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ANNEAU D'ETANCHEITE METALLIQUE
La présente invention concerne un anneau d'étanchéité métallique utilisé principalement pour des applications prévoyant un étanchement dans des conditions de température et de pression élevées. Plus particulièrement, cette invention concerne une garniture métallique comprenant un ressort en métal et une gaine annulaire en métal.
Des garnitures d'étanchéité métalliques activées par ressort sont bien connues dans la profession. Ils comprennent un ressort toroïdal et une gaine en métal résilient ayant une section ouverte en forme de"C"ou de "U". Les garnitures métalliques vendues sous la marque déposée EnerRing par Advanced Products, de North Haven, Connecticut, (Etats-Unis) sont des garnitures de ce genre.
La performance de l'anneau métallique en C activé par ressort est satisfaisante pour des applications nécessitant des"effets de ressort"importants (l'effet de ressort qualifiant la qualité d'une garniture de revenir dans son état initial après avoir été comprimée).
Cependant, un inconvénient majeur de ces garnitures métalliques est que le ressort activateur en métal est ou peut être exposé à l'environnement que l'on rend étanche.
Quelques exemples de situations dans lesquelles ces garnitures métalliques à ressort appartenant à l'état de la technique présentent un désavantage sont des applications dans des chambres de combustion et dans des milieux hautement corrosifs. Une telle exposition à des environnements rudes entraîne des effets nuisibles sur le ressort activateur en métal. Des environnements rudes raccourcissent considérablement la vie utile de la garniture formée par l'anneau en C activé par le ressort métallique. Ils affectent la capacité de l'anneau en C activé par le ressort métallique à maintenir, pendant sa durée de vie souhaitée, les pressions d'étanchement requises et à conserver un bon effet de ressort.
Or, la
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capacité à conserver un effet de ressort suffisant est particulièrement importante lorsque les distances entre les surfaces d'étanchéité varient, par exemple du fait de variations importantes de pression et de température.
Sont également connues des garnitures métalliques d'étanchéité sous forme d'anneaux toriques métalliques à section transversale circulaire creuse. De telles garnitures d'étanchéité métalliques sont par exemple vendues sous la marque déposée Metal-O-Rings (MOR) par Advanced Products, de North Haven, Connecticut, (EtatsUnis). Ces garnitures ont prouvé leur efficacité dans une gamme très large d'applications ayant lieu dans des environnemens extrêmes. Du fait que l'anneau torique métallique mis sous compression se déforme pour épouser la surface de la contre-bride, il constitue l'une des garnitures les plus efficaces pour compenser des défauts de la bride, tels qu'une ondulation ou des défauts mineurs de planéité ou de parallélisme. Cependant, cette garniture à anneau torique métallique n'a qu'un effet de ressort limité.
Les garnitures métalliques du genre décrit plus haut sont souvent utilisées dans des instruments et du matériel coûteux et compliqués. Le coût (à la fois main d'oeuvre et autre) impliqué pour réparer une garniture métallique endommagée ou défectueuse peut être extrêmement élevé.
Le but de cette invention est de fournir des garnitures métalliques qui durent plus longtemps afin de réduire le nombre de réparations, qui sont chères et prennent du temps, et d'éviter des dommages coûteux occasionnés au matériel à cause d'une garniture présentant un défaut.
La présente invention résout ce problème en fournissant une garniture métallique comprenant un ressort en métal et une gaine annulaire en métal et qui est caractérisée en ce que la gaine annulaire en métal entoure et enferme complètement le ressort en métal.
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Selon la présente invention, la garniture métallique comprend un tube ou une gaine extérieure complètement fermé/e dont la section transversale a un diamètre souhaité et auquel on donne une forme et des dimensions choisies au préalable. Un ressort, de préférence un ressort à boudin, est disposé à l'intérieur et est complètement enfermé par le tube. Ainsi, contrairement à la gaine"ouverte"à section en forme de C ou de U appartenant à l'état de la technique, la présente invention utilise un tube ou une gaine fermé/e pour entourer complètement le ressort situé à l'intérieur.
La garniture métallique de la présente invention, mettant en oeuvre une gaine fermée qui entoure un ressort, présente de nombreux avantages par rapport aux garnitures de type gaine ouverte appartenant à l'état de la technique.
