CH674555A5 - - Google Patents

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CH674555A5
CH674555A5 CH1359/89A CH135987A CH674555A5 CH 674555 A5 CH674555 A5 CH 674555A5 CH 1359/89 A CH1359/89 A CH 1359/89A CH 135987 A CH135987 A CH 135987A CH 674555 A5 CH674555 A5 CH 674555A5
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CH
Switzerland
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metal
sheet
metallic
seal according
seal
Prior art date
Application number
CH1359/89A
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English (en)
Inventor
John James Hensley
Christian Michael Waldhelm
Henry James Tohill
Kenneth George Kubarych
Original Assignee
Solar Turbines Inc
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Publication date
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0806Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing characterised by material or surface treatment
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S277/00Seal for a joint or juncture
    • Y10S277/935Seal made of a particular material
    • Y10S277/939Containing metal
    • Y10S277/94Alloy
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    • Y10S277/939Containing metal
    • Y10S277/942Silver or gold

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)

Description

DESCRIPTION L'invention se rapporte à un joint d'étanchéité métallique pour hautes températures.
Les joints d'étanchéité comprennent généralement une feuille de base d'épaisseur uniforme, pouvant être en métal ou en une composition fibreuse agglomérée au moyen d'un liant approprié, et un revêtement ou un dépôt élastomère déformable qui peut recouvrir la totalité ou seulement quelques zones choisies de la feuille. Durant l'emploi, le revêtement ou le dépôt se déforme ou s'étend sous l'effet de la pression forçant mutuellement les composants entre lesquels se trouve le matériau du joint, ce qui fournit un joint étanche aux fluides entre les éléments.
Actuellement, les joints conçus pour fonctionner aux hautes températures sont fabriqués à partir de deux ou trois stratifiés comprenant une ou deux feuilles métalliques et une ou trois feuilles d'amiante. Toutefois, ces stratifiés sont d'une fabrication coûteuse et demandent un travail et un matériel excessifs. En outre, l'amiante utilisé est considéré de plus en plus comme toxique et dangereux à manipuler.
Le brevet U.S. No 4.544.169, publié au nom de David A. Cobb, et al., le 1er octobre 1985, fait état d'un ensemble formant un joint d'étanchéité résistant aux hautes températures, comprenant une première feuille métallique, une seconde feuille métallique et un fil logé entre elles, de manière à entourer la forme de l'ouverture à obturer. Le fil peut être aussi partiellement encastré dans l'une des feuilles.
Le brevet U.S. No 2.289.620, publié au nom de Wilburn F. Bernstein, le 14 juillet 1942, fait état d'un joint de culasse comprenant une feuille métallique découpée de manière à épouser la forme d'une ouverture de combustion, des particules métalliques déposées sur la face dudit joint et liées intimement à cette face, sur le pourtour des ouvertures de combustion, de manière à avoir une surface rugueuse poreuse, ainsi qu'un revêtement en résine synthétique thermo-transformable recouvrant la/et ancré à/la surface poreuse de particules métalliques, de manière à obturer de façon étanche l'espace compris entre la culasse et le bloc-cylindres.
Le brevet U.S. No 3.193.920, publié au nom de Robert D. Culberson, et al., le 21 juillet 1965, fait état de joints à pression en métal dur pour tubes électroniques dans lesquels les bagues d'étanchéité en métal dur sont revêtues d'un métal ductile tendre. Un joint métallique tendre est placé entre les deux surfaces revêtues d'un métal tendre sur chacune des bagues en métal dur. Une force est appliquée sur les bagues en métal dur jusqu'à ce que le joint fléchisse et se déforme. Le joint adhère alors aux surfaces, réalisant ainsi une unité d'une étanchéité permanente.
Habituellement, l'application de hautes températures impose de sévères exigences pour les joints. De nombreux matériaux pour joints ne sont absolument pas capables de satisfaire de telles exigences, et ceux qui, à titre d'essai, sont en mesure d'y répondre, ont des durées de service très brèves.
Les inconvénients qui viennent d'être mentionnés compliquent les constructions, accroissent les coûts et l'utilisation de matériaux toxiques qui sont dangereux à manipuler.
La présente invention a pour but de surmonter un ou plusieurs des inconvénients précités.
L'objet de la présente invention est défini à la revendication 1. Des formes d'exécution du joint objet de l'invention seront décrites, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé, dans lequel:
La figure 1 est une vue d'une partie d'un moteur à turbine à gaz, illustrant deux formes d'exécution de l'invention.
La figure 2 est une vue de dessus de la première forme d'exécution de l'invention.
La figure 3 est une vue en coupe, à plus grande échelle, suivant III-III de la figure 2.
La figure 4 est une vue de dessus de la seconde forme d'exécution de l'invention.
En se référant à la figure 1, on a représenté deux formes d'exécution distinctes de joints métalliques 10, 10' destinés à obturer de façon étanche deux types de pièces à obturer 12,12' d'un moteur à turbine à gaz 18.
Le moteur 18 comprend une enveloppe extérieure 20 présentant une pluralité de bossages, dont deux sont représentés en 22 et 24, reliés à ladite enveloppe. Le bossage 22 présente un trou traversant 26 et une portion taraudée 28 dans ledit trou 26. Chacun des bossages 22,24 présente une première surface d'étanchéité 34, 34' relativement plane, ayant un poli de surface compris entre 2 (im et 500 um. Un capuchon 36 est vissé sur la portion taraudée 28 et présente une tête hexagonale 38 et une seconde surface d'étanchéité 40 relativement plane, ayant un poli de surface compris entre 2 jj.m et 500 (im.
Le bossage 24 présente un trou traversant 26' et une pluralité de trous taraudés 44 positionnés circonférentiellement autour du trou 26'. Un couvercle 50 présente une pluralité de trous traversants 52 qui coïncident géométriquement avec la pluralité des trous taraudés 44 prévus dans le bossage 24. Le couvercle 50 présente en outre une seconde surface d'étanchéité 54 relativement plane, ayant un fini de surface compris entre 2 um et 500 um. Le couvercle 50 est fixé au bossage 24 par une pluralité de vis de fixation 56.
