FR2510711A1 - DEVICE FOR ENSURING SEALING BETWEEN THE WALLS OF A MOBILE VALVE AXIS AXIALLY AND A BOX WITH FITTINGS - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DESTINE A ASSURER L'ETANCHEITE ENTRE LA TIGE ET LA BOITE A GARNITURES D'UNE VANNE DEVANT FONCTIONNER SOUS DES PRESSIONS ELEVEES ET A DES TEMPERATURES VARIANT DE FACON CYCLIQUE. LE DISPOSITIF D'ETANCHEITE PEUT COMPRENDRE DEUX ENSEMBLES 119, 121 PLACES ENTRE LA TIGE 51 ET LA BOITE A GARNITURES 65 D'UNE VANNE. CHAQUE ENSEMBLE COMPORTE DEUX GARNITURES ANNULAIRES METALLIQUES 131 DISPOSEES DE PART ET D'AUTRE DE DEUX ANNEAUX D'APPOINT 133 EN MATIERE SOUPLE ET DURE, D'UNE BAGUE 137 D'APPUI, POUVANT ETRE REALISEE DANS LA MEME MATIERE ET D'UNE AME ANNULAIRE 135 DONT LE COEFFICIENT DE DILATATION EST NOTABLEMENT INFERIEUR A CELUI DES ANNEAUX 133. DOMAINE D'APPLICATION : VANNES A PASSAGE DIRECT POUR PUITS DE PETROLE ET DE GAZ.THE INVENTION RELATES TO A DEVICE INTENDED TO ENSURE THE SEALING BETWEEN THE ROD AND THE GASKET BOX OF A VALVE TO OPERATE UNDER HIGH PRESSURES AND AT TEMPERATURES VARIING CYCLICALLY. THE SEALING DEVICE MAY INCLUDE TWO ASSEMBLIES 119, 121 PLACES BETWEEN THE ROD 51 AND THE GASKET BOX 65 OF A VALVE. EACH SET INCLUDES TWO METAL ANNULAR TRIMS 131 PROVIDED ON EACH OTHER WITH TWO SUPPORT RINGS 133 IN FLEXIBLE AND HARD MATERIAL, A SUPPORT RING 137, WHICH CAN BE MADE IN THE SAME MATERIAL AND WITH AN ANNULAR CORE 135 WHOSE EXPANSION COEFFICIENT IS NOTABLY LOWER THAN THAT OF THE RINGS 133. FIELD OF APPLICATION: DIRECT PASS VALVES FOR OIL AND GAS WELLS.
Description
i L'invention concerne un dispositif d'étanchéité destiné à la tige d'uneThe invention relates to a sealing device for the stem of a
vanne du type à passage direct et à tige extérieure équilibrée, pour haute pression et haute température, analogue aux vannes décrites dans les demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique N' 833 684 déposée le 15 septembre 1977 par David P Herd et No 697 084 a high-pressure, high-temperature, direct-flow, balanced outer-stem type valve similar to the valves described in United States Patent Application Nos. 833,684 filed September 15, 1977, by David P Herd and No 697,084
déposée le 16 juin 1976 par C Harles D Morrill. filed on 16 June 1976 by C Harles D Morrill.
Dans l'industrie du pétrole et du gaz, les tempé- In the oil and gas industry, tempera-
ratures et les pressions régnant au fond des puits forés croissent continuellement, et ces puits sont parfois forés dans des champs de gaz "corrosifs" o les fluides des puits contiennent des pourcentages relativement élevés de H 2 S On a récemment développé des joints pour vannes erations and pressures at the bottom of drilled wells are continually growing, and these wells are sometimes drilled in "corrosive" gas fields where well fluids contain relatively high percentages of H 2 S Valve seals have recently been developed
de champs pétroliers et têtes de puits qui sont relative- oilfields and wellheads that are relatively
ment résistants aux détériorations dues aux effets combinés des pressions et des températures élevées et des fluides are resistant to deterioration due to the combined effects of high pressures and temperatures and fluids
caustiques contenus dans les puits, tels que H 25. caustics contained in the wells, such as H 25.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 056 272 décrit un joint statique entre une tête de puits et un dispositif de suspension de colonne monté dans cette tête, le joint comprenant deux garnitures annulaires tronconiques en métal élastique, de section sensiblement rectangulaire, qui sont aplaties par une vis de blocage et une bague de compression et placées sous contrainte jusqu'à ce que les bords des garnitures annulaires métalliques fluent de façon plastique ou réalisent un contact étanche métal sur métal par "matriçage", avec les parois cylindriques U.S. Patent No. 4,056,272 discloses a gasket between a wellhead and a column hanger mounted therein, the gasket comprising two frustoconical ring gaskets of resilient metal, of substantially rectangular cross-section, which are flattened by a locking screw and a compression ring and placed under stress until the edges of the metal ring gaskets flow plastically or make a metal-to-metal tight contact by "stamping", with the cylindrical walls
parallèles de la tête de puits et du dispositif de suspen- parallel of the wellhead and the suspension device
sion Dans ce joint statique, un anneau déformable, ayant initialement une section sensiblement trapézoïdale et réalisé, par exemple, en "Teflon" en polyuréthanne ou en caoutchouc, est disposé entre les garnitures annulaires métalliques et est comprimé lors de l'aplatissement des In this static seal, a deformable ring, initially having a substantially trapezoidal cross-section and made, for example, of polyurethane or rubber "Teflon", is arranged between the metal annular fittings and is compressed during the flattening of the
garnitures annulaires afin de prendre une section trans- ring fittings to take a trans-
versale rectangulaire et d'entrer en contact avec les parois de la tête de puits et du dispositif de suspension de colonne L'anneau déformable de ce joint statique assume la fonction de joint secondaire pour les garnitures annulaires métalliques dans le cas o ces dernières n'assurent pas parfaitement l'étanchéité, par exemple, rectangular diaphragm and come into contact with the walls of the wellhead and the column suspension device The deformable ring of this gasket assumes the function of secondary seal for metal ring gaskets in the case where the latter do not do not perfectly seal, for example,
en raison de la présence de rayures ou de marques d'usi- because of the presence of scratches or marks of
nage sur la tête de puits o sur le dispositif de suspen- swimming on the wellhead o on the suspension device
sion L'anneau déformable flue dans ces rayures ou marques The deformable ring flue in these stripes or marks
d'usinage et y assure l'étanchéité. machining and sealing.
Un joint utilisé pour assurer l'étanchéité dyna- A seal used to ensure the impermeability
mique ainsi que l'étanchéité statique entre la tige d'une vanne et le corps ou le chapeau de la vanne comporte des garnitures annulaires métalliques élastiques tronconiques de section rectangulaire, disposées dans une botte à garnitures autour de la tige, avec des anneaux intermédiaires en matière plus souple disposés entre les garnitures annulaires en métal élastique Les raisons pour lesquelles les garnitures annulaires en métal sont élastiques et analogues à des ressorts Belleville, bien que non réalisées en acier à ressort, mais en matière plus tendre, sont que: ( 1) les garnitures ont un diamètre intérieur plus grand et un diamètre extérieur plus petit lorsqu'elles ne sont pas sollicitées, de sorte que l'ensemble du joint peut être aisément mis en place et retiré de la boîte à garnitures sans frottement indésirable contre la tige and the static seal between the valve stem and the valve body or cap includes rectangular frustoconical metal ring gaskets of rectangular cross-section, disposed in a boot with gaskets around the stem, with intermediate rings in softer material disposed between annular resilient metal gaskets The reasons why annular metal gaskets are resilient and similar to Belleville springs, although not made of spring steel, but of softer material, are that: (1) the gaskets have a larger inside diameter and a smaller outside diameter when not loaded, so that the entire seal can be easily set up and removed from the stuffing box without undesirable friction against the stem
de la vanne ou contre la boîte à garnitures; ( 2) les gar- of the valve or against the stuffing box; (2) the boys
nitures conservent leur contact sous contrainte avec la tige et la boîte à garnitures pendant l'utilisation de la vanne, malgré de légères variations des dimensions de cette vanne sous l'effet, par exemple, des variations de température et de pression, ces variations risquant de modifier légèrement la déformation ou la contrainte exercée sur les garnitures et résultant initialement du serrage de l'élément de retenue des garnitures En d'autres termes, les garnitures doivent être élastiques pour conserver Niters retain their contact under stress with the stem and the stuffing box during the use of the valve, despite slight variations in the dimensions of this valve under the effect, for example, of temperature and pressure variations, these variations being risky to slightly modify the deformation or stress exerted on the linings and initially resulting from the tightening of the lining retainer. In other words, the linings must be elastic to retain
leur précharge.their preload.
Le joint de tige de vanne mentionné ci-dessus est décrit dans la demande N O 697 084 précitée et dans un article ASME intitulé "Seals for Valve Stems and Wellheads in High Pressure High Température Service", de C D Y- orrill et C W Meyer, préparé pour être présenté à une conférence donnée à Mexico, Mexique, du 19 au 24 The aforementioned valve stem seal is described in the aforementioned application No. 697,084 and in an ASME article entitled "Seals for Valve Stems and Wellheads in High Pressure High Temperature Service" by CD Yororill and CW Meyer, prepared to be presented at a conference given in Mexico City, Mexico, from 19 to 24
septembre 1976 Le joint décrit est comprimé par un élé- September 1976 The described seal is compressed by a
ment fileté de retenue des garnitures de manière que les garnitures annulaires métalliques soient aplaties et que leurs bords périphériques intérieur et extérieur soient déformés ou appliqués en contact étanche métal sur métal, par "matriçage'" contre à la fois la surface extérieure de threaded retainer of the liners so that the metal annular linings are flattened and their inner and outer peripheral edges are deformed or applied in metal-to-metal sealing, by "stamping" against both the outer surface of the
la tige de la vanne et les parois de la boite à garnitures. the valve stem and the sides of the stuffing box.
