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La présente invention est relative aux joints de garniture à enveloppe protectrice.Elle concerne plus particulièrement les joints de garniture pourvus d'une couche extérieure ou d'un re- vêtement en une matière plastique stable aux températures élevées et résistant aux attaques chimiques par les acides et autres substances corrosives.
D'autres détails et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en plan d'une bague de garniture munie d'un revêtement extérieur ou d'une enveloppe protectrice,
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en matière plastique.
La figure 2 est une vue en coupe suivant les lignes 2-2 de la Fig. 1.
La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation de variante d'un. joint de garniture à enveloppe protectrice.
Les figures 4 à 10 inclus sont d'autres vues en coupe transversale, qui montrent d'autres variantes du . joint de gar- niture à enveloppe protectrice.
Comme montré dans les figures 1 et 2, l'ensemble du joint est constitué par une bague de garniture intérieure 10' constitués en une matière élastique et compressible appropriée, cette bague étant elle-même établie de toute manière appropriée. Par exemple, la bague 10 peut être constituée en amiante durcie comprimée, recouverte d'une gaîne extérieure 11 d'étoffe d'amiante tissée.
Cette bague de garniture composite est munie d'une enveloppe de protection extérieure 15 présentant sensiblement une forme en U et établie en une matière plastique, cette enveloppe recouvrant la périphérie intérieure 14 de la bague de garniture, comme montré dans la Fig. 2, ainsi que la face supérieure plane 12 et la face inférieure plane 13 de cette bague, de façon à constituer une surface continue de matière plastique sur la périphérie intérieure et sur les faces de la bague de garniture, comme représenté dans la Fig. 2.
L'enveloppe de protection est de préférence établie en polyté- trafluor-éthylène polymère, préparé de la façon décrite dans l'ou- vrage "Ind. and Eng. Chemistry" Volume 36, page 870, septembre 1946, ce produit étant vendu par la bociété E.I. du Pont de Ne- mours et C sous la marque de fabrique "Teflon". Cette matière se distingue par son inertie chimique, qui est caractéristique depuis des températures extrêmement basses jusque 572 F.
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Dans cette gamme étendue de températures, cotte matière résiste aux attaques de réactifs corrosifs et à la dissolution par les solvants. On n'a trouvé aucune substance capable de dissoudre le "Teflon" , et seul le sodium en fusion et le fluor sous une pression élevée peuvent le modifier chimiquement. On a étudié' l'action de plusieurs centaines de solvants sur le Teflon, y compris les hydrocarbures halogénés, l'acide chlorosulfonique, l'acétylchlorure, le chlorure d'acétyle, le trifluorure de bore, les solvants à haut point d'ébullition appliqués au point d'ébul- lition, les cétones, les esters, etc.., l'acide nitrique bouillant, l'eau régale et 1 ' hydroxyde de sodium.
On n'a remarqué aucune réaction avec une quelconque de ces substances, pas plus qu'avec le chlore, le brome ou l'iode. A la pression atmosphéri- que, le Teflon résiste à l'action du fluor, sauf qu'il subit un effet de blanchiment, tandis qu'une réaction apparaît aux pressions super-atmosphériques. Du point de vue chimique, et même si l'on considère les deux exceptions citées, le Teflon est supérieur à toute autre matière connue utilisée pour la confection de joints.
Le Teflon moulé se présente comme une masse solide tenace ayant la consistance de la cire, de couleur blanche à grise et d'une résistance élevée a l'abrasion. Tout en offrant une résistance notablement moindre à la traction a 572 F, il peut être exposé pendant de longues durées à des températures élevées, sans subir de changement. A 480 F, la diminution de la résistance à la traction est négligeable. Tout comme la plupart des autres matières plastiques, le Teflon est susceptible d'une viscosité à froid, qui est d'autant plus prononcée que la température ambiante est plus élevée. Ce finale inhérent et l'absence d'une. résistance a la compression su remarquent beaucoup plus dans les fortes que dans les faibles sections.
Toujours a propos de la déformation plastique du 'J'eflon, on notera que celui-ci a été étiré de 300 à 400 % avant qu'une rupture ne s'ensuive, cette
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dernière se produisant généralement à la charge de 2.500 à 4.500 lbs. par pouce carré de la section initiale du Teflon.