Par exemple, la présente invention garantit que le ressort activateur en métal de l'anneau torique conserve son intégrité même dans un environnement extérieur défavorable, puisque cet environnement extérieur (corrosif ou présentant d'autres caractères de rudesse) n'entre pas en contact avec le ressort. Ainsi on réalise des économies de par l'allongement de la durée de vie de tout l'ensemble de la garniture. L'anneau torique activé par ressort de cette invention est également pourvu d'avantages importants par rapport aux anneaux toriques fermés, sans ressort, du fait qu'il fournit un effet de ressort amélioré et permet une réinstallation.
Les caractéristiques et avantages de la présente invention seront appréciés et compris par l'homme de l'art à partir de la description détaillée qui suit et des dessins ci-annexés dans lesquels : la Figure 1A est une vue en perspective d'un anneau en C activé par un ressort métallique selon l'état de la technique ; la Figure 1B est une vue en perspective d'un anneau torique métallique selon l'état de la technique ;
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la Figure 2 est une vue en perspective d'un anneau torique activé par un ressort en métal selon la présente invention ; la Figure 3 est une vue en élévation de la section transversale de l'anneau torique de la Figure 2, prise le long de la ligne 3-3 de la Figure 2 ; la Figure 4 est une vue partielle en élévation de la section transversale de l'anneau torique de la Figure 2 mis en compression ;
et la Figure 5 est une vue en élévation de la section transversale d'un autre mode de réalisation de l'anneau torique de la Figure 2 ; la Figure 6a est une vue en élévation de la section transversale de l'anneau torique de la Figure 2 montré alors qu'il n'est pas mis en compression ; la Figure 6b montre l'anneau torique de la Figure 6a, dans un état écrasé ; la Figure 7a est une vue en élévation, prise le long de la ligne 3-3 de la Figure 2, de la section transversale d'l'anneau torique de la Figure 2 qui est montré alors qu'il n'est pas mis en compression ; la Figure 7b est une vue en élévation de la section transversale de l'anneau torique de la Figure 7a mis en compression.
Se référant maintenant à la Figure la, représentant
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l'étal. l'état de la technique, un anneau en"C"activé par un ressort métallique est repéré de manière générale par la référence 10. Cet anneau en"C"10 activé par un ressort métallique est constitué par une gaine 12 métallique ayant une section transversale ouverte en forme de"C"et un ressort métallique à boudin 14 logé dans la gaine 12. La section en"C"de la gaine 12 est dimensionnée pour recevoir et retenir le ressort intérieur 14.
Un espace ouvert 16 est défini entre des bords 18,20 de la gaine "ouverte"12. On notera que dans la garniture 10 assemblée, l'espace ouvert 16 de la gaine 12 en forme de"C"permet à
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l'environnement (probablement corrosif), vis-à-vis duquel on veut assurer une étanchéité, d'atteindre le ressort à boudin 12 situé à l'intérieur. Dans certaines applications il en résulte un effet défavorable sur la vie et la fonction du ressort à boudin 12.
Se référant maintenant à la Figure 1B, représentant toujours l'état de la technique, un anneau torique métallique est repéré de manière générale par la référence 40. Cet anneau torique métallique 40 est réalisé en acier inoxydable ou dans un autre métal approprié. Cependant, contrairement à l'anneau en C à ressort de la Figure 1A, l'effet de ressort de cet anneau torique métallique 40 sans ressort est faible. En effet l'anneau torique métallique 40, mis en compression, se déforme plastiquement pour épouser la surface de la contre-bride. Il compense par déformation des ondulations ou des défauts mineurs de la planéité ou du parallélisme des brides.
A cause de leur déformation plastique les anneaux toriques métalliques 40 du type montré dans la Figure IB sont d'une utilité limitée aussi bien dans des applications nécessitant un assemblage et un désassemblage (c'est-à-dire des applications nécessitant une mise en place répétée de la garniture), que dans les applications nécessitant un effet de ressort à cause d'importantes variations de température.
Se référant maintenant à la Figure 2, un mode de réalisation privilégié d'un joint torique métallique activé par un ressort selon la présente invention est repéré de manière générale par la référence 22. Le joint torique métallique 22 comprend un tube ou une gaine 24 annulaire en métal qui enferme complètement un ressort 26 à boudin, respectivement un autre type de ressort métallique. Le ressort 26 est cnoisi en fonction de paramètres appropriés, tels que le diamètre des spires, la longueur, le matériau et le traitement thermique, et il est installé à l'intérieur du tube (gaine) mentionne ci-dessus.
