Brevet FR2701738A1 — publié le 19940826

Dispositif mécanique d'étanchéité, en particulier pour machines cryogéniques La présente invention concerne le domaine de la construction des machines de transvasement de fluides cryogéniques, notamment des pompes centrifuges, et a pour objet un dispositif mécanique d'étanchéité pour de telles machines. Les fluides cryogéniques sont généralement transvasés à des températures très basses pouvant atteindre jusqu'à -196 C et l'étanchéité des machines mises en oeuvre à cet effet doit être réalisée de manière parfaite afin de tenir compte du gradient de température très élevé existant entre l'intérieur desdites machines et l'atmosphère ambiante des locaux les renfermant. Cette étanchéité est obtenue, actuellement, au moyen de garnitures mécaniques mettant en oeuvre deux pièces de friction, dont l'une est fixe et appelée grain et dont l'autre est tournante et appelée bague de frottement. Le contact entre les faces correspondantes de ces deux pièces est assuré, lors du montage, par l'intermédiaire d'un soufflet de précontrainte initiale. Le grain couramment employé est un grain en carbone chargé d'antimoine et il est fixé sur le siège par collage. Ce grain usuel, qui est également utilisé dans le domaine de la chimie et de la pétrochimie, donne généralement de bons résultats, les fluides transportés présentant des températures plus proches des températures usuelles. Dans le domaine de la cryogénie, le fluide transporté a, par contre, tendance à s'évaporer suite à l'échauffement dû à la friction entre le grain et la ba gue de frottement, ce qui a pour effet de provoquer une importante réduction de la durée de vie de la garniture. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet un dispositif mécanique d'étanchéité, en particulier pour machines cryogéniques, essentiellement constitué par un grain monté sur un siège chargé par un soufflet de précontrainte initiale et par une bague de frottement, caractérisé en ce que le grain est réalisé en une matière composite, est serré modérément sur le siège lors du montage et est solidarisé avec ledit siège par accroissement du serrage, lors du fonctionnement, par utilisation de la différence de retrait entre le grain et le siège, suite au passage du fluide cryogénique. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dont la figure unique est une vue partielle en coupe du dispositif conforme à l'invention. Comme le montre le dessin annexé, le dispositif mécanique d'étanchéité, en particulier pour machines cryogéniques, qui est essentiellement constitué par un grain 1 monté sur un siège 2 chargé par un soufflet de précontrainte initiale 3 et par une bague de frottement 4, est caractérisé en ce que le grain 1 est réalisé en une matière composite, est serré modérément sur le siège 2 lors du montage et est solidarisé avec ledit siège 2 par accroissement du serrage, lors du fonctionnement, par utilisation de la différence de retrait entre le grain 1 et le siège 2, suite au passage du fluide cryogénique. Le grain I est avantageusement réalisé en une matière conservant de bonnes propriétés mécaniques à sec, c'est-à-dire lorsqu'il y a du gaz entre les faces de friction. La matière constituant le grain 1 est, de préférence, compatible avec l'oxygène liquide. Conformément à une autre caractéristique de l'invention le grain 1 est avantageusement réalisé en un matériau composite à base de polytétrafluoréthylène tel que celui connu sous la dénomination commerciale RULON LD de la société FURONSEAL. Un tel grain 1 présente avantageusement un co efficient de retrait de 30 . 10 6 ( C) Selon une autre caractéristique de l'invention, le siège 2 est réalisé, de préférence, en une acier inoxydable. Un tel acier présente avantageusement un coefficient de retrait de 12,5 . 10 ( C) Le montage du grain 1 sur le siège 2 peut être réalisé avec ajustage légèrement serré en condition de non utilisation de la machine. Lors de la mise en route de la machine, la circulation de fluide cryogénique dans cette dernière entraîne un retrait du siège 2 et du grain 1, mais ces retraits sont de valeurs différentes du fait que les matières constituant ces pièces sont différentes. I1 s'ensuit que le grain 1 à plus fort coefficient de retrait est serré sur le siège 2, de sorte que le contact entre ledit grain 1 et le siège 2 est rendu étanche et que le couple résistif dû à la friction entre le grain 1 et la bague de frottement 4 peut être absorbé sans risque de détérioration de la liaison. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un dispositif mécanique d'étanchéité, en particulier pour machines cryogéniques et notamment pour des pompes centrifuges de transvasement de fluides cryogéniques, permettant, dans des conditions de fonctionnement identiques, d'obtenir une fiabilité nettement accrue par rapport aux garnitures d'étanchéité existantes, leur durée de vie étant multipliée par un facteur compris entre 2 et 5, tout en assurant une étanchéité parfaite. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin anne xé. Des modification restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif mécanique d'étanchéité, en particulier pour machines cryogéniques, essentiellement constitué par un grain (1) monté sur un siège (2) chargé par un soufflet de précontrainte initiale (3) et par une bague de frottement (4), caractérisé en ce que le grain (1) est réalisé en une matière composite, est serré modérément sur le siège (2) lors du montage et est solidarisé avec ledit siège (2) par accroissement du serrage, lors du fonctionnement, par utilisation de la différence de retrait entre le grain (1) et le siège (2), suite au passage du fluide cryogénique. 2. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le grain (1) est avantageusement réalisé en une matière conservant de bonnes propriétés mécaniques à sec, c'est-à-dire lorsqu'il y a du gaz entre les faces de friction. 3. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière constituant le grain (1) est, de préférence, compatible avec l'oxygène liquide. 4. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le grain (1) est avantageusement réalisé en un matériau composite à base de polytétrafluoréthylène tel que celui connu sous la dénomination commerciale RULON LD de la société FURONSEAL. 5. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le grain (1) présente avantageusement un coefficient de retrait de 30 10-6 (oc)-l 6. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le siège (2) est réalisé, de préfé renceen un acier inoxydable. 7. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 6, caractérisé en ce que le siège (2) présente avantageusement un coefficient de retrait de 12,5 . 10-6 ( C)-1. 8. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le montage du grain (1) sur le siège (2) est réalisé avec ajustage légèrement serré en condition de non utilisation de la machine.