Brevet FR2355217A1 — publié le 19780113

La présente invention a trait à un segment d'etanchéite qu permet de réduire les fuites de fluide. Le segment d'étanchéité en forme de tore couportant une coupe selon l'in- vention est caractérisé en ce que la section droite du tore est un rectangle dont le coin supérieur le plus éloigné de l'axe du tore a été enleve, ledit tore ayant une face annulaire supérieure de moindre largeur que la face annulaire inférieure et une surface cylindrique externe de grand diamètre D de moindre hauteur que la surface cylindrique-interne. Un tel segment est destine à être dispose dans une rainure torique de section droite rectangulaire mEnagee dans la paroi externe d'un tuyau dispose l'interieur d'une paroi cylindrique. La face supérieure du segment d'étancheitE a une surface supérieure à la face inférieure de ce segment si bien que sous l'effet de la pression de vapeur, la face supérieure est pressée contre la partie supérieure de la rainure. De même, la face laterale externe de plus grand rayon du segment d'etanche- ite a une surface inférieure à la surface interne du segment si bien-que ladite ace latérale est pressée sous l'effet de la pression de vapeur contre la paroi cylindrique entourant le tuyau vehiculant du fluide sous pression. Selon un perfectionnement de l'invention la face inférieure du segment d'etancheite qui est en forme d'anneau est munie de rainures radiales favorisant ainsi l'amende de fluide sous pression derrière la face interne du segment. Selon un autre perfectionnement du segment d'étachéité selon l'invention la coupe est constituee de trois surfaces jointives, la premiere surface etant un pentagone situe dans un premier plan passant par l'axe du tore, la troisième surface etant située dans un second plan passant par l'ase du tore, ledit pentagone et ladite troisième surface ayant chacune un côte de même longueur et incline d'un même angle Q par rapport à l'axe du tore, la première et la troisième surfaces lorsqurelles sont juxtaposées par leur côté incline dane un même plan formant une section droite du tore, la seconde surface étant plane et limitée par les deux côtes inclines desdites première et troisième surfaces et par les faces annulaires supérieure et inférieure du tore. . Gr ce à cette coupe, le segment est ouvert et peut changer de diamètre chaque extremLte du segment ouvert comporte une seconde surface inclinee. Sous l'effet de la pression, ces surfaces inclinées sont pressées l'une contre l'autre et les fuites sont très faibles. La présente invention a également trait à un dispositif d'étanchéité utilisant des segments d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un tuyau d'amenée ou de prélèvement de fluide sous pression dans un corps creux comportant une embouchure cylindrique entourant 'extrémité dudit tuyau, la paroi externe de cette extrémité etant pourvue te rainures toriques de section droite rectangulaire, chacune de ces rainures étant munie d'un segment d'étancheité dont la àce cylindrique latérale vient s'appliquer contre la paroi te l'embou- chure cylindrique et dont la face annulaire supérieure vient stappliquer contre la paroi supérieure de la rainure associée. Le dispositif assure donc l'étanchéité tout en permettant une libre dilatation dans le sens axial et radial de la tuyauterie d'atenee ou de prélèvement de fluide sous pression. Un tel dispositif est particuliErement utile notent dins les turbines à vapeur à grande puissance à double stator où il peut se substituer avanta geusement aux dispositifs d'etanchéité connus qui sont encombrants et complexes tels que les tispositifs à chicanes. La présente invention sera mieux comprise à la litière de la description qui va suivre dans laquelle la figure 1 représente un dispositif d'étanchéité selon l'invention. La figure 2 represente un segment d'étancheité selon l'invention. La figure 3 représente la coupe d'un segment d'étanchéité selon l'invention. La figure 4 représente la même coupe lorsque le segment est soumis à de fortes pressions. La figure 5 represente une arrivée de vapeur dans une tubulure à double stator munie des dispositifs d'étanchéité de la figure 1. La figure I représente un dispositif étanche d'amenée de vapeur selon ,l'invention. Ce dispositif comporte une tuyauterie d'amenée de vapeur I amenant la vapeur dans un corps creux 2. Ce corps creux comporte uze embouchure cylindrique 3 entourant ltextrémité 4 du tuyau 1 de diamètre légèrement supérieur à cette extrémité. . L'extrémité 4 du tuyau I est munie de quatre rainures toriques 5 dans lesquelles sont disposes quatre segments d'étanchéité 6. Les rainures 5 ont une section droite rectangulaire. Les segments sont constitues par des tores en acier genre stellite ou au Ni/Cr. Ces tores présentent une section droite en forme de rectangle dont on a enlevé le coin supérieur le plus éloigné de l'ase du tore. La partie enlevée a dans l'exemple décrit la forme d'un petit rectangle. Un segment d'étanchéité est représenté en perspective sur la figure 2. Le segment 6 comporte une coupe 7. La face supérieure annulaire 8 du tore a une largeur moindre que la face inférieure annulaire 9 du tore. La face cylindrique interne 10 du tore a une hauteur supérieure à la hauteur h de la face cylindtique externe 11 de grand diamètre D. Dans la face annulaire inférieure 9 ont ete ménagees des rainures radiales 12. . La coupe 7 comporte trois surfaces jointives (voir la figure 3). Une première surface 13 ayant la forme d'une pentagone comportant un coté 14 de longueur l et faisant un angle avec l'axe du tore. Ce pentagone est situe dans le plan d'une section droite et comporte un côté vertical respecti- vement un côte horizontal identique au plus grand côté vertical respectivement au plus grand côte horizontal