FR2983385A1 - Dispositif d'etancheite pour canalisations d'une torche a plasma d'arc - Google Patents

Abstract

L'invention porte sur un dispositif d'étanchéité pour rendre étanche une canalisation (3), en particulier une canalisation (3) d'une torche à plasma d'arc (23), formée par une première portion (1) de conduit et une deuxième portion (2) de conduit adjacentes définissant entre elles une interface (15), ladite canalisation (3) ayant une section de passage de fluide d'un premier diamètre (D), comprenant un élément tubulaire (6) agencé dans la canalisation (3) au niveau de l'interface (15), comprenant un passage axial (7) muni d'un orifice d'entrée (8a) débouchant en amont de l'interface (15) et un orifice de sortie (8b) débouchant en aval de l'interface (15), un premier composant d'étanchéité (10) agencé entre l'élément tubulaire (6) et la première portion (1) de conduit, et un deuxième composant d'étanchéité (11) agencé entre l'élément tubulaire (6) et la deuxième portion (2) de conduit, lesdits premier et deuxième composants d'étanchéité (10, 11) étant disposés de part et d'autre de l'interface (15). Selon l'invention l'orifice d'entrée (8a) du passage axial (7) de l'élément tubulaire (6) a un deuxième diamètre (D2) supérieur ou égal au premier diamètre (D) de la section de passage de fluide de la canalisation (3). Torche à plasma d'arc comprenant au moins une canalisation de distribution de fluide munie d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention. Procédé de coupage par plasma d'arc d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma d'arc selon l'invention.

Description

L'invention concerne un dispositif d'étanchéité pour canalisations de distribution de fluide, en particulier pour canalisations d'une torche à plasma d'arc, ledit dispositif permettant d'améliorer les performances d'un procédé de coupage mettant en oeuvre ladite torche, non seulement en réduisant les disparités de pertes de charges dans lesdites canalisations pouvant exister entre différents exemplaires de cette même torche, mais en permettant en outre de contrôler les pertes de charges dans lesdites canalisations et de réduire les turbulences induites lors du passage d'un fluide incompressible dans lesdites canalisations. L'invention porte également sur une torche à plasma d'arc dont les canalisations sont équipées dudit dispositif d'étanchéité, ainsi que sur un procédé de coupage par plasma d'arc opéré avec ladite torche à plasma d'arc. Une torche à plasma d'arc comporte essentiellement trois blocs de composants, à savoir un bloc électrode comprenant un porte-électrode sur lequel est fixée une électrode, un bloc tuyère comprenant un porte-tuyère sur lequel est fixée une tuyère, en général une tuyère amont, et un bloc isolant agencé entre le bloc électrode et le bloc tuyère et ayant pour fonction de les isoler électriquement. Lors de son fonctionnement, une torche à plasma d'arc est alimentée par un ou plusieurs fluides circulant à travers les différents composants de la torche. Ainsi, la tuyère amont est alimentée par un premier fluide, en général un gaz amont ou gaz plasmagène. En outre, une torche à plasma d'arc peut comprendre de manière optionnelle une tuyère aval, agencée en aval de la tuyère amont, et alimentée par un deuxième fluide qui peut être de même nature que le fluide alimentant la tuyère amont ou de nature différente. Par exemple, dans le cas d'un procédé de coupage par plasma d'arc en vortex d'eau, un circuit d'eau additionnel traverse la torche à plasma d' arc et alimente ladite tuyère aval. Par ailleurs, un troisième fluide dit de refroidissement, de préférence de l'eau, est généralement distribué dans la torche à plasma d'arc afin d'évacuer la chaleur accumulée par les composants de la torche au cours de son fonctionnement. Ces différents fluides, compressibles ou incompressibles selon l'application visée, sont distribués dans la torche à plasma d'arc grâce à des canalisations aménagées à l'intérieur des composants formant ladite torche et alimentées par une ou plusieurs sources de fluide. Ces canalisations traversent les composants de la torche et comportent différentes portions de conduits aptes à être mises en communication fluidique lors de l'assemblage des composants de la torche. Plus précisément, lors de l'assemblage de deux composants d'une torche à plasma d'arc, on juxtapose, ou, dit autrement, on met en contact, une première portion de conduit aménagée dans un premier composant de la torche et une deuxième portion de conduit aménagée dans un deuxième composant de la torche, adjacent au premier composant. L'assemblage de ces deux portions de conduit forme une canalisation apte à distribuer un fluide et définissent entre elles une interface. Par interface, on entend la surface mise en commun lors de la juxtaposition des premier et deuxième composants de la torche et qui définit la frontière entre ces deux composants. La seule juxtaposition des composants ne suffit pas à rendre étanche la canalisation traversant lesdits composants. Pour éviter toute fuite de fluide aux interfaces entre les composants adjacents de la torche à plasma d'arc, il est nécessaire d'agencer un dispositif d'étanchéité entre ces composants. Il existe différentes solutions pour étanchéifier les canalisations d'une torche à plasma d'arc. Habituellement, comme c'est le cas par exemple pour la torche CPM450 commercialisée par la société AIR LIQUIDE WELDING FRANCE, les blocs de composants d'une torche à plasma d'arc sont équipées de joints toriques qui, une fois mis en compression, assurent l'absence de fuites de fluide aux interfaces des différents blocs. Typiquement, une gorge est aménagée dans l'une ou l'autre des surfaces juxtaposées des composants adjacents de la torche pour accueillir ces joints toriques qui sont écrasés lors de l'assemblage des composants.

