Brevet FR2494392A1 — publié le 19820521

Garniture d'étanchéité de bride. La présente invention concerne une garniture d'étanchéité de bride comprenant un cadre d'étanchéité de forme fermée disposé entre deux brides à relier de manière étanche à la pression et appliqué sur elles par ses surfaces d'étanchéité situées des deux côtés, les surfaces d'étanchéité situées des deux côtés du cadre comprenant au moins une rainure respective disposée autour de la surface d'étanchéité concer- née et dans laquelle est insérée une bande d'étanchéité également de forme fermée, de préférence métallique et correspondant à la forme de la rainure, éventuellement un peu en relief au-dessus de la surface d'étanchéité concernée. La demande de brevet allemand P 28 17 666.1 décrit un raccord de tuyaux isolé électriquement et destiné à des installations soumises à une surpression ou au vide, en particulier dans le domaine de la technique de centrifuga- tion, dans lequel des sections individuelles de conduites tubulaires peuvent être reliées les unes aux autres de façon étanche à la pression tout en établissant une isolation électrique mutuelle, les positions de liaison devant égale- ment résister à de hautes températures. Entre les brides à relier est disposé un disque annulaire en une matière synthé- tique polymère telle qu'une réside de polyimide ou d'aramide agissant simultanément en tant qu'organe d'étanchéité et d'isolateur électrique, dépassant largement les matériaux métalliques ou céramiques en ce qui concerne sa résistance mécanique et en particulier sa résistance à l'usure et au fluage. Le diamètre externe du disque annulaire est plus faible que celui des brides et les parties des brides qui sont en saillie sont vissées de manière habituelle par des boulons passant dans des douilles de guidage isolantes. Même avec les matériaux d'isolation habituels dont la surface a été soumise à un usinage très fin, il subsiste toujours une certaine rugosité de surface rendant impossible une étanchéité totale au vide. Pour combler ces rugosités, on utilise habituellement une graisse au vide mais celleci présente cependant l'inconvénient ue se diffuser dans le vide et de polluer ce dernier du fait de sa pression de vapeur quand le vide est tres pousse. >'est pourquoi en variante on a vitrifié les surfaces, à savoir au.cyen de disques annulaires ou de cadres d'étanchéité isolants réalisés avec des stratifiés à base de tissus de verre, mais que l'on peut en pratique réaliser de façon qu'ils soient tota- lement non poreux et non capillaires. La vitrification de surface est par ailleurs très coûteuse et en outre suscepti- ble de subir des dégâts, ce qui fait qu'il faut souvent effectuer des réparations consistant en une nouvelle applica- tion de résine et en un polissage et un ponçage effectués à la main. Les difficultés suscitées par les cadres d'étanchéité connus augmentent fortement en fonction des dimensions du cadre d'étanchéité. On connaît en outre par la demande allemande DE-OS 26 16 512 une garniture d'étanchéité de bride dans laquelle on pratique des rainures dans les surfaces d'étanchéité situées des deux c8tés d'un cadre d'étanchéité réalisé en acier et dans lesquelles on insère des bagues d'étanchéité circulai- res pouvant être constituées par exemple en argent, en cuivre ou en plomb et qui sont comprimées par vissage de la garniture d'étanchéité de bride. Si on doit à nouveau utili- ser les cadres d'étanchéité après une séparation de la liaison par brides, les anciennes bagues d'étanchéité doi- vent être éliminées et remplacées par de nouvelles qui ne sont pas encore comprimées. En outre, on ne peut obtenir entre les deux brides aucune liaison d'isolation électrique au moyen d'une telle garniture d'étanchéité. L'invention a pour objet un cadre d'étanchéité permettant de rendre étanche les deux brides même quand elles ont des dimensions importantes et quand elles sont soumises à un vide poussé sans avoir recours à de la graisse ou à une vitrification des surfaces tout en établissant une isolation électrique, ce cadre résistant à des sollicitations mécaniques, thermiques et électriques élevées. On obtient ce résultat du fait que chaque bande d'étanchéité est combinée à au moins joint torique, et de préférence à deux joints toriques, qui sont disposés dans des gorges des surfaces d'étanchéité de chaque bride respective et qui s'appliquent contre les bandes d'étanchéité. Avantageusement, les bandes d'étanchéité sont collées à l'intérieur de rainures. Les matériaux utilisés pour constituer le cadre d'étan- chéité, les bandes d'étanchéité et la colle sont largement compatibles en ce qui concerne les sollicitation thermiques. Selon l'invention, le cadre d'étanchéité est réalisé en un matériau électriquement isolant. Il est de préférence constitué en une matière synthétique renforcée par des fibres de verre. Quant aux bandes d'étanchéité, elles sont constituées en un matériau amagnétique. Finalement, l'invention prévoit entre les joints toriques et dans les surfaces d'étanchéité des brides un canal annu- laire destiné à former une enceinte intermédiaire à vide. La garniture d'étanchéité de bride selon l'invention convient