de la section droite. Le côté 14 part d'un point situé sur le côte horizontal de la section droite situe sur la face annulaire superieure 8 pour aboutir en un point de a section droite située sur la face externe cylindrique de diamètre D11. La troisième surface 15 est également située dans un plan d'une sectiOn droite et comporte un ctte 16 de longueur l faisant un angle par rapport à l'axe du tore. Cette troisième surface est telle que si son plan est amené par rotation autour de l'axe du tore à se superposer avec le plan de la premiers surface, le côté 16 se superpose au côte 14 et la surface 15 se juxtapose a la surface 13 pour former une section droite. La seconde surface 17 est plane et limitée par les côtes 14 et 16 et par la face annulaire supérieure 8 et par la surface latérale externe de grand diamètre D11. Lorsque le segment est libre (figure 33 il existe un espace libre assez important entre les deux extrémités 18 et 19 de la coupe 7. Par contre, lorsque le segment est monte dans la rainure les deux extrémités se rejoignent (figure 4) sous lteffet des pressions et le JeU à la coupe est faibles . Dans le cas de la figure 1, le fluide par exemple de la vapeur est amené dans le sens de la flèche et il règne dans le corps creux une pression Po.La pression hors du corps creux est Plinferieure a Po et il se produit des fuites de vapeur entre ltextremité du tuyau et l'embouchure du corps creux. La pression de la vapeur sur la face inférieure 9 tend à appliquer la face supérieure 8 contre la partie supérieure de la rainure 5. De même, la pression de la vapeur sur la face cylindrique 10 tend à appliquer la face 11 contre la paroi de lXeXbouchure. Les rainures radiales facilitent l'introduction de la vapeur dans le fond de la rainure 5. Seul le premier segment travaille en auto-expansion sous l'action de la vapeur sur ses faces 9 et 10.L'étanchéité à la coupe de ce premier segment rencontre en en premier par les fuites de vapeur est très efficace. Le premier segment commende la valeur du débit de fuite. En effet, les segments pour une certaine pression Po minimum fonctionne en auto-expension ctest- -dire qu'ensuite la section de fuite diminue avec l'augmentation de la pression ce qui aboutit d un débit de fuites pratiquement constant. . Il en résulte que dans le dispositif de la figure 1, seul le premier des segments peut fonctionner en auto-extension la pression résiduelle étant: rop faible pour déclencher le même fonctionnement dans les suivants. Ceux-ci se comportent alors comme de simples chicanes a section de fuite constante. Les valeurs des fuites sont par rapport à l'énergie très minimes, ltefficacité du système ntétant pas fonction du nombre de segments comme dans un dispositif à chicanes fonctionnant uniquerent en barrage de détente d'où la possibilité de mettre très peu de segments, 3 ou 4. Sur la figure 5, a titre d'exemple on a représenté l'arrivée de vapeur dans une turbine a doubles stators. Cette arrivée de vapeur comporte quatre dispositifs dtétanchéité 20 du type représenté à la figure 1. REVENDICATIONS 1/ Segment-d'etanchéité en forme de tore comportant une coupe, caractérse en ce que la section droite du tore est un rectangle dont le coin supérieur le plus éloigné de l'axe du tore a été enlevé, ledit tore ayant une face annulaire supérieure de moindre largeur que la face annulaire inférieure et une surface cylindrique externe de grand diamètre D de moindre hauteur que la surface cylindrique interne. 2/ Segment d'étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite face supérieure du tore est munie de rainures radiales. 3/ Segment d'etancheité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coupe est constituée de trois surfaces jointives, la première surface étant un pentagone situe dans un premier plan passant par l'axe du tore, la troisième surface étant située dans un second plan passant par l'axe du tore, ledit pentagone et ladite troisième surface ayant chacune un côte de même longueur et incline d'un même angle par rapport à l'axe du tore, la première et la troisième surfaces lorsqutelles sont juxtaposés par leur côté incliné dans un même plan formant une section droite du tore, la seconde surface étant plane et limitée par les deux optés inclinés desdites première et troisième surfaces, et par les faces amlaires supérieure et inférieure du tore. 4/Segment d'étanchéité selon la revendication 2, caracterisé en ce que la coupe est constituée de trois surfaces jointives la première surface étant un pentagone situe dans un premier plan passant par l'axe du tore la troisième surface étant situee dans un second ylan passant par l'axe du tore, ledit pentagone et ladite troisième su face ayant chacune un côté de même longueur et incliné d'un même angle &alpha;; par rapport à l'axe du tore, la première et la troisième surfaces lorsqu'elles sont juxtaposées par leur côté incliné dans un même plan forment une section droite du tore, la seconde surface étant plane et limitée par les deux côtes inclinés-desdites première et troisième surfaces et par les faces annulaires superieure et inférieure du tore. 51 Dispositif dsetanchéité utilisant des segments d'étancheité selon l'une des revendicatisns précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un tuyau d'amenée ou de préleveçtent de fluide sous pression dans un corps creux comportant une embouchure cylindrique entourant ltextrétite dudit tuyau., la paroi externe de cette extrémité étant psurvtte de rainures toriques de section droite rectangulaire, chacune de ces rainures étant munie d'un segment d'étancheité dont la face cylindrique latérale vient s'appliquer contre la paroi de l'embouchure cylindrique et dont la face annulaire supérieure vient s'appliquer contre la paroi supérieure de la rainure associée.