Un ressort 26 métallique privilégié est un ressort en un matériau
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ayant une haute résistance et une haute élasticité, par exemple un acier à ressorts riche en carbone ou un alliage, tel un alliage chromé nickel-cobalt identifié par la spécification"Aerospace Materials nOS839" et vendu sous la marque déposée ELGILOY aux Etats Unis. Un autre matériau approprié, à haute résistance de rupture et haute résistance à la fatigue, est l'alliage à haute teneur en nickel, tel l'INCONEL X-750 fabriqué par Inco Alloys International. La gaine 24 tubulaire métallique est, de préférence, réalisée en un métal approprié à haute résistance présentant une résistance à la corrosion adaptée à l'application.
On utilise de préférence des alliages à haute teneur en nickel comme l'INCONEL.
Le joint torique métallique 22 activé par le ressort 26 peut être fabriqué en utilisant des procédés classiques connus. Par exemple, le ressort 26 est positionné à l'intérieur du tube métallique 24 de manière à ce que les extrémités soient décalées par rapport à la jonction du tube métallique l'enfermant. Le tube 24 est alors soudé ou fermé autrement par des moyens divers incluant par exemple le soudage électrique par résistance, le soudage TIG, le soudage MIG etc, mais n'excluant pas d'autres moyens. Divers moyens peuvent être utilisés pour protéger l'intégrité du ressort métallique enfermé pendant que l'on fixe les extrémités du tube l'une à l'autre.
Par exemple, dans le cas du soudage électrique par résistance, le ressort métallique peut être recouvert d'une couche d'un isolant électrique pouvant résister à la température élevée auquel il est soumis lors du processus de soudage. La soudure fait ensuite l'objet d'une finition appropriée pour se confondre avec le reste de la surface externe du oint torique d'étanchéité. On appréciera le fait que la gaine peut être constituée dans n'importe quel métal approprié, comme des alliages au nickel.
Le type de ressort, ses dimensions et le matériau du ressort seront de préférence adaptés à chaque application spécifique. Par exemple, pour
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un tube métallique ayant un diamètre extérieur de 0,5 pouces et une paroi de 0,050 pouces (diamètre intérieur de 0,400 pouces), le ressort utilisé peut avoir un diamètre de fil allant de 0,038 pouces à 0,050 pouces et le diamètre des spires du ressort s'ajusterait au diamètre intérieur du tube égal à 0,4 pouces.
Se référant maintenant à la Figure 4, une cavité d'étanchement ou boîte à garniture 32 est montrée avec une garniture métallique 22 selon l'invention. Dans la Figure 4, la garniture métallique 22 est soumise à une charge compressive importante et s'est déformée de manière élastique pour assurer un contact d'étanchement à au moins deux endroits 30 dans la cavité 32. Selon une caractéristique importante de l'invention, la garniture 26 fait preuve d'un effet de ressort amélioré. Il en résulte que la garniture 22 reprendra sensiblement sa forme originale lors de la suppression de la charge compressive.
Dans la Figure 5, une variante du mode de réalisation de la présente invention est montrée au numéro 22'. La garniture métallique 22'diffère de la garniture 22 principalement en ce que la forme de la section transversale fermée de la gaine 24'a une forme extérieure en"U", par opposition à la forme circulaire de la section transversale de la gaine 24.
Les garnitures à écrasement axial sont des garnitures qui sont chargées dans le sens longitudinal ou axial dans le but de se déformer radialement contre au moins une surface d'étanchéité. On obtient ainsi une garniture assurant une étanchéité haute pression dans le sens axial.
Ces garnitures conviennent particulièrement pour des applications dans des outils de forage de pétrole. Pour que la garniture puisse être utilisée dans une telle application, le point torique à ressort doit bénéficier d'un jeu radial suffisant pour pouvoir glisser par-dessus un arbre de sorte qu'on puisse le placer dans la position verticale souhaitée. Une fois que la garniture a atteint la
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position voulue, la cavité est fermée axialement, serrant le joint torique à ressort. Le joint torique à ressort se déforme, ce qui entraîne une diminution de son diamètre intérieur et une augmentation de son diamètre extérieur. Le ressort empêche le joint torique d'étanchéité se déformer plastiquement.
