Brevet FR2680219A1 — publié le 19930212

BOUCHON AUTOCLAVE POUR CONTENEUR ETANCHE HAUTE PRESSION ET HAUTE TEMPERATURE DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un conteneur étanche à l'intérieur duquel peut régner une haute pression et éventuellement sous une haute température. Une application particulière est prévue pour les extracteurs des installations d'extraction par fluides supercritiques. ART ANTERIEUR ET PROBLEME POSE Dans le cadre de la fermeture d'un conteneur étanche, on sait utiliser un bouchon vissé sur le conteneur. Comme l'illustre la figure 1, un exemple de ce type de fermeture comprend quatre pièces principales. Un conteneur 1 est évidemment surmonté d'un bouchon 2 qui obstrue complètement l'entrée du conteneur 1. Un joint d'étanchéité 3 est placé entre le conteneur 1 et le bouchon 2. Ce joint assure l'étanchéité par serrage à l'aide d'un écrou de serrage 4 qui plaque le bouchon 2 contre le conteneur 1 et qui comprime le joint d'étanchéité 3 placé entre le conteneur 1 et le bouchon 2. La fermeture et l'étanchéité complète sont obtenues une fois que l'on obtient le contact du bouchon 2 sur le conteneur 1.On note toutefois que L'effort de réaction développé par le joint d'étanchéité 3, pendant sa compression, est repris par l'écrou de serrage 4 qui se trouve ainsi sous contrainte mécanique pendant toute la rotation due au serrage. Cette solution ne peut donc pas être utilisée au-delà d'un certain diamètre de bouchon, car plus le joint d'étanchéité 3 est grand, plus L'effort nécessaire à sa compression est élevé, ni dans le cas des hautes températures qui nécessitent l'utilisation de joints métalliques ou "graphite" à effort de serrage élevé. Ainsi, l'écrou 4 risque de gripper au niveau de son filetage 5. De ce fait, le serrage correct du bouchon 2 sur le conteneur 1 ne peut plus être assuré car le coefficient de frottement se modifie de façon aléatoire. Une solution consiste à serrer le joint d'étanchéité 3 par un moyen extérieur, par exemple un vérin hydraulique et d'approcher ensuite L'écrou 4 à la main jusqu'à obtenir le contact du bouchon 2 sur le conteneur 1. Mais. pour éviter la décompression du joint d'étanchéité 3, lors de la suppression du vérin, il est nécessaire d'appliquer à L'écrou 4 un important couple de serrage correspondant à l'effort développé par le joint d'étanchéité 3. Ceci nécessite une légère rotation supplémentaire de L'écrou 4 et le risque de grippage lors du serrage est maintenu. En se référant maintenant à la figure 2, on connaît par la demande de brevet français déposée le 23 janvier 1981, sous le numéro de dépôt 81 01250, une autre solution. Elle consiste à utiliser le principe d'un serrage élastique induit. Ce type de fermeture évite tous les risques de grippage ci-dessus mentionnés. Par contre, il nécessite l'utilisation d'un moyen extérieur, du type vérin hydraulique, pour comprimer les joints d'étanchéité 8 et 10 bloqués entre le bouchon 7 et le conteneur 9 et entre le bouchon 7 et une pièce de serrage 11. Dans certains cas, cette contrainte peut rendre la solution impossible. Le but de L'invention est de remédier aux inconvénients relatifs aux solutions citées ci-dessus. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'objet principal de l'invention est un bouchon autoclave pour conteneur étanche haute pression devant être vissé sur le conteneur qui comprend une surface cylindrique interne et comportant au moins un joint d'étanchéité à placer entre le bouchon et le conteneur, de manière à pouvoir être comprimé et assurer l'étanchéité du conteneur. Selon l'invention, on utilise - un logement radial pour le joint d'étanchéité, de manière à placer ce dernier contre la surface interne cylindrique du conteneur ; - des moyens pour serrer le joint d'étanchéité contre cette surface interne cylindrique. Dans la réalisation principale de l'invention, le logement est constitué par une face d'une partie