Brevet FR2338557A1 — publié le 19770812

la présente invention concerne d'une manière générale les dispositifs d'isolation mis en oeuvre pour le passage d'un conducteur électrique à travers une paroi métallique et vise plus particulièrement le cas où une telle paroi est appelée à séparer deux régions dans lesquelles règnent deux atmosphères différentes, par exemple en pression et/ou en nature. Un tel dispositif d'isolation, qui comporte usuellement, dans une ouverture permettant le passaga d'un conducteur à travers la paroi concernée, un fourreau en matière isolante établi annulairement entre ce conducteur et une chemise métallique coaxiale de celui-ci et solidaire du bord de ladite ouverture, doit répondre à une double exigence. Tout d'abord, il doit être d'une étanchéité absolue et être capable de conserver cette qualité même s'il est soumis à des températures élevées. Ensuite, il doit présenter une grande résistance mécanique, en particulier pour éviter qu'un effort accidenXlintempestive- ment exercé sur le conducteur électrique ne provoque une détérioration du fourreau isolant qui l'entoure de nature à nuire à 1' étanchéité assurée par celui-ci. Compte tenu des températures importantes auxquelles peut être soumis en service un tel dispositif d'isolation, températures qui peuvent en pratique atteindre plusieurs centaines de degrés centésimaux, le fourreau isolant qu'if. comporte est usuellement réalisé en matière céramique ; or celle-ci présente par nature une résistance au choc relativement faible et est donc relativement fragile : il suffit qu'un effort soit exercé radialement ou axialement sur le conducteur électrique entouré par le fourreau isolant ainsi réalisé en céramique pour que cet effort, transmis à ce fourreau par le conducteur, provoque localement une fissure de ce- fourreau susceptible de se propager alors d'un bout à 1' autre de celui-ci et offrir ainsi une ligne de fuite aur gaz confinés par la paroi concernée. La présente invention a d'une manière générale pour objet un dispositif d'isolation pour passage étanche-d'un conducteur électrique à travers une paroi métallique permettant de pallier cet inconvénient. Suivant un premier aspect, ce dispositif d'isolation, qui est du genre comportant, dans une ouverture permettant le passage du conducteur à travers la paroi concernée, un fourreau en ma tière isolante établi annulairement entre ce conducteur et une chemise métallique coaxiale dudit conducteur et solidaire du bord de ladite ouverture, est d'une manière générale caractérisé en ce que, au contact de ladite chemise, ledit fourreau présente circulairement, en surface, à sa périphérie externe, dans la zone de celle-ci axialement intermédiaire entre ses deux extrémités transversales, au moins un évidement annulaire. Cet évidement annulaire, qui s'étend radialement sur tout ou partie de la section transversale correspondante du fourreau isolant, subdivise en pratique celui-ci en deux rondelles isolantes. Lorsque l'évidement annulaire suivant l'invention s'étend sur la totalité de la section transversale du fourreau isolant, ces deux rondelles isolantes sont dès leur mise en place distinctes l'une de l'autre, à distance l'une de l'autre. Lorsque, en variante, l'évidement annulaire suivant l'invention ne s'étend que sur une partie du fourreau isolant qu'il af fente, les deux rondelles isolantes que forme ainsi celui-ci peuvent, au moins lors de leur mise en place, faire corps l'une avec l'autre, ces rondelles isolantes se trouvant alors rattachées 1' une à l'autre par un canon central d'isolation ménagé par ledit évidement dans la partie centrale du fourreau isolant, autour du conducteur ceinturé par celui-ci. Quoi qu'il en soit, un tel évidement annulaire est de nature a s'opposer à la propagation tout au long du fourreau isolant d'une fissure ayant pris naissance en un point de celui-ci à 1' occasion d'un choc sur le conducteur électrique qu il entoure, ce qui permet de préserver l'intégrité d'une partie au moins de ce fourreau isolant suffisante pour continuer à assurer à elle seule l'étanchéité recherchée. Dans le cas où un canon central d'isolation relie l'une à l'autre en continu les deux rondelles isolantes constituant le fourreau isolant du dispositif d'isolation suivant l'invention, l'épaisseur de la garde que forme ainsi ce canon isolant autour du conducteur électrique peut etre faite avantageusement suffisamment réduite pour que, tout en autorisant sans risque de rupture intempestive, la manipulation du fourreau