De ce fait le joint métallique selon l'invention est apte à engendrer une pression radiale plus élevée sur les surfaces d'étanchement. La garniture étant écrasée, son diamètre extérieur s'appuie sur le diamètre intérieur de la cavité, ce qui engendre une plus grande pression de contact en direction de l'intérieur, appliquant le diamètre intérieur du joint torique sur l'arbre. La fermeture, respectivement le serrage de la cavité continuent jusqu'à ce que les pressions d'étanchement soient satisfaisantes pour obtenir l'étanchéité de la garniture sous haute pression.
Des exemples d'utilisation de la présente invention sont illustrés dans les Figures 6A-B et 7A-B commentées cidessous.
Un autre champ d'application pour les points toriques à ressort est leur utilisation dans des chambres de combustion et pour l'étanchement de conduites d'échappements chauds. Au bout de 150.000 à 300.000 km de marche les garnitures de tête utilisées sur les moteurs à combustion interne présentent des fuites et sont à l'origine de problèmes. Actuellement on vise la mise au point d'une garniture de tête ou une garniture pour chambre de combustion qui tiendra sur une durée de 1.500. 000 km. On a utilisé par le passé, avec un succès limité, des joint ouverts en"C"activés par ressort. Un problème majeur rencontré avec ce type de garniture est que le ressort activateur est exposé aux produits de la combustion et qu'une telle exposition réduit l'efficacité du ressort.
De plus, le ressort peut devenir extrêmement chaud, ce qui pourrait réduire considérablement la résistance du ressort. Un joint torique métallique activé par un ressort
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complètement capsulé selon cette invention contribuera à la solution de ce type de problèmes.
Une autre application convenant pour l'utilisation des joints toriques à ressort selon l'invention, est leur utilisation comme garniture de tête pour un réacteur nucléaire. Les garnitures actuellement utilisées à cette fin sont des jointx toriques ventilés. Les pressions d'étanchement plus importantes et l'effet de ressort plus important font qu'il est souhaitable d'utiliser dans cette application les joints toriques à ressort selon l'invention.
Se référant maintenant à la Figure 6a sur laquelle, une cavité d'étanchement ou boîte à garniture 50 est montrée. Une garniture métallique 22, selon l'invention, et un couvercle 52 y sont montrés dans un état non écrasée, respectivement non resserré. On notera qu'il est possible de déplacer axialement soit la boîte à garniture 54, soit la tige, l'arbre ou piston 56 vers la position souhaitée.
Une fois que cette position a été atteinte, le couvercle 52 est resserré de manière à ce que la garniture 22 soit comprimée ou écrasée pour former une garniture étanche en au moins deux points 58 (cf. Figure 6b). Lorsque le couvercle 52 sera enlevé, l'effet de ressort dans la garniture 22 permettra au Doint torique d'étanchéité métallique à ressort selon la présente invention de revenir à l'état de repos montré dans la Figure 6a.
Se référant maintenant aux Figures 7a et 7b, une autre application du point torique à ressort selon la présente invention est illustrée. Dans cette application, le joint selon l'invention est utilisé dans un environnement qui est celui d'un trou de forage de pétrole 70 percé dans la terre 72. Un cuvelage 74 est placé dans le trou de forage 70. Du ciment ou un autre matériau de remplissage 76 est placé dans l'espace 78 afin d'assurer que le cuvelage 74 soit maintenu solidement en place. Un outil d'exploitation pétrolifère ou un appareil semblable 80 est descendu à
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travers le cuvelage 74. L'outil 80 comprend un assemblage formant une boîte à garniture 82. Le joint torique à ressort 22 selon cette invention est montré, dans la Figure 7a, dans l'état de repos ou non écrasé à l'intérieur de la boite à garniture 82.
Ainsi, on peut faire monter ou descendre le joint torique à ressort 22 dans le cuvelage 74, sans le dommager, jusqu'à ce qu'il soit dans la position verticale souhaitée. De cette manière, le joint torique d'étanchéité 22 métallique n'est pas exposé à l'usure avant son utilisation. Lorsque le joint torique à ressort est dans la position souhaitée, l'élément 84 est resserré (en tirant l'élément 84 vers le haut puisqu'il est disposé axialement à l'intérieur de l'outil 80) pour écraser le joint torique 22 afin de réaliser une garniture rigide contre le diamètre intérieur du cuvelage 74 et le diamètre extérieur de la boîte à garniture 86 (cf. Figure 7b).
