Brevet FR2770274A1 — publié le 19990430

JOINT LAMELLAIRE MULTIMETALLIQUE, NOTAMMENT POUR VANNE PAPILLON L'invention concerne un joint du type dit "joint métallique" utilisé dans les vannes, en particulier dans les vannes papillons. Les vannes de ce type, notamment lorsqu'elles doivent être utilisées dans des conditions sévères telles que températures extrêmes et/ou pressions élevées, doivent présenter à la fois une étanchéité statique sur le pourtour de leur corps et une étanchéité dynamique entre l'obturateur et une bague d'appui périphérique. On connaît des moyens satisfaisants pour assurer l'étanchéité statique. En revanche, l'étanchéité dynamique, pour les hautes pressions, est souvent défaillante si l'on a recours à des moyens classiques. En effet, le joint torique dynamique, destiné à subir la pression de l'obturateur, a tendance à se déformer de façon trop importante pour assurer une bonne étanchéité en haute pression. Ainsi, le brevet FR 2 686 136 (92 00353) au nom de ALSTHOM VELAN décrit une vanne papillon comprenant un joint torique d'étanchéité dynamique représenté notamment à la figure 2 de ce brevet (figure 1 des dessins présentement annexés). Ce joint torique d'étanchéité dynamique 16 fait partie d'une lame métallique 17 dont l'autre extrémité forme le joint torique d'étanchéité statique 7. Le joint dynamique 16 est serré par le bord de l'opercule 9 sur une zone de contact variable en fonction du degré de fermeture de la vanne et vient en appui du côté opposé à cette zone de contact sur une coupelle formant sommier 18, de convexité tournée vers ce joint et dont les bords 19 et 20 sont en appui sur la bague d'appui 6. Dans l'exemple représenté, le joint d'étanchéité dynamique 16 comporte un élément torique de soutien interne 16A, élastiquement déformable. Dans la position de fermeture, le joint dynamique 16 est en contact avec la partie oblique de la bague d'appui 6. L'effort de serrage du joint dynamique 16 est obtenu par sa déformation lors de sa mise en contact avec l'obturateur en position de fermeture. Pour les valeurs usuelles de la pression appliquée par les fluides, un tel système fonctionne bien. En revanche, lorsque cette pression augmente fortement, le joint subit une déformation trop importante pour qu'il puisse jouer pleinement son rôle. Pour remédier à cet inconvénient, on a eu l'idée de remplacer le joint d'étanchéité dynamique flexible du type décrit ci-dessus par un joint d'étanchéité dynamique rigide. Il est possible de réaliser un joint d'étanchéité dynamique rigide à partir d'un seul matériau métallique. Toutefois, avec un tel joint, la pression spécifique de contact est souvent trop faible pour assurer une étanchéité satisfaisante. De plus, on est confronté à des problèmes de frottement entre le joint et l'opercule. I1 existe actuellement des joints d'étanchéité dynamique rigides, lamellaires de type métallo-plastique qui ne présentent pas ces inconvénients et sont par ailleurs satisfaisants dans les conditions de température et de pression les plus couramment rencontrées. Un joint de ce type est constitué d'une alternance de lamelles métalliques et de lamelles d'un matériau plastique. Les lamelles adjacentes adhèrent l'une à l'autre. A titre d'exemples d'un tel joint, on peut citer le joint lamellaire inox/graphite et le joint lamellaire inox/polytétrafluoroéthylène (PTFE) chargé avec du graphite ou du nickel, ou non chargé. L'inox peut être remplacé par un autre matériau métallique, tandis que le graphite et le PTFE peuvent être remplacés par un autre matériau présentant des propriétés plastiques. Bien que leurs performances soient satisfaisantes dans de nombreuses utilisations, les joints lamellaires métalloplastiques présentent des inconvénients dus à leur constituant plastique. En effet, le graphite a tendance à "se défaire" en libérant des particules qui souillent la vanne et les polymères tels que le PTFE ne résistent pas aux températures élevées, ce qui interdit l'utilisation de tels polymères dans des vannes fonctionnant à haute température. Le but de l'invention est donc de mettre au point un joint d'étanchéité dynamique rigide, lamellaire ne comprenant pas de matériau susceptible de libérer des particules indésirables en cours d'utilisation et présentant une bonne tenue au feu et aux conditions extrêmes de température et de pression. Ce but est atteint selon l'invention qui a pour objet un joint d'étanchéité dynamique rigide, notamment pour vanne papillon, ayant une structure lamellaire dans laquelle deux lamelles adjacentes adhèrent l'une à l'autre et sont constituées de matériaux ayant des propriétés physiques différentes, caractérisé en ce que toutes les lamelles le composant sont constituées d'un matériau métallique apte à tenir aux températures et pressions extrêmes. Le joint selon l'invention peut être constitué de lamelles fabriquées à partir de deux matériaux métalliques différents. Toutefois, il est également possible de faire alterner dans le joint des lamelles constituées de plus de deux types de matériaux métalliques différents. Par conséquent, dans le présent mémoire, l'expression "joint lamellaire multimétallique" vise aussi bien un joint essentiellement constitué de deux matériaux métalliques différents que de trois ou plus. Selon un aspect tout particulièrement préféré de l'invention, la structure et la composition du joint sont telles qu'il se crée, au moment de la fermeture de la vanne dans laquelle il est utilisé, un phénomène de chicanes qui renforcent l'étanchéité. En général, il suffit que le joint lamellaire multimétallique selon l'invention soit constitué de lamelles fabriquées à partir de deux matériaux métalliques différents. L'un de ces matériaux, qui confère au joint sa résistance aux pressions extrêmes, constitue l'rame du joint. Il peut être par exemple, mais non limitativement, un acier inoxydable, le cuivre ou un alliage de cuivre. L'autre matériau peut être choisi parmi les matériaux métalliques ayant des propriétés physiques complémentaires de celles