Brevet FR2631414A3 — publié le 19891117

FR 2631414 A3 19891117 FR 8906457 A 19890512 GARNITURE DE PRESSE-ETOUPE L'invention concerne une garniture de presse-étoupe pouvant être montée axialement pour réaliser l'étanchéité entre un alésage pratiqué dans un boîtier et un élément cylindrique mobile dans cet alésage, comportant des bagues d'étoupage en une matière d'étanchéité pouvant être déformée, qui sont disposées dans l'alésage du boîtier et dont les chemises extérieure et intérieure sont en contact étanche avec le boîtier et- l'élément cylindrique, au moins une bague d'étoupage contenant du graphite. De telles garnitures de presse-étoupe se sont bien imposées et leur qualité s'est avérée très bonne en comparaison avec des garnitures ne contenant pas de graphite. L'étanchéité obtenue est satisfaisante pour les applications normales, bien que, selon les sollicitations respectives, un resserrage axial, c'est-à-dire une compression plus poussée, puisse être nécessaire le cas échéant. L'étanchéité obtenue par de tels dispositifs est insuffisante lorsqu'il est nécessaire de réaliser l'étanchéité d'espaces contenant des fluides polluants pour l'environnement, parce que, dans ce cas, malgré un resserrage axial, de tels fluides s'échappent en quantité inadmissible. L'invention vise à l'amélioration de l'étanchéité du mode de montage connu pour de telles garnitures de telle sorte que même des fluides fortement nocifs puissent être retenus de manière suffisamment étanche.On a constaté que ceci peut être obtenu d'une manière simple par le fait qu'au moins l'une des bagues d'etoupage contenant du graphite est munie, au moins du côté tourné vers la pression négative, dtun élément de recouvrement de forme annulaire, imperméable au fluide à étancher et, au droit de son diamètre intérieur, d'un élément racleur en matière plastique. Cet agencement permet d'obtenir une combinaison de plusieurs effets. Par l'élément de -recouvrement annulaire, on empêche tout d'abord, avec la bague presse-étoupe contenant du graphite, la pénétration ou l'échappement d'un fluide susceptible de diffuseur, en sorte que, grâce à la présence de l'élément racleur, on obtient une étanchéité complémentaire lors du déplacement de l'élément cylindrique mobile et éventuellement également rotatif, ainsi qu'un effet de raclage s'exerçant sur les particules de graphite adhérant sur cet élément. On obtient' ainsi une très bonne étanchéité et, si l'on choisit correctement la matière de l'élément racleur, une faible usure de telle sorte que l'on peut éviter dans une large mesure toute compression axiale ultérieure et rendre superflus, dans de nombreux cas, les joints à soufflet en accordéon. D'autres perfectionnements sont spécifiés dans les sousrevendications. L'invention est expliquée ci-après plus en détail, en se référant aux exemples de réalisation représentés sur le dessin, sous la forme d'une soupape à piston (vue en coupe). Comme on peut le voir sur la figure 1, cette soupape est constituée d'un boîtier 1 (les extrémités de raccordement n'ont pas été représentées) dans l'alésage duquel sont montées une bague d'étanchéité inférieure 2 et une bague d'étanchéité supérieure 3, lesquelles sont séparées l'une de l'autre par une pièce d'écartement 4 du type cage. Ces bagues d'étanchéité coopèrent avec un piston 5 qui, au moyen d'une tige 6, est mobile axialement entre une position d'ouverture haute et une position de fermeture basse. Dans la position de fermeture représentée, ce piston 5 est en liaison étanche avec les deux bagues d'étanchéité, de telle sorte que le flux entre l'un des orifices 1' du boîtier et l'autre orifice 1 " du boîtier est interrompu.Dans la position d'ouverture, le piston 5 ne coopère plus qu'avec la bague supérieure 3 et le passage entre les orifices 1' et 1" est libéré. La tige 6 est reliée par une liaison filetée (non représentée) à une partie supérieure 7. Cette partie supérieure 7 pénètre par une saillie tubulaire 8 dans l'alésage du boîtier, la liaison par vissage 9 entre le boîtier 1 et la partie supérieure 7 servant également à maintenir les bagues d'étanchéité 2 et 3 sous une pression axiale pour réaliser une étanchéité suffisante entre le piston et le boîtier au moyen de ces bagues. Ce système d'étanchéité constitue donc un joint à garniture pour presse-étoupe pouvant être serré axialement. La bague d'étanchéité inférieure 2 peut par exemple être réalisée en graphite. La bague supérieure 3 est constituée d'une bague d'étoupage 3' constituée en un granulat de graphite (contenant éventuellement des additifs) d'une densité approximative de 1,8. Sur les côtés frontaux supérieur et inférieur sont prévues des rondelles d'étoupage 3" en PTFE (polytetrafluoréthylène) de 1 mm d'épaisseur, qui peuvent être collées sur la bague en graphite 3' pour faciliter le montage, du PTFE fritté pouvant être utilisé pour élargir le domaine d'application. Etant donné que ces rondelles en PTFE, à cause de leur faible épaisseur, se déforment, mais dans une faible proportion seulement, elles peuvent assurer aussi bien la fonction de recouvrement latéral de la bague d'étoupage que la fonction de raclage au droit du diamètre intérieur. Cet agencement, selon l'invention, du presse-étoupe améliore considérablement l'effet d'étanchéité vers l'extérieur. En effet, si l'on soumet une soupape ainsi équipée à un essai en vapeur saturée à la pression de 40 bars (2500C), cette soupage présente, avant l'essai, sous une pression de contrôle de 30 bars, une étanchéité de 4.10-5 mbar.l/sec, essai réalisé au moyen d'un instrument de contrôle d'étanchéité à hélium. Sans serrage axial ultérieur, ce défaut d'étanchéité très minime augmente légèrement jusqu'à ce que l'on atteigne les 1000 