Brevet FR2517789A1 — publié le 19830610

La présente invention concerne un joint d'étan- chéité composite tout particulièrement adapté à la jonction des tubes de petit diamètre destinés à être soumis à des températures élevées. On utilise actuellement, dans les circuits de vapeur ou analogues, c1est-à-dire les installations soumises à des températures élevées où les contraintes dues aux dilatations thermiques, compte tenu des montages ou lors des arrêts et démarrages, sont particulièrement importantes, différents types de joints et notamment des joints métalliques ou métalloplastiques munis de stries, ou des joints spiralés. Malheureusement ceux-ci ne permettent pas d'assurer une étanchéité suffisante et, surtout, une étanchéité fiable lorsqu'ils sont soumis à des chocs thermiques importants, tels que ceux qui apparaissent dans de telles installations. En outre, les joints munis de stries ont tendance à marquer les portées, ce qui oblige à reprendre ces portées à chaque démontage. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un joint d'étanchéité qui ne risque pas de marquer les portées et assure une étanchéité fiable malgré les chocs thermiques. Cette invention concerne en effet un joint d'étanchéité qui comporte une âme métallique annulaire comportant, sur chacune de ses faces opposées au moins un évidement, ou rainure circulaire, espacé de son orifice central, et une garniture en un matériau réfractaire à haute température et ayant une bonne reprise élastique, telle que le graphite expansé, qui est placée dans la rainure et fait saillie au-dessus de celle-ci d'une hauteur fonction de son élasticité, qui lui permet d'être comprimée jusqu'à l'affleurement de l'âme métallique lors du serrage. Dans un tel joint l'âme métallique peut comporter une seule rainure circulaire ou une succession de rainures coaxiales, mais dans tous les cas la reprise élas- tique du graphite expansé assure une étanchéité efficace malgré les chocs thermiques, tandis que l'âme métallique limite au maximum le risque de fluage du graphite et protège le fluide contre toute pollution par ce matériau. De préférence, lorsque l'âme métallique comporte plusieurs rainures coaxiales, la rainure interne au moins est laissée libre et forme un collecteur de réception du graphite refoulé lors du serrage, ce qui fournit une sécurité supplémentaire. Dans un autre mode de réalisation, les rainures des deux faces opposées de l'âme communiquent entre elles et reçoivent un enroulement de ruban de graphite qui est moulé pour épouser exactement leur forme. La description ci-dessous de modes de réalisations donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexes, fera d'ailleurs ressortir les avantages et caractéristiques de l'invention. Sur ces dessins - la fig. 1 est une vue en perspective, partiellement arrachée, d'un joint d'étanchéité selon l'invention; - la fig. 2 est une coupe diamétrale, selon la ligne 2-2, du joint de la figure 1; - la fig. 3 est une vue, partiellement en coupe radiale, d'une variante de réalisation du joint de l'invention; - la fig. 4 est une vue partielle, de dessus, du joint de la figure 3; - la fig. 5 est une vue, analogue à l# figure 3, du joint serré entre deux brides; - les fig. 6 et 7 sont des coupes diamétrales d'une autre variante de réalisation du joint, respectivement avant et après le moulage de la garniture. Le joint d'étanchéité représenté sur les figures 1 et 2 comporte une âme métallique 1, de forme annulaire, constituée par une couronne centrale 2 munie d'une aile radiale 4. Chacune des faces axiales opposées de l'âme 1 comporte ainsi un évidement 6, 8, d'un côté de l'aile 4. A l'intérieur de chacun des évidements 6, 8 est placée une garniture formée par un matériau réfractaire à haute température, ayant une bonne reprise élastique, par exemple du graphite expansé. Des rondelles de graphite coupées dans une feuille sont, par exemple, superposées dans chacun des évidements 6, 8, de façon à remplir cet évidement et également à faire saillie à l'exté- rieur de la couronne interne 2. La garniture 10 est