Or, ce type de dispositif d'étanchéité pose plusieurs problèmes. D'une part, un tel dispositif génère des pertes de charges non contrôlées dans les canalisations qui en sont équipées. En effet, quand les joints sont comprimés, par le biais des vis qui assurent l'assemblage de la torche, ils se déforment et peuvent réduire la section de passage du fluide à l'intérieur des canalisations. De tels changements de section génèrent des pertes de charge supplémentaires dans les canalisations, ce qui a pour conséquence directe de réduire les débit des fluides circulant à travers les composants de la torche. En outre, à cause des tolérances d'usinage et des disparités dans le serrage des vis qui assurent l'assemblage du corps de la torche, la compression des joints et donc leur déformation, est différente d'une torche à l'autre, et ce pour chaque type de canalisation distribuant les différents types de fluide précédemment décrits. Les torches à plasma d'arc produites sont alors caractérisées par des pertes de charges, et donc des débits de fluide distribués par les canalisations, non reproductibles d'un exemplaire de torche à un autre. De plus, lorsque les joints sont comprimés, ceux-ci peuvent se déformer de sorte qu'ils viennent à dépasser de la gorge périphérique dans laquelle ils sont logés, c'est-à-dire dépasser sur le trajet du fluide circulant à travers la canalisation, ce qui vient entraver l'écoulement dudit fluide. Cet obstacle peut alors générer des turbulences dans l'écoulement du fluide, en particulier lorsque le fluide est incompressible, et modifier de manière non contrôlée, de façon permanente ou par intermittence, les caractéristiques dynamiques de l'écoulement du fluide, notamment son débit. Les torches à plasma d'arc produites sont alors caractérisées par des pertes de charges, et donc des débits de fluide distribués par les canalisations, variables et non contrôlés.

Or, dans le cadre d'un procédé de coupage par plasma d'arc, l'obtention de performances de coupe optimales en termes de vitesse et de qualité de coupe nécessite, une fois la géométrie de la chambre d'arc située entre l' électrode et la tuyère amont déterminée, d'optimiser les paramètres de coupe tels que l'intensité de courant d'arc et la pression de gaz dans la chambre d'arc, dont les débits des gaz amont et aval résultent directement. Une fois ces paramètres optimisés, le débit des gaz alimentant la torche, notamment le débit de gaz amont, doit être constant pour assurer une qualité de coupe constante et une durée de vie des consommables de la torche satisfaisante. De même, le débit du fluide de refroidissement des composants de la torche doit être constant car celui-ci a une influence sur les températures auxquelles sont soumises ces composants, et donc sur leur fonctionnement et sur leur durée de vie. En effet, une variation du débit de fluide de refroidissement circulant à travers les composants d'une même torche a pour conséquence une évacuation de la chaleur accumulée par les composants plus ou moins efficace, ce qui peut nuire gravement à la durée de vie des composants de la torche.

De plus, des disparités de pertes de charge dans les canalisations de différentes torches sont particulièrement néfastes au procédé puisque, outre le fait que ces pertes ce charges peuvent générer des débits situés en-dehors des plages de tolérance fixée lors de la conception, elles altèrent la répétitivité des débits de fluide alimentant différents exemplaires de la même torche à plasma d'arc. Il s'ensuit une dégradation de la répétitivité des performances de coupe d'un exemplaire de torche à l'autre, malgré l'utilisation de paramètres de coupe identiques, ce qui nécessite une phase d'ajustement des paramètres de coupe supplémentaire pour chaque exemplaire de torche et complique grandement la mise en oeuvre industrielle du procédé de coupage par plasma d'arc. Une solution permettant de remédier en partie à ces problèmes est décrite dans le document EP-A-0941018. Elle consiste à assurer l'étanchéité d'une canalisation d'une torche à plasma d'arc en y agençant un dispositif d'étanchéité comprenant un élément tubulaire isolant électrique. Ladite canalisation résulte de l'assemblage de deux portions de conduit, l'une aménagée dans un premier composant de la torche et l'autre aménagée dans un deuxième composant de la torche, adjacent au premier composant. L'élément tubulaire est agencé au niveau de l'interface définie entre la portion de conduit de canalisation aménagée dans le premier composant de la torche et la deuxième portion de conduit de canalisation aménagée dans le deuxième composant de la torche, adjacent au premier composant. Deux paires de joints toriques sont agencées entre l'élément tubulaire et les composants de la torche, de part et d'autre de ladite interface.

Cette solution permet d'allonger le chemin électrique entre les différents composants de la torche, soumis à des potentiels électriques et reliés par l'intermédiaire des fluides conducteurs électriques en circulation entre ces composants. L'effet recherché est alors d'éviter toute dispersion de courant générée par un contact électrique entre les composants de la torche, nuisible au fonctionnement de celle-ci. Les pertes de charge dans la canalisation sont mieux contrôlées que dans le cas d'un dispositif d'étanchéité par joint torique comprimé tel que décrit plus haut. En effet, la section de passage de fluide de l'élément tubulaire est contrôlée lors de la fabrication mécanique dudit élément, ce qui est plus aisé que de contrôler une section de passage de fluide dont le diamètre dépend de l'écrasement de joints toriques. Toutefois, cette solution ne résout pas complètement le problème du contrôle des pertes de charges dans les canalisations.