Les anneaux intermédiaires placés entre les garnitures annulaires métalliques sont également déformés lors de la compression du joint pour épouser les formes des garnitures annulaires métalliques et pour entrer en contact avec la tige et la boite à garnitures Les anneaux intermédiaires doivent donc présenter un certain degré d'élasticité La The intermediate rings placed between the metal ring gaskets are also deformed during the compression of the seal to fit the shapes of the metal ring gaskets and to come into contact with the stem and the stuffing box. The intermediate rings must therefore have a certain degree of elasticity The
déformation initiale provoque habituellement une déforma- initial deformity usually causes deformity
tion initiale permanente des anneaux intermédiaires, mais initial initialization of the intermediate rings, but
ces derniers conservent un certain degré d'élasticité. the latter retain a certain degree of elasticity.
Des matières utilisées pour les anneaux intermédiaires de tels joints comprennent des matières fluoroplastiques, par exemple un polymère de tétrafluoréthylèneet des matières à base de graphite De telles matières renferment également un polymère de tétrafluoréthylène chargé jusqu'à environ Materials used for the intermediate rings of such seals include fluoroplastic materials, for example a tetrafluoroethylene polymer and graphite materials. Such materials also include a tetrafluoroethylene polymer loaded to about
% de bisulfure de molybdène.% of molybdenum disulfide.
Les anneaux intermédiaires du joint de tige- The intermediate rings of the stem seal
de vanne décrit ci-dessus constituent des joints dynamiques qui agissent principalement pendant les mouvements de la described above constitute dynamic seals which act mainly during the movements of the
tige pour assurer l'étanchéité entre les garnitures annu- rod to seal between the packings
laires métalliques et la tige lorsque lesdites garnitures metallic lugs and the rod when said lining
annulaires métalliques sont affectées par la force d'en- metal rings are affected by the force of
trainement produite par la tige en mouvement Ces anneaux intermédiaires tendent également à lubrifier les zones de contact entre la tige et les garnitures annulaires métalliques en frottant sur la tige à un certain degré afin de réduire le frottement entre cette dernière et les These intermediate rings also tend to lubricate the areas of contact between the rod and the metal ring linings by rubbing on the rod to a certain degree in order to reduce the friction between the latter and the rods.
garnitures annulaires métalliques Les anneaux intermé- metal ring fittings The intermediate rings
diaires produisent également un effet de lubrification réduisant le frottement entre la tige et ces mêmes anneaux intermédiaires, et entre ces derniers et les garnitures annulaires métalliques En outre, les anneaux intermédiaires se comportent comme des joints secondaires renforçant les garnitures annulaires métalliques, de la même manière que les joints secondaires annulaires déformables indiqués précédemment pour le joint à tête de puits et le dispositif de suspension de colonne décrit dans le brevet N O 4 056 272 précité, ces joints secondaires fluant dans toutes rayures ou marques de machine présentes sur la tige et y assurant l'étanchéité. L'invention décrite dans le présent mémoire constitue un perfectionnement apporté au joint de tige de Also, the intermediate rings behave like secondary seals reinforcing the metal ring gaskets, in the same manner as the seals also produce a lubricating effect reducing the friction between the shank and the same intermediate rings, and between the latter and the metal ring seals. that the deformable annular secondary seals indicated above for the wellhead gasket and the column suspension device described in the aforementioned patent No. 4,056,272, these secondary seals fluent in any scratches or machine marks present on the rod and ensuring therein sealing. The invention described herein is an improvement to the stem seal of the present invention.
vanne décrit ci-dessus.valve described above.
Une forme de réalisation du joint de tige décrit ci-dessus comprend trois garnitures annulaires métalliques An embodiment of the stem seal described above includes three metal ring gaskets
et deux anneaux intermédiaires disposés entre ces garni- and two intermediate rings arranged between these
tures, et ce joint est connu comme étant du type "SMT". tures, and this seal is known as being of the "SMT" type.
Le joint du type SMT s'est avéré assurer de façon satisfai- The seal of the SMT type proved to be satisfactorily
sante l'étanchéité de la tige de vannes travaillant à health of the valve stem working at
des pressions atteignant environ 175 M Pa, à des tempéra- pressures of up to about 175 M Pa at temperatures below
tures comprises entre -30 et 1500 C. Dans le cas de vannes soumises à des pressions de travail s'élevant à 210 M Pa ou plus, le joint du type between -30 and 1500 ° C. In the case of valves subject to working pressures of 210 M Pa or more, the seal of the type
SMT n'assure cependant pas toujours une excellente étan- However, SMT does not always provide excellent
chéité aux tiges de vannes dans les conditions qu'il est prévu de rencontrer en cours de service Des matières à base de graphite utilisées seules, par exemple, ne sont pas souhaitables pour les joints de tigesdu type SMT destinés à des vannes devant travailler sous des pressions de 210 M Pa, car ces matières tendent à se déplacer par extrusion au-delà des garnitures annulaires métalliques lors de l'aplatissement de ces dernières pour solliciter le joint, étant donné que le graphite commence à s'extruder avant que les garnitures se soient suffisamment aplaties pour former un joint avec la tige de vanne et la boîte à garnitures De plus, le mouvement de la tige de vanne tend à éliminer par usure ou érosion les matières à base de graphite déposées sur la tige et entraînées par cette dernière au-delà des garnitures et hors de la bo Ste à garnitures Cette extrusion et cette élimination par usure de la matière à base de graphite dans des conditions de service de 210 M Pa peuvent conduire à l'apparition de fuites des fluides du puits par le joint et à la nécessité de remplacer l'anneau de graphite. De la même manière, des matières à base de polymère de tétrafluoréthylène ("TFE"), ou bien de telles matières contenant du Mo 52 comme additif, ne conviennent pas à des joints de tige du type SMT pour des vannes pour pressions de l'ordre de 210 M Pa, car ces matières ne sont pas toujours capables de maintenir l'étanchéité sous de telles pressions après que la vanne a été soumise à des températures variant cycliquement Une vanne en service dans un champ pétrolier dans lequel des fluides de puits sous haute pression s'écoulent de puits profonds peuvent être chauffées, par ces fluides, à une température d'environ 1500 C Lorsque les fluides du puits cessent de s'écouler à travers la vanne, par exemple si le puits est fermé, la vanne peut se refroidir jusqu'à la température ambiante, par exemple 210 C, et si le puits est de nouveau ouvert et que les fluides recommencent à s'écouler, la vanne peut de nouveau être portée à une température de 1500 C Ainsi, la température de la vanne varie de façon cyclique entre environ 210 C et 1500 C Un joint de tige de vanne doit pouvoir rester étanche constamment, à toutes les températures et durant tous les cycles de températures auxquels la vanne est soumise en service Un joint du type SM Tutilisant des anneaux en polymère de tétrafluoréthylène ou des anneaux en polymère de tétrafluoréthylène chargé de Mo S, assure l'étanchéité aux fluides de puits à des pressions d'environ 210 M Pa aux températures ambiantes, par exemple 210 C, et de nouveau à des températures élevées, par exemple 150 'C Cependant, lorsque la vanne est soumise à un cycle thermique la faisant passer de la température ambiante à 150 C et la ramenant à la température ambiante, le joint du type SMT ne reste pas toujours étanche; parfois, le joint présente de petites fuites, soit pendant le mouvement de la tige de la vanne, soit alors que la tige de la vanne est immobile, soit à la fois pendant le mouvement et les périodes d'immobilité Bien que la fuite puisse être arrêtée par un resserrage de l'élément de retenue des garnitures, la fuite réapparaît après d'autres cycles de températures. L'invention a pour objet de résoudre les problèmes décrits ci-dessus au moyen d'un joint fiable de tige de The graphite materials used alone, for example, are not desirable for SMT-type rod joints intended for valves to be operated under conditions that are expected to be encountered during service. pressures of 210 M Pa, as these materials tend to extrude beyond the metal ring gaskets as they flatten to solicit the seal, as the graphite begins to extrude before the gaskets are sufficiently flattened to form a seal with the valve stem and the stuffing box In addition, the movement of the valve stem tends to remove by wear or erosion the graphite-based materials deposited on the rod and driven by the rod to This extrusion and wear removal of the graphite-based material under service conditions 210 M Pa can lead to the appearance of leakage of fluids from the well by the seal and the need to replace the graphite ring. Similarly, tetrafluoroethylene polymer ("TFE") materials, or such materials containing Mo 52 as an additive, are not suitable for SMT-type seals for pressure valves of the type. order of 210 M Pa, because these materials are not always able to maintain tightness under such pressures after the valve has been subjected to cyclically varying temperatures A valve in service in an oil field in which well fluids under high pressure flows from deep wells can be heated, by these fluids, to a temperature of about 1500 C When fluids from the well stop flowing through the valve, for example if the well is closed, the valve can cool down to room temperature, for example 210 ° C, and if the well is opened again and the fluids start flowing again, the valve can again be heated to a temperature of 1500 ° C. The temperature of the valve varies cyclically between approximately 210 ° C and 1500 ° C. A valve stem seal must be able to remain sealed at all temperatures and during all the temperature cycles to which the valve is subjected in service. A seal of the type MS using tetrafluoroethylene polymer rings or Mo S-filled tetrafluorethylene polymer rings, seals well fluids at pressures of about 210 M Pa at ambient temperatures, for example 210 C, and again at high temperatures, for example 150 ° C. However, when the valve is subjected to a thermal cycle from room temperature to 150 C and bringing it back to room temperature, the SMT type seal does not always remain sealed; sometimes, the seal has small leaks, either during the movement of the valve stem, or while the valve stem is stationary, both during movement and periods of immobility Although the leak may be stopped by retightening the packing retainer, the leak reappears after further temperature cycles. The object of the invention is to solve the problems described above by means of a reliable rod seal of
vanne, convenant à des vannes ayant des pressions de tra- valve, suitable for valves with working pressures
vail de l'ordre de 210 M Pa ou plus et soumises à des cycles de températures compris entre -300 C et 1500 C L'invention a pour autre objet un tel joint qui reste étanche et ne présente aucune fuite lorsqu'il est soumis à des fluides de puits ayant des pressions de 210 M Pa ou plus et lorsque la température de la vanne passe de la température ambiante à environ 150 C et revient à la température ambiante, sans qu'il soit nécessaire de resserrer l'élément de retenue de garnitures L'invention a également pour objet un tel joint qui est simple, peu volumineux et économique, et aisé à fabriquer, poser et mettre en service L'invention a également pour objet un tel joint qui présente un faible frottement, qui est durable et relativement résistant à la détérioration due aux fluctuations et aux températures extrêmes, aux pressions élevées et à l'activité chimique The invention has for another object such a seal which remains leakproof and shows no leakage when it is submitted to a temperature range of -300 ° C. to 1500 ° C. well fluids having pressures of 210 M Pa or more and when the valve temperature changes from ambient temperature to about 150 ° C and returns to ambient temperature without the need to tighten the The invention also relates to such a seal which is simple, inexpensive and economical, and easy to manufacture, install and put into service. The invention also relates to such a seal which has a low friction, which is durable and relatively resistant to deterioration due to extreme fluctuations and temperatures, high pressures and chemical activity
des fluides de puits envers lesquels il assure l'étanchéité. well fluids to which it seals.
