Brevet FR2617561A1 — publié le 19890106

L'invention concerne un dispositif d'étanchéité for- mant presse-garniture, comportant un boîtier et une bride ain- si qu'une multiplicité de bagues de garniture, qui s'appli- quent d'une manière étanche d'une part contre le boîtier et d'autre part contre un arbre ou une tige mobile, au moins l'une des bagues de garniture étant réalisée sous la forme d'une ba- gue en graphite pressé et enroulé, tandis que les autres ba- gues sont réalisées sous la forme d'une bague de fond ou d'une bague de couverture. Il va de soi que, lorsque le dispositif d'étanchéité formant pressegarniture est à l'état monté, la bride repousse suffisamment fortement l'ensemble formé des bagues de garnitu- re ou bagues d'étanchéité dans la direction axiale de manière que ces bagues s'appliquent d'une manière étanche radialement d'une part contre l'arbre ou la barre mobile et d'autre part contre le boîtier du dispositif d'étanchéité. L'expression "ba- gue en graphite pressé et enroulé" désigne des bagues de gar- niture pressées possédant une constitution particulière. Elles sont constituées par une bande de graphite expansé et par un insert en forme de bande métallique, ces éléments étant enrou- lés en spirale pour former une bague. L'ébauche ainsi formée est pressée et moulée dans la direction axiale dans un outil approprié, auquel cas la bande s'entasse selon des lois statis- tiques avec une forme plus ou moins ondulée ou plus ou moins en zig-zag. Les dispositifs d'étanchéité formant presse-garniture (connus dans la pratique) se sont avérés satisfaisants et sont particulièrement bien appropriés pour leur utilisation sur des queues de soupapes à haute pression, en raison de la présence de la bague en graphite pressé et enroulé. Ceci est valable notamment pour des soupapes commandant le passage d'une vapeur à haute pression. Cependant il peut apparaître des défauts d'étanchéité lorsque la résistance intérieure du matériau de la bague en graphite pressé et enroulé est inférieure aux ten- sions qui sont -déclenchées dans la bague en graphite pressé et enroulé sous l'effet de forces d'adhérence, lors de l'ac- tionnement des queues de soupape. Les forces d'adhérence dépen- dent de- la qualité de surface de la queue de soupape et peu- vent devenir très élevées notamment lorsque la queue de soupa- pe est actionnée uniquement de temps à autre ou bien que la qualité de surface de la queue de soupape ne correspond pas aux prescriptions. Alors, lors de l'actionnement, la queue de soupape peut extraire des éléments de graphite du matériau com- posite de la bague en graphite pressé et enroulé, jusqu'à pro- voquer l'apparition d'un défaut d'étanchéité et, dans un tel cas, le fluide sous pression, fortement contraint, peut "éjec- ter par effet de soufflage la garniture", ce qui entraîne l'ap- parition d'un danger. Les bagues de fond et de couverture cons- tituées habituellement par un tissu dans de tels dispositifs d'étanchéité en forme de presse-garniture, ne peuvent pas em- pêcher ce phénomène. L'invention a pour but de développer un dispositif d'étanchéité formant presse-garniture du type indiqué de ma- nière que l'éjection par soudage décrite ne puisse plus se pro- duire. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâ- ce au fait qu'au moins l'une des bagues de garniture est réa- lisée sous la forme d'une bague stratifiée et est formée par pressage de disques annulaires empilés formés d'une feuille de graphite expansé. Conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, la bague stratifiée possède des cou- ches en forme de bagues intercalaires formées d'une feuille métallique et situées entre les disques annulaires en graphite expansé. La bague stratifiée peut posséder au moins une couche formant bague de recouvrement inférieure ou supérieure, qui est également constituée par une feuille métalligue. Conformé- ment à une forme de réalisation préférée de l'invention, la feuille métallique est constituée par un acier spécial, notam- ment un acier austénitique au chrome-nickel. Les dispositifs d'étanchéité formant presse-garniture possédant la constitution décrite peuvent comporter un grand nombre de bagues de garniture ou d'étanchéité. L'enseignement apporté par l'invention peut être mis en oeuvre dans ce grand nombre de bagues de garniture d'étanchéité, grâce à différen- tes combinaisons de telles bagues. Ce qui est important c'est de prévoir au moins une bague stratifiée et une bague en gra- phite pressé et enroulé. En général on peut réaliser la bague de couverture et la bague de fond sous la forme d'une bague stratifiée. Il entre dans le cadre de l'invention de réunir au moins une bague en graphite pressé et enroulé et au moins une bague stratifiée pour former une structure unitaire. L'in- vention porte également sur un dispositif d'étanchéité formant presse-garniture possédant la constitution décrite et utilisa- ble pour des queues de soupape, notamment des queues de soupa- pes commandant le passage d'une vapeur à haute pression, et comportant au moins une bague centrale en graphite pressé et enroulé et au moins une bague de couverture réalisée sous la forme d'une bague stratifiée. On connaît des bagues d'étanchéité, qui sont consti- tuées par une feuille métallique, notamment une feuille d'acier spécial, et d'un revêtement constitué pour sa part par du gra- phite expansé. On les utilise en général par exemple en tant que joints d'étanchéité de culasse et non sous la forme de ba- gues stratifiées possédant la constitution décrite. Conformé- ment à l'invention de telles bagues d'étanchéité sont formées par la combinaison d'au moins une bague stratifiée et d'au moins une bague en graphite pressé et enroulé. En ce qui con- cerne la bague stratifiée, avec laquelle on travaille confor- mément à l'invention, on peut assurément également ne pas pré- voir les couches formant bagues intermédiaires, qui sont cons- tituées par une feuille métallique conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention. Assurément, dans le cas de la combinaison conforme à l'invention de ba- gues de garniture, le graphite reste un matériau mou