut d'étanchdi- té de la première garniture. On obtient de ce rait une double sécurité. Sous l'une ou l'autre forme, toutes ces garnitures sont affectées dtinconvénients, en particulier d'une usure provenant d'une contrainte de pression trop élevée des bagues extérieures, notamment sous des pressions de service dépassant 1250 bars. Dans beaucoup de cas une étanchéité au gaz suffisante ne peut pas être atteinte, par exemple dans des installations de production dtéthylène, surtout s'il se produit des fluctuations brusques de température et de pression, ou aussi à des températures constamment supérieures à 1500C. Dans des garnitures de presse-étoupe du type décrit, on observe au bout d'un court temps de service une usure nette des bagues extérieures des garnitures. L'étanchéité n'est plus garantie et la garniture doit être remplacée. L'invention a pour but d'améliorer notablement la vie utile d'un presse-étoupe haute-pression, en particulier pour des pressions supérieures à 1250 bars. Conformément à l'ina-ention, ce but est atteint par le fait qu'à plusieurs bagues de garniture fait suite en direction de l'atmosphère une bague stable à la pression, qui est munie intérieurement et extérieurement d'au moins une bague en 0. Suivant une autre forme de réalisation de la garniture de presse-étoupe selon l'invention, la bague stable à la pression avec ses bagues en Q est suivie à son tour d'une ou de plusieurs bagues de garniture tendres, qui sont serrées à partir de la lunette du presse-étoupe. Les caractéristiques et avantages de la nouvelle garniture de presse-étoupe conforme a l'invention résident dans la combinaison d'éléments tendres de tous cotés comme des bagues profilées et des cordons, avec un élément d'étanchéité stable à la pression, c'est-à-dire- transmettantla pression et résistant aux forces transversales. De ce fait, les éléments intérieurs de la garniture peuvent être serrés pratiquement sans jeu et l'étanchéité résiduelle est assurée par les bagues en 0.La force de serrage agissant à partir de la lunette ou de la vis du presse-étoupe est sans influence sur les bagues en 0. La précontrainte des bagues en Q est définie par les dimensions de construction de la tige et de la bague stable à la pression. Un serrage plus énergique de la lunette ou de la vis du presse-étoupe ntentraSne pas de déformation Si la tige est soumise dans la soupape à un flux thermique déterminé résultant d'une charge de température élevée, il est possible, par un choix judicieux du matériau et de l'empilage des diverses bagues profilées de la garniture, d'obtenir une dissipation désirée de la chaleur vers le corps de la soupape par l'in- termédiaire de ces bagues. Les bagues en O extérieures sont protégées de l'faction préjudiciable de la chaleur. Moyennant une construction adéquate, on peut rester martre de températures de fluide atteignant et dépassant 2500C sur la tige de la soupape. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci après en référence au dessin annexé. Dans le corps 1 d'une soupape d'orifice nominal 40 pour une pression nominale de 3200 bars est disposée en premier lieu, sur un embrèvement radial 2v une bague de fond 3 en bronze ou en téflon-bronze en forme de chevron appropriée. Cette bague de fond est suivie d'au moins quatre bagues-manchettes à chevron 4 en téflon-bronze, qui assurent à la fois l'étanchéité à la pression et la dissipation de la chaleur de la tige 5 au corps 1 de la soupape. Le premier Jeu de garniture se termine par une bague de pression 6 renforcée par des ribres de verre.A la suite est montée une bague intermédiaire 7 garnie de bagues en 0. Cette bague intermédiaire, en acier ou bronze allié de haute résistance, est munie intérieurement et extérieurement de rainures, dans lesquelles sont insérées des bagues en o 8 en un matériau d'étanchéité élastique. A l'aide de la lunette de presse-étoupe 9 la garniture de manchettes à chevron est serrée de manière étanche à la pression par l'intermédiaire de la bague métallique stable à la pression se trouvant au-dessus. La bague intermédiaire 7 munie de bagues en O peut entre également mise en oeuvre avantageusement, par exemple, dans des garnitures qui contiennent des bagues rainurées d'autoétanchéité en un matériau très résistant. Selon encore une autre forme de réalisation de la garniture de presse-étoupe suivant 1'invention, une étancheité encore meilleure peut être obtenue, comme représenté dans la figure 2, par le fait qu'à la bague intermédiaire avec ses bagues en 0 font suite encore une ou plusieurs bagues de garniture 10. On a constaté que des garnitures de presse-étoupe agencées selon l'invention pour soupapes haute-pression de pression nominale égale à 3200 bars possèdent des durées de vie utile notablement supérieures à celles de garnitures connues, bien que les soupapes puissent être de plus faible longueur hors-tout et, par suite, plus légères que jusqu a présent. Suivant la destination et les conditions requises, les bagues en Q peuvent être également humectées d'un liquide ou d'un lubrifiant (en vue dtun accroissement de l'étanchéité vis-à-vis de gaz fortement comprimés et agressifs). R E V E N D I C A T I O N S 1. - Garniture de presse-étoupe pour soupapes hautepression de pression nominale superieure à 1250 bars > comportant plusieurs bagues de garniture et caractérisée en ce qu'aulx bagues de garniture (4) et (6) fait suite en direction de l'atmosphère une bague stable à la pression (7) qui est munie intérieurement et extérieurement d'au moins une bague en O (8). 2.- Garniture de presse-étoupe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la bague stable à la pression (7) avec ses bagues en 0 est suivie d'une ou de plusieurs bagues de garniture (10).