Conformément & l'invention, une vanne à passage direct à tige extérieure équilibrée, pour hautes pressions, comporte un dispositif d'étanchéité de tige associant un contact métal sur métal et une matière souple entre le chapeau du corps de la vanne et la tige de commande de la vanne et entre la chambre ménagée dans le corps de la vanne et la tige équilibrée Chaque dispositif d'étanchéité comprend au moins un groupe de joints comprenant deux garnitures annulaires tronconiques en métal élastique entre lesquelles sont disposés deux anneaux d'appoint ou de raccordement en matière souple mais dure, à pouvoir In accordance with the invention, a high-pressure, balanced outer shaft, direct-pass valve has a rod sealant associating a metal-to-metal contact and a flexible material between the valve body cap and the valve stem. control of the valve and between the chamber formed in the body of the valve and the balanced rod Each sealing device comprises at least one group of joints comprising two frustoconical annular fittings of elastic metal between which are arranged two auxiliary rings or flexible but hard connection, with power
lubrifiant élevé, par exemple un polymère de tétrafluor- high lubricant, for example a tetrafluoropolymer
éthylène, un anneau d'appoint étant adjacent à l'une des garnitures métalliques annulaires et l'autre anneau d'appoint étant adjacent à l'autre de ces garnitures Une âme annulaire est disposée entre les anneaux d'appoint et elle est constituée d'une matière dont la dilatation volumétrique est notablement inférieure, sous l'effet de la chaleur, à celle des anneaux d'appoint, par exemple du graphite comprimé L'âme annulaire présente un diamètre intérieur plus grand que le diamètre intérieur des anneaux d'appoint Une bague d'appui, qui peut être constituée du même type-de matière que celui utilisé pour les anneaux d'appoint, par exemple un polymère de tétrafluoréthylène, est disposée sur le pourtour de la périphérie intérieure de l'âme annulaire, entre cette dernière et la tige de ethylene, a booster ring being adjacent to one of the annular metal fittings and the other booster ring being adjacent to the other one of these seals An annular core is disposed between the booster rings and consists of a material whose volumetric expansion is appreciably less, under the effect of heat, than that of the auxiliary rings, for example compressed graphite. The annular core has an inside diameter larger than the inside diameter of the rings. A backing ring, which may be made of the same type of material as that used for the booster rings, for example a tetrafluoroethylene polymer, is disposed on the periphery of the inner periphery of the annular core, between the latter and the stem of
commande de la vanne ou la tige d'équilibrage Chaque en- valve control or balancing rod Each
semble de joints est disposé dans une boîte annulaire à garnitures, dans la partie adjacente du corps de la vanne s'éténdant autour de la tige Chaque boîte à garnitures The joints are arranged in a ring-shaped box, in the adjacent part of the valve body running around the stem. Each packing box
est fermée par un élément annulaire de retenue des garni- is closed by an annular packing retainer
tures vissé suffisamment dans la boîte à garnitures pour aplatir les garnitures annulaires métalliques tronconiques de manière que les bords intérieur et extérieur de chaque garniture annulaire métallique portent contre la tige et contre la boîte à garnitures, respectivement, sous une sufficiently screwed into the stuffing box to flatten the frustoconical metal annular fittings so that the inner and outer edges of each annular metal seal are against the shank and against the stuffing box, respectively, under a
pression suffisante pour provoquer une déformation plas- sufficient pressure to cause plastic deformation
tique du bord périphérique intérieur de ces garnitures tick of the inner peripheral edge of these fillings
sur leur côté concave et de leur bord périphérique exté- on their concave side and their outer peripheral edge.
rieur sur leur côté convexe L'empilage, constitué de l'âme annulaire et de la bague d'appui disposées entre les anneaux d'appoint, est déformé pour épouser la forme des garnitures annulaires métalliques aplaties et remplir The stack, consisting of the annular core and the support ring disposed between the booster rings, is deformed to conform to the shape of the flattened metal ring gaskets and to fill
pratiquement en totalité l'espace compris entre ces gar- practically the entire space between these
nitures Le volume de l'âme annulaire est à peu près égal à un tiers du volume total de l'empilage Lorsque la vanne est en service et qu'elle est soumise à un cycle thermique, le joint reste serré et conserve sa précharge sans qu'il soit nécessaire de resserrer l'élément de retenue des The volume of the annular core is approximately equal to one third of the total volume of the stack. When the valve is in service and is subjected to a thermal cycle, the seal remains tight and preserves its preload it is necessary to tighten the retaining element
garnitures L'ensemble de joints de tige selon l'inven- The stem joint assembly according to the invention
tion peut également être utilisé pour l'étanchéité de vis de blocage et dans d'autres cas o il est nécessaire I d'assurer l'étanchéité entre des pièces mobiles entre elles et soumises à un cycle thermique, à la fois pendant et It can also be used for the sealing of locking screws and in other cases where it is necessary to seal between moving parts which are mutually movable and subjected to a thermal cycle, both during and after
après des mouvements relatifs de ces pièces. after relative movements of these pieces.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale d'une vanne selon l'invention; et les figures 2 A et 2 B sont des coupes verticales partielles dans le même plan que celui de la figure 1, mais à échelle agrandie, montrant une forme de réalisation du dispositif d'étanchéité pour tige de commande selon The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting example and in which: FIG. 1 is a vertical section of a valve according to the invention; and FIGS. 2A and 2B are partial vertical sections in the same plane as that of FIG. 1, but on an enlarged scale, showing an embodiment of the control rod sealing device according to FIG.
l'invention, forme de réalisation dans laquelle les gar- the invention, an embodiment in which the gar-
nitures annulaires métalliques tronconiques sont orientées dans un sens s'éloignant de la pression envers laquelle il faut assurer l'étanchéité à l'intérieur de la vanne, la figure 2 B montrant le-dispositif d'étanchéité de tige selon l'invention tel que monté dans la vanne, mais avant d'être sollicité par serrage de l'élément de retenue des garnitures et la figure 2 A représentant le dispositif The truncated metal annular nitrides are oriented in a direction away from the pressure towards which the seal is to be sealed inside the valve, FIG. 2B showing the rod sealing device according to the invention, such as mounted in the valve, but before being urged by clamping the seal retainer and Figure 2A showing the device
d'étanchéité de tige à l'état sollicité. stem sealing in the stressed state.
La figure 1 représente une vanne comprenant un corps creux qui présente une chambre 21 et auquel un FIG. 1 shows a valve comprising a hollow body which has a chamber 21 and to which a
chapeau 23 est fixé par des goujons 25 et des écrous 27. cap 23 is fixed by studs 25 and nuts 27.
Une garniture convenable 29, sollicitée par pression, A suitable lining 29, urged by pressure,
assure l'étanchéité entre le chapeau 23 et la chambre 21. ensures the seal between the cap 23 and the chamber 21.
Des sièges 31 et 33, situés aux extrémités intérieures de canaux 35 et 37, coopèrent avec deux obturateurs percés 39 et 41 qui commandent l'écoulement d'un fluide, par Seats 31 and 33, located at the inner ends of channels 35 and 37, cooperate with two pierced shutters 39 and 41 which control the flow of a fluid, through
exemple de l'eau, du pétrole ou du gaz, à travers la vanne. example of water, oil or gas, through the valve.
Une matière d'étanchéité est emmagasinée dans des réser- A sealing material is stored in reservoirs
voirs 43 et 45 et elle est dirigée automatiquement, par des canaux 47 et 49 de distribution, vers 'Les interfaces entre les obturateurs et les sièges et entre les collets see 43 and 45 and it is directed automatically, by channels 47 and 49 distribution, to 'Interfaces between the shutters and the seats and between the collars
des sièges et le corps de la vanne pour assurer l'étan- seats and the body of the valve to ensure the
chéité à ces interfaces.at these interfaces.
Les obturateurs 39 et 41 sont aninés d'un mouve- The shutters 39 and 41 are equipped with a movement
ment alternatif par une tige sensiblement cylindrique 51 de commande afin de se déplacer entre une position de fermeture, montrée sur la figure 1 et dans laquelle les fluides ne peuvent s'écouler par les canaux 35 et 37, et une position d'ouverture permettant cet écoulement et dans laquelle les orifices 53 et 55 des obturateurs sont alternatively by a substantially cylindrical control rod 51 to move between a closed position, shown in FIG. 1 and in which the fluids can not flow through the channels 35 and 37, and an open position permitting this flow and in which the orifices 53 and 55 of the shutters are
alignés avec des orifices 57 et 59 des sièges 31 et 33. aligned with holes 57 and 59 of seats 31 and 33.