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Une forme d'exécution du joint métallique 10 est disposée de façon étanche sur le joint 12 entre les surfaces 34 et 40. Comme on le voit notamment aux figures 2 et 3, le joint métallique 10 comprend une feuille de base 60 présentant des faces opposées 62, 64 et une ouverture traversante 66 et une paire de garnitures métalliques 70. La feuille de base 60 est sensiblement non compressible et est exécutée en des matériaux tels que l'acier inoxydable de la série 300 dans la classification de l'American Iron and Steel Institute, désignant un acier inoxydable composé de moins de 0,15% de carbone, d'un minimum de 16% de chrome et de suffisamment de nickel et de manganèse pour assurer une structure austénitique depuis les températures cryogéniques jusqu'au point de fusion de l'acier, ou un alliage nickel-chrome, comme l'«Inco-nel» (marque déposée). La feuille 60 résiste à des déformations lorsqu'elle est soumise à des charges de pression comprises entre 20670 kPa et 27 560 kPa, à des températures élevées comprises entre 300 °C et 815 °C. Les garnitures métalliques 70 sont reliées chacune à une portion des faces respectives 62, 64 de la feuille 60, circonférentiellement autour de l'ouverture 66 qui, dans cet exemple, est ronde, mais qui pourrait avoir la forme d'une ellipse ou toute autre forme, lesdites garnitures étant en un matériau métallique ductile tendre, assurant l'étanchéité, tels que des alliages à base d'argent, de nickel ou de cuivre. L'argent, le nickel et le cuivre purs peuvent être également utilisés comme garnitures métalliques 70. Le matériau métallique d'étanchéité présente une dureté comprise entre 40 et 60 Rockwell B et se déforme sous des charges de pression comprises entre 20670 kPa et 27 560 kPa. Le matériau métallique d'étanchéité présente une température de fusion supérieure à la température élevée.
On a trouvé par expérience que la meilleure association d'épaisseur et de largeur de la garniture métallique 70 était comprise respectivement entre 0,10 mm et 0,30 mm, et entre 1 mm et 3 mm. La garniture métallique 70 peut être reliée à la feuille de base 60 suivant une grande variété de techniques de fabrication, telles que revêtement par projection, ou métallisation, dans lesquelles les garnitures métalliques sont rechargées en couches, en vue d'obtenir la largeur et l'épaisseur prédéterminées. Les garnitures métalliques 70 peuvent également être formées pour prendre une configuration analogue à une rondelle, puis reliées, au moyen d'un adhésif, à la feuille de base 60.
La seconde forme d'exécution du joint d'étanchéité métallique 10' est représentée au mieux à la figure 4, disposée de façon étanche sur le joint 12', entre les surfaces 34' et 54. La seconde forme d'exécution est sensiblement identique au joint d'étanchéité métallique 10, au point de vue construction comme au point de vue fonctionnement. Dans cette forme d'exécution, la feuille de base 60 comprend en outre une pluralité de trous traversants 72. Ces trous 72 sont positionnés de manière à correspondre géométriquement à la pluralité de trous taraudés 44 prévus dans le bossage 24.
Le moteur 18, bien qu'ayant été décrit dans cette application particulière comme un moteur à turbine à gaz, pourrait être égale674 555
ment un moteur à combustion interne conventionnel ou tout dispositif nécessitant l'utilisation d'un joint d'étanchéité à haute température.
Le joint d'étanchéité métallique 10 et utilisé pour assurer le positionnement étanche de la pièce à obturer 12 entre le capuchon 36 et le bossage 22. Le joint métallique 10 est positionné sur la surface plane 34 du bossage 22 et entoure l'alésage 26. Une partie du capuchon 36 s'engage à travers l'ouverture 66, dans le joint 10, et est vissée dans la portion taraudée 28 du bossage 22. La surface d'étanchéité 40 sur le capuchon 36, et la surface d'étanchéité plane 34 sur le bossage 22 coopèrent avec les garnitures métalliques 70 sur les faces respectives du joint 10, lorsque le capuchon 36 est serré dans le bossage 22. Le capuchon 36 est serré suffisamment pour produire une charge de compression prédéterminée entre les surfaces 40, 34. La charge de compression écrase fortement les garnitures 70, ce qui a pour effet que le matériau métallique ductile se conforme à la surface plane 40 et à l'état de la surface d'étanchéité 34 sur le capuchon 36 et le bossage 22, constituant ainsi un joint d'étanchéité au fluide positif.
Le joint métallique 10' est utilisé pour assurer le positionnement étanche du joint de la pièce à obturer 12' entre le couvercle 50 et le bossage 24. Le joint métallique 10' est positionné sur la surface plane 34' du bossage 24 et entoure l'alésage 26' dans le bossage 24. Les trous 72 prévus dans la feuille de base 60 sont positionnés de manière à être en alignement avec les trous taraudés 44 prévus dans le bossage 24. Le couvercle 50 est positionné de façon que les trous 52 soient en alignement avec les trous respectifs 72 et les trous taraudés 44 dans la feuille de base 60 et le bossage 24. Les éléments de fixation 56 s'engagent dans les trous 52, 72 et viennent se visser dans les trous taraudés 44. Les éléments de fixation 56 sont serrés suffisamment pour produire une charge de compression prédéterminée entre les surfaces 54, 34'. La charge de compression a pour effet que le matériau ductile se conforme à l'état des surfaces respectives 54, 34'.
Le joint métallique 10, 10' qui vient d'être décrit est économique, réutilisable et exempt d'amiante, convenant aux applications sous haute pression et à température élevée. La feuille métallique sensiblement non compressible 60 constitue une base d'appui stable qui conserve sa forme à des pressions et à des températures élevées, alors que le matériau ductile des garnitures est écrasé de manière à se conformer à l'état des surfaces respectives 40, 54, 34, 34'. L'épaisseur de la feuille de base 60 peut varier de manière à compenser les tolérances cumulées et autres variations intervenant dans les techniques de fabrication et de montage, sans nuire à l'effet d'étanchéité des joints métalliques 70, conféré par leur aptitude à s'écraser et à se conformer à l'état de la surface des composants à rendre étanches. Le joint métallique 10, 10' permet ainsi de surmonter les inconvénients dus à l'utilisation de matériaux toxiques, aux constructions compliquées et à la durée de service limitée des joints pour haute pression et haute température de la technique connue.
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2 feuilles dessin

