Brevet FR2465138A2 — publié le 19810320

FR 2465138 A2 19810320 FR 7922934 A 19790913 La présente addition est relative à un procédé de fabrication d'un système destiné à assurer l'étanchéité d'un arbre en rotation. Un tel système comprend un élément d'étanchéité entraidé en rotation avec ledit arbre et un élément d'étanchéité fixe dont les surfaces d'obturation opposées assurent 1 ' étanchéité . La présente addition vise, comme le brevet principal, un procédé de fabrication perfectionné de joints ou de systèmes d'étanchéité pour arbres en rotation, selon lequel lesdits joints sont réalisés de façon à absorber les 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 ni de perte d'efficacité de l'obturation réalisée par le joint. Le brevet principal a pour objet un systeme 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, ce système d'étanchéité étant caractérisé en ce que les dits éléments d'étanchéité sont soumis à un traitement thermique afin de provoquer des déformations permanentes, ce traitement thermique entraitant, pour les dits éléments d'étanchéité, des contraintes qui sont égales ou supérieures aux contraintes auxquelles les dits éléments sont exposés pendant le fonctionnement, et en ce qu'ensuite on donne aux surfaces d'étanchéité opposée s des dits éléments une finition de précision, par exemple par rodage ou polissage.Après ce traitement, il ne peut pas survenir de déformation permanente dans un domaine de contraintes d'amplitude égale ou plus faible. La présente addition concerne un procédé selon le brevet principal caractérisé en outre en ce que le dit traitement-thermique comprend au moins deux phases de chauffage et de refroidissement et en ce que la variation de température de chacune de ces phases de chauffage et de refroidissement est plus grande que celle de la phase de chauffage oude refroidissement précédente. Selon une autre caractéristique de cette addition, lorsque le chauffage ou le refroidissement du systeme d'étanchéité s'effectue rapidement, il est exposé à une distribution de température non uniforme qui entraîne un état de contrainte et de déformations permanentes, si les contraintes sont supé rieures à la limite élastique du matériau. En raison d'un flambement local du matériau, ce dernier devient plus dur et par conséquent on doit utiliser une plus grande variation de température dans la phase de traitement thermique suivante afin que se produisent des contraintes dépassant la limite éla-stique et le point de déformation permanente. Lorsque le traitement thermique est effectué de façon qu'il comprenne plusieurs phases alternées de chauffage et de refroidissement, on peut éviter le craquage en augmentant progressivement la différence de température. La vitesse de modification de la température et les barrières thermiques sont fonction de la nature du matériau constituant le système d'étanchéité, de ses dimensions et de sa forme ainsi également que des conditions de charge. Un spécialiste peut facilement déterminer une estimation correcte pour chaque cas séparé. La caractéristique essentielle réside en ce que les températures sont tellement basses, par exemple inférieures à 100"C, que les déformations qu'elles provoquent sont suffisament faibles pour qu'il ne soit pas nécessaire de renforcer totalement le système d'étanchéité, en effectuant un usinage après le traitement, cet usinage se limitant alors aux surfaces d'étanchesté. Ceci signifie que le traitement peut être mis en oeuvre sur un système d'étanchéité tout usiné. Le traitement thermique ne provoque pas de modification de structure du matériau, ce qui signifié que les propriétés du matériau, notamment sa résistance à la corrosion, restent inchangées. Le système du joint d'étanchéité auquel peut être appliquée la présente addition est analogue à celui décrit dans le brevet principal. On se reportera donc à ce dernier en ce qui concerne la description d'un tel système. Selon cette addition, le traitement thermique auquel sont soumis les éléments d'étanchéité est mis en oeuvre de préférence en mettant les surfaces d'étanchéité de ces éléments en contact d'échange thermique avec un milieu de transfert de chaleur tel que l'eau qui est amené à s'écouler au travers du joint lorsque ce dernier est monté dans une installation pilote ou une pompe de type spécial dans laquelle tourne un élément d'étanchéité. Comme décrit dans le brevet principal, le traitement thermique comprend une phase de chauffage, pendant laquelle la température se modifie si rapidement qu'il en résulte des déformations permanentes et une phase de refroidissement pendant laquelle la température change si lentement qu'il n'en résulte pas de déformations permanentes supplémentaires. Ainsi qu'on l'a indiqué dans le brevet principal, le