Brevet FR2524956A1 — publié le 19831014

La présente invention concerne une soupape pourvue d'un couvercle amovible, comportant au moins un organe d'é- tanchéité entre le carter et le couvercle, des moyens d'ap- pui étant prévus pour comprimer et maintenir en place ledit organe d'étanchéité. En vue d'obtenir, dans une soupape, une étanchéité suf- fisante entre le carter de soupape et son couvercle, l'élé- ment d'étanchéité du couvercle doit être comprimé entre les éléments adjacents Il est connu de comprimer l'élément d'é- tanchéité entre le couvercle et un anneau segmenté, qui est logé dans une gorge prévue dans le carter de soupape Entre l'anneau et la gorge, est maintenu un jeu permettant à l'an- neau de se déplacer dans la gorge en direction de la compres- sion Dans le cas de soupapes à hautes pressions, la pression régnant à l'intérieur de la soupape provoque un déplacement du couvercle relativement au carter de soupape, et, lorsque la pression est relâchée, le couvercle se déplace en revenant dans la direction inverse Ainsi, le couvercle se trouve expo- sé à une sorte de mouvement de pompage qui, à la longue, en- dommagera l'élément d'étanchéité. Il est également connu de comprimer à l'avance directe- ment l'élément d'étanchéité contre le carter de soupape. Dans les modes de réalisation connus de ce genre, on utilise un matériau de joint étanche permettant une élasticité limi- tée Cependant, un tel matériau ne présente qu'une faible ré- sistance aux fluctuations de pression et de température, ce qui cause un déplacement du couvercle par rapport au carter. Les structures connues ne conviennent pas pour des soupapes à haute pression, parce que la durée de vie du type d'étan- chéité traditionnel utilisé est faible et sa fiabilité de fonctionnement est réduite. Les éléments d'étanchéité de couvercles de soupape sont habituellement constitués en graphite ou en produit dé- nommé "amiante blanche" L'élément de joint peut, soit être découpé à partir d'un matériau en feuille, soit être réalisé en matériau en masse, tel que des fibres ou de la poudre, avec addition d'un produit liant et pressage subséquent Ce mode d'élément d'étanchéité n'oppose qu'une faible résistan- ce au mouvement de pompage mentionné plus haut Un graphite recouvert d'amiante blanche, même renforcé avec des fils mé- talliques ou des couches stratifiées, ne convient pas non plus pour étancher un couvercle de soupape à haute pression, parce que le matériau ne présente pas des propriétés de déformation suffisamment élastique. La présente invention a pour but de réaliser un disposi- tif de joint étanche pour couvercle de soupape, qui convienne à l'emploi dans des soupapes à haute pression et qui ait une longue durée de vie et une grande fiabilité En outre, la structure doit rester étanche même à des températures élevées et lorsqu'elle est soumise à d'importantes fluctuations de température ou de pression. Le dispositif de la présente invention est caractérisé en ce que, d'une part, l'élément d'étanchéité est maintenu sous une charge de compression entre le couvercle et le car- ter de soupape, et, d'autre part, l'lément choisi est élasti- quement compressible sur au moins 5 % et, de préférence, au moins 10 %. Avec la compression préalable de l'élément entre le couvercle et le carter de soupape, cet élément reste étanche en dépit des mouvements du couvercle causés par des fluctua- tions de pression et/ou de température En utilisant un élé- ment d'étanchéité constitué en un matériau compressible et élastique, dont là compressibilité élastique est supérieure à 5 ', et, de préférence, à 10 ou 20 O', les variations des conditions d'étanchéité dues à des variations du jeu, causées par une dilatation thermique ou de pression ne provoquent pas de fuite. De préférence, le couvercle de soupape est pourvu d'une protubérance radiale, analogue à une bride, qui comprend une surface d'appui agissant sur l'élément d'étanchéité Cette surface d'appui est orientée judicieusement perpendiculaire- ment à la direction de mobilité du couvercle Le couvercle est réglable en position par rapport au carter de soupape, en direction axiale de la tige de soupape, au moyen d'un or- gane de support fixé à demeure sur le carter de soupape et d'organes de transmission de forces agissant entre l'organe de support et le couvercle Le réglage de position du couver- cle a pour effet de presser l'élément à joint étanche entre la surface d'appui du couvercle et une autre surface d'appui connectée rigidement au carter de soupape Il est ainsi fa- cile d'exercer une compression préalable correcte sur l'élé- ment d'étanchéité. Suivant un mode de réalisation, l'élément d'étanchéité est constitué par un élément de joint annulaire en graphite, comprimé jusqu'à ses dimensions de montage avant sa mise en place Il peut être réalisé en un matériau de graphite uni- forme en forme de bande, de telle -sorte qu'il comprenne une pluralité de couches radiales La pré-compression de l'élé- ment peut être effectuée à une température comprise entre 15 et + 40 C, plus particulièrement entre + 18 et + 280 C, sous une pression comprise entre 10 et 250 mégapascals de préférence entre 50 et 100 mé'gapascals Cette compression est effectuée dans un moule, qui donne à l'élément de joint là forme désirée De cette manière, l'élément acquiert une densi- té supérieure à 1 50 o kg/m 3 La densité d'un enroulement lar- ge d'environ 25 mm d'une bande de graphite est d'environ 1.6 oo kg/m 3 lorsque la précompression est d'environ 50 méga- pascals En correspondance, une densité d'environ 1 8 oo kg/m 3 est obtenue