L'extrémité supérieure de la tige 51 de commande fait saillie vers l'extérieur de la chambre 21 de la vanne et passe dans un trou 61 du chapeau 23 Un dispositif d'étanchéité 63 selon l'invention assure l'étanchéité entre The upper end of the control rod 51 projects outwardly from the chamber 21 of the valve and passes into a hole 61 of the cap 23. A sealing device 63 according to the invention ensures the seal between
la tige 51 et une boite à garnitures sensiblement cylin- the rod 51 and a substantially cylindrical packing box
drique 65 disposée dans le chapeau 23 Le dispositif 63 d'étanchéité est comprimé dans la boîte à garnitures 65 par un élément 67 de retenue de garnitures qui est vissé dans un collet taraudé 69 situé à la partie supérieure du chapeau 23 Un orifice 71 de purge est utilisé pour la détection de fuites des fluides entre la tige 51 et The sealing device 63 is compressed in the packing box 65 by a packing retainer 67 which is screwed into a threaded collar 69 located at the top of the cap 23 A purge port 71 is used for leak detection of fluids between rod 51 and
l'orifice 61 après remise en place de la tige. the orifice 61 after replacing the rod.
La surface extérieure du collet 69 du chapeau est également filetée et reçoit par vissage un capuchon 73 d'appui Un écrou 75 de commande est vissé sur le tronçon supérieur fileté 77 de la tige 51 de commande et il comporte une bride 79 disposée entre des butées axiales The outer surface of the collar 69 of the cap is also threaded and screwably receives a bearing cap 73 A control nut 75 is screwed onto the threaded upper portion 77 of the control rod 51 and has a flange 79 disposed between stops axial
supérieure et inférieure 81 et 83 La butée axiale infé- upper and lower 81 and 83 The axial abutment
rieure 83 porte contre la surface supérieure d'une rondelle disposée sur le dessus de l'élément 67 de retenue des garnitures La butée axiale inférieure 81 porte contre 83 against the upper surface of a washer disposed on the top of the trim retainer 67. The lower axial abutment 81 bears against
l'extrémité intérieure supérieure du capuchon 73 d'appui. the upper inner end of the support cap 73.
Un volant à main 87 présente une ouverture non circulaire 89 ajustée sur un tronçon 91 de forme correspondante de A hand wheel 87 has a non-circular opening 89 fitted to a section 91 of corresponding shape of
l'écrou 75 de commande Le volant 87 est maintenu en posi- the control nut 75 The flywheel 87 is kept in position
tion par un écrou 96 de retenue qui est vissé sur l'extré- by a retaining nut 96 which is screwed onto the end
mité supérieure de l'écrou 75 de commande Un orifice de purge permet aux fluides de s'échapper d'entre le tronçon fileté 77 de la tige 51 et l'écrou 75 de commande. The purge port 75 allows the fluids to escape from between the threaded portion 77 of the rod 51 and the control nut 75.
Une tige 97 d'équilibrage, sensiblement cylin- A balancing rod 97, substantially cylindrical,
drique, est reliée aux extrémités inférieures des obturateurs et fait saillie à l'extérieur de la chambre de la vanne en passant dans un trou 99 Un dispositif 101 d'étanchéité selon l'invention assure l'étanchéité entre cette tige 97 d'équilibrage et une boite à -garnitures sensiblement cylindrique 103 située dans le corps de la vanne Le dispositif 101 d'étanchéité est comprimé dans la boite à garnitures 103 par un élément inférieur 105 drique, is connected to the lower ends of the shutters and protrudes outside the chamber of the valve through a hole 99 A sealing device 101 according to the invention ensures the seal between this rod 97 balancing and a substantially cylindrical packing box 103 located in the body of the valve The sealing device 101 is compressed in the packing box 103 by a lower element 105
de retenue de garnitures qui est vissé dans un trou tarau- retainer which is screwed into a threaded hole
dé 107 coaxial au trou 99 et à la boite à garnitures 103. coaxial with hole 99 and with stuffing box 103.
Un orifice 109 de purge est utilisé pour détecter, le cas échéant, les fuites de fluides d'entre la tige 97 d'équilibrage et le trou 99 lorsque le tronçon élargi situé à l'extrémité supérieure de la tige d'équilibrage est totalement logé dans le siège annulaire situé dans le corps de la vanne, autour du trou 99 Un capuchon inférieur 111 est vissé sur le corps de la vanne, au-dessus de l'élément inférieur 105 de retenue et de l'extrémité inférieure A purge port 109 is used to detect, as the case may be, leakage of fluids from between the balancing rod 97 and the hole 99 when the widened section at the upper end of the balancing rod is fully seated. in the ring seat located in the body of the valve, around the hole 99 A lower cap 111 is screwed onto the body of the valve, above the lower element 105 and the lower end restraint
de la tige 97 d'équilibrage, au moyen de vis 113. of the balancing rod 97, by means of screws 113.
Lorsque le volant 87 est tourné, l'écrou 75 de commande tourne et provoque, par l'intermédiaire de la When the flywheel 87 is rotated, the control nut 75 rotates and causes, via the
tige 51 de commande, la montée ou la descente des obtura- 51 control rod, the rise or fall of the shutters
teurs 39 et 41 auxquels la tige est reliée par un moyeu Ceci provoque à son tour un mouvement de montée ou 39 and 41 to which the rod is connected by a hub This in turn causes a rise or fall movement.
de descente de la tige 97 d'équilibrage reliée aux obtura- downward movement of the balancing rod 97 connected to the shutters
teurs par un moyeu 117 Il se produit donc un mouvement axial relatif entre chacune des tiges 51 et 97 et les dispositifs respectifs 63 et 101 d'étanchéité de ces tiges Ces dispositifs 63 et 101 d'étanchéité doivent donc rester serrés avant, pendant et après de tels mouvements Thus, there is a relative axial movement between each of the rods 51 and 97 and the respective sealing devices 63 and 101 of these rods. These sealing devices 63 and 101 must therefore remain tight before, during and after. such movements
axiaux relatifs.relative axes.
Les dispositifs 63 et 101 d'étanchéité sont The sealing devices 63 and 101 are
identiques, de sorte que la description détaillée d'un identical, so that the detailed description of a
seul de ces dispositifs suffit Comme représenté sur les figures 2 A et 2 B, le dispositif 63 d'étanchéité comprend Only one of these devices suffices. As shown in FIGS. 2A and 2B, the sealing device 63 comprises
un ensemble supérieur 119 d'étanchéité et -un ensemble infé- an upper seal assembly 119 and a lower one
rieur 121 d'étanchéité Une bague 123 d'adaptation de base est disposée dans le fond de la boîte annulaire 65 à 121 A basic adapter ring 123 is disposed in the bottom of the annular box 65 to
garnitures, au-dessous de l'ensemble inférieur 121 d'étanchéité. gaskets, below the lower seal assembly 121.
La surface inférieure de la bague 123 d'adaptation porte étroitement et de façon complémentaire contre le fond de la boîte à garnitures Une bague mobile 125 d'adaptation est disposée entre la face inférieure 127 de l'élément 67 de retenue des garnitures et l'ensemble supérieur 119 d'étanchéité L'extrémité supérieure de la bague mobile d'adaptation s'applique étroitement et de manière correspondante contre la face inférieure 127 de l'élément 67 de retenue Une bague intermédiaire 129 d'adaptation The lower surface of the adapter ring 123 tightly and complementarily bears against the bottom of the stuffing box. A movable ring 125 for adaptation is disposed between the lower face 127 of the packing retainer element 67 and the upper assembly 119 sealing The upper end of the movable adapter ring is applied closely and correspondingly against the lower face 127 of the retaining element 67 An intermediate ring 129 of adaptation
est disposée entre les ensembles 119 et 121 d'étanchéité. is disposed between the sealing assemblies 119 and 121.
La face supérieure de la bague d'adaptation de base 123, la face inférieure de la bague mobile 125 d'adaptation The upper face of the base adapter ring 123, the lower face of the adapter ring 125
et les faces supérieure et inférieure de la bague inter- and the upper and lower faces of the inner ring
médiaire 129 d'adaptation sont de forme tronconique pré- mediator 129 are of frustoconical shape
sentant les angles de cône souhaités pour les formes des ensembles d'étanchéité 119 et 121 dans leurs positions d'assemblage final A cet égard, il convient de noter que la figure 2 B montre le dispositif d'étanchéité selon l'invention tel que monté dans la vanne, mais avant d'être sollicité par serrage de l'élément de retenue des sensing the desired cone angles for the shapes of the sealing assemblies 119 and 121 in their final assembly positions In this regard, it should be noted that FIG. 2B shows the sealing device according to the invention as mounted in the valve, but before being urged by clamping the retaining element of the
garnitures, et que la figure 2 A illustre le même dispo- fittings, and that Figure 2A illustrates the same arrangement
sitif d'étanchéité à l'état sollicité, l'élément de rete- sealing device in the stressed state, the retaining element
nue des garnitures étant vissé davantage dans son logement taraudé et les ensembles d'étanchéité et les bagues d'adaptation étant dans leurs positions d'assemblage naked gaskets being screwed further into its threaded housing and the sealing assemblies and adapter rings being in their assembly positions
final Comme décrit plus en détail ci-après, les garni- As described in more detail below,
tures annulaires métalliques des ensembles d'étanchéité présentent une forme conique plus marquée, c'est-à-dire des angles de cène plus petits, dans leur état relâché metallic annular faces of the seal assemblies have a more pronounced conical shape, i.e., smaller crown angles, in their relaxed state
tel que montré sur la figure 2 B que dans leur état solli- as shown in Figure 2 B only in their requested state.
cité final tel que montré -sur la figuré 2 A Si cela est souhaité, l'une ou l'autre ou les deux bagues 123 et d'adaptation peuvent être supprimées, auquel cas le fond de la boîte à garnitures et/ou l'extrémité inférieure de l'élément 67 de retenue présentent alors une surface As is shown in FIG. 2A, if desired, either or both of the rings 123 and adapter may be omitted, in which case the bottom of the stuffing box and / or the lower end of the retaining element 67 then have a surface
tronconique ayant l'angle de cône et l'aire souhaités. frustoconical having the desired cone angle and area.
