Brevet FR2589217A1 — publié le 19870430

La présente invention se rapporte à une étanchéité pour corps rotatif de soupape, en particulier pour des soupapes dans des installations nucléaires,qui se compose d'une pièce façonnée en graphite flexible. Du DE-OS 27 48 135, on connaît une feuille strati- fiée flexible en graphite, qui, entre autres, doit être utilisée comme étanchéité et garniture, et la feuille stratifiée repose contre d'autres matériaux comme par exemple du métal. Le DE-OS 26 12 296 et le DE-PS 20 39 355 décrivent également l'utilisation d'un matériau flexible de graphite pour la fabrication d'étanchéités. Les matériaux flexibles de graphite sont en général connus dans l'état actuel de la technique et, en plus des écrits ci-dessus, ils sont par exemple également décrits dans le DE-OS 28 55 408et le DE-OS 31 17 567. Les avantages essentiels des matériaux flexibles de graphite reposent sur les propriétés suivantes: ils sont étanches aux liquides et aux gaz; ils résistent aux hautes températures; ils résistent aux rayonnements; ils résistent à la plupart des produits chimiques; ils ont une haute flexibilité et une bonne élasticité et servent également, dans de nombreux cas d'uti- lisation,d'étanchéités autolubrifiantes. Cependant, la dernière propriété notée est accompa- gnée de l'inconvénient que le matériau de graphite s'use relativement rapidement dans le cas d'une soupape fréquem- ment actionnée. En termes généraux, le temps de fonctionne- ment d'une telle étanchéité est comparativement faible. Pour des soupapes, qui sont utilisées dans des installations radioactives, par exemple dans des installations pour le retraitement des combustibles nucléaires, le temps de fonctionnement de la soupape a une signification particulière car l'échange des pièces d'usure dans des installations radioactives est très coûteux et les installations doivent alors être mises temporairement hors service, ce qui bien entendu est extrêmement non souhaitable. Des matériaux d'étanchéité en matière synthétique à base de polytétrafluoroéthylène ne se sont pas révélés utiles car le PTFE (polytétrafluoroéthylène), bien que ce soit l'une des matières synthétiques chimiques les plus stables, n'a qu'une résistance minime aux rayonnements et un pouvoir minime de retour élastique. Par conséquent, divers polymères mélangés ont été développés, dont la résistance chimique est cependant encore plus faible. Pour ces raisons, on peut dire que pour des écoulements du procédé purex, l'on ne dispose d'aucune matière synthé- tique pour des étanchéités ayant un temps calculable de fonctionnement. La présente invention a pour tâche d'améliorer l'étanchéité du type cidessus nommé pour qu'elle ait un plus haut temps de fonctionnement. Cette tâche est résolue par le fait que la pièce façonnée est recouverte d'une couche mince et flexible de tantale. En bref, selon l'invention, l'étanchéité se composant d'un matériau flexible de graphite est de plus couverte d'une couche mince et flexible de tantale. Le tantale a une ductilité remarquable, qui est très souhaita- ble dans le but prévu d'utilisation. Le tantale a également de très bonnes propriétés de glissement, donc il ne se produit pas de grippage du corps de soupape. La couche de revêtement en tantale est si mince, selon l'invention, qu'elle reste flexible,ce qui permet de conserver les bonnes propriétés de flexibilité du graphite recouvert de tantale. Il faut de plus remarquer que l'étanchéité selon l'invention est également très bien adaptée à des installa- tions chimiques car le tantale est très stable chimiquement. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre une vue en section transversale d'une soupape avec corps de soupape rotatif selon un exemple de réalisation de l'invention; - la figure 2montre une particularité agrandie de la figure 1; - la figure3 montre une vue en coupe faite suivant la ligne A-A de la figure 1; et - la figure 4 est une vue semblable à la figure 2 d'une variante de l'invention. Des chiffres identiques de référence sur chaque figure désignent des pièces identiques. Sur la figure 1, est représentée schématiquement une cage 1 de la soupape ou respectivement l'armature uniquement. La cage 1 a une ouverture d'entrée 2 et une ouverture de sortie 3, le trajet d'écoulement pouvant être barré par un cône de soupape 4. Le cône de soupape 4 a une ouverture de passage 5 qui se trouve dans le trajet d'écou- lement et effectue, par rotation du cône de soupape, une ouverture ou une fermeture de la soupape. Sur le cône de soupape 4 est emmanchée une pièce façonnée 6 qui a la forme d'un cylindre conique et possède, des deux côtés, face à l'ouverture de passage 5, des évidements 11 (figure 3). La pièce façonnée 6 se compose d'un graphite flexible, qui, pour sa part, est recouvert d'une couche mince et flexible de tantale. Cette couche de tantale est en outre si mince que les propriétés de flexibilité du graphite ne sont pas influencées. La couche en graphite flexible peut être formée de plusieurs couches minces qui sont laminées les unes sur les autres. En des points déterminés, peuvent également être découpés, sur certaines de ces couches, des évidements pour créer des surfaces de décharge pour une répartition plus régulière de la pression. Comme on peut mieux le voir sur les figures 2 à 4, le revêtement en tantale se compose d'un manchon interne de tantale 7 et d'un manchon externe de tantale 8, qui renferment entre eux la pièce façonnée en graphite 6. Des côtés frontaux ainsi que, de plus, dans la zone de l'évide- ment 11, sont prévus des couvercles 9 en tantale qui se trouvent, par des sections, entre le manchon 7 ou respecti- vement 