traitement thermique est réalisé de façon à provoquer dans les éléments d'étanchéité des contraintes égales ou supérieures à celles auxquelles ces éléments seront finalement soumis lors du fonctionnement du systeme assurant l'étanchéité de l'arbre rotatif. Ce traitement thermique peut être choisi de façon à comprendre plusieurs phases alternatives de chauffage et de refroidissement et dans ce cas la contrainte due à chacune des nouvelles phases de chauffage est plus grande que celle de la phase suivante.Le traitement thermique peut être réalisé de façon à comprendre par exemple trois phases de chauffage 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 -20 C 90"C - 200C. La vitesse de la variation de température des phases de chauffage doit être au minimum de 20"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 constituant l'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. Selon un exemple, non limitatif, de mise en oeuvre du procédé selon cette addition, mis en oeuvre avec un élément d'étanchéité ayant un diamètre extérieur de 270 mm, un diamètre intérieur de 192 mm et une épaisseur de 33 mm et suivant lequel on a effectué le traitement thermique en faisant passer un fluide au travers du joint, entraînant la mise en contact des surfaces du joint avec le fluide froid et chaud, on a fait varier la température de la façon suivante : : 20"C - 40"C - 20"C - 60"C - 20"C - 90"C - 20"C, la vitesse de la variation de température étant de 20 C/minute pendant les phases de chauffage et de 8"C/minute pendant les phases de refroidissement. La distorsion des surfaces d'étanchéité était approximativement de 5 mm. Les surfaces d'étanchéité étaient renforcées par rodage et l'étanchéité a été assurée sans défaut lors d'un fonctionnement sous des charges variables. Lorsque l'on a examiné à nouveau les surfaces d'étanchéité on n'a trouvé aucune modification dans leur alignement. I1 est bien évident que le traitement thermique peut être effectué dans l'ordre inverse, c'est-à-dire en effectuant en premier lieu un rapide refroidissement 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 à des contraintes 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 le dit arbre et un élément d'étanchéité fixe dont les surfaces planes opposées forment un joint d'étanchéité, selon lequel les dits éléments d'étanchéité sont soumis à un traitement thermique afin de provoquer des déformations permanentes, ce traitement thermique entralEant, pour les dits éléments d'étanchéité, des contraintes qui sont égales ou supérieures aux contraintes auxquelles les dits éléments sont soumis pendant le fonctionnement, une finition de précision étant ensuite données aux surfaces d'étanchéité opposées des dits éléments, ce procédé étant caractérisé en ce que le dit traitement thermique comprend au moins deux phases alternées de chauffage et de refroidissement, en ce que la variation de température de chacune de ces phases de chauffage et de refroidissement est plus grande que celle de la phase de chauffage ou de refroidissement précédente et en ce que ce traitement thermique soumet les éléments d'étanchéité aux dites contraintes thermiques supérieures à celles subies pendant le fonctionnement, en raison de la distribution non uniforme des températures. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique des éléments d'étanchéité est effectué en amenant leurs surfaces d'étanchéité en contact d'échange thermique avec un milieu de transfert de chaleur. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dit traitement thermique comprend une phase de chauffage, pendant laquelle on fait rapidement varier la température et une phase de refroidissement pendant laquelle la température varie lentement. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le degré de variation de température pendant la phase de chauffage est au moins égal, en amplitude, à celui de l'augmentation de température survenant lors du fonctionnement. 5. Procédé selon la revendication 3, 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 assurant l'étanchéité. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement thermique comprend une phase de refroidissement, pendant laquelle la température change rapidement, et une phase de chauffage pendant laquelle la température change lentement. 7. Procédé selon la revendication 6, 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. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce 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'étanchéité. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces d'étanchéité opposées subissent un traitement de finition par rodage. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments assurant l'étanchéité sont réalisés en acier inoxydable austénitique.