particulièrement à des récipients à vide de forme torique tels qu'ils sont utilisés pour l'inclusion de plasma magnétique. Ces récipients sont constitués par exemple en deux moitiés électriquement isolées l'une par rapport à l'autre et montées l'une contre l'autre de façon étanche au vide. Entre les brides est prévu un cadre d'étanchéité en un matériau isolant qui est sollicité mécaniquement à la pres- sion et au cisaillement et en outre thermiquement et électri- quement. La résistance à la pression doit être de 80 N/mm2, la résistance au cisaillement de 25 N/mm2 alors que la résistance à la température appliquée de façon permanente doit être de 1500 lorsqu'il y a pression et de 1800 lors- qu'il n'y a pas de charge mécanique. La rigidité diélectri- que doit être de l'ordre de grandeur de 200 V/mm. La sollici- tation au cisaillement qui est provoquée par des forces magnétiques provoque des mouvements relatifs des deux moi- tiés du tore dans le plan des brides qui sont de l'ordre de grandeur de quelques centièmes de millimètre. Grâce à la garniture d'étanchéité de bride constituée selon l'invention, on peut facilement respecter ces exigences. Lorsque le cadre d'étanchéité est réalisée en une matière synthétique renforcée par des fibres de verre, la résistance à la température atteint sans problème 230WC, la rigidité diélectrique 40 kV/10 mm, la résistance aux courants de fuite une valeur de KC = 180 et une résistance à la pression de 500 N/cm2. L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté aux dessins ciannexés dans lesquels: la figure 1 est une vue d'un cadre d'étanchéité, et la figure 2 est une vue en coupe éclatée d'une garniture d'étanchéité de bride utilisant le cadre d'étanchéité de la figure 1. Le cadre d'étanchéité représenté à la figure 1 est adapté par sa forme à la section transversale d'un récipient à vide de forme torique. Comme le montre la figure 2, il est disposé entre les deux brides 2a et 2b qui sont pressées l'une contre l'autre par des boulons 3 représentés schémati- quement. Le cadre d'étanchéité 1 est constitué de préférence en une matière syntétique renforcée de fibres de verre présentant les propriétés mécaniques, thermiques et électri- ques nécessaires et comprenant sur ses deux côtés des évide- ments en forme d'une rainure continue 4 dans laquelle sont collées des bandes d'étanchéité 5 réalisées de préférence en un métal amagnétique. Dans l'exemple représenté, les bandes d'étanchéité 5 ne sont pas disposées centralement par rapport à la section transversale du cadre d'étanchéité 1, et elles sont légèrement décalées vers l'extérieur, alors que les alésages qui ne sont pas représentés et qui sont destinés aux boulons 3 sont décalés vers l'intérieur. Les gorges 6 destinées à recevoir les bagues d'étanchéité 7 en forme de joints toriques sont constituées dans les surfaces se faisant face des brides 2a et 2b face aux bandes d'étanchéité 5 du cadre d'étanchéité 1. Ces doubles joints toriques 7 s'appliquent contre les bandes d'étanchéité 5 et constituent un dispositif de fermeture étanche au vide sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une graisse au vide. Entre le joint torique interne et le joint torique externe est en outre constitué dans les deux brides un canal annulaire 8 formant une enceinte à vide intermédiaire dans laquelle se constitue une étanchéité double déterminée par les deux joints toriques. Les matériaux isolants constituant le cadre d'étanchéité 1 dont on peut disposer pour répondre aux exigences mention- nées ne peuvent pas être travaillés de manière que leurs surfaces soient suffisamment lisses pour que les joints toriques 7 habituels constituent un dispositif d'étanchéité au vide suffisament valable. En outre, il n'est pas possible d'éviter dans la pratique des pores, des bulles d'air, des craquelures de surface, des rugosités, etc. dans les surfaces d'étanchéité la et lb dans la mesure o cela serait nécessai- re pour obtenir une étanchéité fiable à l'égard d'un vide poussé, ce qui fait que l'on devait jusqu'ici avoir recours à une vitrification des surfaces ou à une graisse au vide. On évite cet inconvénient en utilisant des bandes d'étanchéi- té métalliques dans la zone d'étanchéité au vide proprement- dite, c'est-à-dire celle des joints toriques 7, car il est possible d'usiner des métaux, par opposition aux matières synthétiques pouvant être utilisées dans ce cas, de manière que leur rugosité de surface soit suffisamment réduite pour qu'il ne soit pas nécessaire d'avoir recours à une vitrifi- cation de surface ou à une graisse au vide. Quand il s'agit d'une utilisation dans un récipient à vide soumis à des champs magnétiques, on utilise un métal amagnétique n'entraî- nant pas de perturbations du champ magnétique. Quand ce dispositif est soumis à des sollicitations thermiques, il faut en outre veiller à ce que le matériau du cadre d'étan- chéité et le matériau des bandes d'étanchéité ainsi que la colle utilisée pour coller les bandes d'étanchéité dans les cadres d'étanchéité soient compatibles, c'est-à-dire aient des coefficients de dilatation thermique approximativement égaux de manière que le collage reste étanche. On peut