Brevet FR2360760A1 — publié le 19780303

L'invention concerne un procédé permettant de monter une gaine céramique dans un bottier métallique, tel qu'un cylinare ou bottier d'un régénérateur d'un moteur à gaz chaud. Da brevet des Etats-Unis d'sérique N 3.861.146 on connaît un moteur à gaz chaud où les faees intérieures d'an soins les parties du cylindre et du bottier du régênérateur en tonnant en régime du fluide actif ( par exeaple de l'hydrogène ou de l'hélium) de température et de pression élevées sont munies d'une gaine céramique. L'invention vise à fournir un procédé simple et peu coûteux pour réaliser l'ensemble d'un bottier métallique et d'une gaine intérieure céramique présentant une longue durée de vie aux pressions de fluide élevées, qui se produisent ( quelques centaines d'atmosphbres). Pour atteindre le but visé, le procédé conforme k l'invention est caractérisé en ce que la gaine céramique est disposée avec quelque jeu dans le bottier métallique de façon k former une fente entre la gaine et le bottier, après quoi une masse de rem- plissage liquide en matériau durcis sable est introduite dans la fente et ensuite soumise 9 une pression gazeuse supérieure k la pression atmosphérique et/ou l'ensemble du bottier et de la gaine est chauffé afin de provoquer la dilatation du bottier par rapport k la gaine, et finalement, la pression gazeuse et/ou le chauffage est supprimé après durcissement de ladite masse de replis sage. Du fait que la gaine céramique est appliquée avec quelque jeu dans le bottier et que la fente compris entre la gaine et le bottier qui l'entoure est remplie d'une masse de remplissage, une opération ennuyeuse et conteuse de la surface (par exemple pelissage) de la paroi intérieure du bottier ou de la paroi extérieure de la gaine - opération qui est normalement nécessaire pour obtenir un aJustage étroit des deux composants - est devenue superflue. La mise sous pression de la masse de remplissage liquide, qai se durcit dans la fente, a non seulement pour conséquence que les inclusions gazeuses présentes dans ladite masse de remplissage (bulles d'air) sont éliminées par compression, mais surtout que le bottier métallique est temporairement maintenu k un diamètre plus grand à l'aide de la masse de remplissage, qui sert de moyen de transmission de pression. Après élimination de la pression gazeuse, après le durcissement de la masse de rem- plissage, le diamètre du bottier métallique diminue. De ce fait, la gaine céramique est soumise k une contrainte de compression préalable.Par un choix approprié, ladite contrainte est touJours supérieure ou égale k la tension de traction formée pendant le fonctionnement du moteur k gaz chaud par le fluide actif k hante pression dans la gaine céramique. Par suite du chauffage de l'ensemble du bottier métallique et de la gaine céramique, éventellement en combinaison avec la pression gazeuse, le bottier métallique, qui présente un coefficient de dilatation relativement élevé, se dilate, ceci k l'opposé de la gaine céramique, dont le coefficient de dilatation est négligeable, alors que la masse de remplissage se durcit au diamètre plus grand du boîtier. Ainsi, après refroidissement de l'ensemble, la gaine céramique est continuellement soumise k une contrainte de compres- sion. Dans le cas d'application simultanée de la pression gazeuse, cette pression peut Outre choisie proportionnellement plus basse. Lesdites dispositions permettent d'obtenir un très bon support de la gaine céramique et, par conséquent, une longue durée de vie de cette dernière et de l'ensemble. Conformément k l'invention, comme masse de remplissage, on peut utiliser un agent de durcissement b chaud (thermodurcis- sant), qui est chauffé simultanément avec le bottier et la gaine. De plus, il est possible d'utiliser un agent de durcis- arment k froid. De par la contrainte de compression préalable, l'effet d'adhérence d'une masse de remplissage joue un roule secondaire par rapport aux propriétés mécaniques de la muse. ;'invention est en outre relative k un bottier métallique muni d'une gaine intérieure céramique réalisée par la mise en oeuvre du procédé mentionné ci-dessue. La description ci aprbs, en se référant au dessin annexé, le tout donné k titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut store réalisée. La figure la montre schématiquement et non k échelles en section longitudinale, la combinaison d'un bottier métallique et d'une