L'inertie chimique du Teflon, en tant que matériau pour la confection de joints, répond à tous les desiderata. Cependant, du point de vue physique, le Teflon, tout en émant tenace et possé.. dant une résistance favorable à la traction, airs- des qualités exceptionnellement favorables en ce qui concerne la friction et l'abrasion, manque de l'élasticité que l'on est en droit d'exiger de la part d'un matériau pour joints qui est parfait sous tous lesautres rapports.
L'importance qu'il convient d'accorder à l'élasticité lors de l'établissement d'un' joint de garniture sera mise Grés clairement en évidence par une analyse de l'action mécanique d'un joint en service. Il est évident que pour établir un joint étanche entre deux surfaces complémentaires, il est nécessaire de les appliquer l'une contre l'autre avec force, afin que le fluide enfermé ne puisse pas s'insinuer entre ces surfaces. L'importance de cette force varie avec lés conditions de fonctionnement ou de service ; toutefois, pour conserver l'étanchéité du joint, il convient de maintenir un minimum d'effort.
Il s'ensuit que si, pour assurer l'étanchéité d'un joint, on doit exercer un effort de compression entre deux surfaces telles qu' une bague de garniture et une bride, cette bague doit exercer un effort égal et oppose à celui qui tend à la comprimer. L'élasticité signifie l'aptitude d'un matériau à subir une compression et à reprendre ses dimen- sions initiales après relâchement de l'effort de compression. Le matériau à élasticité idéale serait celui qui se comprime et qui reprend ses dimensions initiales conformément à la loi de Hooke. Un tel matériau comprimé en deçà de sa limite élastique, maintient un effort de réaction sur les surfaces complémentaires, de manière à assurer un joint étanche vis-à-vis du milieu enfermé.
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Le Teflon se prête à la compression et, initialement, résiste aux efforts qui le compriment ; peu de temps après avoir subi une déformation, il ne tend à reprendre ses dimensions initiales que dans une mesure négligeable. Par conséquent, après la compression, les forces de réaction qui s'exercent entre le joint et la bride sont souvent insuffisantes pour maintenir un joint étanche. Cette caractéristique du Teflon est commune à la plupart des matières plastiques et c'est elle qui est à l'origine de leur nom générique.
Partant d'un tel matériau pour joints de garniture,c'est- à-dire un matériau doué d'une inertie chimique exceptionnelle, ainsi que de toutes les qualités physiques avantageuses, à l'exception de l'élasticité, la présente invention fournit la solution au problème visant à créer des moyens pour apporter au Teflon une élasticité mécanique depuis l'extérieur, afin que l'on puisse disposer, pour les applications industrielles, d'un joint de garniture chimiquement inerte, qui convient particulièrement aux milieux hautement corrosifs et aux applications dans lesquelles le contrôle de la pureté des produits est de la plus haute importance.
Ainsi, la présente invention consiste essentiellement à établir une enveloppe ou gaîne protectrice constituée en Teflon ou une autre matière plastique chimiquement inerte, enveloppe qui entoure un joint intérieur et qui est d'une construction voulue quelconque. Cette enveloppe sert à protéger le joint de garniture contre l'action d'acides, de gaz ou d'autres substances corrosives quelconques susceptibles de se présenter dans une conduite ou un système quelconques dans lesquels le joint de garniture assemblé est susceptible d'être utilisé. Parmi les nombreuses applications des joints de garniture munis d'une enveloppe en Teflon, il convient de souligner celle qui concerne le matériel en acier doublé intérieurement de verre.
Dans de telles installations, il-est
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courant d'employer des bagues de garniture relativement épaisses, établies enune matière qui n'est pas susceptible de coller au verre, ni d'être préjudiciable à celui-ci, pas plus que de nécessiter un serrage excessif pour assurer un joint étanche. On peut faire appel à diverses exécutions, celle qui donne généralement le résultat le plus favorable étant représentée en coupe transversale dans la fig. 2. Cette garniture d'étanchéité, qui présente une forme annulaire, d'un diamètre extérieur jusque 20 pouces par exemple, peut être appliquée aux ouvertures circulaires ou ovales.
Dans la construction représentée dans la fig. 2, l'annsau de compression intérieur 10 est compressible, étant donné que; conformément à ce qui a été exposé plus haut, il est établi en amiante comprimé recouvert d'un tissu souple d'amiante, lequel est à son tour recouvert d'une enveloppe en Teflon.
