Brevet FR2434319A1 — publié le 19800321

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d1un système destiné à assurer ltétanchéité d'un arbre en rotation. Un tel système comprend un élément d'étanchdité entraidé en rotation avec ledit arbre et un élément d'étanchéité fixe dontles surfaces d'obturation opposes assurent l'étanchéité. A l'heure actuelle un tel type de système d'étanchéité est utilisé couramment dans des pompes. flspeuvent être réalises sous la forme de systèmes dits hydrostatiques dans lesquels on prévoit une mince membrane fluide entre les surfaces ou sous la forme de joints mécaniques dans lesquels la surface de la partie qui n'est pas entrathée en rotation estappliquée contre la surface en rotation et maintenue au contact de cette surface. Dans les deux cas, il est nécessaire d'avoir des surfaces de joint parallèles et uniformes pour obtenir un fonctionnement satisfaisant. Lorsque l'on recherche un matériau pour réaliser des joints d'étanchZi- té hydrostatique, pour desopérations de précision, notamment dans les pompes de recyclage d'eau utilisées dans les installations nucléaires, on doit choisir en premier lieu un matériau résistant à la corrosion, même au prix d'une certaine résistance. Ceci conduit à la nécessité d'employer des aciers de type austénitiques pour réaliser les éléments dtétanchéité du système d'étanchéite de l'arbre. Ces aciers ont cependant une propriété négative en ce sens qu'ils sont le siège de d8formations permanentes lorsqu'ils sont soumis à de petites contraintes. Lorsque l'on applique des contraintes à des joints ou systèmes d'étan- chiite réalisés à partir de ce type de matériau, soit lors des conditions normales de fonctionnement, soit en raison de perturbations survenant en cours de fonctionnement, la forme des surfaces du joint assurant l'étanchéité se modifie de façon permanente, meme en présen ce de petites contraintes. Le fait que les surfaces d'étanchéité soient déformées a pour conséquence une diminution de leur aptitude rassurer l'étanchéité et de soumettre le joint à des perturbations ou meme des endommagements pendant le fonctionnement. Le but de cette invention est d'apporter un procédé de fabrication perfectionné de joints ou de systèmes d'étanchéité pour arbres en rotation, selon lequel lesdits joints sont réalisés de façon àabsorberles contraintes qui se produisent dans les conditions d'utilisation normales telles que notamment celles qui résultent de changements rapides de température, sans entraîner de distorsion et de perte d'efficacité de ltobturation réalisée par le joint. En conséquence, cette invention apour objet un système d'étarchdité pour un arbre en rotation qui comprend un élément d'étanchéité tournant avec ledit arbre et un élément d'étanchéité fixe dont les surfaces planes opposes forment un joint d'étanchéité, ce système d'étanchéité entant caractérisé en ce que lesdits éléments d'étanchéité sont soumis un traitement thermique afin de provoquer des déformations permanentes, ce traitement thermique entravant, pour lesdits éléments d'étanchéité, des contraintes qui sont égales ou supérieures aux contraintes auxquelles lesdits éléments sont exposés pen dant le fonctionnement, et en ce qu'ensuite on donne aux surfaces d'étanchéité opposées desdits éléments une finition de précision, par exemple par rodage ou polissage. Après ce traitement, il ne peut pas survenir de déformation per manente dans un domaine de contraintes d'amplitude égale ou plus faible. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé dont la figure unique représente en coupe axiale longitudinale un exemple type du système de joint d'étanchéité auquel l'inventîonpeut etre appliquée. Sur la figure, on voit en 1 un arbre entrain en rotation, qui est pourvu d'une bague de positionnement 2 qui, par l'intermédiaire des ressorts 4, sup- porte le système dsétanchéité 3. Les surfaces opposes 7 et 8 des éléments d'étanchéité delimitent un intervalle étroit 9 dans lequel une membrane fluide extrêmement mince sépare les surfaces d'étanchéité l'une de l'autre; Le fluide est amene sous pression entre les surfaces du plan, par en-dessous cet intervalle 9 etpar l'intermédiaire d'alésages 10 forés dansltélément d'étanchéité 3 et dans le canal 11. Ce fluide qui circule dans l'intervalle 9 sort à pression inférieure vers le boiter au-travers d'un espace 12 entre I'kl6ment d'étancheité fixe 5 et l'arbre rotatif 1.Etant donné que l'intervalle entre les surfaces planes 7-8 est extrêmement étroit, même de petites déformations de ces sur faces, qui assurent l'étancheité, provoqueraient une augmentation inacceptable du débit du fluide. Selon cette invention, on fait subir aux éléments d'étanchéitéun traite ment thermique a'Yaide d'un fluide qui est amené à s'écouler au-travers du joint d'étanchéité lorsque le système est monté sur une pompe ou une installa tion