Lorsqu'elles sont utilisées, les bagues d'adaptation 123, 125 et 129 peuvent être réalisées en une matière relativement dure, par exemple en acier 4140 Il suffit que le corps et le chapeau de la vanne soient réalisés en tout acier utilisé classiquement pour des vannes à When used, the adapter rings 123, 125 and 129 may be made of a relatively hard material, for example 4140 steel It is sufficient that the body and the cap of the valve are made of any steel conventionally used for valves to
haute pression.high pressure.
Les ensembles d'étanchéité 119 et 121 sont identiques, de sorte qu'il suffit de décrire en détail un seul de ces ensembles L'ensemble 119 d'étanchéité The sealing assemblies 119 and 121 are identical, so that it suffices to describe in detail only one of these assemblies.
comprend deux garnitures annulaires métalliques tronconi- includes two truncated metal ring fittings
ques 131 entre lesquelles sont disposés deux anneaux identiques 133 d'appoint Ces anneaux 133 sont réalisés 131 between which are arranged two rings 133 identical auxiliary These rings 133 are made
en une matière solide souple et dure, présentant un cer- in a soft and hard solid material, having a certain
tain pouvoir lubrifiant et ayant un module d'élasticité inférieur à celui des garnitures annulaires métalliques 131 Un anneau d'appoint est disposé à proximité immédiate de l'une des garnitures annulaires métalliques et l'autre anneau d'appoint est disposé à proximité immédiate de It has a lubricating ring with a modulus of elasticity that is lower than that of the metal annular fittings. A booster ring is arranged in close proximity to one of the metal annular fittings and the other booster ring is arranged in the immediate vicinity of
l'autre garniture.the other garnish.
Une âme annulaire 135 est disposée entre les anneaux d'appoint 133 Cette âme annulaire 135 présente An annular core 135 is disposed between the auxiliary rings 133 This annular core 135 presents
un coefficient de dilatation thermique volumétrique in- a volumetric thermal expansion coefficient in-
férieur à celui des anneaux d'appoint 133 Le diamètre intérieur de l'âme annulaire 135 est plus grand que le diamètre intérieur des anneaux d'appoint 133 Une bague 137 d'appui, réalisée en une matière solide dure et The inner diameter of the annular core 135 is larger than that of the inner diameter of the auxiliary rings 133. A support ring 137 made of a solid material is
souple, présentant un certain pouvoir lubrifiant et pou- flexible, with a certain lubricating power and
vant être du même type que celui utilisé pour les anneaux be of the same type as used for rings
d'appoint 133, est disposée sur le pourtour du bord in- 133, is disposed on the periphery of the edge
férieur de l'âme annulaire 135, entre cette dernière et la tige 51 de commande de la vanne La bague 137 the annular core 135 between the latter and the rod 51 for controlling the valve.
d'appui réalise un ajustement à glissement dans l'ouver- support makes a sliding fit in the opening
ture de l'âme annulaire 135.ture of the annular core 135.
Les garnitures annulaires métalliques 131 à l'état relâché présentent une section sensiblement rectangulaire qui forme un angle d'environ 300 avec l'horizontale Ainsi, l'angle du cône formé par les garnitures 131 à l'état relâché est d'environ 1200 Dans cet état relâché, les garnitures 131 présentent un jeu radial avec à la fois la tige 51 et la boîte à garnitures 65, de sorte que ni la tige ni la boîte à garnitures ne sont détériorées lors de la pose des garnitures 131 dans la vanne Le montage des garnitures 131 consiste simplement à les faire tomber en position Lorsque le dispositif d'étanchéité est sollicité par un serrage de l'élément de retenue des garnitures, ces dernières sont aplaties de manière que le diamètre intérieur de chaque garniture diminue et que le diamètre extérieur de chaque garniture The metal annular lining 131 in the relaxed state has a substantially rectangular section which forms an angle of approximately 300 with the horizontal. Thus, the angle of the cone formed by the lining 131 in the relaxed state is approximately 1200 mm. in this relaxed state, the linings 131 have a radial clearance with both the rod 51 and the stuffing box 65, so that neither the rod nor the stuffing box are damaged during the fitting of the linings 131 in the valve Le. assembly of the lining 131 is simply to make them fall into position When the sealing device is urged by a tightening of the lining retaining element, the latter are flattened so that the inside diameter of each lining decreases and the diameter outside of each trim
augmente suffisamment pour que le bord périphérique inté- increases sufficiently so that the peripheral edge
rieur situé sur la face concave et le bord périphérique extérieur situé sur la face convexe de chaque garniture soient appliqués en contact étanche, métal sur métal, on the concave face and the outer peripheral edge on the convex face of each lining are applied in leaktight contact, metal to metal,
par déformation ou "matriçage", c'est-à-dire fluage plas- by deformation or "stamping", that is to say, creep
tique, avec la tige et la botte à garnitures, respective- tick, with the upper and the boot with trims, respectively
ment Pour ne pas abîmer par frottement ou détériorer les tiges, les garnitures annulaires métalliques doivent In order not to damage by friction or to damage the rods, the metal ring fittings must
être réalisées en un métal plus tendre que celui des - be made of a softer metal than the -
tiges de vanne Les tiges de vanne peuvent être consti- valve stems Valve stems can be
tuées d'un alliage du type "K Monel", par exemple, bien qu'un acier comparable puisse convenir Il est préférable que la tige présente un revêtement dur, par exemple un revêtement de carbure de tungstène d'une épaisseur de for example, although a comparable steel may be suitable. It is preferable that the rod has a hard coating, for example a coating of tungsten carbide with a thickness of
0,075 à 0125 mm, destiné à augmenter la dureté et la lon- 0.075 to 0125 mm, intended to increase the hardness and
gévité de la tige Un tel revêtement élève la dureté de la tige en la faisant passer d'une valeur Rockwell d'environ 30 à enviton 60 Les garnitures annulaires métalliques doivent être suffisamment plastiques pour Such a coating raises the hardness of the rod by passing it from a Rockwell value of about 30 to about 60. The metal ring gaskets must be sufficiently plastic to
permettre le matriçage des bords périphériques sous l'ap- plication d'une contrainte élevée afin de réaliser le joint métal sur enable forging the peripheral edges under the application of a high stress in order to achieve the metal seal on
métal, et elles doivent être suffisamment résistantes pour supporter la précharge importante et les pressions des fluides rencontrés dans les puits en service Ces garnitures peuvent être réalisées, par exemple, en acier inoxydable recuit (austénitique), par exemple du type 316, ou bien en d'autres métaux tels que de l'acier doux ou de l'acier allié Pour réduire encore metal, and they must be sufficiently strong to withstand the high precharge and fluid pressures encountered in the wells in service. These gaskets may be made, for example, of annealed (austenitic) stainless steel, for example of the 316 type, or of other metals such as mild steel or alloy steel To further reduce
plus le risque de détérioration par frottement ou d'en- the greater the risk of damage by friction or
dommagement des tiges, le bord périphérique intérieur de la face concave de chaque garniture est arrondi de damage to the stems, the inner peripheral edge of the concave face of each trim is rounded
préférence à un rayon égal à environ la moitié de l'épais- preferably at a radius equal to about half the thickness
seur de la garniture, par exemple un rayon de 0,5 mm pour une garniture de 1 mm d'épaisseur A l'état aplati, les garnitures annulaires métalliques 131 font un angle d'en- viron 150 avec l'horizontale, ce qui correspond à un For example, a 0.5 mm radius for a 1 mm thick gasket. When in a flattened state, the annular metal gaskets 131 are at an angle of about 150 to the horizontal, corresponds to a
angle de cône d'environ 1500, conforme aux faces tronco- cone angle of about 1500, conforming to the truncated faces
niques des bagues d'adaptation 123, 125 et 129 qui sont of the adapter rings 123, 125 and 129 which are
également disposées de manière à former un angle d'envi- also arranged in such a way as to form an angle of
ron 15 avec l'horizontale Il est évident que, bien que les garnitures annulaires métalliques soient de préférence tronconiques, il est possible d'utiliser des garnitures It is evident that, although the metal annular fittings are preferably frustoconical, it is possible to use trimmings.