Lorsque l'élément 84 sera relâché, l'effet de ressort du joint torique 22 selon l'invention lui permettra de retrouver l'état de repos montré dans la Figure 7a, pour être enlevé ou pour permettre à l'appareil 80 d'être déplacé vers une autre position verticale.
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METAL SEALING RING
The present invention relates to a metal sealing ring used mainly for applications providing for sealing under conditions of high temperature and pressure. More particularly, this invention relates to a metal gasket comprising a metal spring and a metal annular sheath.
Spring activated metal seals are well known in the art. They include a toroidal spring and a resilient metal sheath having an open "C" or "U" shaped section. Metal fittings sold under the EnerRing trademark by Advanced Products, of North Haven, Connecticut, (United States) are such fittings.
The performance of the spring activated C metal ring is satisfactory for applications requiring significant "spring effects" (the spring effect qualifying the quality of a lining to return to its initial state after being compressed).
However, a major drawback of these metal linings is that the metal activating spring is or may be exposed to the environment which is made waterproof.
Some examples of situations in which these metal spring seals belonging to the state of the art have a disadvantage are applications in combustion chambers and in highly corrosive environments. Such exposure to harsh environments results in detrimental effects on the metal activating spring. Harsh environments considerably shorten the useful life of the seal formed by the C-ring activated by the metal spring. They affect the ability of the C-ring activated by the metal spring to maintain the required sealing pressures during its desired service life and to maintain a good spring effect.
Now, the
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Ability to maintain a sufficient spring effect is particularly important when the distances between the sealing surfaces vary, for example due to significant variations in pressure and temperature.
Metal seals are also known in the form of metal O-rings with a hollow circular cross-section. Such metal seals are for example sold under the registered trademark Metal-O-Rings (MOR) by Advanced Products, of North Haven, Connecticut, (United States). These packings have proven their effectiveness in a very wide range of applications taking place in extreme environments. Because the compressed metal O-ring deforms to match the surface of the counter flange, it is one of the most effective linings to compensate for flange defects, such as ripple or minor defects flatness or parallelism. However, this metal O-ring packing has only a limited spring effect.
Metal fittings of the kind described above are often used in expensive and complicated instruments and equipment. The cost (both labor and other) involved in repairing damaged or defective metal trim can be extremely high.
The object of this invention is to provide metal fittings which last longer in order to reduce the number of repairs, which are expensive and time consuming, and to avoid costly damage to the equipment caused by a faulty packing. .
The present invention solves this problem by providing a metal lining comprising a metal spring and a metal annular sheath and which is characterized in that the metal annular sheath completely surrounds and encloses the metal spring.
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According to the present invention, the metal lining comprises a completely closed tube or outer sheath whose cross section has a desired diameter and to which a shape and dimensions chosen beforehand are given. A spring, preferably a coil spring, is arranged inside and is completely enclosed by the tube. Thus, unlike the "open" sheath with a C or U-shaped section belonging to the prior art, the present invention uses a closed tube or sheath to completely surround the spring located inside.
The metal lining of the present invention, using a closed sheath which surrounds a spring, has many advantages compared to the open sheath type fittings belonging to the state of the art.
For example, the present invention guarantees that the metal activating spring of the O-ring retains its integrity even in an unfavorable external environment, since this external environment (corrosive or having other harshness characteristics) does not come into contact with the spring. Thus, savings are made by extending the service life of the entire assembly. The spring-activated O-ring of this invention is also provided with significant advantages over closed, spring-less O-rings, in that it provides an improved spring effect and allows reinstallation.
The characteristics and advantages of the present invention will be appreciated and understood by a person skilled in the art from the detailed description which follows and from the attached drawings in which: FIG. 1A is a perspective view of a ring in C activated by a metal spring according to the state of the art; Figure 1B is a perspective view of a metal O-ring according to the state of the art;
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Figure 2 is a perspective view of an O-ring activated by a metal spring according to the present invention; Figure 3 is an elevational view of the cross section of the O-ring of Figure 2, taken along line 3-3 of Figure 2; Figure 4 is a partial elevational view of the cross section of the O-ring of Figure 2 compressed;
and Figure 5 is an elevational view of the cross section of another embodiment of the O-ring of Figure 2; Figure 6a is an elevational view of the cross section of the O-ring of Figure 2 shown while it is not in compression; Figure 6b shows the O-ring of Figure 6a in a crushed state; Figure 7a is an elevational view, taken along line 3-3 of Figure 2, of the cross section of the O-ring of Figure 2 which is shown while not in use. compression; Figure 7b is an elevational view of the cross section of the O-ring of Figure 7a put into compression.