fixée, par exemple par collage, sur l'âme 1 du joint, de façon à en être solidaire mais à conserver toute son élasticité. La hauteur h dont la garniture 10 dépasse la couronne 2 est fonction des qualités intrinsèques du matériau qui compose cette garniture ainsi que du serrage à effectuer. En effet, lors du serrage du joint d'étanchéité, par exemple entre les brides de deux tubes d'un circuit de vapeur, la garniture 10 doit pouvoir être comprimée de manière à affleurer les extrémités de la couronne 2. Elle est alors protégée du fluide circulant dans le tube par cette couronne 2, ce qui évite tout risque de contact entre ces matériaux et, par suite, tout risque de pollution du fluide par le graphite, ou analogue. Par ailleurs, le graphite ne risque à aucun moment d'être laminé par la vapeur et son écrasement est limité par le contact des brides et de la couronne 2. Bien entendu, selon les applications, le graphite expansé pourrait être remplacé par un autre matériau réfractaire à haute température, par exemple par une résine thermodurcissable combinée avec des fibres en "Monel", en alumine silice, ou en polyamide. Selon une variante de réalisation représentée sur les figures 3 et 4, l'âme métallique du joint peut comporter plusieurs évidements circulaires, ou rainures circulaires coaxiales. Par exemple, comme représenté, l'âme 12 peut comporter sur chacune de ses faces, trois rainures 14 recevant une garniture 16 formée, comme dans le mode de réalisation précédent, par une feuille de graphite expansé découpée et moulée de façon à remplir les trois rainures 14 en recouvrant les nervures ou stries 15 qui les séparent. De préférence, les rainures des deux faces opposées sont décalées les unes par rapport aux autres, comme le montrent les dessins. Par ailleurs l'âme 12 comporte une rainure supplémentaire 18, analogue au rainures 14, entre ces dernières et l'orifice central 20 du joint. Cette rainure 18 reste libre et dépourvue de graphite avant serrage du joint. Elle constitue ainsi un collecteur susceptible de recevoir le graphite refoulé lors de ce serrage et fluant en direction de la partie centrale du joint. Un tel collecteur assure une protection du fluide circulant dans les tubes et traversant le joint en emp8- chant que le graphite n'atteigne ce dernier. Bien entendu, les sommets des nervures sont de préférence plats de façon à faciliter leur recouvrement par la feuille de graphite et à éviter le marquage des portées. Comme dans le mode de réalisation précédent, 11 épaisseur de la couche de graphite qui recouvre le sommet de ces nervures est fonction de la reprise élastique de ce matériau ainsi que du serrage à obtenir. En outre, ce-serrage est limité par le contact des nervures 15 avec les brides 22, 24 des tubes à réunir (fig. 5), ce qui permet d'effectuer un serrage efficace en connaissant exactement les limites des efforts à appliquer. On constate que ce joint, comme le précédent, est susceptible de résister à des chocs thermiques fréquents et importants grâce notamment à la reprise élastique du graphite. Il est donc tout particulièrement adapté aux circuits de vapeur constitués par des tubes de petit diamètre. De la même manière que dans le mode de réalisation précédent, la garniture peut être réalisée en un autre matériau que le graphite expansé, dans la mesure où celuici présente des caractéristiques d'élasticité et de résistance aux températures élevées appropriées. Il peut également, dans certains cas, être jugé préférable d'utiliser une âme métallique dont les évidements des deux faces sont confondus. Un tel mode de réalisation est représenté sur les figures 6 et 7. Dans ce cas, l'âme métallique est formée par deux anneaux, respectivement 26 et 28, séparés par un évidement 30 qui traverse de part en part l'épaisseur axiale du joint. De préférence, les faces en regard des anneaux 26 et 28 sont creusées de manière à présenter une gorge 27, 29 de section en V et sont évasées vers l'extérieur, en direction l'une de l'autre. Entre les deux extrémités de l'évidement 30 est placée une garniture 32 formée à