annulaires métalliques ayant des formes autres que tron- metal rings having shapes other than truncated
coniques. La matière utilisée pour les anneaux d'appoint conical. The material used for the booster rings
133 et la bague d'appui 137 doit avoir un faible coeffi- 133 and the support ring 137 must have a low coefficient of
cient de frottement, c'est-à-dire un pouvoir lubrifiant élevé La matière utilisée pour les anneaux d'appoint 133 friction, that is to say a high lubricity The material used for the auxiliary rings 133
et la bague d'appui 137 doit également avoir une résis- and the support ring 137 must also have a resistance
tance et une dureté suffisantes pour conserver son inté- sufficient strength and hardness to maintain its
grité sous les pressions élevées, et elle doit résister à l'activité chimique du fluide commandé par la vanne et doit pouvoir supporter des températures comprises dans la plage qu'il est prévu de rencontrer en cours de service, par exemple de 150 à -300 C Une telle matière doit également être suffisamment souple ou élastique pour pénétrer par fluage dans tous les petits espaces grit under high pressures, and must withstand the chemical activity of the fluid controlled by the valve and must be able to withstand temperatures within the range expected to be encountered during service, for example from 150 to -300 Such a material must also be sufficiently flexible or elastic to creep into all small spaces
pouvant subsister entre les garnitures annulaires métal- which may exist between metal ring gaskets
liques et la tige et la boite à garnitures par suite de rayures ou de marques d'usinage présentes sur la and rod and lining box due to scratches or machining marks on the
tige ou la boite à garnitures, ou bien entre les garni- stem or the stuffing box, or between
tures annulaires métalliques et la surface de la tige nouvellement adjacente, pendant et après les mouvements de cette tige Des espaces de ce dernier type peuvent apparaître, par exemple, en raison du fait que, pendant et après les mouvements de la tige, les bords périphériques intérieurs des garnitures annulaires métalliques ne fluent pas instantanément, et peut-être jamais, de façon plastique pour épouser la surface nouvellement adjacente de la tige Les matières des anneaux d'appoint et de la bague d'appui pénètrent par fluage dans tous ces petits espaces et les doturent de manière étanche Par conséquent, les anneaux d'appoint et la bague d'appui peuvent égale- ment être considérés comme des bagues d'étanchéité Les matières convenant aux anneaux d'appoint 133 et à la bague d'appui 137 comprennent, par exemple, un polymère de tétrafluoréthylène tel que celui commercialisé sous la marque "Teflon", et celui commercialise sous la marque "Moly-Teflon", qui est analogue au "Tef Ion", mais qui contient jusqu'à environ 15 % de bisulfure de molybdène Mo 52 Une matière particulière s'avérant convenable contient 5 % en poids de Mo 52 et 95 % en poids de TFE et elle est commercialisée par la firme Allied Chemical metal annular tines and the surface of the newly adjacent stem, during and after the movements of this rod Spaces of the latter type may appear, for example, due to the fact that, during and after the movements of the stem, the peripheral edges The interior of the metal ring gaskets do not instantly, and perhaps never, plastically flush to conform to the newly adjacent surface of the stem. The materials of the fillers and the backing ring creep into all these small spaces. The fillers and the back-up ring can also be considered as sealing rings. The materials suitable for the back-up rings 133 and the backing ring 137 comprise , for example, a tetrafluoroethylene polymer such as that marketed under the trademark "Teflon", and that marketed under the trademark "Moly-Teflon", which is similar to "Tef Ion", but contains up to about 15% molybdenum disulfide Mo 52 A particular suitable material contains 5% by weight of Mo 52 and 95% by weight of TFE and is marketed by the company Allied Chemical
Company sous la désignation "n O 2021 ". Company under the designation "No. 2021".
La matière utilisée pour l'âme annulaire 135 doit, de même que la matière utilisée pour les bagues 133 et 137, avoir une résistance suffisante pour supporter la contrainte élevée demandée pour la précharge du joint, The material used for the annular core 135 must, like the material used for the rings 133 and 137, have sufficient strength to withstand the high stress required for the preload of the joint,
et elle doit également être résistante à l'activité chimi- and it must also be resistant to chemical activity
que des fluides du puits envers lesquels il faut assurer that fluids from the well to which we must ensure
l'étanchéité et elle doit pouvoir supporter des tempé- watertightness and must be able to withstand
ratures comprises dans la plage qu'il est prévu de ren- erations within the expected range of
contrer en cours de service, par exemple de 150 à -60 'C. counter during service, for example from 150 to -60 ° C.
La découverte, par la Demanderesse, de ce qui semble être la cause des fuites du joint du type SMT The Applicant's discovery of what appears to be the cause of leakage of the SMT type seal
aux pressions élevées et sous l'effet de cycles de tempé- at high pressures and under the effect of temperature cycles
ratures extrêmes, permet d'apprécier encore mieux d'autres propriétés de l'âme annulaire 135, bien qu'il soit évident que le joint décrit dans le présent mémoire résolve le problème des fuites quelle que soit la théorie de son fonctionnement. Les fuites présentées par le joint de tige du type SMT, utilisant des bagues de TFE ou de TFE chargé de Mo 52, sous des pressions de l'ordre 210 M Pa, après des variations cycliques de températures, résultent apparemment d'une perte partielle de la précharge exercée sur le joint On peut consulter, à titre de comparaison, la perte de précharge apparaissant dans des garnitures entièrement en élastomère, décrites dans l'article ASME précité Lorsque le joint du type SMT est mis en place ou sollicité pour la première fois, il est soumis à une compression mécanique résultant du serrage de l'élément de retenue des garnitures, de sorte qu'il est placé sous However, it is obvious that the gasket disclosed herein solves the problem of leaks regardless of the theory of its operation. The leaks presented by the SMT-type rod seal, using TFE or TFE rings loaded with Mo 52, at pressures of the order of 210 M Pa, after cyclical temperature variations, apparently result in a partial loss. Preload exerted on the seal It is possible to consult, by way of comparison, the loss of preload occurring in fully elastomeric linings, described in the aforementioned ASME article. When the seal of the SMT type is put in place or requested for the first time, time, it is subjected to mechanical compression resulting from the tightening of the lining retainer, so that it is placed under
une contrainte d'un degré supérieur à celui de la con- a constraint of a degree higher than that of the con-
trainte qui serait exercée par les fluides du puits sous haute pression Lorsqu'une vanne comportant le-joint de tige du type SMT s'échauffe de la température ambiante jusqu'à 150 'C, les bagues de TFE tendent à se dilater, mais elles ne peuvent se dilater ainsi de façon importante car elles sont pratiquement retenues de tous côtés par des métaux qui se dilatent moins rapidement que ces bagues de TFE Le joint est alors placé sous une contrainte de which would be exerted by the high-pressure well fluids When a valve with the SMT-type rod seal warms up to ambient temperature up to 150 ° C, the TFE rings tend to expand, but they can not expand so significantly because they are virtually retained on all sides by metals that expand less rapidly than these rings of TFE The seal is then placed under a constraint of
précharge supérieure à celle qui lui a été appliquée ini- preload greater than that applied to it initially
tialement, c'est-à-dire avant l'échauffement Lorsque la vanne refroidit et redescend à la température ambiante, la contrainte de précharge non seulement diminue à partir de son niveau élevé atteint au moment o la vanne a été chauffée, mais également descend à une valeur inférieure à celle qu'elle avait initialement Ceci semble apparemment dû à l'un ou à l'autre des effets suivants, ou peut-être aux deux effets Lorsque la vanne est chauffée à environ 1500 C, la contrainte élevée, qui dépasse la contrainte de précharge déjà élevée s'exerçant sur le joint et la structure métallique environnante le maintenant, par suite tialement, that is to say before heating up When the valve cools down and returns to room temperature, the precharge stress not only decreases from its high level reached at the time the valve was heated, but also goes down at a lower value than it originally had. This seems to be due to one or other of the following effects, or maybe both effects. When the valve is heated to about 1500 C, the high stress, which exceeds the already high preload stress exerted on the joint and the surrounding metal structure maintaining it, as a result
de la dilatation thermique des bagues de TFE, peut provo- thermal expansion of the TFE rings, can provoke
quer une légère déformation permanente ou définitive, cause a slight permanent or permanent deformation,
c'est-à-dire un affaissement, de cette structure métalli- that is to say a slump, of this metallic structure
que de maintien, de façon à accroître le volume occupé par le joint lorsque ce dernier revient en refroidissant à la température ambiante, ce qui réduit la contrainte exercée sur le joint et la fait descendre audessous de sa préchàrge En variante, ou peut-être en plus, lorsque les bagues de TFE sont placées sous la contrainte de niveau élevé due à la dilatation thermique résultant de l'échauffement de la vanne à 150 'C, les bagues de TFE peuvent subir une déformation permanente au-delà de celle provoquée par la contrainte de précharge, c'est-à-dire qu'elles risquent de prendre une autre déformation par compression, qui subsiste après le refroidissement de la vanne à la température ambiante et qui a pour résultat un soulagement de la contrainte exercée danà les bagues de TFE, ce soulagement neutralisant quelque peu l'effet and maintain, so as to increase the volume occupied by the seal when the latter returns cooling at room temperature, which reduces the stress exerted on the seal and makes it lower below its prehàrge Alternatively, or perhaps in moreover, when the TFE rings are placed under the high level stress due to the thermal expansion resulting from the heating of the valve to 150 ° C, the TFE rings can undergo a permanent deformation beyond that caused by the preload stress, that is to say that they may take another compressive deformation, which remains after the cooling of the valve at room temperature and which results in a relief of the stress exerted in the rings of TFE, this relief somewhat neutralizing the effect
de compression exercé par l'élément Cd retenue et les gar- of compression exerted by the retained Cd element and the
nitures sur le joint Par conséquent, après une variation cyclique de température, pour rétablir la précharge convenable, il est nécessaire de resserrer l'élément de retenue des garnitures En l'absence d'un tel resserrage, la vanne est incapable d'assurer l'étanchéité envers des Therefore, after a cyclic temperature variation, to restore the proper preload, it is necessary to tighten the lining retainer. In the absence of such a retightening, the valve is unable to provide the seal. sealing against
pressions de l'ordre de 210 M Pa sans fuites légères. pressures of the order of 210 M Pa without light leaks.
