Brevet FR2316496A1 — publié le 19770128

L'invention concerne un joint métallique, étanche aux ga@ @our @e très hautes pressions, par exemple 10 000 bars, et pour une très @arge gamme de températures aussi bien très basses que hautes, par exemple de -230 C à +400 C ; bien entendu, ce joint, @tant ét@nche aux gaz, est aussi étanche aux liquides, et et@@che aux @@lides plastiques. Dans l'état actuel de la technique connue, il existe des joints pour @es tres sautes pressions ; mais ces joints, de fo@@ plate ou de forme torique, sont en élastorère, et ce ma @etiau, d'une part ne supporte ni les températures très basses ni les températures hautes, et d'autre part, limite la gamme des corrs utili@és en raison de leur agressivité chimique sous les tes pressions. Il existe également des joints toriques métallique @reux ; mais ces joints sont coûteux, nécessitent un usinage de très haute précision de leurs logements dans les enceintes et doivént être remplacés à çhaque démontage. La présente invention a en conséquence pour but de pourvoir à un joint, étanche aux gaz, pour de trés hautes pressions @t pour une très large gamme de températures, aussi bien très basses que hautes, qui répond mieux aux nécessités de la pratique que les joints visant aux mêmes buts, antérieurement connus, notammen: en ce qu'il est exclusivement métallique, en ce qu'il peut être réalisé facilement sans requérir d'usinage de précision des pièces qui le composent, et en ce qu'il est d'utilisation et de ré-utilisations simples et fiables, ce qui permet l'emploi pratique et peu coûteux des très hautes pressions et des températures aussi bien très basses que hautes. La présente invention a tour objet un joint métallique, tanche aux gaz pour une traversée cylindrique d'une enceinte métallique pouvant entre soumise à -une très haute Dression et à une temDérature très basse ou haute, caractérisé en ce que, de formes générales de révolution autour de l'axe de la traversee, il comprend un obturateur métallique, muni d'un perçage et d'un moyen le p@açant extérieurement au droit de ladite traversée, et dont la Pace or entée vers ladite traversée est délimitée tar un tronc ce cône intérieur et un tronc de cône extérieur qui se terminent sur une même arête circulaire que ledit moyen met en contact sur un arrondi pratiqué sur le bord extérieur de ladite traversee, et un presseur métallique, coulissant dans ladite traversée, et délimité du côté de l'obturateur par un tronc de cône extérieur identique audit tronc du cône intérieur de l'obturateur et appliqué sur lui par ladite pression dans l'enceinte. Le joint métallique selon la présente invention est d'abord mis en place, ledit moyen mettant l'arête circulaire au contact de l'arrondi, et le presseur étant au contact de l'obtu- rateur , au fur et à mesure que la pression est établie, elle s'exerce sur la face interne du presseur tandis que sa face externe reste à la pression atmosphérique grâce audit perçage de l'obturateur ; le presseur est énergiquement appliqué contre l'obturateur, puis la pénétration du presseur dans l'obturateur s'accentue, ce qui maintient le contact entre l'arête et l'arrondi, assurant l'étanchéité aux gaz à toute pression et à toute température. L'obturateur, son moyen, et le presseur, peuvent être munis de passages, par exemple axiaux, pour la vue et/ou des conduits et/ou des conducteurs et/ou des rayons lumineux ou laser, le presseur étant bien entendu muni d'étanchéités à poste fixe (donc pouvant être classiques, par exemple des scellements). On remarquera la simplicité et l'économie de construction et d'emploi du joint métallique selon la présente invention. Outre les dispositions et les avantages qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions et offre encore d'autres avantages, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention vise plus particulièrement les joints conformes aux dispositions qui précèdent, ainsi que les installations dans lesquelles ces joints sont inclus, notamment les enceintes pouvant être soumises à de très hautes pressions et à des températures aussi bien très basses que hautes, et leurs utilisations. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est unie coupe axiale d'un joint conforme à la présente invention, coupe dans laquelle, pour la clarté du dessin, les différentes pièces ont été représentées légèrement écartées les unes des autres et, - la figure 2 est une coupe axiale, explosée parallèlement à l'axe général, d'un autre joint conforme à la présente invention. Il doit être bien entendu, toutefois, que les dessins annexés, de même que les exemples qui vont suivre; sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention et qu'ils n'en constituent en aucune manière une limitation. Sur la figure 1, l'enceinte 1 est munie d'une traversée cylindrique 3, d'axe XX, dans laquelle peut être établie une très haute pression l le join ,nétallique selon la présente invention comprend un obturateur métallique 5, muni d'un perçage 7, par exemple axial comme représenté, et muni d'un moyen 9 le plaçant extérieurement au droit de-la traversée 3, ce moyen étant par exemple un étrier, comme représenté schématiquement ; la face de l'obturateur 5 orientée vers la traversée 3 est délimitée par un tronc de cône intérieur il et un tronc de cône extérieur 13 qui se terminent sur une même arête circulaire 15 ; le moyen 9 met cette arête circulaire 15 en contact (la figure 1, pour la clarté du dessin, représente les diverses pièces légèrement écartées) avec un arrondi 17 pratiqué sur le bord extérieur de la traversée 3 ; le joint métallique selon la présente invention comprend un presseur métallique 19, coulissant dans la traversée 3, et délimité du côté de l'obturateur 5 par un tronc de cône extérieur 21, identique au tronc de cône intérieur Il de l'obturateur 3. Le fonctionnement de ce joint métallique selon l'invention est le suivant : les pièces sont d'abord mises en place, le moyen 9 appliquant l'arête circulaire 15 contre l'arrondi 17, et le presseur 19 étant au contact de l'obturateur 5 (par exemple par collage, soudage, adhérence par huile ou graisse ou par voie magnétique, ressort, etc...), puis la pression est établie dans l'enceinte 1 ; cette pression, qui dilate l'enceinte 1 et sa traversée 3, applique énergiquement le presseur 19 contre l'obturateur 5, c'est-à-dire force le cône 21 dans le cône 11, ce qui dilate l'arête circulaire 15 en l'appliquant sur l'arrondi 17 (le passage 7 évite que les fuites puissent établir dans 1' obtu- rateur 5 une contre-pression que subirait le presseur 19). A la disparition de la pression dans l'enceinte 1, les pièces se rétractent, et un effort modéré suffit à les séparer. Il sera expressément spécifié que, conformément à la présente invention, la surface de révolution 17, dite ci-dessus arrondi 17, ne doit pas présenter d'arêtevive (sur laquelle l'arête circulaire 15 pourrait se dégrader ou se rompre} ni de facette plane (sur laquelle le cône extérieur 13 pourrait se gripper} ; mais c'est un arrondi quelconque, qui peut être obtenu par un simple outil en forme, sans aucun critère de précision ; ce peut très simplement être un quart de cercle. A titre purement indicatif, la Demanderesse a obtenu des résultats satisfaisants malgré une erreur de faux-rond, entre arête 15 et arrondi 17, atteignant 1/10 de millimètre. On retrouve sur la figure 2, qui est une coupe axiale explosée parallèlement à l'axe général XX, les mêmes dispositions, avec bien entendu les mêmes repères. Le moyen 9 est ici une culasse 23, avec un six-pans 25 (représenté en traits discontinus) et avec un filetage 27 - ce filetage 27 est vissé dans un filetage 29 de l'enceinte 1, avec un serrage modéré, par exemple d'environ 12mg ; la culasse 23 est encore munie d'un passage axial 31, et d'un logement axial 33 à fond tronconique 35 logeant l'obturateur 5 en donnant appui à son contre-cône 37.Les troncs de cône 11 et 13 de l'obturateur 5, et le tronc de cône 21 du presseur 19, ont le même demi-angle au sommet ; à titre purement indicatif, la Demanderesse a obtenu des résultats satisfaisants