Brevet FR2840968A1 — publié le 20031219

serrage consiste en un pincement de la base de l'oreille. JOINT D'ETANCHEITE EN GRAPHITE SOUPLE ET A GAINE METALLIQUE POUR HAUTE TEMPERATURE DESCRIPTION Domaine de ['invention L' invention se rapporte au domaine de l'etancheite statique, notamment pour des brides de tuyauterie susceptibles de vehiculer des fluides a tres hautes temperatures. Art anterieur et probleme pose - En reference aux figures 1, 2, 3, 4 et 5, on connalt plusieurs types de joint d'etancheite utilisant plusieurs materisux, tels que le metal et le graphite. La figure 1 montre un premier type de joint, dit >, ou une ame metallique 1B, est entouree de deux minces couches de graphite 1A. L'ame metallique 1B a des stries sur sa surface pour que les couches de graphite 1A puissent penetrer legerement dans l'ame metallique 1B, afin d'aboutir au serrage du joint. La figure 2 montre un deuxieme type de joint, dit >, ou une couche centrale de metal 2B de forme ondulee est recouverte sur ses deux surfaces d'une couche de graphite 2A epousant egalement la forme ondulee. La figure 3 montre un troisieme type de joint, dit >, ou une spirale de graphite 3A est enroulee conjointement avec une spirale de metal 3B. La figure 4 montre un quatrieme type de joint, dit >,ou l'ame centrale 4A est en graphite et est entouree d'une enveloppe en metal 4B, en deux parties. Enfin, un cinquieme type de joint est represente a la figure 5. Il s'agit d'un joint >, ou une ame centrale 5A de section carree ou rectangulaire est entouree de chaque cote de deux anneaux metalliques massifs 5B. Dans tous ces types de joints metalloplastiques, l'amiante a cede progressivement sa place au graphite souple, appele egalement >. Celui-ci est utilise directement comme materisu d'etancheite, c'est-a-dire qutil est en contact direct avec les elements entre lesquels on doit assurer l'etancheite, a savoir des brides. C' est le cas par exemple des joints spirales, ondules et stries avec un garnissage. Il est egalement utilise indirectement comme element de garnissage, notamment avec les joints metalloplastiques. Le remplacement de l'amiante par le graphite nta cependant pas resolu un probleme concernant la dispersion des performances observee avec ces joints, dits >, ctest-adire associant du graphite et du metal. C'est pourquoi, dans des applications tres severes, le joint > stest rapidement impose, car, non seulement, on observe une tres grande reproductibilite de ses performances, mais il autorise egalement le contact metal/metal entre les brides sur les anneaux qui delimitent le volume occupe par le graphite. Les limites d'utilisation de ces nouveaux joints en graphite matrices vent done liees etroitement a celles du materisu lui-meme, c'est-a-dire le graphite souple. Or, le parametre essentiel caracterisant le graphite expanse est son degre de purete, c'est-a-dire son taux de cendres maximum. Les risques de corrosion et la vitesse d'oxydation vent done lies a cet indice de purete, de sorte qu'il est couramment admis une temperature limite de 550 C pour les graphites les plus purs, en presence d'oxygene. Le but de ['invention est de remedier a cet inconvenient en proposant un type different de oint utilisant le graphite et le metal et pouvant resister a des temperatures superieures a 550 C. Resume de ['invention A cet effet, l'obet principal de l' invention est un oint d'etancheite en graphite souple a enveloppe metallique pour haute temperature, comprenant, entre autre, une ame souple en graphite et une enveloppe metallique entourant l'ame souple. Selon l' invention, cet ensemble constitue de l' ame souple entouree de l' enveloppe metallique est lui-meme enferme dans une gaine fermee de facon hermetique, de maniere a ce que cet ensemble enferme puisse travailler sous une atmosphere controlee. En effet, il a ete remarque que, en atmosphere inerte, c'est-a-dire sans oxygene, la temperature de fonctionnement du graphite peut monter a 2 000 C, sans alterer ses proprietes physiques. Pour cette raison, une premiere realisation de l' invention prevoit de faire regner un vice partiel a l'interieur de la gaine. Dans une autre realisation envisagee, on met un gaz neutre a l'interieur de la gaine. De preference, on utilise du graphite souple pour constituer l'ame souple. Dans la realisation principale, il est prevu que la gaine soit metallique. Du point de vue de sa forme, la gaine peut etre, dans une premiere realisation, en deux parties soudees dans un plan median du joint. Dans une seconde realisation, la gaine