fixe du bouchon qui est placée dans Le conteneur et une face d'une partie mobile du bouchon par rapport à la partie fixe dans la direction de la fermeture. Les moyens pour serrer le joint d'étanchéité sont constitués par des moyens de rapprochement de la partie mobile vers la partie fixe, pour réduire le logement dans lequel est placé le joint en rapprochant les faces de ce logement et presser le joint d'étanchéité radialement vers l'extérieur. De préférence, ces moyens de rapprochement sont constitués par un écrou central qui se visse sur une tige de la partie mobile et d'axe parallèle à la direction de fermeture. Dans ce cas, on peut prévoir un empilage de rondeLles élastiques sous l'écrou central pour conserver le serrage du joint d'étanchéité après une première utilisation en pression et permettre ainsi plusieurs utilisations en pression. Dans une première mise en oeuvre de l'invention, le bouchon est constitué entre autres d'un écrou de serrage portant un taraudage pour se visser sur un filetage externe du conteneur de manière à faire pénétrer la partie fixe dans Le conteneur. Dans deux réalisations particulièrement intéressantes, le joint d'étanchéité est constitué soit d'un joint torique métallique, soit d'un joint en graphite souple qui supportent les hautes températures, de L'ordre de 8000C. Dans une première réalisation du logement pour le joint d'étanchéité, les faces de pression sont constituées par des surfaces inclinées en sens opposés, pour presser le joint vers L'extérieur contre la surface cylindrique interne du conteneur (cas du joint torique métallique). Dans une deuxième réalisation, ces deux faces de pression sont constituées par deux surfaces parallèles entre elles et perpendiculaires à la direction de fermeture, pour serrer le joint d'étanchéité de manière à ce que ce dernier ait tendance à s'écarter radialement contre la surface cylindrique interne du conteneur (cas du joint en graphite souple). LISTE DES FIGURES L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et qui est annexée des quatre figures représentant respectivement - figures 1 et 2, deux solutions de bouchon de l'art antérieur déjà décrites ; - figure 3, une première réalisation du bouchon selon l'invention ; et - figure 4, une deuxième réalisation du bouchon selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE DEUX REALISATIONS DU BOUCHON SELON L'INVENTION En référence à la figure 3, qui représente un exemple de réalisation de l'invention, on s'est proposé de séparer la fonction de fermeture du conteneur 12 et la fonction d'étanchéité du bouchon 14, 15. On a utilisé la caractéristique mécanique d'élasticité du joint d'étanchéité 13, lui permettant de se développer et de s'élargir. On a donc créé des moyens pour presser le joint d'étanchéité 13 de manière à créer une composante radiale de pression pour forcer ce joint d'étanchéité 13 à venir se plaquer contre La surface interne 20 du conteneur 12 qui est généralement cylindrique. Le joint d'étanchéité 13 est placé dans un logement radial du bouchon. Les moyens pour presser le joint d'étanchéité sont ici constitués par deux surfaces inclinées 24 et 25. La première surface inclinée 24 est celle d'une partie fixe 14 du bouchon. La deuxième surface inclinée 25 est celle d'une partie mobile 15 du bouchon. Le mouvement de la partie mobile 15 par rapport à la partie fixe 14 se fait parallèlement à la direction de fermeture du bouchon, c'est-à-dire le long de l'axe 26 de révolution du conteneur 12 quand celui-ci est cylindrique. On prévoit bien évidemment des moyens de rapprochement de la partie mobile 15 par rapport à la partie fixe 14. Dans le cas de La réalisation de la figure 3, ces moyens sont constitués d'une tige 27 solidaire de la partie mobile 15 et coaxiale à L'axe 26 et d'un écrou central 17. Ce dernier agit, par l'intermédiaire ou non d'une rondelle 28 sur la partie fixe 14 du bouchon. On obtient ainsi le