Referring now to Figure la, representing
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lethal. the prior art, a "C" ring activated by a metal spring is generally identified by the reference 10. This "C" ring 10 activated by a metal spring is constituted by a metal sheath 12 having a section transverse open in the shape of "C" and a metal coil spring 14 housed in the sheath 12. The section in "C" of the sheath 12 is dimensioned to receive and retain the internal spring 14.
An open space 16 is defined between edges 18, 20 of the "open" sheath 12. Note that in the liner 10 assembled, the open space 16 of the sheath 12 in the shape of "C" allows
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the environment (probably corrosive), vis-à-vis which one wishes to ensure a seal, to reach the coil spring 12 located inside. In certain applications this results in an unfavorable effect on the life and the function of the coil spring 12.
Referring now to Figure 1B, still representing the state of the art, a metal O-ring is generally identified by the reference 40. This metal O-ring 40 is made of stainless steel or another suitable metal. However, unlike the C-spring ring of Figure 1A, the spring effect of this metal O-ring 40 without spring is weak. Indeed, the metal O-ring 40, put in compression, is plastically deformed to match the surface of the counter-flange. It compensates by deformation of undulations or minor defects in the flatness or parallelism of the flanges.
Because of their plastic deformation, the metal O-rings 40 of the type shown in Figure IB are of limited use in both applications requiring assembly and disassembly (i.e. applications requiring installation repeated), only in applications requiring a spring effect due to large temperature variations.
Referring now to Figure 2, a preferred embodiment of a metal O-ring activated by a spring according to the present invention is generally identified by the reference 22. The metal O-ring 22 comprises an annular tube or sheath 24 metal which completely encloses a coil spring 26, respectively another type of metal spring. The spring 26 is selected according to appropriate parameters, such as the diameter of the turns, the length, the material and the heat treatment, and it is installed inside the tube (sheath) mentioned above.
A preferred metallic spring 26 is a spring made of a material
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having a high resistance and a high elasticity, for example a carbon-rich spring steel or an alloy, such as a chrome nickel-cobalt alloy identified by the specification "Aerospace Materials nOS839" and sold under the registered trademark ELGILOY in the United States. Another suitable material, with high breaking strength and high fatigue resistance, is the alloy with high nickel content, such as INCONEL X-750 manufactured by Inco Alloys International. The metallic tubular sheath 24 is preferably made of a suitable metal with high resistance having a corrosion resistance suitable for the application.
Preferably, alloys with a high nickel content such as INCONEL are used.
The metal O-ring 22 activated by the spring 26 can be manufactured using known conventional methods. For example, the spring 26 is positioned inside the metal tube 24 so that the ends are offset relative to the junction of the metal tube enclosing it. The tube 24 is then welded or otherwise closed by various means including, for example, electrical resistance welding, TIG welding, MIG welding, etc., but not excluding other means. Various means can be used to protect the integrity of the enclosed metal spring while the ends of the tube are fixed to each other.
For example, in the case of electrical resistance welding, the metal spring can be covered with a layer of electrical insulation which can withstand the high temperature to which it is subjected during the welding process. The weld is then given an appropriate finish to merge with the rest of the external surface of the O-ring seal. It will be appreciated that the sheath can be made of any suitable metal, such as nickel alloys.
The type of spring, its dimensions and the material of the spring will preferably be adapted to each specific application. For example, for
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a metal tube having an outside diameter of 0.5 inches and a wall of 0.050 inches (inside diameter of 0.400 inches), the spring used can have a wire diameter ranging from 0.038 inches to 0.050 inches and the diameter of the turns of the spring s 'would adjust to the inside diameter of the tube equal to 0.4 inches.
Referring now to Figure 4, a sealing cavity or packing box 32 is shown with a metal packing 22 according to the invention. In FIG. 4, the metal lining 22 is subjected to a significant compressive load and has deformed elastically to ensure sealing contact at at least two places 30 in the cavity 32. According to an important characteristic of the invention , the lining 26 shows an improved spring effect. As a result, the lining 22 will substantially resume its original shape when the compressive load is removed.