En effet, le document EP-A-0941018 divulgue un élément tubulaire dont le profil interne est de forme cylindrique, avec un diamètre de section de passage de fluide quelconque, en l'occurrence inférieur au diamètre de la section de passage de fluide de la canalisation, ce qui induit des pertes des charges Par ailleurs, le contrôle des pertes de charges induites par le dispositif décrit dans EP-A- 0941018 n'est pas optimal. En effet, l'élément tubulaire est agencé dans un logement de forme allongée aménagé dans les surfaces des portions de conduit, la longueur de ce logement étant supérieure à la longueur de l'élément tubulaire. Il y a donc plusieurs discontinuités de sections de passage de fluide situées en amont et en aval de l'élément tubulaire. Ces discontinuités se produisent lors de la circulation du fluide entre la canalisation, les zones d'élargissement des conduits et la restriction résultant de l'insertion de l'élément tubulaire. Or, ces changements brutaux de section de passage de fluide à l'entrée et à la sortie de l'élément tubulaire génèrent des turbulences dans l'écoulement du fluide, en particulier lorsque celui-ci est incompressible, ce qui peut modifier de manière non contrôlée les caractéristiques dynamiques de son écoulement, notamment le débit. De plus, l'élément tubulaire est formé d'un matériau isolant électrique, pour lequel les tolérances d'usinage typiques ne sont pas optimales. Par conséquent, les pertes de charges engendrées par ce dispositif d'étanchéité ne sont pas contrôlées de façon optimale. Le problème à résoudre est dès lors de proposer un dispositif d'étanchéité pour canalisations de distribution de fluide, en particulier pour canalisations d'une torche à plasma d'arc, qui soit amélioré de manière à limiter au maximum, voire éliminer, les problèmes résultant de pertes de charge non contrôlées. Dit autrement, le but de la présente invention est de fiabiliser les performances du procédé de coupage mettant en oeuvre une telle torche, en particulier une torche à plasma d'arc utilisable en coupage par plasma d'arc.

La solution de l'invention est alors un dispositif d'étanchéité pour rendre étanche une canalisation, en particulier une canalisation d'une torche à plasma d'arc, formée par une première portion de conduit et une deuxième portion de conduit adjacentes définissant entre elles une interface, ladite canalisation ayant une section de passage de fluide d'un premier diamètre, comprenant - - un élément tubulaire agencé dans la canalisation au niveau de ladite interface, comprenant un passage axial muni d'un orifice d'entrée débouchant en amont de ladite interface et un orifice de sortie débouchant en aval de ladite interface, - un premier composant d'étanchéité agencé entre l'élément tubulaire et la première portion de conduit, et - un deuxième composant d'étanchéité agencé entre l'élément tubulaire et la deuxième portion de conduit, lesdits premier et deuxième composants d'étanchéité (10, 11) étant disposés de part et d'autre de ladite interface, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée du passage axial de l'élément tubulaire a un deuxième diamètre supérieur ou égal au premier diamètre de la section de passage de fluide de la canalisation. Par ailleurs, selon le mode de réalisation considéré, l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'élément tubulaire est de forme cylindrique. - le passage axial de l'élément tubulaire a un profil interne de forme cylindrique d'un deuxième diamètre supérieur ou égal au premier diamètre de la section de passage de fluide de la canalisation. - le passage axial de l'élément tubulaire a un profil interne comprenant une portion amont de forme convergente, de préférence tronconique, l'angle R d'ouverture du cône étant supérieur à 60° et strictement inférieur à 90°, et une portion aval de forme cylindrique d'un troisième diamètre inférieur au premier diamètre de la section de passage de fluide de la canalisation. - le rapport du troisième diamètre de l'élément tubulaire et du premier diamètre de la section de passage de fluide de la canalisation est compris entre 0.6 et 0.8. - les premier et deuxième composants d'étanchéité sont agencés dans des gorges périphériques aménagées dans la surface externe de la paroi périphérique de l'élément tubulaire. - les premier et deuxième composants d'étanchéité sont des joints formés d'un matériau élastique. - les première et deuxième portions de conduit comprennent au moins une gorge périphérique aménagée dans les surfaces desdites portions situées en regard de la paroi périphérique de l'élément tubulaire. - la paroi périphérique de l'élément tubulaire a une épaisseur comprise entre 0.1 et 0.3 mm ou la paroi périphérique de l'élément tubulaire est formée d'un matériau métallique, de préférence inoxydable. - l'orifice d'entrée ou l'orifice de sortie du passage axial de l'élément tubulaire a un deuxième diamètre égal au premier diamètre de la section de passage de fluide de la canalisation. Par ailleurs, l'invention porte sur une torche à plasma d'arc caractérisée en ce qu'elle caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une canalisation de distribution de fluide munie d'un dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes. Selon un autre aspect, l'invention concerne également un procédé de coupage par plasma d'arc d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma d'arc selon l'invention. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante faite en références aux Figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 est une vue en coupe d'un premier dispositif d'étanchéité d'une canalisation de torche à plasma d'arc selon l'art antérieur, - la Figure 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un deuxième dispositif d'étanchéité d'une canalisation de torche à plasma d'arc selon l'art antérieur, - la Figure 3a illustre un autre mode de réalisation du deuxième dispositif d'étanchéité d'une canalisation de torche à plasma d'arc selon l'art antérieur, - les Figures 3b à 3d illustrent différents mode de réalisation de l'invention, et - la Figure 4 est une vue en coupe d'une torche à plasma d'arc dont une partie des canalisations sont munies d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention. De manière générale, la Figure 1 illustre une canalisation 3 de distribution d'un fluide 4 formée par une première portion de conduit 1 et une deuxième portion de conduit 2 adjacentes d'une torche à plasma d'arc, dans laquelle est agencé un premier dispositif d'étanchéité selon l'art antérieur. Ces première et deuxième portions de conduit 1 et 2 sont aménagées, plus précisément usinées, dans deux composants adjacents qui sont juxtaposés lors de l'assemblage de la torche. Les première et deuxième portions de conduit 1 et 2 définissent ainsi entre elles une interface 15. au niveau de cette interface, la position de l'orifice de sortie du premier conduit 1 et la position de l'orifice d'entrée de la deuxième portion 2 de conduit sont habituellement définies de manière à ce que ces deux portions de conduit soient alignées lors de l'assemblage des composants adjacents de la torche. Comme le montre la Figure 1, les première et deuxième portions 1 et 2 de conduit, généralement de même diamètre intérieur, sont alignées selon le même axe A. Les canalisations sont ainsi aptes à être mises en communication fluidique au niveau de l'interface 15 et ne forment ensemble une canalisation 3 apte à distribuer le fluide 4.