Conformément à l'invention, une certaine partie de la matière préférée, constituée de TFE ou de TFE chargé de Mo 52, située entre les garnitures annulaires métalliques du joint de tige du type SMT, est remplacée par une matière According to the invention, a certain part of the preferred material, consisting of TFE or TFE loaded with Mo 52, located between the metal annular fittings of the SMT-type rod seal, is replaced by a material
qui présente une dilatation relativement faible, lors- which has a relatively small dilatation,
qu'elle est chauffée, par rapport à celle du TFE chargé ou non de Mo 52 Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, cette matière à faible dilatation thermique It is heated, compared to that of the TFE loaded or not Mo 52 In the preferred embodiment of the invention, this low thermal expansion material
constitue l'âme annulaire 135 dont les trois faces adja- constitutes the annular core 135, the three faces of which
centes aux garnitures annulaires métalliques et à la tige sont recouvertes par les anneaux d'appoint 133 et la bague d'appui 137 Ainsi, l'âme annulaire 135 doit avoir metal rings and the stem are covered by the auxiliary rings 133 and the support ring 137. Thus, the annular core 135 must have
un coefficient de dilatation thermique volumétrique infé- a coefficient of volumetric thermal expansion
rieur à celui des bagues 133 et 137 Une telle matière convenant à l'âme annulaire 135 est un graphite comprimé commercialisé sous la marque "Grafoil" (voir brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 3 404 061) On pense que le coefficient de dilatation thermique volumétrique du TFE, par exemple, est sensiblement supérieur à celui du "Grafoil", en fait plusieurs fois supérieur, bien que des valeurs précises ne soient pas connues Cependant, les données publiées indiquent que le "Grafoil", qui est produit sous la forme de minces feuilles ou rubans stratifiés flexibles, possède un coefficient de dilatation linéaire d'environ -0,036 10-5 cm/cm'C dans des directions parallèles aux couches de graphite, c'est-à-dire suivant leur longueur This material suitable for the annular core 135 is a compressed graphite sold under the trademark "Grafoil" (see US Pat. No. 3,404,061). volumetric thermal expansion of the TFE, for example, is substantially greater than that of the "Grafoil", actually several times higher, although accurate values are not known However, published data indicate that the "Grafoil", which is produced in the form of thin flexible laminate sheets or strips, has a linear coefficient of expansion of about -0.036 10-5 cm / cm 2 C in directions parallel to the graphite layers, i.e. along their length
et leur largeur, sur la plage de 21 à 1100 'C, et d'envi- and their width, in the range of 21 to 1100 ° C, and of
ron 2,72 10-5 cm/cm'C dans des directions perpendiculaires aux couches, c'est-à-dire transversales à leur épaisseur, sur la plage de 21 à 2200 WC Le TFE possède un coefficient de dilatation linéaire d'environ 12,72-18, 18 10-5 cm/cm O C sur la plage de 25 à 260 ûC Pour des corps solides, le coefficient de dilation thermique volumétrique est égal 2.72 10-5 cm / cm 2 C in directions perpendicular to the layers, i.e. transverse to their thickness, in the range of 21 to 2200 WC. The TFE has a linear expansion coefficient of about 12.72-18, 18 10-5 cm / cm OC over the range of 25-260 ° C For solid bodies, the volumetric coefficient of thermal expansion is equal
à environ trois fois le coefficient de dilatation thermi- about three times the coefficient of thermal expansion
que linéaire (voir à cet effet l'ouvrage "The Handbook of Chemistry and Physics", 48 ème édition, page F-90 (Chemical Rubber Co 1967) Si l'on suppose alors que le "Grafoil" présente une dilatation volumétrique, en étant chauffé, ayant des valeurs trois fois supérieures aux valeurs données ci-dessus pour la dilatation linéaire, on obtient than linear (see for this purpose the book "The Handbook of Chemistry and Physics", 48th edition, page F-90 (Chemical Rubber Co 1967) If we assume then that the "Grafoil" has a volumetric expansion, in being heated, having values three times higher than the values given above for the linear expansion, we obtain
des valeurs qui restent inférieures à un quart de la dila- values which remain less than a quarter of the
tation thermique volumétrique prévue pour le TFE lorsque la vanne est chauffée à des températures comprises entre volumetric thermal temperature for the TFE when the valve is heated to temperatures between
environ 25 et 150 WC.about 25 and 150 WC.
L'empilage d'anneaux ou de bagues intercalaires, compris entre les garnitures annulaires métalliques et désigné ci-après par l'expression "empilage intercalaire", constitué de l'âme annulaire 135, de la bague 137 d'appui disposée autour du bord périphérique intérieur de cette âme et des anneaux 133 d'appoint disposés à proximité des faces supérieure et inférieure des anneaux 135 et 137, The stacking of rings or spacer rings, comprised between the metal annular fittings and hereinafter referred to as the "intermediate stack", consisting of the annular core 135, the support ring 137 arranged around the edge inner peripheral of this core and 133 auxiliary rings arranged near the upper and lower faces of the rings 135 and 137,
est déformé afin d'épouser la forme des garnitures annu- is deformed to match the shape of the annular
laires métalliques 131 et de remplir à peu près en tota- 131 and to fill approximately
lité l'espace compris entre ces garnitures 131 lorsqu'elles sont aplaties à l'état sollicité Les bagues et anneaux de l'exllpilage intercalaire ont généralement, à l'origine, une section rectangulaire, mais ils peuvent être déformés à la presse avant leur installation dans la vanne pour prendre les formes tronconiques montrées sur la figure 2 B et qui correspondent aux surfaces de forme tronconique 1 9 des anneaux d'adaptation 123, 125 et 129 contre lesquels les garnitures annulaires métalliques sont aplaties En variante, les anneaux de l'empilage intercalaire peuvent être mis en place dans leur configuration, en section, rectangulaire d'origine, et amenés à la forme tronconique The spacing between these liners 131 when flattened in the biased state. The rings and rings of the intermediate extrusion generally have a rectangular cross-section, but they can be deformed with the press before they are pressed. installation in the valve to take the frustoconical shapes shown in Figure 2 B and which correspond to frustoconical surfaces 1 9 of the adapter rings 123, 125 and 129 against which the metal annular fittings are flattened Alternatively, the rings of the interlayer stacking can be set up in their configuration, in section, rectangular of origin, and brought to the frustoconical shape
lors de la sollicitation ou mise sous pression du joint. when the seal is pressurized or pressurized.
La ratière constituant la bague 135 de soulagement de contraintes peut se présenter sous la forme d'un ruban de "Grafoil" enroulé étroitement et comprimé en une bague ou un anneau plein fermé Ce ruban peut être du type commercialisé par la firme Union Carbide Corporation sous la désignation "Grafoil Ribbon-Pack et décrit dans le The dobby constituting the stress relieving ring 135 may be in the form of a "Grafoil" tape wound tightly and compressed into a closed ring or closed ring. This tape may be of the type marketed by Union Carbide Corporation under the designation "Grafoil Ribbon-Pack" and described in
bulletin d'information technique de la même firme, no 524- technical newsletter of the same company, no. 524-
204 Une bague constituée d'un tel ruban enroulé étroite- 204 A ring made of such a tightly wound ribbon
ment et ayant été comprimée présente sa plus grande dila- and has been compressed presents its largest expan-
tation thermique dans la direction radiale lorsqu'elle est installée dans la boite à garnitures autour de la tige, c'est-à-dire en direction de la tige et de la boîte à garnitures En variante, la bague 135 peut être découpée dans une feuille de "Grafoil" ou dans plusieurs feuilles de "Grafoil" empilées Le "Grafoil" disponible dans le commerce peut n'être comprimé ou compacté qu'à environ %, mais il peut être comprimé ou compacté totalement, in the radial direction when it is installed in the stuffing box around the rod, that is to say in the direction of the rod and the stuffing box Alternatively, the ring 135 can be cut in a "Grafoil" sheet or in several stacked "Grafoil" sheets The commercially available "Grafoil" may only be compressed or compacted to about%, but it may be compressed or compacted completely,
c'est-à-dire à 100 %, soit dans une presse avant l'ins- that is to say 100%, either in a press before the
tallation, comme décrit précédemment soitune fois mis en place dans la vanne, lors de la sollicitation ou mise as previously described either once in place in the valve, during the solicitation or
sous pression du joint.under pressure of the joint.
Les anneaux d'appoint 133 sont plus minces, dans la direction axiale, que l'anneau ou la bague 135 et la bague 137 qui ont sensiblement la même épaisseur axiale lorsque la bague 135 est totalement comprimée, mais ils sont plus larges, dans la direction radiale, que ces deux bagues 135 et 137 Le total des largeurs radiales The auxiliary rings 133 are thinner in the axial direction than the ring or the ring 135 and the ring 137 which have substantially the same axial thickness when the ring 135 is fully compressed, but they are wider in the radial direction, that these two rings 135 and 137 The total radial widths
des deux bagues 135 et 137 est sensiblement égal à la lar- of the two rings 135 and 137 is substantially equal to the
geur radiale des anneaux 133 Les anneaux 133 et 137 doivent réaliser un ajustement à " issement serré sur la tige lors de l'installation de l'empilage intercalaire dans la vanne Lorsque l'empilage intercalaire est comprimé au moment de la sollicitation du joint, les bords périphériques intérieurs des anneaux 133 et 137 sont appliqués plus étroitement contre la tige 51, et les bords périphériques extérieurs des anneaux 133 et 135 sont appliqués étroitement contre les parois de la boîte The rings 133 and 137 must make a tight fit on the rod during the installation of the intermediate stack in the valve. When the intermediate stack is compressed at the time of the solicitation of the seal, the inner peripheral edges of the rings 133 and 137 are applied more closely against the shank 51, and the outer peripheral edges of the rings 133 and 135 are applied tightly against the walls of the box
à garnitures 65.with fittings 65.