isolant nécessaire à sa mise en place, un moindre choc appliqué au conducteur central, après cette mise en place et les opérations de brasage ou de soudure qui de manière usuelle lui font suite, entraîne une rupture de ce canon central et ainsi une désolidarisation des rondelles isolantes qu'il reliait initialement. Il y a alors, au sein du fourreau isolant, une surface de discontinuité qui l'affecte transversalement sur la totalité de sa section, de sa périphérie externe å sa périphérie interne, cette surface de discontinuité étant formée, d'une part, de 1' évidement annulaire prévu à la périphérie de ce fourreau isolant et, d'autre part, de la surface de rupture apparue ultérieurement au sein du canon d'isolation central ménagé par cet évidement. Gette surface de discontinuité est identique, quant-à ces effets, à l'intervalle éventuellement prévu entre les deux rondelles isolantes constituant le fourreau isolant lorsque, dès sa pose, ce fourreau isolant est fractionné en deux rondelles isolantes distinctes : elle est de nature à s'opposer à la propagation d'une éventuelle fissure affectant une première de ces rondelles isolantes et à ainsi préserver l'intégralité de la denonèmK Ainsi, sous un deuxième aspect plus général, la présente invention a encore pour objet un dispositif d'isolation pour passage étanche dtun conducteur électrique à travers une paroi métallique, du genre comportant, dans une ouverture permettant le pas- sage dudit conducteur à travers ladite paroi, un fourreau en matière isolante-établi annulairement autour dudit conducteur, et caractérisé en ce que ledit fourreau isolant est fractionné en au moins deux rondelles isolantes, une surface de discontinuité l'affectant transversalement à cet effet de sa périphérie externe à sa périphérie interne, que cette surface de discontinuité résulte d'un intervalle initialement établi entre ces deux rondelles isolantes, ou que, lorsque celles-ci sont initialement rattachées l'une à l'autre par un canon central d'isolation, elle résulte au moins en partie d'une surface de rupture ayant pris ultérieurement naissance entre les rondelles isolantes en ques; tion. Les objets de l'invention, leurs caractéristiques et leurs avantages, ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe axiale dtun dispositif d' isolation suivant l'invention, avant solidarisation par brasage ou soudure de ses divers éléments la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 illustrant la solidarisation par brasage ou soudure des divers éléments consti tutifs du dispositif d'isolation suivant l'invention les figures 3 à 6 sont des vues analogues & la figure 1 et concernent chacune respectivement une variante de réalisation. Ces figures illustrent l'application de l'invention à la traversée etanche d'une paroi métallique 10 par un quelconque conducteur électrique Il. Pour plus de simplicité, ce conducteur électrique a été représenté sur les figures sous la forme d'un bâtonnet cylindrique. Quoi qu'il en soit, et de manière usuelle, il est établi coaxialement au centre d'une ouverture 12 ménagée pour son passage dans la paroi 10, et un fourreau en matière isolante désigné dans son ensemble par la référence générale 13, est établi annu- lairement entre ce conducteur 11 et une chemise métallique 14 cette chemise métallique 14 est coaxiale du conducteur 11 et est solidaire du bord de 1' ouverture 12, par exemple par soudure. De manière usuelle, le fourreau isolant est en céramique, et, à sa périphérie interne, il est solidarisé de manière étanche au conducteur 11 qu'il entoure, par exemple par brasage, suivant des modalités qui seront rappelée. ci-aprês. De manière usuelle également, le métal ou l'alliage constitutif de la chemise 14 est choisi pour présenter un coefficient de dilatation voisin de celui de la céramique constitutive du fourreau isolant 13 entouré par cette chemise, et ce fourreau est, à sa périphérie interne, solidarisé de manière étanche avec ladite chemise, par exemple par brasage, apyres métallisation de sa paroi correspondante. Ces dispositions sont bien connues par elles-mêmes et ne seront donc pas données plus en détail ici. Suivant l'invention, au contact de la chemise 14 le fourreau isolant 13 présente circulairement, en surface, à sa périphérie externe, dans la zone de celle-ci axialement intermédiaire entre ses deux extrémités transversales, au moins un évidement annulaire 18. Dans la forme de réalisation plus particulièrement représen téeà la figure 1, il n'y a qu'un seul évidement