rapprochement de la partie mobile 15 par rapport à la partie fixe 14. Dans ce cas, le joint d'étanchéité 13 est comprimé contre la surface interne cylindrique 20 du conteneur 12. Comme on peut le constater, cette mise en place du joint d'étanchéité 13 est indépendante du serrage du bouchon lui-même. Les deux fonctions sont dissociées. En effet, le serrage du bouchon peut être obtenu par un écrou de serrage 16 placé au-dessus de la partie fixe 14 et ayant une forme de capuchon. Dans ce cas, cet écrou de serrage 16 a un taraudage 19 correspondant avec un filetage du conteneur 12. L'écrou de serrage 16 permet d'assurer le contact métal/métal du bouchon 14 sur le conteneur 12 par un serrage à la main et sans effort. Effectivement, le joint d'étanchéité 13 n'a pas besoin d'être serré à ce niveau et on évite ainsi les risques de grippage. Une fois qu'on a effectué la mise en place de l'écrou de serrage 16 avec un effort déterminé, le joint d'étanchéité 13 est serré en exerçant la mise en tension de la vis 27 par l'intermédiaire de l'écrou central 17, ce qui provoque bien entendu le rapprochement de la partie mobile 15 par rapport à la partie fixe 14 du bouchon. Les deux surfaces inclinées ou coniques 24 et 25 ont tendance à augmenter le diamètre du joint d'étanchéité 13 et de développer un effort radial sur la paroi cylindrique interne 20 du conteneur 12. Il est ainsi possible de régler le contact du joint d'étanchéité 13 à l'intérieur du conteneur 12. Il suffit que la surface de contact soit de quelques millimètres de largeur et L'étanchéité de l'ensemble est maintenue lorsque le conteneur 12 est mis en pression. On signale même que le contact d'un ou de plusieurs millimètres du joint d'étanchéité 13 sur la surface interne cylindrique 20 admet en effet un léger déplacement axial de l'ordre de quelques centièmes de millimètre du bouchon, lors de La mise en tension de l'écrou de serrage 16 sous L'effet de la pression interne et (ou) de la température. On souligne également l'aspect autoclave du bouchon selon L'invention. En effet, après La mise en place du bouchon 14, 15 et de L'écrou de serrage 16, il suffit d'initier à la main l'étanchéité du joint d'étanchéité 13 par le simple serrage de l'écrou central 17. On précise que la mise ultérieure en pression du conteneur 12 assure un serrage supplémentaire automatique du joint d'étanchéité 13 par L'effet autoclave dû à la pression P agissant sur la surface inférieure 21 de la partie mobile 15. On peut même affirmer que plus la pression P est importante, plus le joint d'étanchéité 13 voit ses réactions radiales et axiales augmenter, avec comme conséquence l'obtention d'une meilleure étanchéité de l'ensemble.Un tel joint peut être torique, métallique et élastique, par exemple du type "HELICOFLEX" ou du type métal "O'RING". Ce dispositif permet également de limiter l'effet autoclave. En effet, en limitant le jeu initial entre la partie fixe 14 et la partie mobile 15 du bouchon, on peut limiter l'écrasement du joint 13 et par suite limiter l'effort radial qui, dans certains cas, peut provoquer une déformation du conteneur 12. Lors de la chute de pression à l'intérieur du conteneur 12, l'écrou de serrage 16 se dévisse facilement à la main et le bouchon est extrait sans aucune difficulté. La figure 4 montre une deuxième réalisation des moyens pour presser le joint d'étanchéité 30 contre la surface interne cylindrique 20 du conteneur 12. En effet, il est possible de placer le joint d'étanchéité 30 dans un logement annulaire délimité par au moins deux surfaces parallèles 34 et 35 respectives des parties mobile 31 et fixe 33. On peut ainsi, par ses surfaces 34 et 35, qui sont également perpendiculaires à l'axe 26 du conteneur, presser le joint d'étanchéité 30. La déformation de la section de ce dernier crée une pression de contact suffisante sur la surface interne cylindrique 20 du conteneur 12. Un tel joint d'étanchéité 30 peut