manoeuvres et se maintient ensuite, jusqu'au total de 10.000 manoeuvres effectuées, entre 10-3 et 10-4 mbar.l/sec, cette dernière valeur correspondant à une fuite de 0,006 cm3/min.Cette étanchéité obtenue sans serrage ultérieur permet déjà une comparaison avec de nombreux joints à soufflet en accordéon. Dans un autre mode de réalisation identique au précédent, sauf en ce qui concerne les rondelles 3" en PTFE qui ont été supprimées, on obtient dans les mêmes conditions, avant l'essai, une étanchéité de 3.10-2 mbar.l/sec, ce défaut d'étanchéité augmentant rapidement et s'élevant à 102 mbar.l/sec dès les 1000 premières manoeuvres, ce qui, en d'autres termes, correspond à une fuite de 6 1/min. Il est à mentionner que lors d'un essai réalisé avec un gaz sec (au lieu de vapeur saturée) la différence entre les résultats obtenus est encore plus grande. La figure 2 montre en coupe un autre mode de réalisation de la bague d'étanchéité supérieure pour une soupape à piston conforme à celle de la figure 1. Il s'agit d'une bague d'étoupage 11' contenant du graphite, recouverte en haut et en bas d'une rondelle 11" en matière plastique qui est réalisée, du. côté du diamètre intérieur, de manière à constituer une seule pièce avec un élément racleur en forme de lèvre. Dans ce cas, la matière plastique est un polyimide. Cette matière autor-ise des températures beaucoup plus élevées que le PTFE et, d'autre part, est beaucoup moins déformable, de telle sorte qu'avec une pression entre l'élément d'écartement 4 et la saillie 8 de la partie supérieure, aucune déformation radiale ne se produit et que, par conséquent, il est nécessaire de monter la lèvre prévue sur le piston 5 en prévoyant un certain sous-dimensionnement. Le joint à presse-étoupe représenté sur la figure 2 peut donc supporter des sollicitations thermiques considérablement plus élevées tout en exerçant, malgré cela, un excellent effet d'étanchéité. Lors d'un essai similaire à celui mentionné pour le mode de réalisation représenté sur la figure 1, on obtient une étanchéité initiale. de 5 .10-3 mbar.l/sec. Après 5000 et 7500 manoeuvres avec de l'hélium à 30 bars, on conserve une étanchéité de 5.10-3 mbar.l/sec, étanchéité qui toutefois s'abaisse après 10.000 manoeuvres jusqu'à 4.10i avec de l'hélium à 30 bars. Les valeurs d'étanchéité sont donc encore considérablement-meilleures même avec ces éléments d'étanchéité permettant des sollicitations plus élevées que celles obtenues lors de l'essai de controle mentionné ci-dessus avec un joint d'étanchéité selon la technique connue. Mais il est également possible de prévoir un diamètre extérieur considérablement plus faible pour la rondelle supériere 11" placée du côté de la pression négative, munie selon la figure 2, d'une lèvre sur son diamètre intérieur, pour autant que cette rondelle, comme dans l'exemple précédent, se trouve comprimée par la saillie 8 de la partie supérieure, parce que, dans ce cas; sa face frontale exerce directement l'effet d'un élément de recouvrement. Mais il est également possible de réaliser la rondelle inférieure 11" avec un diamètre extérieur plus faible, parce que, dans ce cas, la face frontale supérieure de l'élément d'écartement 4 exerce la fonction d'un élément de recouvrement. REVENDICATIONS =:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:= 1. Garniture de presse-étoupe pouvant être montée axialement pour réaliser l'étanchéité entre un alésage pratiqué dans un boîtier (1) et un élément cylindrique (5) mobile dans cet alésage, comportant des bagues d'étoupage (3) en une matière d'étanchéité pouvant être déformée, qui sont disposées dans l'alésage du boîtier et dont les chemises extérieure et intérieure sont en contact étanche avec le boîtier (1) et l'élément cylindrique (5), au moins une bague d'étoupage (3) contenant du graphite, caractérisée par le fait qu'au moins l'une des bagues (3') contenant du graphite est munie, au moins sur sa surface tournée vers la pression négative, d'un élément de recouvrement de forme annulaire, imperméable au fluide à étancher et, au droit de son diamètre intérieur, d'un élément racleur en matière plastique. 2. Garniture de presse-étoupe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément de recouvrement est réalisé sous la forme d'une rondelle en matière plastique (3") et constitue une seule pièce avec l'élément racleur réalisé sous la forme d'un lèvre. 3. Garniture de presse-étoupe selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la rondelle (3") en matière plastique a une épaissuer maximale de 2 mm, l'épaisseur de la bague d'étoupage (3') étant un multiple dc l'épaisseur de la rondelle en matiere plastique (3"). 4. Garniture de presse-étoupe selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que la rondelle en matière plastique (3") est réalisée en polytetrafluoréthylène. 5. Garniture de presse-étoupe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément racleur réalisé en matière plastique, sous la forme d'une lèvre, coopère avec une rondelle métallique de recouvrement (3") qui recouvre ledit élément racleur ainsi que la face frontale de la bague qui lui est associée, la rondelle (3") présentant un certain jeu par rapport à l'élément cylindrique (5). 6. Garniture de presse-étoupe selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par'le fait que l'élément de recouvrement (3") est relié de manière fixe à la bague d'étoupage (3'), de préférence par collage. 7. Garniture de presse-étoupe selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'une bague d'étoupage (3') comprenant du graphite, s'applique directement sur la bride du presse-étoupe dont la face frontale forme l'élément de recouvrement imperméable, laquelle bride coopère avec l'élément racleur.