Comme on le voit sur la Figure 1, pour éviter les fuites au niveau de l'interface 15 entre la première portion 1 de conduit et la deuxième portion 2 de conduit, on agence au niveau de l'interface 15 un élément d'étanchéité 5, généralement un joint torique ou équivalent, formé d'un matériau élastique. Une gorge 14 est aménagée dans l'un ou l'autre des portions de conduit 1 et 2 pour accueillir cet élément d'étanchéité 5, la gorge 14 ayant typiquement une profondeur plus faible que l'épaisseur de l'élément 5, de sorte que celui-ci soit mis en compression lors de l'assemblage des composants de la torche dans lesquels sont aménagées les portions de conduit 1 et 2. Ce mouvement de compression, illustré par les deux flèches 12 provoque un écrasement de l'élément d'étanchéité 5 et donc une réduction de son diamètre intérieur, symbolisé par les deux lignes en pointillés 13. Il s'ensuit que la section de passage de fluide la canalisation 3 passe d'un diamètre D à un diamètre Dl inférieur à D, ce diamètre Dl correspondant au diamètre intérieur de l'élément d'étanchéité 5 écrasé. On comprend dès lors le problème qui se pose. Une telle réduction de section de passage de fluide génère une perte de charge supplémentaire dans le circuit de distribution de fluide de la torche à plasma d'arc, ce qui a pour conséquence directe de réduire le débit de fluide alimentant les composants de la torche situé en aval de l'interface 15. Or, à cause des tolérances d'usinage de la torche, des disparités dans le serrage des vis qui assurent généralement l'assemblage de la torche, ainsi que des disparités dans les dimensions des joints fabriqués, la compression des joints, et donc leur déformation, est différente d'une torche à l'autre. Les torches à plasma d'arc produites sont alors caractérisées par des sections de passage de fluide de diamètres Dl non contrôlés et variables d'un exemplaire de la torche à plasma d'arc à un autre. Les débits de fluide 4 distribué par la canalisation 3 varient donc de la même façon, ce qui affecte la répétitivité des performances de coupe du procédé de coupage par plasma d'arc opéré par ces différents exemplaires de la torche à plasma d'arc. De plus, comme illustré sur la Figure 1, les joints comprimés peuvent se déformer jusqu'à dépasser de la gorge périphérique 14 et entraver l'écoulement du fluide 4. Cet obstacle peut alors générer des turbulences dans l'écoulement du fluide et modifier de manière non contrôlée, de façon permanente ou par intermittence, les caractéristiques dynamiques de l'écoulement du fluide, notamment son débit. Les torches à plasma d'arc produites sont alors caractérisées par des pertes de charges, et donc des débits de fluide distribués par les canalisations, variables et non contrôlés.

Il existe dans l'art antérieur une solution pour remédier partiellement à ces problèmes et réduire les variations de pertes de charges non contrôlées dans les canalisations 3 d'une torche à plasma d'arc. Elle consiste à agencer un dispositif d'étanchéité dont un mode de réalisation est illustré sur la Figure 2. La canalisation 3 est formée par une première portion de conduit 1 et une deuxième portion de conduit 2 adjacentes d'une torche à plasma d'arc. Le dispositif d'étanchéité comprend un élément tubulaire 6 agencé dans la canalisation 3 au niveau de l'interface 15, coaxialement à la canalisation 3, c'est-à-dire que l'axe longitudinal du dispositif d'étanchéité 24 est aligné avec l'axe longitudinal A de la canalisation 3 au niveau de l'interface 15. Plus précisément, l'élément tubulaire 6 est une pièce de révolution évidée dont la paroi périphérique a un profil externe de forme cylindrique. L'élément tubulaire 6 comprend un passage axial 7 muni d'un orifice d'entrée 8a débouchant en amont de l'interface 15 et un orifice de sortie 8b débouchant en aval de l'interface 15. Au moins un premier composant d'étanchéité 10 est agencé entre l'élément tubulaire 6 et la pièce 1, en amont de l'interface 15, et au moins un deuxième composant d'étanchéité 11 est agencé entre l'élément tubulaire 6 et la pièce 2, en aval de l'interface 15.