gaine céramique, ainsi qu'un dispositif servant k amener une masse de remplissage de durcissement k froid à la fente comprise entre le bottier et la gaine. la figure lb montre de façon analogue la section trans versable suivant la figure la , avec la réserve que la fente soit najatenant munie d'une lasse de remplissage liquide. La figure lc montre de façon analogue la section longi tinanale selon la figure lb, la fente étant fermée en bas par un plongeur et une plaque de recouvrement étant prévue et munie d'une amenée pour un gaz sous pression élevée. La figure 2 représente en section longitudinale la dispo section d'une gaine et d'un bottier, la fente remplie d'une masse de remplissage durcissant k froid liquide étant fermée en bas par un plongeur et la face supérieure étant évasée, le boîtier étant muni d'une plaque de recounrement portant une amenée pour un gaz. La figure 3 montre d d'une façon analogue la section longi- tudinale selon la figure 2 avec la différence que dans le présent Cas, l'évasement de la fente et la plaque de recou:vrement sont oiis, mais qu'an élément de chauffage électrique est disposé autour du boîtier. La figure 4 illustre d'une façon analogue la section longitudinale selon la figure 3, additionnée d'un élément de chauffage intérieur et d'une plaque de recoutrement présentant une amenée pour un gaz. Sur la figure la, le chiffre de référence 1 désigne un bottier en acier dans lequel est disposée une gaine céramique 2 de façon k former une fente 3 de, par exemple, 0,3 mm entre le bottier et la gaine. De plus, le dispositif 4 est prévu pour l'amenée de la masse de remplissage de durcissement liquide à la fente 3, ce dispositif comportant un bottier 5 muni de perforations 6, qui relient une chambre 7 à la fente 3.Le volume de la chambre 7 peut être modifié de l'aide d'un piston 8, qui peut être commandé par une tige 9. antre le boîtier 5 et la gaine céramique 2 ou le bottier en acier I se trouvent des Joints respectivement 10 et 11, qui sont logés dans des rainures ména- gées dans la paroi du boîtier 5, alors qu'entre le boîtier 5 et le piston 8 est prévu un joint 12 logd dans une rainure ménage dans le piston 8. La chambre 7 contient une masse liquide 13 en matériau durcissant b froid, par exemple une réstae époxy telle que celle connue sous la ddnomination commerciale "araldite". Le tout est disposé sur une plaque 14 que traverse pour des raisons 9 mentionner ci-aprba, un plongeur 15, qui peut outre animé d'un mouvement de va-et-vient à l'aide d'un organe de commande non représenté sur le dessin. Le bottier en acier 1 est muni en haut d 'un filetage ex- terne 16. La descente du piston 8 se traduit par le pressage de la masse de remplissage liquide 13 provenant de la chambre 7 par l'intermédiaire des perforations 6 dans la fente 3. Cette situation est représentée sur la figure lb. Le dispositif 4 est enlevé pendant que la masse de remplissage se trouvant dans la fente 3 est touJours liquide, le plongeur 15 est monté en vue de fermer la fente 3 en bas et sur le bottier 1 est visse une plaque de recouvrement 17 (figure 1c), après quoi un gaz sons haute pression provenant d'une source non représentée sur le dessin est amené à l'enceinte 19 par l'inter médiaire d'une amenée 18. Le gaz peut autre constitué par de l'air, de l'argon, de l'azote, etc.. Dans le cas d'une épaisseur de paroi du bottier en acier 1 de 5 a par exemple, la pression du gaz est de 400 atmosphères, lorsque le bottier est utilisé comme cylindre ou comme bottier de régénérateur d'un moteur à gaz chaud. Sous l'influence de la pression de gaz élevée, les incluaions gazeuses se trouvant dans la masse de remplissage contenue dans la fente 3 sont comprimées et le bottier en acier 1 se dilate, de sorte que son diamètre s'agrandit. La pression de gaz élevée est maintenue Jusqu'au durcis- sement complet de la masse de remplissage contenue dans la fente 3. Ensuite, la pression est éliminée et le plongeur 15 est descen- du. Le diamètre du bottier en acier 1 diminue et la gaine céramique 2 est, de ce fait, continuellement soumise b une contrainte de compression préalable qui suffit pour compenser les tensions de traction engendrées ultérieurement par le fluide actif contenu dans le moteur de gaz chaud. Dur la figure 2, la fente 3 est élargie en 20 afin de permettre la supplétion de la masse de remplissage pendant l'application de la pression et pour absorber l'accroissement de