est peut etre realisee, tonjours en deux parties, les soudures etant sur des aretes opposees, quand la section de la gaine est quadrilaterale. Enfin, une troisieme realisation de la gaine prevoit que celle-ci est en quatre parties, dont deux laterales, une superieure et une inferieure, toutes soudees entre elles. La gaine a de preference une section carree ou une section rectangulaire. Concernant l'enveloppe metallique, celle-ci est avantageusement realisee en deux coupelles n'entourant pas completement l'ame souple. Dans ce cas, il est interessant de prevoir que les coupelles ont des saillies sur les cotes ou la gaine doit etre sollicitee lors du serrage du.joint. Liste des figures L' invention et ses differentes caracteristiques techniques seront mieux comprises a la lecture de la description suivante, accompagnee de plusieurs figures dont les premieres vent deja decrites. Ces figures representent respectivement: - figure 1, en coupe, un premier type de joint, dit >, de l'art anterieur i - figure 2, en coupe, un deuxieme type de joint, dit >, de l'art anterieur i - figure 3, en coupe, un troisieme type de joint, dit >, de l'art anterieur i - figure 4, en coupe, un quatrieme type de joint, dit >, de l' art anterieur i - figure 5, en coupe, un cinquieme type de joint, dit >, de l'art anterieur i figure 6, en coupe, une premiere realisation du joint selon l' invention i - figure 7, en coupe, une deuxieme realisation du joint selon l' invention i - figure 8, en coupe, une troisieme realisation du joint selon l' invention; et - figure 9, en coupe, une quatrieme realisation du joint selon l' invention. Description detaillee de quatre realisations de l' invention En reference a la figure 6, le joint d'etancheite selon l' invention est done un joint composite associant une ame souple 10, interne, constituee de graphite expanse ou d'un materiau sensiblement equivalent. On precise que le graphite expanse, pour garder ses proprietes elastiques au-dela de 550 C, doit etre maintenu sous atmosphere exempte d'oxygene. C'est pourquoi, selon l' invention, on realise une gaine 15 hermetiquement fermee, de maniere a empecher toute migration de gaz corrosif vers le graphite. On prevoit eventuellement de pouvoir extraire l'oxygene si necessaire et de le remplacer par un gaz neutre, tel que l' argon, par exemple. Ainsi, la gaine 15 constitue une boite metallique qui stoppose a tout transfert de gaz de ltexterieur de cette bolte ainsi constituee vers son interieur, et reciproquement. L'ame souple 10 en graphite expanse est conditionnee entre les deux coupelles metalliques 12 constituent l'enveloppe metallique, le volume de cette ame etant ainsi delimite pour eviter toute extrusion du graphite, lors de sa densification pendant la compression, lors de la phase de serrage. On note qu'un espace 13 subsiste entre ces deux coupelles 12 avant serrage et qutil se reduit au minimum en fin de serrage. Les coupelles 12 possedent, sur leurs surfaces qui vent en regard de la partie de la gaine 15 qui doivent recevoir les pieces entre lesquelles l'etancheite doit etre etablie, plusieurs saillies 14. Ceci permet en effet d' assurer une concentration de l' effort au niveau du contact entre le joint d'etancheite et la portee de joint, ctest-adire la piece a etancher. On contribue ainsi a maintenir l'etancheite. Ces saillies 14 vent representees sous forme de bossage arrondi, mais peuvent etre egalement de section triangulaire ou rectangulaire. Leur hauteur est dimensionnee de maniere a eviter le cisaillement de la gaine 15, lors du fonctionnement du joint a haute temperature. L'enveloppe metallique constituee par les deux coupelles 12 est beaucoup plus rigide que la gaine 15 qui est elle aussi metallique. Lors de l'ecrasement du joint, c'est-a-dire du rapprochement des deux pieces entre lesquelles l'etancheite doit etre assuree, le graphite souple de l'ame 10 diminue en volume en se densifiant et exerce done une reaction globale croissante sur ltenveloppe 15. Cette reaction globale est concentree sur les saillies 14 formees a ltexterieur des deux coupelles 12. La figure 7 presente une deuxieme realisation du joint selon l' invention, celle-ci etant un peu plus complete. En effet, la gaine 25 est constituee de deux parties distinctes, une partie superieure 26S et une partie inferieure 261. Ces deux parties vent soudees dans un plein median par leurs extremites respectives 27 qui font saillie vers l'exterieur, en creant ainsi des levres flexibles, permettant de faciliter la realisation des soudures et