Comme l'élément en Teflon présente une faible section, de préférence environ 0,1 cm, ou moins, et qu'il n'est lui-même sujet que dans une faible mesure à la déformation plastique, le tissu d'amiante imprime à la-bague de garniture la souplesse de surface, tandis que l'anneau de compression intérieur confère à la bague de garniture une résistance interne à la compression, forçant ainsi le Teflon à pénétrer intimement dans toutes les irrégularités ou ondulations qui pourraient se rencontrer dans les surfaces garnies de verre d'un matériel d'installation de ce type.
Non seulement la souplesse de surface de telles garnitures d'étanchéité n'est pas préjudiciable aux surfaces assemblées à joint étanche, mais encore, les propriétés exceptionnelles de non-adhérence garantissent ces surfaces contre toute détérioration qui pourrait provenir de la nécessité d'avoir recours à des mesures dommageables lors de l'en- lèvement ou du remplacement des garnitures.
La figure 3 représente une construction d'un type analogue à celui de la fig. 2, sauf qu'ici le Teflon 15 est enroulé de
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façon périphérique autour de l'élément de remplissage élastique 11 en amiante,,La .partie' marginale libre 16 de l'enveloppe de Teflon étant repliée vers l'intérieur à la périphérie extérieure, avec recouvrement, de façon à être retenue entre l'anneau intérieur 10 et la gaine extérieure 11.
Une construction de e type est utilisée pour des bagues de garniture de grant d@@@@tre destinées aux superstructures d'agitateurs et de chaudières et pour des contours irréguliers présentant des dimensions trop importantes pour que l'on puisse'utiliser la construction telle qu'indiquée dans la fig. 2.
La figure 4 représente une construction analogue à celle de la fig. 3 et qui a donné des résultats favorables sur du matériel présentant un gradin raide dans la bride appelée à être montée à joint étanche, ou bien, un arrondi qui se présente immédiatement en dehors du diamètre inférieur. En repliant les bords extérieurs libres de la couche d'amiante 11 sur eux-mêmes en 18, on obtient une épaisseur accrue à cet endroit, ce qui assure un joint plus hermétique.
L'enveloppe de Teflon 15 est appliquée autour de la bague de bourrage, les parties marginales libres 16 de cette enveloppe étant repliées et serties entre l'anneau 10 et la couche d'amiante 11. La surface rabattue 18 possède une plus grande souplesse, de façon qu'une plus grande partie de la masse de la garniture de bourrage soit refoulée vers le restant de la surface, avant de prendre appui sur l'anneau do. compression intox ur.
Là où les surfaces complémentaires sont planes et parallèles, il est généralement inutile d'employer une garniture d'étanchéité aussi épaisse que celles décrites ci-dessus. On a constaté qu'un grand nombre de matières de remplissage pour garnitures d'étan- chéité conviennent pour ces cas. Jusqu'à une épaisseur de un huitième de pouce, l'anneau de compression.'peut être omis sans 'danger comme montré dans la fig. 5, où l'on n'utilise que deux couches
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superposées d'amiante comprimé.La fig. 6 représente une matière constitutive homogène 10 pour joints, par exemple le caoutchouc, le Néoprène ou l'ébonite, cette matière étant munie d'une enveloppe extérieure 15 en Teflon.
La plupart de ces joints sont appliqués dans des conduites en porcelaine ou autres matières céramiques.
Les conduites en verre posent un problème quelque peu plus difficile, étant donné l'épaisseur limitée des parois et le contour bordé des extrémités des tubes. La fig, 7 représente l'application d'une enveloppe 15 en Teflon dans laquelle est inséré un élément en caoutchouc flexible 10 pour les températures normales ou en ébonite pour les températures élevées et à action prolongée. Alors que l'enveloppe protectrice en Teflon est du type annulaire, l'élément de remplissage est découpé de façon à répondre aux normes pour garnitures d'étanchéité destinées aux tubes de verre et à s'adapter à la disposition des boulons d'ass emblage .