l'aide d'un ruban de graphite expansé enroulé coaxialement aux anneaux 26, 28 sur un certain nombre de spires, les spires extrêmes de la garniture 32 étant maintenues entre les pointes des gorges en V 27, 29, respectivement, des anneaux 26, 28. Bien entendu la largeur du ruban qui forme la garniture 32 est supérieure à#l'épaisseur axiale des anneaux 26,28. Pour former une garniture compacte, l'enroulement 32 est moulé à l'intérieur de l'évidement 30 de façon à épouser la forme de cet évidement en pénétrant dans le fond des gorges 27, 29, ainsi que le montre la figure 7. En conséquence la section de la garniture 32 terminée a une forme ovoïde qui remplit totalement l'espace entre les deux anneaux mais fait saillie en un bourrelet annu laire sur chacune des faces opposées de l'âme métallique constituée par ces deux anneaux. Le joint d'étanchéité ainsi obtenu agit de la même manière que les joints précédents, c'est-à-dire qu'il présente aux brides à réunir les saillies formées par la garniture, mais que le serrage comprime cette garniture jus qu'à permettre le contact des brides avec le métal des anneaux 26 et 28. Lorsque ce contact est atteint, le serrage est terminé. L'étanchéité est toutefois assurée par la reprise élastique du graphite qui constitue la garniture 32, cette reprise élastique permettant à la garniture de s'adapter aux variations de température et notamment aux chocs thermiques auxquels est soumis le joint. De même que dans les joints précédents, l'expansion ou le fluage de la garniture 32 est limité par llan- neau interne 26 et ne peut atteindre l'orifice central 20 de l'âme du joint, c'est-à-dire entrer en contact avec le fluide qui circule dans les tubes. Tout laminage du graphite par la vapeur est également évité. Bien entendu, la forme et la profondeur des rainures peuvent varier. Par exemple, comme le montre la figure 5, les rainures 14 et 18 peuvent avoir une forme en queue d'aronde pour assurer une meilleure retenue du graphite. - REVENDICATIONS 1 - Joint d'étanchéité, caractérisé en ce qu'il comporte une âme métallique annulaire (I) comportant au moins une rainure circulaire (6,8,14,18,30) sur chacune de ses faces, qui est espacée de l'orifice central (20) du joint, et une garniture (10,16,32) en un matériau réfractaire à haute température et ayant une bonne reprise élastique, placée dans la rainure et faisant saillie audessus de celle-ci d'une hauteur fonction de son élasticité et lui permettant d'être comprimée jusqu'à l'affleurement de l'âme métallique lors du serrage. 2 - Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la garniture (1Q) est formée par une feuille de graphite expansé découpée et collée dans la rainure (6, 8). 3 - Joint suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'âme comportant plusieurs rainures (14, 18) coaxiales, la garniture (16) recouvre les nervures (15) qui séparent les rainures (14) dans lesquelles elle est placée. 4 - Joint suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la rainure la plus interne (18) est vide avant serrage et joue le rôle de collecteur pour le graphite refoulé lors du serrage. 5 - Joint suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les rainures (14, 18) des deux faces opposées de l'âme métallique (1) sont décalées radialement. 6 - Joint suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les rainures (30) des deux faces opposées de l'âme correspondent et communiquent entre elles pour former un évidement unique dans lequel est enroulé un ruban de graphite expansé. 7 - Joint suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les faces latérales de l'évidement (30) comportent des gorges en V (27, 29) ouvertes en direction l'une de l'autre, et en ce que le ruban de graphite est prémoulé pour remplir ces gorges en faisant saillie de part et d'autre de l'âme métallique (26, 28). 8 - Joint suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la garniture en matériau réfractaire à haute température est une résine thermodurcissable combinée avec des fibres de Monel, d'alumine silice, de polyamide, ou analogue.