du premier, notamment un très bon coefficient de frottement et présentant un coefficient de dilatation différent. Cet autre matériau peut être par exemple, mais non limitativement, le cuivre, l'argent ou le nickel. Selon un mode particulier de réalisation, le joint lamellaire d'étanchéité dynamique selon l'invention comprend donc des lamelles d'un premier matériau métallique constituant l'rame du joint et des lamelles d'au moins un autre matériau choisi parmi les matériaux métalliques ayant des propriétés physiques complémentaires de celles du premier, notamment un très bon coefficient de frottement et présentant un coefficient de dilatation différent. Le fait que les coefficients de dilatation des deux matériaux métalliques utilisés soient différents permet, notamment quand la température varie, d'avoir une pression spécifique différentielle sur l'opercule suivant les lamelles, créant ainsi un phénomène de chicanes qui renforcent l'étanchéité. Pour améliorer la formation de chicanes et/ou pour optimiser le contact joint/opercule, il est possible que certaines lamelles soient munies d'un dépôt, notamment électrolytique, du même matériau. Quelle que soit sa composition particulière, le joint d'étanchéité dynamique rigide, lamellaire, multimétallique selon l'invention peut, par exemple, être constitué de 2 à 10 lamelles du matériau formant l'âme et de 1 à 9 lamelles de matériau métallique différent. Le joint d'étanchéité dynamique rigide selon l'invention peut être fabriqué selon tout procédé connu pour la fabrication de joints d'étanchéité lamellaires, avec assemblage des différentes lamelles métalliques par des techniques connues permettant d'effectuer entre les métaux utilisés une adhésion qui résiste aux températures et pressions extrêmes. Pour obtenir cette adhésion, on a avantageusement recours à une technique de diffusion, mais on peut aussi recourir à d'autres techniques de "collage' des matériaux métalliques entre eux. Le dépôt électrolytique de matériau métallique sur certaines lamelles du joint selon l'invention se fait sur ce joint une fois assemblé. Comme 1' "accrochage" du matériau métallique n'a lieu, au cours de l'électrolyse, que sur le même matériau, la "surépaisseur" ne se forme que sur ce même matériau. En service, le phénomène de chicanes est ainsi accentué et le coefficient de frottement est amélioré. La figure 1 des dessins annexés représente une vue en coupe d'un joint d'étanchéité dynamique, torique dans une vanne papillon. Les éléments principaux de cette figure sont décrits plus haut, en relation avec la description de l'art antérieur. La figure 2 des dessins annexés représente une vue en coupe d'un joint d'étanchéité dynamique lamellaire, multimétallique selon la présente invention dans une vanne papillon. Plus précisément, cette figure montre une vanne papillon en position fermée. Un joint lamellaire multimétallique 6 sur lequel est accolé un joint statique 7 est serré par une bride de serrage 10 dans un corps de vanne 1 dont l'axe est montré en 2. Dans cette position fermée, le joint lamellaire multimétallique 16 est en contact intime avec l'opercule ou papillon 4. La figure 3 des dessins annexés représente, dans un autre agencement, une vue en coupe d'un joint d'étanchéité dynamique lamellaire, multimétallique selon la présente invention dans une vanne papillon en position fermée. Sur cette figure, les nombres de référence désignent les mêmes pièces que sur la figure 2. Dans ce cas, le joint lamellaire multimétallique 6 est logé sur l'opercule ou papillon 4. Un joint d'étanchéité statique, par exemple de structure classique, peut avantageusement être intégré à la surface du joint dynamique selon l'invention, par exemple comme montré sur les figures 2 et 3, ou encore être intégré au corps de celui-ci. REVENDICATIONS 1 Joint d'étanchéité dynamique rigide (6), notamment pour vanne papillon, ayant une structure lamellaire dans laquelle deux lamelles adjacentes adhèrent l'une à l'autre et sont constituées de matériaux ayant des propriétés physiques différentes, caractérisé en ce que toutes les lamelles le composant sont constituées d'un matériau métallique apte à tenir aux températures et pressions extrêmes. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa structure et sa composition sont telles qu'il se crée, au moment de la fermeture de la vanne dans laquelle il est utilisé, un phénomène de chicanes qui renforcent l'étanchéité. 3. Joint selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des lamelles d'un premier matériau métallique constituant l'rame du joint et des lamelles d'au moins un autre matériau choisi parmi les matériaux métalliques ayant des propriétés physiques complémentaires de celles du premier, notamment un très bon coefficient de frottement, et présentant un coefficient de dilatation différent. 4. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que certaines lamelles sont munies d'un dépôt, notamment électrolytique, du même matériau. 5. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est constitué de 2 à 10 lamelles du matériau formant lâme et de 1 à 9 lamelles de matériau métallique différent. 6. Procédé pour la fabrication du joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs étapes de diffusion pour faire adhérer les lamelles l'une à l'autre. 7. Vanne, notamment vanne papillon, caractérisée en ce qu'elle comprend un joint d'étanchéité dynamique rigide (6) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8. Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un joint d'étanchéité statique (7) est intégré à la surface du joint d'étanchéité dynamique rigide (6) ou au corps de celui-ci. 9. Vanne selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité dynamique rigide (6) est logé dans le corps de la vanne (1). 10. Vanne selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité dynamique rigide (6) est logé à la surface de l'opercule ou papillon (4). 11. Utilisation du joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour obtenir une étanchéité dynamique.