Selon l'art antérieur, le passage axial 7 a un profil interne de forme cylindrique de diamètre intérieur D' qui n'est pas optimisé en vue d'un contrôle précis des pertes de charges du dispositif et qui peut être inférieur au diamètre D de la section de passage de fluide de la canalisation 3, c'est-à-dire le diamètre intérieur de la canalisation 3. Dans le cas illustré, le diamètre extérieur de l'élément tubulaire 6 est proche mais légèrement inférieur au diamètre intérieur D de la canalisation 3 de manière à ce qu'il puisse s'y insérer. Ce dispositif induit donc une perte de charge dans la canalisation 3 mieux contrôlée que dans le cas d'un dispositif d'étanchéité par joint torique comprimé tel que décrit plus haut. La section de passage de fluide 4 dans la canalisation 3 est maintenant définie par le diamètre D' du passage axial 7 de l'élément tubulaire 6 dont les dimensions sont contrôlées lors de la fabrication mécanique de l'élément tubulaire 6. Toutefois, la solution décrite dans l'art antérieur n'est pas idéale et continue de poser certains problèmes. Comme on le voit sur la Figure 2, l'insertion de l'élément tubulaire 6 dans la canalisation 3 entraîne un changement brutal de la section de passage de fluide qui se produit au niveau de la restriction de la section de passage de fluide lors de l'entrée du fluide 4 par l'orifice 8a. Cette discontinuité occasionne inévitablement des turbulences dans l'écoulement du fluide 4, ce qui change ses caractéristiques dynamiques de façon non contrôlée. Ceci est particulièrement problématique dans le cas d'un fluide incompressible, tel de l'eau. De plus, l'effet recherché dans EP-A-0941018 impose que l'élément tubulaire 6 soit formé d'un matériau isolant électrique. Or, un matériau isolant électrique est généralement plus difficile à usiner qu'un matériau métallique. Les dimensions, ainsi que l'état de surface interne du passage axial 7 de l'élément tubulaire 6, ne sont donc pas contrôlés de manière optimale. Ceci induit des disparités de pertes de charges entre différents exemplaires du même élément tubulaire, ainsi que des perturbations dans l'écoulement du fluide qui traverse cet élément et donc une modification des caractéristiques de l'écoulement, pouvant aller jusqu'à modifier le débit du fluide.

Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'étanchéité amélioré pour lequel les pertes de charge, et par là-même le débit du fluide traversant ledit dispositif, sont contrôlées de manière plus précise que dans l'art antérieur. Selon l'invention, on agence dans la canalisation 3, au niveau de l'interface 15, un l'élément tubulaire 6 dont le passage axial 7 est muni d'un orifice d'entrée 8a dont le diamètre D2 est supérieur ou égal au diamètre D de la section de passage de fluide de la canalisation 3. Par les termes « diamètre D2 supérieur ou égal au diamètre D », on entend que le diamètre D2 est strictement égal au diamètre D ou sensiblement égal ou supérieur au diamètre D, le diamètre D2 restant dans ce dernier cas préférentiellement proche du diamètre D. Dans tous les cas et selon l'invention, le diamètre D2 n'est pas inférieur au diamètre D. La présente invention se distingue donc essentiellement par le fait que la forme du profil interne du passage axial 7 est définie de manière à assurer une continuité entre la section de passage de fluide de la première portion de conduit 1 de la canalisation 3 et la section de passage de fluide à l'entrée du passage axial 7, afin d'éviter toute perturbation de l'écoulement du fluide 4, et donc toute variation incontrôlée des pertes de charges dans la canalisation 3. Les Figure 3b à 3d illustrent différents modes de réalisation de l'invention, à comparer avec la Figure 3a, qui illustre une autre vue d'un mode de réalisation d'un dispositif d'étanchéité selon l'art antérieur. Selon le cas, le profil interne du passage axial 7 du dispositif d'étanchéité de l'invention peut prendre différentes formes. Ainsi, la Figure 3b illustre un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif d'étanchéité de l'invention comprend un élément tubulaire 6 dont le passage axial 7 a un profil interne de forme cylindrique de diamètre intérieur D2 égal au diamètre D de la section de passage de fluide de la canalisation 3. Ce mode de réalisation permet de contrôler les pertes de charges dans la canalisation 3 en minimisant grandement, voire en évitant, toute perte de charge dans la canalisation 3. Comme le montre la Figure 3b, l'élément tubulaire 6 selon l'invention est une pièce de révolution évidée dont la paroi périphérique a avantageusement un profil externe de même forme que le profil interne de la canalisation 3, c'est-à-dire de forme cylindrique. L'élément tubulaire 6 comprend un passage axial 7 muni d'un orifice d'entrée 8a débouchant en amont de l'interface 15 et un orifice de sortie 8b débouchant en aval de l'interface 15. L'élément tubulaire 6 est agencé dans la canalisation 3 au niveau de l'interface 15, de préférence coaxialement à la canalisation 3. Le dispositif d'étanchéité de l'invention comprend également un premier composant d'étanchéité 10 agencé entre l'élément tubulaire 6 et la pièce 1, en amont de l'interface 15, et un deuxième composant d'étanchéité 11 agencé entre l'élément tubulaire 6 et la pièce 2, en aval de l'interface 15. Les premier et deuxième composants d'étanchéité sont disposés de part et d'autre de l'interface 15. L'élément tubulaire 6 est agencé une gorge périphérique 9 aménagée dans les surfaces des portions 1 et 2 de conduit de canalisation situées en regard de la paroi périphérique de l'élément tubulaire 6. La gorge périphérique 9 s'étend sur une distance sensiblement égale ou très légèrement supérieure à la hauteur h de l'élément tubulaire 6, formant ainsi un logement dont le diamètre interne est supérieur au diamètre D de la section de passage de fluide de la canalisation 3. Contrairement au mode d'agencement du dispositif d'étanchéité illustré sur la Figure 3a, cette configuration d'agencement du dispositif d'étanchéité dans la canalisation 3 permet que le passage axial 7 ait sur tout ou partie de la hauteur de l'élément tubulaire 6 un diamètre D2 égal au diamètre D de la section de passage de fluide de la canalisation 3. Avantageusement, il n'y a pas, ou très peu, de discontinuité entre lors de la circulation du fluide de la première portion de conduit 1 de la canalisation 3 vers l'entrée du passage axial 7. Dans le cadre de l'invention, la paroi périphérique de l'élément tubulaire 6 est préférablement formée d'un matériau métallique, de préférence inoxydable, compatible avec les fluides compressibles et incompressibles circulant dans une torche à plasma d'arc, par exemple de l'acier inoxydable. On pourra toutefois utiliser du plastique dans les cas où il est nécessaire que la paroi périphérique de l'élément tubulaire 6 ait des propriétés d'isolation électrique. L'intérêt de la solution de l'invention réside dans le fait qu'il n'y a plus de discontinuité, c'est-à-dire de changement brutal de la section de passage de fluide, entre la canalisation 3 et l'élément tubulaire 6. Ceci contribue à minimiser les effets de turbulence générés dans l'écoulement du fluide 4 du fait d'un rétrécissement de la section de passage de fluide tel que produit dans l'art antérieur. De plus, la géométrie du passage axial 7 de l'élément tubulaire 6 est mieux maîtrisée et reproductible qu'avec un élément tubulaire 6 de l'art antérieur. En effet, un procédé d'usinage par alésage ou équivalent opéré sur un matériau métallique tel de l'acier inoxydable conduit à une tolérance typique sur les dimensions du passage axial 7 de type H7. En d'autres termes, pour un passage axial 7 d'un diamètre de l'ordre de 3 à 6 mm, une tolérance dimensionnelle de type D++,,12 est aisément réalisable, c'est-à-dire que, par exemple, pour un diamètre D de 3 mm, ce diamètre est typiquement compris entre 3 et 3.012 mm. L'état de surface obtenu par usinage conventionnel sur matériau métallique est également meilleur que sur un matériau isolant électrique, ce qui donne lieu à des conditions optimales d'écoulement du fluide 4 à travers le passage axial 7. Selon un autre aspect de l'invention, illustré sur les Figures 3c et 3d, la forme du profil interne du passage axial 7 peut être optimisée de façon à générer une perte de charge contrôlée dans la canalisation 3, tout en favorisant l'écoulement du fluide 4 et en minimisant les effets de turbulence générés du fait d'un rétrécissement de la section de passage de fluide. Pour ce faire, le profil interne du passage axial 7 de l'élément tubulaire 6 comprend avantageusement une portion amont de forme convergente, c'est-à-dire dont le diamètre est réduit progressivement dans la direction suivie par le fluide 4, jusqu'à rejoindre une portion aval de forme cylindrique de diamètre intérieur D3 inférieur au diamètre D de la section de passage de fluide de la canalisation 3. Bien entendu, la portion amont du passage axial 7 conserve en son extrémité supérieure un diamètre intérieur D2 égal au diamètre D de la section de passage de fluide de la canalisation 3.