éventuellement choisir les rapports entre les dimensions de manière que les bandes d'étanchéité 5 soient un peu plus épaisses que la profondeur des rainures 4 de façon que les bandes d'étanchéité fassent légèrement saillie par rapport aux surfaces la, lb du cadre d'étanchéité 1 quand ceci est avantageux pour des cas d'utilisation déterminés. Alors que les cadres d'étanchéité en matériau isolant qui étaient habituels jusqu'ici et qui ne comprenaient pas de bandes d'étanchéité 5 ne pouvaient pas présenter la qualité de surface nécessaire pour réaliser des garnitures d'étanchéité résistant à un vide poussé et exigeaient de ce fait des couches de vitrification ou des graisses au vide, on peut choisir de façon appropriée pour les bandes d'étan- chéité 5 des matériaux quelconques permettant d'obtenir la qualité de surface nécessaire sans avoir recours à des mesures de ce type. On peut conserver pour réaliser les garnitures d'étanchéité la technique des joints toriques qui est habituelle et valable, que l'on peut mettre en oeuvre en prévoyant plusieurs étages avec des enceintes à vide inter- médiaires lorsque le vide est très poussé, comme on peut le voir à la figure 2. Du fait que cette technique est classique et n'exige aucune mesure spéciale et coûteuse, le prix de revient peut rester relativement bas. Du fait des bandes d'étanchéité 5 qui sont insérées dans le cadre d'étanchéité 1, il est possible de réaliser des cadres d'étanchéité de très grandes dimensions assurant une étanchéité fiable sous un vide poussé même quand il s'agit de très grands récipients à vide, comme cela est souhaité pour l'inclusion de plasma magnétique. Naturellement, l'invention peut également être mise en oeuvre avec d'autres récipients à vide o il importe de relier mutuellement des brides très importantes en assurant une étanchéité fiable pour un vide poussé. Dans ce cas, les isolations électriques mutuelles des deux brides ne posent aucun problème du fait que la bague d'étanchéité peut être réalisée en un matériau isolant convenant aux sollicitations concernées (mécaniques, thermiques, électriques, etc.), sans qu'il soit nécessaire de tenir compte de la qualité de surface que l'on peut obtenir avec ce matériau. C'est ainsi qu'on peut choisir pour le cadre d'étanchéité un matériau pouvant être par exemple chauffé sans problème jusqu'aux températures nécessaires et sans qu'il laisse ensuite se diffuser dans le vide des impuretés lorsque le dispositif fonctionne sous vide et sous charge. En outre, on peut choisir le matériau présentant les résistances à la pression et au cisaillement nécessaires et/ou la capacité d'isolation électrique nécessaire pour un cas individuel. Un matériau qui convient est constitué par une matière synthétique renforcée de fibres de verre et présentant les propriétés désirées, c'est-à-dire respectant les exigences d'une résis- tance à la température de 2300C, d'une rigidité diélectrique allant jusqu'à 40 kV/10 mm, d'une résistance aux courants de fuite ayant une valeur KC = 180 et d'une résistance à la pression allant jusqu'à 500 N/cm2, ce qui est nécessaire pour un récipient à vide constitué pratiquement pour une inclusion de plasma magnétique. REVENDICATIONS 1. Garniture d'étanchéité de bride comprenant un cadre d'étanchéité de forme fermée disposé entre deux brides à relier de manière étanche à la pression et appliqué sur elles par ses surfaces d'étanchéité situées des deux côtés, les surfaces d'étanchéité situées des deux côtés du cadre comprenant au moins une rainure respective disposée autour de la surface d'étanchéité concernée et dans laquelle est insérée une bande d'étanchéité également de forme fermée, de préférence métallique et correspondant à la forme de la rainure, éventuellement un peu en relief au-dessus de la surface d'étanchéité concernée, caractérisée en ce que chaque bande d'étanchéité (5) est combinée à au moins un joint torique (7) , et de préférence à deux joints toriques, qui sont disposés dans des gorges (6) des surfaces d'étan- chéité de chaque bride respective (2a,2b) et qui s'appliquent contre les bandes d'étanchéité (5). 2. Garniture d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bandes d'étanchéité (5) sont collées à l'intérieur de rainures (4). 3. Garniture d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que les matériaux utilisés pour constituer le cadre d'étanchéité (1), les bandes d'étanchéité (5) et la colle sont largement compatibles en ce qui concerne les sollicitation thermiques. 4. Garniture d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le cadre d'étanchéité (1) est réalisé en un matériau électriquement isolant. 5. Garniture d'étanchéité selon la revendication 4, caractérisée en ce que le cadre d'étanchéité (1) est consti- tué-en une matière synthétique renforcée par des fibres de verre. 6. Garniture d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bandes d'étanchéité (5) sont constituées en un matériau amagnétique. 7. Garniture d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu entre les joints toriques (7) et dans les surfaces d'étanchéité des brides (2a, b) un canal annulaire (8) destiné à former une enceinte intermé- diaire à vide.