annulaire 18, et celui-ci s'étend radialement sur la totalité de la section transversale correspondante du fourreau isolant 13, en sorte que celuici est ainsi fractionné axialement en deux rondelles isolantes 19Â, 193 distinctes établies axialement à distance l'une de l'au- tre entre la chemise 14 et le conducteur électrique 11. Chacune de ces rondelles isolantes l9A, 193 est engagée sur le conducteur électrique 11 et dans la chemise extérieure 14 avec des jeux annulaires suffisants pour permettre un écoulement d'un matériau de brasure fondu, tel que décrit ci-après. Après leur mise en place, et suivant une modalité de solidarisation étanche connue par elle-meme, les rondelles isolantes 19A, 193 reçoivent chacune sur leur face transversale supérieure, d'une part un jonc de brasure 20A, 20B disposé annulairement-au- tour du conducteur électrique 11, à proximité immédiate de celuici, et d'autre part un jonc de brasure 21Â, 21B disposé annulairement à proximité immédiate de la chemise extérieure 14. Ces joncs de brasure sont ensuite fondus par chauffage de 1' ensemble sous-vide ou sous atmosphère protectrice appropriée, en sorte que leur matériau constitutif s'insère, tant par capillarité que par gravité, entre d'une part les rondelles isolantes 19A, 19B et d'autre part le conducteur électrique 11 et la chemise extérieure 14, gr ce aux jeux prévus à cet effet, tels que mentionnés ci-dessus, et, après refroidissement, assure ltétsnchéité-re quise entre ces pièces. Ainsi qu'il est aisé de le comprendre, si l'une des rondelles isolantes 19A, 19B constitutives du fourreau isolant 13 suivant l'invention vient à être brisée par suite par exemple de I' application intempestive au conducteur électrique 11 d'un quelconque effort axial ou radial, la détérioration qui en résulte pour le fourreau isolant 13 dans son ensemble demeure localisée à cette rondelle isolante, cette détérioration étant empêchée par l'évidement annulaire 18 suivant l'invention de se propager à 1' autre rondelle isolante constituant conjointement avec la précédente le fourreau isolant 13. L'évidement annulaire 18 suivant l'invention constitue avan tageusement à cet égard, au sein du fourreau isolant 13, une surface de discontinuité affectant transversalement ce fourreau, de sa périphérie externe à sa périphérie interne et protégeant une première quelconque des extrémités de ce fourreau de toute détérioration susceptible d'affecter la deuxième desdites extrémités. La sécurité de l'ensemble s'en trouve renforcée. Suivant diverses variantes non représentées, il est possible évidemment d'accroître encore cette sécurité en fractionnant le fourreau isolant en un nombre de rondelles isolantes distinctes supérieur à deux. Par exemple, avec trois rondelles isolantes distinctes, il est possible que l'une quelconque des rondelles extrêmes vienne à être brisée sans que la rondelle intermédiaire le soit nécessairement, l'étanchéité assurée par l'ensemble subsistant alors intégralement. Les figures 2 à 6 concernent des variantes de réalisation susceptibles de s'opposer, lors des opérations de brasure à 1' établissement d'un quelconque court-circuit plus ou moins franc entre le conducteur électrique 11 et la chemise extérieure 14, dans l'évidement annulaire 18, qui est inaccessible de l'exté- rieur, soit que ce court-circuit résulte d'un écoulement radial intempestif du matériau de brasure de l'un ou l'autre des joncs 20A,20B, soit qutil résulte d'un dépôt métallique sur l'une quelconque des faces transversales en regard des rondelles isolantes 19A, l9B, ce dépôt étant dfl aux vapeurs métalliques résultant d' une vaporisation quasi inévitable du matériau consitutif des joncs 20, 20B lors de telles opérations de brasure. Suivant la forme de réalisation illustrée par la figure 3, l'évidement annulaire 18 affectant suivant l'invention le four reauzolant 13 ne s'étend radialement que sur une fraction de la section transversale correspondante de ce fourreau, à compter de la chemise extérieure 14 entourant celui-ci, en sorte que ledit évidement 18 ménage dans la partie centrale dudit fourreau, autour du conducteur électrique 11, un canon central d'isolation 2L Dans cette forme de réalisation, l'évidement annulaire suivant l'invention 18 est une gorge, obtenue par exemple par formage ou usinage, c'est-à-dire que cet évidement a une hauteur H, prise parallèlement à l'axe de l'ensemble, du même ordre de grandeur que sa profondeur P, prise radialement entre la chemise extérieure 14 et le canon central