De préférence, le rapport des diamètres D3 et D est compris entre 0.6 et 0.8. Le diamètre de l'orifice d'entrée 8a du passage axial 7 est égal au diamètre D de la section de passage de fluide de la canalisation 3. Le diamètre du passage axial 7 est ensuite réduit jusqu'à rejoindre le diamètre D4 en suivant, par exemple un profil tronconique (Figure 3c) ou un profil curviligne (Figure 3d). Dans le cas d'un profil amont de forme tronconique, l'angle p caractérisant l'ouverture du cône de la manière illustrée sur la Figure 3c est préférablement supérieur ou égal à 60° et strictement inférieur à 90°. Dans le cas d'un profil curviligne, l'angle p caractérise l'angle avec lequel est initiée la convergence de la portion amont du passage axial 7. Ce mode de réalisation de l'invention permet d'induire une perte de charge contrôlée dans la canalisation 3. Dans ce cas, l'objectif est de créer une perte de charge qui soit suffisamment importante et contrôlée pour rendre négligeables les autres pertes de charge du circuit d'alimentation de la torche à plasma d'arc. Plus précisément, en introduisant une perte de charge dans une canalisation bien plus grande que dans toutes les autres, et si on contrôle la valeur de cette perte de charge, on s'assure que le comportement de l'ensemble des canalisations du système, en particulier d'une torche à plasma d'arc, est plus reproductible, au niveau de la dynamique des fluides. Ainsi, la perte de charge, notée 4p, générée par un changement de section peut être calculée selon la formule suivante : p.V2 2 où est le coefficient dépendant de la nature de la résistance locale du circuit de circulation de fluide, c'est-à-dire le module de perte de charge, p est la masse volumique du fluide 4 et V est la vitesse d'écoulement en m/s du fluide 4 dans la canalisation 3. En particulier, la valeur du module de perte de charge dépend du changement de forme de circuit de circulation de fluide. Dans le cas d'un rétrécissement de la section de passage de fluide, c'est-à-dire pour un diamètre D3 inférieur à D, si on appelle C, = Al/A2 le coefficient de contraction, Al et A2 étant respectivement les surfaces des sections de passage de fluide initiale et après le changement de forme, les valeurs du module de perte de charge induite par un rétrécissement sont celles reportées dans la tableau ci-dessous. Ces valeurs sont issues du document suivant : Technique de l'ingénieur, J. Gosse, n° A1870, 10 novembre 1995. Tableau D3/D 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 0.9 Cc 0.57 0.6 0.61 0.65 0.72 0.79 0.55 0.47 0.4 0.3 0.15 0.0075 La perte de charge 4p induite par le dispositif d'étanchéité de l'invention ne doit pas être trop élevée pour éviter une pression d'alimentation de fluide trop importante. Par ailleurs, on souhaite créer une perte de charge qui soit suffisamment importante pour rendre négligeables les autres pertes de charge du circuit d'alimentation. On souhaite ainsi que la valeur de soit de préférence comprise entre 0.15 et 0.30. Il est donc préférable que le rapport du diamètre intérieur D3 du passage axial 7 et du diamètre intérieur D de la canalisation 3, c'est-à-dire le rapport D3/D, soit compris entre 0.6 et 0.8. Par ailleurs, avec un passage axial 7 dont la forme du profil interne est convergent et accompagne l'écoulement du fluide, en d'autres termes la veine de fluide, lors de son passage dans la restriction de la section de passage de fluide du conduit, on évite les turbulences générées par le détachement de la veine fluide des parois du conduit. Conformément à l'invention et quel que soit son mode de réalisation, la paroi périphérique de l'élément tubulaire 6 a une épaisseur e, fixe ou variable le long de la hauteur h de l'élément tubulaire 6, qui reste comprise entre 0.1 et 0.3 mm. Par ailleurs, pour garantir une bonne tenue mécanique de l'élément tubulaire 6 et faciliter son insertion dans la canalisation 3, il est préférable de respecter certaines caractéristiques dimensionnelles. Notamment, pour assurer un bon guidage lors du montage de l'élément tubulaire 6 dans la canalisation 3, sa hauteur h est égale à son diamètre extérieur D4 multiplié par un facteur supérieur à 1, ledit facteur multiplicateur étant avantageusement compris entre 3 et 10. De plus, pour éviter toute fragilisation et déformation mécaniques pendant le montage du dispositif d'étanchéité 24 de l'invention dans la canalisation 3, ainsi qu'au cours de son utilisation dans la torche à plasma d'arc, le rapport entre l'épaisseur e et le diamètre extérieur D4 de la paroi de l'élément tubulaire 6, c'est-à-dire le rapport e/D4, est préférablement supérieur à 0.05. Avantageusement, les composants d'étanchéité 10 et 11 sont des joints de fluide, par exemple des joints toriques ou équivalents, faits d'un matériau élastique, par exemple un élastomère, et sont agencés dans des gorges périphériques 16 et 17 aménagées dans la surface externe de la paroi périphérique de l'élément tubulaire 6.