rendrent egalement la gaine 25 plus souple, lors de la compression du joint. L'ame souple 10 et les coupelles 12 constituent l'enveloppe metallique vent identiques aux precedentes decrites a la figure 6. La troisieme realisation representee sur la figure 8 montre que la gaine 35 peut etre composee des quatre parties qui vent une partie superieure 36S, une partie inferieure 36I et deux parties laterales 36L. Ces quatre parties vent soudees deux par deux dans deux plans qui vent ceux des parois internee des parties superieure 36S et inferieure 361. L'ame souple 10 et les coupelles 12 peuvent arborer les memes formes que pour les realisations precedentes. La quatrieme realisation representee par la figure 9 possede une ame souple 40 qui n'est plus carree, mais est plutot rectangulaire. Ceci a pour consequence que les coupelles 42 vent un peu plus larges et possedent un nombre plus important de saillies 44. Par contre, la gaine 45 est en deux parties, une superieure 46S et une inferieure 46I possedant chacune un cote vertical 46L. Leurs soudures vent done prevues sur des aretes opposees de la forme rectangulaire de ['ensemble. Du fait de leur application, les materisux utilises pour constituer la gaine metallique et les coupelles vent done choisis en fonction de leur tenue en temperature et de leur resistance mecanique a chaud. La gaine doit etre preferentiellement en alliage, a base de nickel ou a base de fer, du fait de l' aptitude de ces materiaux a former une couche de protection contre la corrosion a haute temperature qui peut etre constituee d'un oxyde d'alumine ou d'un oxyde de chrome. Le materiau constituent les coupelles est d'un choix moins limite, puisqu'il est protege de la corrosion par la gaine. Les alliages nickel/chrome/far, d' usage courant, peuvent tres bien etre utilises. D'autres materiaux, du type ceramique, pourraient egalement etre utilises a des fins de reutilisation ou de duree de vie. A titre d'exemple dimensionnel, pour un oint de diametre moyen de 50 a 150 mm, on peut utiliser une section de graphite de 5 x 5 mm, associee a des coupelles de 0,5 mm d'epaisseur. L'epaisseur de la gaine doit etre volontairement limitee a 0,10 ou 0,20 mm et, dans ce cas, la hauteur des saillies est respectivement egale a 0,05 ou 0,15 mm. On comprend ainsi que, une fois enfermee, l'ame en graphite puisse garder ses proprietes efficaces sous haute temperature, une fois qu'elle est enfermee dans la gaine qui ltentoure. REVENDI CAT IONS 1. Joint d'etancheite en graphite souple a enveloppe metallique a haute temperature, comprenant: - une ame souple (10, 40) i et - une enveloppe metallique (12, 42) entourant l'ame souple, caracterise en ce qu'il comprend une gaine (15, 25, 35, ) fermee de facon hermetique et a l'interieur de laquelle est place ['ensemble constitue de l'enveloppe (12, 42) et de l'ame souple (10, 40). 2. Joint d'etancheite selon la revendication 1, caracterise en ce que l'ame souple (10, 40) est en graphite souple. 3. Joint d'etancheite selon la revendication 1, caracterise en ce que l'interieur de la gaine (15, 25, 35, 45) est maintenu sous vice relatif. 4. Joint d'etancheite selon la revendication 1, caracterise en ce que l'interieur de la gaine (15, 25, 35, 45) est maintenu sous gaz neutre. 5. Joint d'etancheite selon la revendication 1, caracterise en ce que la gaine (15, , 35, 45) est metallique. 6. Joint d'etancheite selon la revendication 1, caracterise en ce que la gaine (15, ) est en deux parties soudees dans un plan median du joint. 7. Joint d'etancheite selon la revendication 1, caracterise en ce que la gaine (35, ) est en quatre parties, une partie superieure (36S, 46S), une partie inferieure (361, 461) et deux parties laterales (36L, 46L) soudees entre elles. 8. Joint d'etancheite selon la revendication 1, caracterise en ce que la gaine (45) est en deux parties, une partie superieure (46S) et une partie inferieure (461) soudees au niveau de deux aretes opposees du quadrilatere forme par ['ensemble du joint. 9. Joint selon la revendication 1, lO caracterise en ce que ['ensemble du joint est de section carree. 10. Joint d'etancheite selon la revendication 1, caracterise en ce que ['ensemble du joint est de section rectangulaire. 11. Joint d'etancheite selon la ^ revendication l, caracterise en ce que l'enveloppe metallique est en deux coupelles (12, 42) n'entourant pas completement l'ame souple (10, 40). 12. Joint d'etancheite selon la revendication 11, caracterise en ce que les coupelles (12, 42) ont des saillies (14, 44) placees du cote ou