Claims (10)

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1. Joint d'étanchéité métallique, caractérisé en ce qu'il comprend une feuille métallique sensiblement non compressible (60) comportant au moins une ouverture traversante (66) et des faces opposées (62, 64), et au moins une paire de garnitures (70) reliées chacune à une portion de la feuille (60), circonférentiellement autour de l'ouverture (66), sur chaque face (62,64) de la feuille, lesdiïes garnitures (70) étant formées en un matériau métallique ayant une ductilité suffisante pour se conformer de façon étanche à une surface à obturer hermétiquement, lorsqu'une compression est appliquée sur celle-ci, ladite paire de garnitures (70) ayant une épaisseur se situant dans un intervalle compris entre 0,10 mm et 0,30 mm, et une largeur comprise entre 1 mm et 3 mm.
2. Joint d'étanchéité métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé de façon à résister à des températures se situant dans un intervalle compris entre 300 °C et
815 °C.
2
REVENDICATIONS
3. Joint d'étanchéité métallique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la feuille (60) est en acier inoxydable.
4. Joint d'étanchéité métallique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la feuille (60) est en un alliage nickel-chrome.
5. Joint d'étanchéité métallique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau métallique présente une température de fusion supérieure à ladite température comprise entre 300 "Cet815 °C.
6. Joint d'étanchéité métallique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau métallique présente une dureté se situant dans un intervalle compris entre 40 et 60 Rockwell B.
7. Joint d'étanchéité métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau métallique est fixé à la feuille métallique par projection.
8. Joint d'étanchéité métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau métallique est fixé à la feuille métallique par métallisation électrochimique.
9. Joint d'étanchéité métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les garnitures (70) sont des rondelles reliées à la feuille métallique (60) au moyen d'un adhésif.
10. Utilisation du joint d'étanchéité métallique selon la revendication 1 sur des surfaces présentant une surface de poli se situant dans une gamme comprise entre 2 um et 500 (xm.
CH1359/89A 1987-07-09 1987-09-30 CH674555A5 (fr)

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