être réalisé en graphite souple. La mise en oeuvre peut également être faite au moyen d'un dispositif de serrage élastique réalisé par exemple par un empilage 32 de rondelles métalliques élastiques placées sous l'écrou central 17. Ce dispositif maintient un certain effort de serrage minimal au niveau du joint d'étanchéité 30 après une première utilisation en pression. Il permet en outre de conserver l'étanchéité et assure la possibilité d'emploi du conteneur plusieurs fois de suite avec des pressions successives régnant à l'intérieur du conteneur 12. Le jeu initial existant entre les pièces fixe et mobile 14, 15 ou 33, 31 permet de contrôler la compression du joint 13, 30 et par suite l'effort radial qui s' exerce sur La paroi du conteneur 12. On note que le principe de fermeture selon l'invention n'a pas de limitation en diamètre car l'écrou de serrage 16 du bouchon fileté peut facilement être remplacé par d'autres systèmes, comme les galets mobiles, les mâchoires spéciales, les couronnes à rampes hélicoidales, les brides classiques boulonnées. REVENDICATIONS 1. Bouchon autoclave pour conteneur étanche (12) haute pression et haute température devant être vissé sur le conteneur (12) qui comprend une surface cylindrique interne (20), le bouchon comportant au moins un joint d'étanchéité (13, 30) à placer entre le bouchon et le conteneur (12), de manière à pouvoir être comprimé et assurer l'étanchéité du conteneur (12), caractérisé en ce qu'il comprend - un logement radial pour le joint d'étanchéité (13, 30) pour le placer contre la surface cylindrique interne (20) du conteneur (12) ; - des moyens pour serrer Le joint d'étanchéité (13, 30) contre cette surface cylindrique interne (20). 2. Bouchon selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une partie fixe (14, 33) et une partie mobile (25, 31), le logement étant constitué par une face (24, 35) de la partie fixe (14, 33) et une face (25, 34) de la partie mobile (15, 31), les moyens pour serrer le joint d'étanchéité (13, 30) étant des moyens de rapprochement de la partie mobile (15, 31) de la partie fixe (14, 30) dans la direction de fermeture du conteneur (12), pour réduire le logement et presser le joint d'étanchéité (13, 30) radialement vers l'extérieur. 3. Bouchon selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de rapprochement sont constitués d'un écrou central (17) se vissant sur une tige (27) de la partie mobile (15, 31) et d'axe parallèle à la direction de la fermeture du conteneur (12). 4. Bouchon selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un empilage de rondelles élastiques (32) placé sous L'écrou central (17) pour conserver un effort minimum après une première montée en pression et permettre ainsi plusieurs utilisations en pression. 5. Bouchon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un écrou de serrage (16) portant un taraudage (19) pour se visser sur un filetage externe correspondant du conteneur (12) de manière à faire pénétrer la partie fixe (14, 33) dans le conteneur (12). 6. Bouchon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (13) est un joint torique métallique. 7. Bouchon selon L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (30) est en graphite souple. 8. Bouchon selon la revendication 6, caractérisé en ce que les faces du logement sont constituées par des surfaces de pression inclinées (24) de la partie fixe (14, 25) de la partie mobile (15)inclinée en sens opposés pour presser le joint d'étanchéité (13) vers l'extérieur et contre la surface interne cylindrique (20) du conteneur (12). 9. Bouchon selon la revendication 7, caractérisé en ce que les faces du logement sont constituées par des surfaces de pression parallèles entre elles (34, 35) et perpendiculaires à la direction de fermeture du conteneur (12) pour serrer le joint (30) de manière à ce qu'il s'écarte radialement contre la surface cylindrique interne (20) du conteneur (12).