pilote spéciale, sur laquelle un éldmentd'étanchéite est entrain en rotation. Le traitement thermique comprend une phase de chauffage pendant laquelle la temperature se modifie si rapidement qu'il en résulte des deformations permanentes et une phase de refroidissement pendant laquelle la température change ge si lentement qutilnten résulte pas de déformations permanentes supplémen-- taires. Le traitement thermique est réalisé de façon à provoquer dans les elé- ments d'étanchéité des contraintes égales ou supérieures àcelles auxquelles ces éléments seront finalement soumis lors du fonctionnement du système assurant l'étanchéité de l'arbre rotatif. Ce traitement thermique peut être choisi de façon à comprendre plusieurs phases alternatives de chauffage et de refroid sement et dans ce cas la contrainte due àchacune des nouvelles phases de chauffage est plus grande que celle de la phase suivante.Le traitementthermique peut être réalisé de façon à comprendre par exemple trois phases de change fage et trois phases de refroidissement ; dans ce cas la température est- régulée de la façon suivante pendant le traitement : 20"C - 40"C - 20"C - 60"C - 2û4C 90 C - 20 C. La vitesse de la variation de température des phases de chauffage doit entre au minimum de ZO"C par minute et celle des phases de refroidissement de 10"C par minute au maximum. Dans tous les cas, la vitesse des variations de température qui sont choisies pour chaque cas particulier, dépend entre autres choses de la nature du matériau constituantl'organe d'étanchéité, de ses formes et dimensions, du fluide utilisé pour le traitement et également des charges mécaniques auxquelles sont soumis les systèmes d'étanchéité. Il est bien évident que le traitement thermique peut être effectué dans l'ordre inverse, c'est-à-dire eneffectuant en premier lieuun rapide refroidis sement pour provoquer des déformations permanentes, suivi d'un réchauffage lent qui ne provoque pas d'autres déformations permanentes. Un tel traitement est utilisé lorsque le joint doit être exposé se à de s contrainte s correspondantes, quand il est en fonctionnement. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication d'un système d'étanchéité pour un arbre en rotation qui comprend un élément d'étanchéité tournant avec ledit arbre et un élément d'étanchéité fixe dont les surfaces planes opposées forment un joint d'étanchéité, caractérisé en ce que les dits éléments d'étanchéité sont soumis à un traitement thermique afin de provoquer des déformations permanentes, ce traitement thermique entrainant, pour lesdits éléments d'etancheìté, des contraintes qui sont égales ou supérieures aux contraintes auxquelles lesdits éléments sont soumis pendant le fonctionnement, et encequ'ensuite on donne aux surfaces d'étanchéité opposées des dits éléments une finition de précision. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé ence que le dittraitement thermique comprend une phase de chauffage, pendant laquelle on faitrapidement varier la température etune phase de refroidissement pendant laquelle la température varie lentement. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le degré de variation de température pendant la phase de chauffage est au moins égal , en amplitude, à celui dè l'augmentation de température survenant lors du fonctionnement. 4) Procédé selon la revendication2, caractérisé en ce que la vitesse de la variation de la température pendant la phase de refroidissement est si lente qu'aucune autre déformation permanente n'est communiquée aux éléments assurantl'étanchéité. 5) Procédé selon la revendication I, caractérisé ence que le traitement thermique comprend une phase de refroidissement, pendant laquelle la température change rapidement, etune phase de chauffage pendant laquelle la température change lentement. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le degré de variation de température pendant la phase de refroidissement est au moins égal , en amplitude, à la diminution de température survenant pendant le fonctionnement. 7) Procédé selon la revendication 5, caractérisé ence que la vitesse de variation de la température pendant la phase de chauffage est si lente qu'il n'en résulte aucune autre déformation permanente aux organes d'etanchéité. 8) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traitement thermique comprend plusieurs phases alternatives de chauffage etde refroidissement. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les contraintes et efforts provoqués par chacune des nouvelles phases de chauffage sont supérieurs à ceux de la phase précédente. 10) Procédé selon'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces d'étanchéité opposées subissent un traitement de finition par rodage. 11) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments assurantltétanchéité sont réalisés en acier inoxydable austénitique.