en utilisant une pression de 100 mégapascals. lorsque la composition du matériau de joint étanche contient environ 99,9 'O de graphite Dans un élément de joint étanche fabriqué de cette manière, les différentes couches tendent à former une masse homogène L'élasticité de ce joint a pour ef- fet qu'il s'adapte de lui-même a la charge, ce qui assure un résultat d'étanchéité amélioré. L'invention est décrite ci-après, à titre d'exemples, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une soupape avec couvercle et dispositif d'étanchéité conforme à l'invention, et, la figure 2 est une vue en coupe par II-II de la fi- gure 1. Dans les dessins, la référence 1 distingue un carter de 2524956- soupape comprenant des raccords d'entrée et de sortie 2 et une partie de fond 23, ainsi qu'une tige de soupape 3 ayant à son extrémité inférieure un organe obturateur de soupape , déplaçable pour fermer et ouvrir le canal d'écoulement 2. L'application de l'invention n'est pas limitée à la soupape à obturateur en forme de coin représentée Elle est aussi bien applicable à une soupape à tige, ou à une soupape d'ar- rêt sans tige de soupape. Le mouvement vertical de la tige 3 peut être obtenu, soit par rotation dans un alésage à filetage intérieur fixe, soit par rotation d'un pignon axialement fixe, ou organe ma- nuel analogue, connecté par engrènement avec la tige de sou- pape Le mécanisme d'entraînement de la tige n'est pas repré- senté, ne faisant pas objet de l'invention. Sur le haut du carter de soupape 1 est appliqué un cou- vercle 6, pourvu d'un perçage 7, à travers lequel passe la tige de soupape 3 Entre la tige 3 et le couvercle 6 qu'elle traverse, est prévue une garniture de joint 8 qui est mainte- nue en place par un manchon 9 chargé axialement par un organe d'appui 10, lequel est relié au couvercle au moyen de boulons 21, d'une plaque annulaire 11 et d'un anneau de blocage 18 (figure 2) La plaque annulaire agit également comme organe d'étanchéité pour le couvercle. Le couvercle 6 est bloqué contre un déplacement vers le haut, au moyen de vis 17, agissant sur une plaque d'appui amo- vible 12, comportant des épaulements 13 dont l'un au moins s'appuie contre un épaulement correspondant 14 du carter de soupape 1 La plaque d'appui 12 est maintenue en place au moyen d'un épaulement 16 engagé dans une chape 15, qui est fixée sur le carter 1 par des vis 22 La plaque annulaire 11 peut être déplacée par rapport à la plaque d'appui 12 et par rapport au corps de carter 1, par les vis ou axes filetés 17, qu 4 transmettent par leur rotation une force de soulèvement sur le couvercle 6, par l'intermédiaire de l'anneau de blo- cage 18. Une bague segmentée 19 comprenant au moins deux, et ha- bituellement quatre segments, est engagée dans une gorge 24 du carter de soupape 1 Le couvercle 6 est pourvu d'une par- tie inférieure 26, ou épaulement en forme de bride Entre la surface 27 de l'épaulement 26 et la bague segmentée 19 est interposée une garniture de joint étanche 20 Entre cette garniture 20 et la bague 19, est prévue une bague métalli- que 25, par laquelle l'effet de la charge est uniformément réparti sur les segments de la bague 19 Une précontrainte dans la garniture de joint 20 est obtenue en disposant le couvercle 6 vers la haut par rapport au carter 1, au moyen des vis 17. La garniture d'étanchéité 20 est formée, par exemple, par une bande de graphite enroulée en couches et pressée. Les couches constituant la bande 20 sont disposées l'une au- dessus de l'autre en direction radiale de la tige 3. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisa- tion représenté, mais diverses variantes peuvent être appor- tées sans sortir, pour autant, du domaine de protection. R E V E N D I C A T I O N S 1 Soupape comprenant un corps de carter(l),avec un couvercle amovible( 6), au moins un organe d'étanchéité( 8)de joint entre ce carter(l)et ce couvercle( 6),des moyens d'ap- pui( 12-17)étant prévus pour comprimer l'organe d'étanchéité et le maintenir en place soupape caractérisée en ce que de l'organe d'étanchéité( 8)est maintenu sous une charge'com- oe pression entre le couvercle( 6)et le carter de soupape( 11 et il est constitué en un matériau qui est élastiquement com- pressible sur au moins 5 % et, de préférence, au moins 10 de son volume. 2 Soupape suivant la revendication(l),caractérisée en ce que le couvercle( 6)est pourvu d'une protubérance radiale en forme de bride( 26) ayant une surface d'appui faisant face à l'intérieur du carter(I) et sur laquelle s'applique l'orga- ne d'étanchéité ( 8), le couvercle ( 6) étant ajustable en po- sition vers l'extérieur du carter ( 1), en direction axiale de la tige de soupape ( 3) qui le traverse, au moyen d'organes de charges s'appuyant sur le carter. 3 Soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe d'étanchéité ( 8) est constitué par un anneau de graphite préformé par compression dans sa forme et ses dimensions avant son montage en place. 4 Soupape suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'organe d'étanchéité ( 8) est un organe annulaire for- mé par enroulement d'un matériau en graphite en forme de ban- de, pour former plusieurs couches superposées radialement. Soupape suivant l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que l'organe d'étanchéité ( 8) a été précontraint par compression jusqu'à une densité d'au moins 1 5 oo kg/m 3. 6 Soupape suivant la revendication 5, caractérisée en ce que l'opération de compression préalable a été effectuée avec une pression comprise entre 10 et 250 mégapascals,et, de préférence, entre 50 et 100 megapascals.