volume de la masse de remplissags durcissante.Après application de ladite masse de remplissage liquide, le plongeur 15 est monté, de sorte que la fente 3 est fermée en bas, le dispositif 4 (figu- res la et lb ) est enlevé et la plaque de recouvrement 17 (figure 1c) est appliquée, de sorte que du gaz peut autre amené, sous pression élevée, à l'enceinte 19 ,par l'intermédiaire de l'amenée 18. Dans le procédé décrit jusqu'à présent, la masse de remplissage liquide durcissant à froid contenue dans la fente est uniquement soumise à une pression de gaz élevée. Sur la figure 3, la fente 3 est remplie d'une masse de remplissage durcissant à chaud liquide, telle qu'une résine thermodurcissante. Le bottier 1, la gaine 2 et la masse de remplissage liquide contenue dans la fente 3 sont portés à 1800C par exemple, b l'aide d'un élément de chauffage électrique 30. Ainsi, il n'en résulte non seulement le durcissement de la masse de remplissage dans la fente 3, mais également l'agrandissement du diamètre du bottier en acier 1, le diamètre de la gaine céramique 2 ne subissant guère de variations.Ensuite, l'élément de chau- fage 30 est mis hors de service et le diamètre du bottier en acier 1 diminue, de sorte que la gaine céramique 2 est continuel liement soumise à une contrainte de compression préalable. La combinaison du chauffage et de la pression de gaz est il1'itrée sc la figure 4. Outre l'élément de chauffage 30 (figure 3), l'enceinte 19 coatient un second élément de chauffage 31, dont les fils d'ali- tentation de courant 32 traversent la plaque de recouvrement 17. Les éléments de chauffage 30 et 31 assurent le chauffage du bottier en acier 1, de la masse de remplissage liquide conte- nue dans la fente 3 et de la gaine céramique 2 Jusqu'à une température de 1800C par exemple, alors que la masse de remplissage et le bottier 1 sont soumis à une pression gazeuse de 6 atmosphb- res par exemple.La pression du gaz élimine les inclusions gazeuses contenues dans la masse de remplissage liquide et le diamètre du bottier 1 s'agrandit Les 6léments de chauffage 30 et 33 assurent un durcisxe- ment rapide de la masse de remplissage et contribuent également à l'agrandissement du diamètre du bottier 1, ce qui permet une pression gazeuse relativement basse. Après durcissement de la masse de remplissage, les éléments de chauffage 30 et 31 sont mis hors de service et la pression gazeuse est éliminée. Le diamètre du bottier 1 s'agrandit, de sorte que la gaine céramique 2 est à nouveau continuellement soumise à une contrainte de compression préalable. Evidemment, de nombreuses variantes sont possibles pour en ce qui concerne l'appareil (dosage et endroit d'amenée de la masse de remplissage, chauffage à l'aide de brûleurs à gaz, dans un four etc..), la masse de remplissage (substances organiques ou inorganiques, colles et ciments, etc..) et le gaz amené. Ci-apris, le tableau mentionne les données de quelques essais pratiques concernant des bottiers en acier à appliquer comme cylindres dans les moteurs à gaz chaud. TABLEAU Boîter en acier Gaine céramique Largeur de la Extérieur t 64 mm épaisseur de fente 0,3 mm épaisseur de paroi X 6 mm paroi z 6 mm Masse de remplissage Dénomination Température Pression du commerciale de chauffe gaz (air) en C en atm. Colle à 1 composant HN 1525 100 1 " 180 1 " 180 6 Colle à 2 composants Portafix Température 400 QS/B4 ambiante normale " " 180 6 Résine de moulage Kinel 5502 180 1 n n 1 ) 6 - REVENDICATIONS - 1.- Procédé permettant de monter une gaine céramique dans un bottier métallique, tel qu'un cylindre ou le bottier d'un rdg4- nérateur d'un moteur à gaz chaud, caractérisé en ce que la gaine céramique est disposée avec quelque Jeu dans le bottier métalli- que de façon à former une fente entre la gaine et le bottier, après quoi une masse de remplissage liquide en matériau durcissable est introduite dans la fente et ensuite soumise à une pression gazeuse supérieure à la pression atmosphérique et/ou l'eable du bottier et de la gaine est chauffé afin de provoquer la dilatation du bottier par rapport à la gaine, et finalement, la pression gazeuse et/ou le chauffage est supprimé après durcissement de ladite masse de remplissage. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de remplissage est constituée par un thermodurcissant. 3.- Bottier métallique muni d'une gaine intérieure cé- cramique réalisée par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2.