8 et la pièce façonnée 6. Une pleine étanchéifica- tion est obtenue par le fait que les couvercles 9 sont soudés aux manchons interne et externe 7 et 8 et toutes les soudures 10 sont produites favorablement par soudage par bombardement électronique que l'on peut exactement focaliser. Le scellement des côtés frontaux selon la figure 2 se pro- duit d'une manière identique et également le scellement des évidements 11 situés face aux ouvertures de passage 5. La pièce façonnée en graphite est ainsi hermétiquement encapsulée dans une enveloppe mince en tantale. La pièce façonnée ainsi encapsulée est fixée au cône de soupape 4 par une attache 12 en forme d'encadrement. Il se produit ainsi une fixation de la pièce façonnée aussi bien en direction axiale qu'en direction de rotation. Une rainure 13 passe autour des ouvertures de passage 5 se trouvant des deux côtés du cône de soupape 4, dans laquelle est disposée l'attache 12 en forme d'encadrement. La fixation se produit par une adaptation à la presse. Dans l'exemple représenté de réalisation, l'ouverture de passage et l'attache sont rectangulaires en vue en plan. Naturellement, on peut également prévoir des ouvertures circulaires, ovales ou autres. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le couvercle côté frontal 9 est un peu rabattu de façon que ses branches courtes passent sur la pièce façonnée en graphite 6. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, les couvercles 9 ont par contre la forme de disques annu- laires qui sont soudés, sans être rabattus, aux soudures 10, avec les manchons 7 et 8. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1 est également représentée la disposition précise du corps de soupape avec l'étanchéité selon l'invention. Le corps de soupape possède, à son extrémité avant pointue, un segment cylindrique 15 qui s'engage dans un évidement cylindrique de la cage. En partant de l'ouverture de passage, la cage possède, dans la zone des extrémités avant du corps de soupape, un premier siège conique de soupape 17 dans lequel est guidée l'étanchéité selon l'invention. Par un échelon 18 se raccorde un second siège conique de soupape 19 d'un plus petit diamètre, ce diamètre correspondant à peu près au diamètre du cône de soupape 4 devant s'y trouver. L'évidement cylindrique 21 de la cage suit alors, par un autre échelon 20. De l'autre côté du cône de soupape 4 est également prévu un siège conique de soupape 22, dans lequel est guidée l'autre extrémité de l'étanchéité. Une ouverture cylindrique 23 de la cage s'y raccorde, dont le diamètre est plus important, à peu près de l'épaisseur de l'étan- chéité, que le diamètre de la pièce cylindrique arrière 16 2 5 8 9 2 1 7 du corps de soupape. Son diamètre est dimensionné de façon que le corps de soupape puisse être inséré axialement avec étanchéité mise en place (de la droite à la gauche sur la figure 1). Un domaine préféré d'utilisation de l'invention est une étanchéité pour soupapes coniques dans des écoule- ments du procédé purex, o les composants fonctionnels sont en un matériau résistant aux rayonnements, flexible et résistant à la corrosion. Avec l'étanchéité selon l'invention, on obtient des temps de fonctionnement nette- ment prolongés et ainsi également des intervalles prolon- gés entre les entretiens ou respectivement les échanges. Un autre domaine préféré de l'invention réside dans l'utilisation de l'étanchéité dans des installations chimiques comme par exemple dans le cas de produits chimiques qui n'attaquent pas le tantale. Le tantale est en outre un matériau résistant absolument à la corrosion dans HNO3 et beaucoup d'autres produits chimiques. Le graphite flexible entouré par le tantale conserve, contrairement aux matières synthétiques, ses propriétés, même à des températures au delà de 150 C. Il ne coule pas et ne se modifie pas chimiquement,même par inclusion dans le tantale. R EV E N DI C A T I 0 NS 1.- Etanchéité pour corps rotatif de soupape, en particulier pour des soupapes dans des installations nucléaires, se composant d'une pièce façonnée en graphite flexible, caractérisée en ce que la pièce façonnée (6) est recouverte d'une couche mince et flexible (7, 8, 9) de tantale. 2. - Etanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce façonnée en graphite (6) est un manchon conique, qui est recouvert de tous côtés de la couche (7, 8, 9) de tantale. 3.- Etanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que la couche de tantale se compose de manchons interne et externe coniques en tantale (7 et 8) et de deux couvercles frontaux (9). 4.- Etanchéité selon la revendication 3, caractérisée en ce que les couvercles (9) sont soudés aux manchons interne et externe en tantale (7 et 8). 5.- Etanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce façonnée en graphite (6) est reliée, solidaire en rotation avec le revêtement de tantale, au corps de soupape au moyen d'attaches en forme d'encadrement (12) qui s'enga- gent dans des évidements (11) de la pièce façonnée (6) qui se trouvent face aux ouvertures de passage (5) du cône de soupape (4), et sont fixéespar adaptation à la presse, dans des rainures (13) du cône de soupape (4) sur le corps de soupape. 6.- Etanchéité selon la revendication 5, caractérisée en ce que les évidements (11) sont étanchéifiés par des bandes de scellement en tantale, correspondant aux côtés frontaux des bandes de scellement selon la revendication 3. 7.- Etanchéité selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que les attaches (12) en forme d'encadrement dépassent moins, en direction radiale,du siège de soupape (4) que la pièce façonnée (6) avec les manchons (7, 8) en tantale.