In Figure 5, a variant of the embodiment of the present invention is shown in number 22 '. The metal lining 22 'differs from the lining 22 mainly in that the shape of the closed cross section of the sheath 24' has an external "U" shape, as opposed to the circular shape of the cross section of the sheath 24.
Axial crushing packings are packings which are loaded in the longitudinal or axial direction in order to deform radially against at least one sealing surface. A packing is thus obtained ensuring a high pressure seal in the axial direction.
These seals are particularly suitable for applications in oil drilling tools. In order for the seal to be used in such an application, the spring O-point must have sufficient radial clearance to be able to slide over a shaft so that it can be placed in the desired vertical position. Once the trim has reached the
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desired position, the cavity is closed axially, tightening the spring O-ring. The spring O-ring deforms, resulting in a decrease in its inside diameter and an increase in its outside diameter. The spring prevents the O-ring from deforming plastically.
Therefore the metal seal according to the invention is able to generate a higher radial pressure on the sealing surfaces. The packing being crushed, its outside diameter is based on the inside diameter of the cavity, which generates a greater contact pressure towards the inside, applying the inside diameter of the O-ring on the shaft. The closing, respectively the tightening of the cavity continues until the sealing pressures are satisfactory to obtain the seal of the seal under high pressure.
Examples of use of the present invention are illustrated in Figures 6A-B and 7A-B commented below.
Another field of application for spring-loaded O-points is their use in combustion chambers and for sealing hot exhaust pipes. After 150,000 to 300,000 km of running, the head linings used on internal combustion engines show leaks and cause problems. Currently, the aim is to develop a head lining or a lining for a combustion chamber which will last over a period of 1,500. 000 km. Open spring activated "C" seals have been used in the past, with limited success. A major problem encountered with this type of packing is that the activating spring is exposed to the products of combustion and that such exposure reduces the efficiency of the spring.
In addition, the spring can become extremely hot, which could significantly reduce the resistance of the spring. A metal O-ring activated by a spring
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completely encapsulated according to this invention will contribute to the solution of this type of problem.
Another application suitable for the use of spring O-rings according to the invention is their use as a head gasket for a nuclear reactor. The gaskets currently used for this purpose are ventilated O-rings. The higher sealing pressures and the greater spring effect make it desirable to use in this application the spring O-rings according to the invention.
Referring now to Figure 6a in which, a seal cavity or stuffing box 50 is shown. A metal gasket 22, according to the invention, and a cover 52 are shown therein in a non-crushed state, respectively not tightened. Note that it is possible to move axially either the stuffing box 54 or the rod, the shaft or piston 56 to the desired position.
Once this position has been reached, the cover 52 is tightened so that the lining 22 is compressed or crushed to form a tight lining at at least two points 58 (cf. FIG. 6b). When the cover 52 is removed, the spring effect in the lining 22 will allow the O-ring metal spring seal according to the present invention to return to the rest state shown in Figure 6a.
Referring now to Figures 7a and 7b, another application of the spring O-ring according to the present invention is illustrated. In this application, the seal according to the invention is used in an environment which is that of an oil borehole 70 drilled in the earth 72. A casing 74 is placed in the borehole 70. Cement or another filling material 76 is placed in the space 78 to ensure that the casing 74 is held securely in place. An oil tool or similar device 80 is lowered to
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through the casing 74. The tool 80 comprises an assembly forming a stuffing box 82. The spring O-ring 22 according to this invention is shown, in FIG. 7a, in the state of rest or not crushed inside. the stuffing box 82.
Thus, the spring O-ring 22 can be raised or lowered in the casing 74, without damaging it, until it is in the desired vertical position. In this way, the metal O-ring seal 22 is not exposed to wear before use. When the spring O-ring is in the desired position, the element 84 is tightened (by pulling the element 84 upwards since it is disposed axially inside the tool 80) to crush the O-ring 22 in order to produce a rigid lining against the inside diameter of the casing 74 and the outside diameter of the stuffing box 86 (cf. FIG. 7b).
When the element 84 is released, the spring effect of the O-ring 22 according to the invention will allow it to return to the state of rest shown in Figure 7a, to be removed or to allow the device 80 to be moved to another vertical position.