d'isolation 22 qu'il délimite. L'épaisseur de ce canon central d'isolation, prise radialement, est choisie suffisante pour que ce canon central ne se brise pas lors des manipulations du fourreau isolant 13 nécessaire notamment à sa mise en place. A cet égard, il est suffisant que cette épaisseur radiale E soit comprise entre 5 et 1' du diamètre hors tout D du fourreau isolant 13 par exemple. Quoi qu'il en soit, il est clair que, lors des opérations de brasure, le canon central d'isolation 22 s'oppose à l'établis sement d'un quelconque court-circuit dans ltévidement 18 entre le conducteur électrique 11 et la chemise extérieure 14. En outre, si une fissure vient à affecter l'une des rondelles isolantes 19A, 193, elle ne se propage normalement pas à travers le canon central- 22, du fait de la minceur relative de celuici, et elle se trouve donc arrêtée par l'évidement annulaire 18. Pour éviter cependant que, malgré la minceur relative du canon central d'isolation 22, une fissure due à un choc frontal sur le conducteur électrique 11, c'est-à-dire due à un choc s' exerçant sensiblement parallèlement à l'axe de ce conducteur, ne se propage au voisinage de ce dernier sur toute la hauteur du fourreau isolant 13, et affecte ainsi successivement l'une des rondelles extrêmes 19A, l9B, le canon central 22 qui les relie et l'autre de ces rondelles, il est prévu, suivant un développement de l'invention, d'établir au droit de l'évidement annulaire 18, et en continuité avec cet évidement, une surface de rupture 25 qui fractionne dès l'origine le fourreau isolant 13 en deux rondelles isolantes 19Â, 193 distinctes, ces rondelles isolantes étant cependant normalement au contact l'une de l'autre par ladite surface de rupture 25, et l'une d'entre elles au moins englobant tout ou partie du canon central d'isolation 22 qui les relis Suivant la forme de réalisation illustrée par la figure 4, cette surface de rupture 25 s 'étend dans la zone médiane du canon central d'isolation 22 et fractionne ce dernier en deux parties 26A, 263 qui font chacune respectivement corps avec les rondelles isolantes 19A, 193 correspondantes. Dans la forme de réalisation représentée, la surface de rupture 25 est sensiblement plane et s 'étend transversalement vis-àvis de l'axe de l'ensemble. En variante, elle peut ette en chicane pour s'opposer plus strement à une propagation intempestive de vapeurs métalliques en direction du conducteur électrique 11 lors des opérations de brasure. Suivant la variante de réalisation représentée à la figure 5, un effet de chicane analogue est obtenu par le fait que la surface de rupture 25 est constitue1 e par les parois d'un logement formé en creux dans la rondelle isolante 15A le canon central d'isolation 22 étant en saillie sur la rondelle isolante 19B et embof- té dans celle-ci. De préférence, et pour simplifier l'usinage nécessaire à une telle réalisation, les deux rondelles isolantes 19Â, 15B ne sont pas, dans 11 évidement 18, en appui l'une contre l'autre autour du canon central d'isolation 22. Quoi qu'il en soit, et ainsi qu'il est aisé de le comprendre l'évidement 18 et la surface de rupture 25 qui sont en continuité l'un avec l'autre forment conjointement une surface de discontinuité affectant transversalement le fourreau isolant 13 de la pé riphérie externe de celui-ci à sa périphérie interne. Les rondelles isolantes 19A, 193 constituent de ce fait des pièces distinctes, comme dans la forme de réalisation décrite en référence à la figure 1, et une fissure venant à affecter l'une d'entre elles est empêchée de se propager à l'autre. I1 en est de même dans la variante de réalisation illustrée à la figure 6, dans laquelle l'évidement 18 est une saignée, obtenue par exemple par fraisage, la hauteur H de cet évidement, prise parallèlement à l'axe de l'ensemble, n'étant alors qu'une fraction de sa profondeur P, prise radialement entre la chemise extérieure 14 et le canon central d'isolation 22. Du fait de la hauteur relativement faible de ce canon central 22, celui-ci, qui, initialement, relie en continu les rondelles isolantes 19Â, 193 comme dans la forme de réalisation illustrée par la figure 3, et ainsi facilite la manipulation de ces rondelles, constitue avantageusement un amorce de rupture entre celles-ci. En effet, une rupture du canon central 22 se produit alors quasi systématiquement, lors du refroidissement de l'ensemble consécutif aux opérations de brasure, en raison des contraintes mécaniques qui se développent alors radialement autour de ce canon central compte tenu d'une part de l'excentricité inévitable entre le fourreau isolant 13 et le conducteur isolant qu'il entoure, excentricité qui conduit à des épaisseurs variables de matériau de brasure autour de ce conducteur, et d'autre part de la différence existant entre le coefficient de dilatation de ce matériau de brasure et celui du matériau constitutif du fourreau 13. Après rupture du canon central 22, le fourreau isolant 13 se trouve fractionné en deux rondelles isolantes distinctes, comme précédemment. Il en est de m8me dans le cas de la forme de réalisation illustrée par la figure 3 si le canon central correspondant vient aussi à se rompre. 