et en particulier, dans le cas de la combinaison conforme à l'in- vention de bagues de garniture, la résistance intérieure du matériau peut être inférieure aux contraintes indiquées, déclenchées par des forces d'adhérence. La bague stratifiée apporte cependant son assistance au rôle exercé par la bague pressée et enroulée. Elle agit quasiment à la manière d'un "segment racleur" et empêche par conséquent l'adhérence à la queue de soupape. Si la bague stratifiée est constituée uni- quement par des disques annulaires empilés constitués par une feuille de graphite expansé, la résistance intérieure du ma- 2617 5 6 1 tériau de ces bagues stratifiées dans la direction radiale est en général supérieure à la résistance intérieure du matériau des bagues en graphite pressé et enroulé dans la direction ra- diale. Mais même lorsque des morceaux da graphite sont extraits de ces bagues stratifiées par la queue de soupape, par suite de l'effet indiqué plus haut, il n'apparaît aucun défaut d'étan- chéité dans les bagues stratifiées et au contraire on observe un effet d'auto-réparation. En particulier les bagues strati- fiées, qui possèdent des couches formées de bagues intercalai- res et éventuellement des couches formées de bagues de recou- vrement formées d'une feuille métallique, restent étanches. Ici une action d'étanchéité supplémentaire de type labyrinthe est réalisée par la feuille métallique. Dans tous les cas il n'apparaît plus aucun effet d'éjection par soufflage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une coupe axiale d'un dispo- sitif d'étanchéité formant presse-garniture conforme à l'in- vention; et - la figure 2 représente une vue à plus grande échel- le de la partie A de l'objet de la figure 1. Le dispositif d'étanchéité formant presse-garniture représenté sur les figures possède un boîtier 1 et une bride 2 ainsi qu'une multiplicité de bagues de garniture ou bagues d'étanchéité 3,4,5. Les bagues de garniture 3,4,5 s'appliquent d'une manière étanche d'une part contre le boîtier 1 et d'au- tre part contre un arbre ou une tige mobile 6. Il peut s'agir en particulier de la queue d'une soupape à haute pression. Au moins l'une des bagues d'étanchéité, dans le cas de l'exemple de réalisation la bague médiane, est réalisée sous la forme d'une bague en graphite pressé et enroulé 4, possédant une hau- teur relativement importante. Par ailleurs il est prévu une bague de fond 3 et une bague de couverture 5. Au moins l'une des bagues de garniture 3 ou 5 est réa- lisée sous la forme d'une bague stratifiée. En particulier la figure 2 montre clairement qu'une bague stratifiée est formée par pressage de disques annulaires empilés 7 formés d'une feuille de graphite expansé. Dans l'exemple de réalisation et con- formément à une forme de réalisation préférée de l'invention, il est prévu ds couches formant bagues intermédiaires 8 for- mées d'une feuille métallique, et en outre on note la présence d'une couche formant bague de couverture 9 formée d'une feuille métallique. La feuille métallique peut être réalisée au moyen d'un acier spécial. Si la garniture du dispositif d'étanchéité formant presse-garniture est formée de plus de trois bagues de garni- ture, la bague stratifiée présente dans l'ensemble des bagues de garniture peut être insérée en différents emplacements. Dans l'exemple de réalisation, aussi bien la bague de fond 3 que la bague de couverture 5 sont réalisées sous la forme d'une bague stratifiée. Le dispositif d'étanchéité formant presse- garniture représenté est destiné à être utilisé notamment avec des queues de soupape à haute pression, notamment des soupapes commandant le passage d'une vapeur à haute pression, utilisée dans le fonctionnement d'installations génératrices d'énergie. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité formant presse-garniture, comportant un boîtier (1) et une bride (2) ainsi qu'une multi- plicité de bagues de garniture (3,4,5), qui s'appliquent d'une manière étanche d'une part contre le boîtier (1) et d'autre part contre un arbre ou une tige mobile (6), au moins l'une des bagues de garniture (3,4,5) étant réalisée sous la forme d'une bague en graphite pressé et enroulé, tandis que les au- tres bagues sont réalisées sous la forme d'une bague de fond ou d'une bague de couverture, caractérisé en ce qu'au moins l'une des bagues de garniture (3,4,5) est réalisée sous la for- me d'une bague stratifiée et est formée par pressage de dis- ques annulaires empilés (7) formés d'une feuille en graphite expansé. 2. Dispositif d'étanchéité formant presse-garniture selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague stra- tifiée (3 et/ou 5) comporte des couches formant bagues inter- calaires (8) formées d'une feuille métallique, insérées entre les disques annulaires (7) formés degraphite expansé. 3. Dispositif d'étanchéité formant presse-garniture selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la bague stratifiée (3 et/ou 5) possède au moins une couche formant bague de couverture (9), constituée par une feuille métallique. 4. Dispositif d'étanchéité formant presse-garniture selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la feuille métallique est constituée par un acier spécial et notamment par un acier austénitique au chrome-nickel. 5. Dispositif d'étanchéité formant presse-garniture selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bague de fond (3) et/ou la baguedel'ouverture (5) sont réalisées sous la forme d'une bague stratifiée. 6. Dispositif d'étanchéité formant presse-garniture selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une bague en graphite pressé et enroulé (4) et au moins une bague stratifiée (3 et/ou 5) sont réunies sous la forme d'une structure unitaire. 7. Dispositif d'étanchéité formant presse-garniture selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, destiné à être utilisé pour des queues de soupapes, notamment des queues de soupapes commandant le passage d'une vapeur à haute pression, et comportant au moins une bague centrale en graphite pressé et enroulé (4) et au moins une bague de couverture (5) réali- sée sous la forme d'une bague statifiée.