La figure 8 représente l'application d'un simple élément de remplissage 25 en métal ondulé, pour brides métalliques planes et parallèles. Ces éléments de remplissage peuvent être établis en une matière voulue quelconque, par exemple : l'acier doux, le cuivre, l'aluminium, l'acier inoxydable ou le monel. La fig. 9 est une vue en coupe d'un élément de remplissage métallique cndulé 25 dont les creux,sont garnis'd'amiante 26 et qui est recouvert d'une enveloppe de; Teflon 15.
La figure .;-10 est une vue en coupe 'montrant un anneau intérieur constitué en un ruba.n d'acier 40 enroulé en spirale et entre les spires duquel est interposée une bande d'amiante 41.
Une garniture de bourrage ainsi constituée convient particulièrement pour établir le joint étanche entre tubes métalliques normaux à brides ou entre autres éléments comportant des brides entre
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lesquelles il s'agit d'établir un joint étanche.
Bien qu'il soit préférable d'employer le Teflon comme matière constitutive pour les enveloppes, on peut aussi utiliser d'autres matières plastiques, telles que le polyéthylène, les polyamides, ainsi que le chloroprène et le chlorprène polymérisé (Duprène) si elles possèdent les caractéristiques de plasticité et d'obturation requises, tout en protégeant la bague de garniture contre l'action préjudiciable de liquides ou gaz quelconques présents dans n'importe quel système où de tels bourrages d'étanchéité ou hermétiques sont employés.
L'enveloppe de Teflon est de préférence établie sous la' forme d'unegaine circulaire continue préparée d'avance et présentant des dimensions appropriées, cette gaîne affectant de préférence une coupe transversale en U, comme montré dans les figs. 2 et 3, de façon à embrasser intimement l'élément de bourrage compressible intérieur.
Lors de l'assemblage de la bague d'étanchéité, l'élément de bourrage compressible intérieur, établi d'une manière appropriée quelconque, comme exposé plus haut, est placé à l'intérieur de l'enveloppe, de façon que la garniture d'étanchéité présente une surface d'enveloppe continue, recouvrant la périphérie intérieure de l'élément de bourrage intérieur, étant donné que cette surface est exposée aux effets corrosifs de gaz ou de liquides présents dans le système dans lequel la bague de garniture assemblée est utilisée.
Au lieu d'employer une enveloppe préparée d'avance, on peut enrouler une bande de Teflon ou d'une autre matière plastique autour de la périphérie intérieure et des fa.ces supérieure et inférieure de l'anneau de bourrage, en pliant cette bande de façon à lui imprimer un profil en U, tout en appliquant la bande contre la, périphérie intérieure de cet anneau et en faisant chevaucher los extrémités de la bande l'une sur l'autre. On peut faire adhérer les extrémités
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de la bande l'une à l'autre à l'aide d'un adhésif approprié afin de maintenir cette bande dans la position voulue.
Les extrémités de la bande peuvent aussi être amenées à se chevaucher de façon échelonnée, après que le ruban aura été appliqué en une longueur supérieure à une spire, ceci afin d'éviter @ ép@@isseur excessive des parties à recouvrement. Il est généralement inutile d'employer un adhésif quelconque pour la fixation de l'enveloppe plastique à la pièce de bourrage intérieur, étant donné que les divers éléments présentent des dimensions telles qu'ils peuvent s'emboîter infiniment l'un dans l'autre.
Toutefois, là où les bords libres de l'enveloppe sont repliés vers l'intérour de la manière représentée dans les figs. 3 et 4, il sera parfois avan- tageux d'appliquer un adhésif sur les parties repliées et interposées de l'enveloppe, afin 'de retenir celles-ci à l'intérieur de l'élément de bourrage.
Les constructions particulières de la garniture ou bagua de bourrage décrites ici ont été données à titre d'exemples de réalisation de la présente invention, que cette dernière est censée couvrir, ainsi que d'autres variantes et perfectionnements susceptibles de rentrer dans le cadre de celle-ci.
REVENDICATIONS.
1 - Système de bourrage comportant un élément de bourrage intérieur élastique et compressible et une enveloppe extérieure imperméable continue et établie en une matière plastique chimiquement inerte et résistant aux acides et aux solvants, enveloppe qui enclave ledit élément intérieur, ladite enveloppe étant exempte d'abouts ou de joints radiaux. présentant des faces annulaires exposées continues, lisses et ininterrompues et n'étant pas amenée à adhérer audit élément de garniture intérieur.
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