De manière optionnelle, une ou plusieurs gorges périphériques peuvent être aménagées dans la surface externe de la paroi périphérique de l'élément tubulaire 6 pour accueillir en partie les composants d'étanchéité 10 et 11. De manière générale, le dispositif d'étanchéité de l'invention permet de réduire fortement, voire d'éliminer les variations incontrôlées de débits de fluide induites par les dispositifs d'étanchéité de l'art antérieur. En insérant un tel élément dans chacune des canalisations d'une torche à plasma d'arc, il est donc possible de garantir que les fluides distribués le soit à des débits constants, ou variant nettement moins qu'avec un dispositif d'étanchéité selon l'art antérieur. Le dispositif d'étanchéité de l'invention peut être agencé dans tout ou partie des canalisations de distribution de fluide d'une torche à plasma d'arc. Avantageusement, le dispositif d'étanchéité de l'invention est agencé au niveau de chaque interface entre les différents composants de la torche. Bien entendu, le contrôle et la répétitivité des pertes de charges d'un exemplaire de torche à un autre, et donc la constance des débits alimentant les blocs d'un exemplaire de torche à un autre, sont d'autant mieux garanties que le nombre de canalisations de la torche équipées d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention est important. La Figure 4 est une vue en coupe d'une torche à plasma d'arc dont une partie des canalisations est munie d'un dispositif d'étanchéité 24 selon l'invention. Habituellement, une torche à plasma d'arc 23 comprend un corps de torche servant d'interface entre la torche et un générateur de courant, un générateur haute fréquence servant à l'amorçage de l'arc électrique ainsi que les alimentations en fluide de l'installation de coupage par plasma d'arc (non schématisés). Une torche à plasma d'arc 23 comporte essentiellement trois blocs de composants, à savoir un bloc électrode comprenant un porte-électrode 18 sur lequel est fixée une électrode 19, un bloc tuyère comprenant un porte-tuyère 20 supportant une tuyère amont 21 et un bloc isolant 22 agencé entre le bloc électrode et le bloc tuyère avec pour fonction de les isoler électriquement. Une torche à plasma d'arc 23 comprend également au moins une canalisation formée par deux portions de conduit adjacentes aménagées dans deux composants adjacents de la torche à plasma d'arc 23 et distribuant un fluide 4 à travers lesdits composants adjacents. La tête de torche à plasma d'arc 23 représentée est une torche destinée au coupage par plasma d'arc en vortex d'eau. Outre les canalisations de distribution de gaz amont, alimentant la tuyère amont et les canalisations de distribution de fluide de refroidissement, on distingue en particulier une canalisation 3 distribuant l'eau de vortex jusqu'à une tuyère aval 27. La Figure 4 montre deux canalisations 3 formées l'une par deux portions de conduit adjacentes aménagées dans le porte-électrode 18 et le bloc isolant 22 de la torche 23 et l'autre par deux portions de conduit adjacentes aménagées dans le bloc isolant 22 et le porte-tuyère 20. Pour rendre étanches ces canalisations, c'est-à-dire éviter les fuites de fluide 4 au niveau des interfaces définies entre chaque portion de conduit, la torche 23 comprend un dispositif d'étanchéité 24 selon l'invention agencé au niveau de chaque interface définie entre les portions de conduit aménagées dans ces composants. A titre comparatif, la Figure 4 montre également une canalisation 26 munie d'un dispositif d'étanchéité 25 selon l'art antérieur, cette canalisation 26 étant formée par une première portion de conduit aménagée dans le bloc isolant 22 et une deuxième portion de conduit aménagée dans le porte-tuyère 20. A noter que la solution de l'invention peut tout aussi bien être mise en oeuvre dans une torche telle qu'illustrée sur la Figure 4, ou dans tout autre type de torche à plasma d'arc, c'est-à- dire fonctionnant sans vortex de fluide distribué par la tuyère amont. L'application principale d'une torche à plasma d'arc dont les canalisations comprennent un dispositif d'étanchéité selon l'invention est un procédé de coupage par plasma d'arc, en particulier d'une pièce métallique. Le meilleur contrôle des pertes de charges des canalisations obtenue dans le cadre de l'invention permet de réduire les disparités de pertes de charges pouvant exister entre différents exemplaires de la même torche à plasma d'arc, ce qui permet de fiabiliser le procédé opéré avec une telle torche en garantissant des performances de coupe reproductibles d'un exemplaire de torche à un autre. La phase d'ajustement des paramètres de coupe nécessaire avec les dispositifs d'étanchéité de l'art antérieur avant la mise en oeuvre de chaque torche est grandement réduite, voire éliminée, ce qui facilite l'utilisation du procédé sur le plan industriel.