avec un angle d'environ 29 à 30". Le presseur 19 est muni d'un passage axial 39 et d'une queue filetée 41, qui peut tenir un porte-fenêtre (non représenté) étanche et transparent ; ainsi les passages 31, 7 et 39 permettent l'observation et l'éclairage de l'intérieur de l'enceinte 1, et l'application d'un faisceau laser s'il y a lieu ; ces passages reçoivent, s'il y a lieu, des conducteurs électriques, ou des thermo-couples, ou des canalisations ; ils peuvent être supprimés, sauf un perçage de décompression, tel que 7, dans l'obturateur 5. Il est clair pour l'homme de l'Art que la limite du joint selon la présente invention dépend uniquement de la résistance à l'extrusion des matériaux employés, en particulier pour l'ob turateur, compte tenu des températures utilisées. A titre non limitatif, la Demanderesse a obtenu des résultats satisfaisants en employant l'alliage inoxydable au titane, référencé XN26TW selon la norme AFNOR--E.Z.6.N.C.T.25, qui présente les avantages de s'écrouir fortement et de posséder une bonne résistance mécanique (sans devenir brisant) dans une très large gamme de températures (de 4,2 degrés Kelvin à 650 degrés Kelvin) : l'enceinte avec de tels joints a été éprouvée à 10 000 bars, et a subi des utilisations répétées à 4 000 bars sans se détériorer, au cours d'études spectroscopiques sous cette pression et à des tempéra tures de -2300C à + 4000C; un prototype a été utilisé dans sa version Raman pour l'étude des modes de phonons dans des monocristaux organiques. Il résulte de la description qui précède que, quels que soient les modes de réalisation et d'application adoptés, l'on obtient des joints étanches aux gaz, pour de très hautes pressions et pour une très large gamme de températures aussi bien très basses que hautes, qui présentent par rapport aux joints visant au même but, antérieurement connus, des avantages importants dont les principaux ont été énumérés plus haut et qui apparattront, ainsi que d'autres avantages, au cours de l'utilisation des joints conformes à la présente invention. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Joint métallique étanche aux gaz, pour une traversée cylindrique d'une enceinte métallique pouvant être soumise à une très haute pression et à une température très basse ou haute, caractérisé en ce que, de formes générales de révolution autour de l'axe de la traversée, il comprend un obturateur, muni d'un perçage et d'un moyen le plaçant extérieurement au droit de ladite traversée, et dont la face orientée vers ladite traversée est délimitée par un tronc de cône intérieur et un tronc de cône extérieur qui se terminent sur une même arête circulaire que ledit moyen met en contact sur un arrondi pratiqué sur le bord extérieur de ladite traversée, et un presseur métallique, coulissant dans ladite traversée, et délimité du côté de l'obturateur par un tronc de cône extérieur identique audit tronc de cône intérieur de l'obturateur, mis' au contact de ce dernier, et appliqué sur lui par ladite pression dans l'enceinte. 2 - Joint selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'obturateur, son moyen, et le presseur, sont munis de passages, par exemple axiaux, ledit passage à travers le presseur étant muni d'étanchéités, par exemple à scellements. 3"- Joint selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit arrondi est un quart de cercle. 40- Joint selon l'une des Revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen est une culasse, vissée dans l'enceinte, avec un logemént axial à fond tronconique logeant ledit obturateur muni d'un fond tronconique portant sur le fond tronconique du logement de la culasse. 5 - Joint selon l'une des Revendications précédentes, caractérisé en ce que le presseur est muni d'une queue filetée, pouvant tenir un porte-fenêtre ou organe analogue. 6 - Joint selon l'une des Revendications précédentes, caractérisé par son exécution en alliage inoxydable au titane présentant bonnes propriétés d'écrouissage et une excellente résistance mécanique dans une très large gamme de températures.