3ien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution et/ou de combinaison de leurs divers éléments, notamment en ce qui concerne un empilement éventuel d'un nombre de rondelles isolantes supérieur à deux. REV=*.DICATICNS 1. Dispositif d'isolation pour passage étanche d'un conducteur électrique à travers une paroi métallique du genre comportant, dans une ouverture permettant le passage dudit conducteur à travers ladite paroi, un fourreau en matière isolante établi annulairement entre ce conducteur et une chemise métallique coaxiale dudit conducteur et solidaire du bord de ladite ouverture, un tel dispositif caractérisé en ce que, au contact de ladite chemise, ledit fourreau présente circulairement en surface, à sa périphérie externe, dans la zone de celle-ci axialement intermédiaire entre ses deux extrémités transversales, au moins un évidement annulaire. 2. Dispositif d'isolation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement annulaire affectant le fourreau isolant s'étend radialement sur la totalité dudit fourreau isolant, de la chemise entourant celui-ci au conducteur qutil ceinture, en sorte que ledit fourreau isolant est ainsi fractionné axialement en au moins deux rondelles isolantes distinctes. 3. Dispositif d'isolation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement annulaire affectant le fourreau isolant ne s'étend radialement que sur une fraction dudit fourreau isolant, à compter de la chemise entourant celui-ci, en sor- te que ledit évidement ménage dans la partie centrale du four reau isolant, autour du conducteur, un canon central d'isolation. 4. Dispositif d'isolation suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'évidement annulaire affectant le fourreau isolant est une gorge dont la hauteur prise parallèlement à l'axe de l'ensemble est du meme ordre de grandeur que sa profondeur prise radialement entre la chemise et le canon central qu'elle délimite. 5. Dispositif d'isolation suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'évidement annulaire affectant le fourreau isolant est une saignée dont la hauteur prise parallèlement à 1' axe de l'ensemble est une fraction de sa profondeur prise radialement entre la chemise et le canon central qu'elle délimite. 6. Dispositif d'isolation suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que au droit de l'évidement annulaire affectant le fourreau isolant, et en continuité avec cet évidement, une surface de rupture fractionne ledit fourreau isolant en deux rondelles isolantes qui sont au contact l'une de l'autre par ladite surface de rupture, et dont une au moins englobe tout ou partie du canon central dlisolation. 7. Dispositif d'isolation suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite surface du rupture s'étend dans la zone médiane du canon central d'isolation et fractionne ce dernier en deux parties qui font corps chacune respectivement avec les rondelles isolantes. 8. Dispositif d'isolation suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite surface de rupture est constituée par les parois d'un logement formé en creux dans une des rondelles isolantes, le canon central d'isolation étant en saillie sur 1' autre desdites rondelles et emboîté dans celle-ci. 9. Dispositif d'isolation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite surface de rupture forme chicane. 10. Dispositif d'isolation pour passage étanche d'un conducteur électrique à travers une paroi métallique, du genre comportant, dans une ouverture permettant le passage dudit conducteur à travers ladite paroi, un fourreau en matière isolante établi annulairement autour dudit conducteur, caractérisé en ce que ledit fourreau isolant est fractionné en au moins deux rondelles isolantes, une surface de discontinuité l'affectant transversalement à cet effet de sa périphérie externe à sa périphérie interne