En outre, le dispositif d'étanchéité de l'invention permet de réduire grandement, voire d'éliminer, les variations non contrôlées des débits de fluide circulant à travers les composants d'une torche à plasma d'arc en minimisant les perturbations induites lors de l'écoulement d'un fluide à travers le dispositif d'étanchéité. Il s'ensuit une amélioration de la constance dans le temps des performances de coupe d'une torche à plasma d'arc dont les canalisations sont munies d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'étanchéité pour rendre étanche une canalisation (3), en particulier une canalisation (3) d'une torche à plasma d'arc (23), formée par une première portion (1) de conduit et une deuxième portion (2) de conduit adjacentes définissant entre elles une interface (15), ladite canalisation (3) ayant une section de passage de fluide d'un premier diamètre (D), comprenant : - un élément tubulaire (6) agencé dans la canalisation (3) au niveau de l'interface (15), comprenant un passage axial (7) muni d'un orifice d'entrée (8a) débouchant en amont de l'interface (15) et un orifice de sortie (8b) débouchant en aval de l'interface (15), - un premier composant d'étanchéité (10) agencé entre l'élément tubulaire (6) et la première portion (1) de conduit, et - un deuxième composant d'étanchéité (11) agencé entre l'élément tubulaire (6) et la deuxième portion (2) de conduit, lesdits premier et deuxième composants d'étanchéité (10, 11) étant disposés de part et d'autre de l'interface (15), caractérisé en ce que l'orifice d'entrée (8a) du passage axial (7) de l'élément tubulaire (6) a un deuxième diamètre (D2) supérieur ou égal au premier diamètre (D) de la section de passage de fluide de la canalisation (3).
2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément tubulaire (6) est de forme cylindrique.
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage axial (7) de l'élément tubulaire (6) a un profil interne de forme cylindrique d'un deuxième diamètre (D2) supérieur ou égal au premier diamètre (D) de la section de passage de fluide de la canalisation (3).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le passage axial (7) de l'élément tubulaire (6) a un profil interne comprenant une portion amont de forme convergente, de préférence tronconique, l'angle R d'ouverture du cône étant supérieur à 60° et strictement inférieur à 90°, et une portion aval de forme cylindrique d'un troisième diamètre (D3) inférieur au premier diamètre (D) de la section de passage de fluide de la canalisation (3).
5. 5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rapport du troisième diamètre (D3) de l'élément tubulaire (6) et du premier diamètre (D) de la section de passage de fluide de la canalisation (3) est compris entre 0.6 et 0.8.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les premier et deuxième composants d'étanchéité (10, 11) sont agencés dans des gorges périphériques (16, 17) aménagées dans la surface externe de la paroi périphérique de l'élément tubulaire (6).
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les premier et deuxième composants d'étanchéité (10, 11) sont des joints formés d'un matériau élastique.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et deuxième portions (1, 2) de conduit comprennent au moins une gorge périphérique (9) aménagée dans les surfaces desdites portions (1, 2) situées en regard de la paroi périphérique de l'élément tubulaire (6).
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi périphérique de l'élément tubulaire (6) a une épaisseur (e) comprise entre 0.1 et 0.3 mm ou la paroi périphérique de l'élément tubulaire (6) est formée d'un matériau métallique, de préférence inoxydable.
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée (8a) ou l'orifice de sortie (8b) du passage axial (7) de l'élément tubulaire (6) a un deuxième diamètre (D2) égal au premier diamètre (D) de la section de passage de fluide de la canalisation (3).
11. 11. Torche à plasma d'arc (23) caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une canalisation (3) de distribution de fluide (4) munie d'un dispositif d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes. 30
12. 12. Procédé de coupage par plasma d'arc d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma d'arc selon la revendication 11. 15 20 25