Bien que deux ensembles d'étanchéité 119 et 121 soient représentés sur les figures, il est apparu qu'un seul ensemble d'étanchéité suffit à l'obtention d'un Although two sealing assemblies 119 and 121 are shown in the figures, it has been found that only one sealing assembly is sufficient to obtain a
joint satisfaisant Le second ensemble d'étanchéité, c'est- satisfactory seal The second sealing assembly, that is,
à-dire l'ensemble le plus éloigné des fluides dont il faut assurer l'étanchéité, est prévu pour être utilisé en secours ou en renfort dans le cas o le premier ensemble d'étanchéité présente une défaillance Un canal 139, that is the furthest away from the fluids which must be sealed, is intended to be used as a backup or reinforcement in the case where the first sealing assembly has a failure A channel 139,
ménagé dans le chapeau 23 et en alignement et en communi- in the hat 23 and in alignment and communication
cation avec un canal 141 à travers la bague intermédiaire cation with a channel 141 through the intermediate ring
129 d'adaptation, lorsque le joint est sollicité, cons- 129 when the joint is stressed,
titue une autre caractéristique d'étanchéité de secours ou de renfort Le canal 139 communique également avec un injecteur 140 disposé dans un trou taraudé ménagé Another feature of relief or reinforcement sealing is channel 139 also communicates with an injector 140 disposed in a tapped hole.
dans la surface extérieure du chapeau 23 Une gorge annu- in the outer surface of the cap 23 An annular groove
* laire 143, qui communique avec le canal 139, est réalisée autour des parois de la boîte à garnitures 65, et une gorge annulaire 145, qui communique avec le canal 141, est réalisée autour de la surface périphérique intérieure de la bague intermédiaire 129 d'adaptation En cas de défaillance des ensembles d'étanchéité 119 et 121, de la matière d'étanchéité peut donc être injectée au moyen de l'injecteur 140 et des canaux 139 et 141 dans les gorges 143 et 145 pour constituer un joint d'urgence ou de renfort autour de la boite à garnitures et de la tige respectivement. Le dispositif d'étanchéité selon l'invention est préchargé par serrage de l'élément de retenue des garnitures à une contrainte sensiblement supérieure à celle qu'il est prévu que la pression du fluide exerceThe channel 143, which communicates with the channel 139, is made around the walls of the stuffing box 65, and an annular groove 145, which communicates with the channel 141, is formed around the inner peripheral surface of the intermediate ring 129. In the event of failure of the sealing assemblies 119 and 121, sealing material may therefore be injected by means of the injector 140 and channels 139 and 141 into the grooves 143 and 145 to form a seal. emergency or reinforcement around the stuffing box and stem respectively. The sealing device according to the invention is preloaded by clamping the lining retaining element to a stress substantially greater than that which is expected that the pressure of the fluid exerts
lorsque la vanne est en service Une contrainte de pré- when the valve is in service A constraint of
charge typique pour des joints de tige destinés à une vanne telle que celle montrée sur la figure 1, dont la pression nominale de travail est de 210 M Pa, est de Typical load for rod seals for a valve such as that shown in FIG. 1, whose nominal working pressure is 210 MPa, is
262,5 M Pa.262.5 M Pa.
Lorsqu'une vanne comportant le dispositif d'étan- When a valve incorporating the
chéité de tige selon l'invention est élevée de la tempé- rature ambiante, par exemple 210 C, à environ 150 C, par exemple par les fluides la traversant, et qu'elle est ensuite refroidie à la température ambiante, aucun According to the invention, the pH of the rod is raised from ambient temperature, for example 210.degree. C. to about 150.degree. C., for example by the fluids passing therethrough, and is then cooled to room temperature.
serrage supplémentaire de l'élément de retenue n'est né- additional tightening of the retaining element is not
cessaire Par conséquent, la précharge d'origine exercée Therefore, the original preload exerted
sur la vanne est maintenue au cours des variations cycli- the valve is maintained during the cyclical variations
ques de température Ceci semble apparemment dû au fait que la contrainte dépassant la contrainte de précharge initiale et due à la dilatation thermique tentée par la This seems apparently due to the fact that the stress exceeds the initial precharge stress and due to the thermal expansion attempted by the
matière entre les garnitures annulaires métalliques 131- material between metal ring fittings 131-
n'est pas assez grande pour provoquer une déformation per- is not big enough to cause a deformation
manente ou définitive de la structure métallique de main- of the metal structure of
tien constituée par les pièces de la vanne adjacentes au joint, en raison de la plus faible dilatation thermique de l'âme annulaire 135 que des anneaux d'appoint 133 et de la bague d'appui 137 Pour la même raison,-la contrainte supplémentaire due à l'échauffement semble apparemment assez faible pour éviter une déformation permanente ou déformation supplémentaire par compression des anneaux 133 et 137, ce qui, par suite, évite toute perte de la contrainte de précharge lorsque les anneaux 133 et 137 This is formed by the parts of the valve adjacent to the gasket due to the smaller thermal expansion of the annular core 135 than the booster rings 133 and the support ring 137. For the same reason, the additional constraint due to the heating seems apparently low enough to avoid permanent deformation or additional deformation by compression of the rings 133 and 137, which, consequently, avoids any loss of the precharge stress when the rings 133 and 137
se relâchent en refroidissant.relax while cooling.
Il est apparu que le dispositif d'étanchéité It appeared that the sealing device
de tige selon l'invention assure convenablement l'étan- according to the invention suitably ensures the
chéité de fluides sous une pression de 210 M Pa et sur des fluidity under a pressure of 210 M Pa and on
cycles de température de -30 à 1500 C, sans serrage supplé- temperature cycles from -30 to 1500 C, without additional tightening
mentaire de l'élément de retenue des garnitures, lorsque les anneaux d'appoint 133 et la bague d'appui 137 sont réalisés en TFE chargé à 5 % de Mo 52, lorsque l'âme annulaire 135 est constituée de "Grafoil" et lorsque le volume de la bague 135 de soulagement des contraintes est égal à environ un tiers du volume total de l'empilage intercalaire Autrement dit, dans la forme préférée de réalisation, le volume combiné des anneaux d'appoint 133 et de la bague d'appui 137 est environ double du volume of the liner retainer, when the booster rings 133 and the backup ring 137 are made of TFE loaded at 5% Mo 52, when the annular core 135 is made of "Grafoil" and when the volume of the stress relieving ring 135 is equal to about one-third of the total volume of the interposing stack. In other words, in the preferred embodiment, the combined volume of the booster rings 133 and the support ring 137 is about double the volume
de l'âme annulaire 135 La matière utilisée pour les an- of the annular core 135 The material used for the
neaux d'appoint 133 ne présente aucune extrusion au-delà des garnitures annulaires métalliques 131 lors de la mise sous pression du joint, et elle maintient l'âme annulaire 135 en "Grafoil" entre ces anneaux 133 lors de la mise sous pression du joint, de façon à empêcher l'extrusion de cette âme au-delà des garnitures 131 avant que ces dernières réalisent les contacts étanches métal sur métal avec la tige et la boîte à garnitures De plus, la bague d'appui 137 en TFE chargé à 5 % de Mo 52, placée sur le pourtour du bord périphérique intérieur de l'âme fillers 133 has no extrusion beyond the annular metal fittings 131 when pressurizing the seal, and it maintains the annular core 135 in "Grafoil" between these rings 133 when pressurizing the seal , so as to prevent the extrusion of this core beyond the lining 131 before the latter make the metal-on-metal sealed contacts with the rod and the stuffing box In addition, the support ring 137 made of TFE loaded with 5 % of MB 52, placed on the periphery of the inner peripheral edge of the soul
annulaire 135 en "Grafoil", réduit le frottement se pro- ring 135 in "Grafoil", reduces friction
duisant entre la tige et le dispositif d'étanchéité de cette dernière et empêche toute usure indésirable de l'âme between the rod and the sealing device of the latter and prevents any unwanted wear of the core
annulaire Ainsi, une âme annulaire en "Grafoil", pré- Thus, an annular core in "Grafoil", pre-
sentant une faible dilatation thermique, revêtue sur ses having a low thermal expansion, coated on its
trois côtés adjacents à la tige et aux garnitures métalli- three sides adjacent to the rod and metal fittings
ques par des anneaux de TFE chargé à 5 % de Mo 52, et occupant environ la moitié du volume total des anneaux de TFE chargé à 5 % de Mo 52, est préférée pour l'empilage intercalaire du dispositif selon l'invention Il est évident que d'autres relations de volume pour les anneaux TFE rings loaded at 5% Mo.sub.22, and occupying about half of the total volume of TFE rings loaded at 5% Mo.sub.22, are preferred for interleaving the device according to the invention. than other volume relationships for the rings
et bagues de l'empilage intercalaire peuvent donner éga- and interstage stacking rings can also provide
lement satisfaction, de même que l'utilisation d'autres satisfaction, as well as the use of other
matières pour la réalisation des anneaux et bagues cons- materials for making rings and rings
tituant l'empilage intercalaire.storing the interleaving stack.
Bien que les figures 1, 2 A et 2 B montrent que les cônes des garnitures annulaires métalliques et des anneaux de l'empilage intercalaire sont orientés vers le côté opposé à celui contre lequel est appliquée la pression envers laquelle il faut assurer l'étanchéité, lorsque l'étanchéité doit être réalisée entre des surfaces parallèles, les bords périphériques intérieur et extérieur du joint réalisent des contacts analogues et le joint Although Figures 1, 2 A and 2 B show that the cones of the metal annular fittings and the rings of the intermediate stack are oriented towards the opposite side to that against which is applied the pressure to which it must be sealed, when the seal is to be made between parallel surfaces, the inner and outer peripheral edges of the seal make analogous contacts and the seal
est donc réversible Par conséquent, les cônes des garni- is therefore reversible Therefore, the cones of
tures annulaires métalliques et des anneaux de l'empilage intercalaire peuvent, en variante, être disposés de façon à être orientés vers la pression contre laquelle il faut assurer l'étanchéité De plus, il est évident qu'il n'est pas nécessaire que les anneaux et bagues 133 et 137 soient séparés Ils peuvent, en variante, se présenter sous la forme, par exemple, d'une bague cylindrique d'une seule pièce présentant une gorge réalisée au milieu de sa surface périphérique extérieure, c'est-à-dire une bague ayant une section en U La bague de "Grafoil" peut alors être emboîtée élastiquement en position dans la gorge metal rings and the rings of the intermediate stack may, in a variant, be arranged so as to be directed towards the pressure against which it is necessary to seal. Moreover, it is obvious that it is not necessary that the rings and rings 133 and 137 are separated They may alternatively be in the form of, for example, a cylindrical ring in one piece having a groove formed in the middle of its outer peripheral surface, that is to say a ring with a U-shaped section The ring of "Grafoil" can then be snapped elastically into position in the throat
avant l'installation dans la vanne.before installation in the valve.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté It goes without saying that many modifications can be made to the device described and shown
sans sortir du cadre de l'invention. without departing from the scope of the invention.
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