Brevet FR2026988A1 — publié le 19700925

La présente invention concerne les joints de couplage pour assurer l'étanchéité de volumes pressurisés en dépit des effets de dilstation et de contraction thermiques sur leurs éléments constitutifs et les parois de ces volumes. Elle concerne plus particulièrement les joints à auto-serrage par différence des pressions externe et interne, tels que ceux destinés au raccordement de deux pièces creuses, tuyaux par exemple, dont les extrémités sont en alignement relatif. Un exemple d'un joint de ce type est donné par le brevet des Etatsunis d'Àaérique No. 2.687.229 délivré le 24 Août 1954 au noa de Milton P. LAURENT. En cet exemple, l'étanchéité est assurée par une bague à surfaces périphériques intérieure et extérieure biseautées, remplissant le volume annulaire de géométrie semblable existant entre les extrêmités des pièces à réunir et qui ne sont pas en contact franc; la pression interne tand alors à forcer la bague dans ce volute, la réaction étant dirigée dans la direction selon laquelle diiinut les diamètres des surfa- ces convexe et concave de la bague, les forces s'exerçant an compression et de façon équilibrée sur la bague. Le but de l'invention est de prévoir une structure perfectionnée de joints de couplage de ce type général, qui soit de grande efficacité et de grande simplicité de mise en place et puisse s'adapter à toua types de coupleurs ssonmis à une dif- férance de pressions interne et externe. Selon la présente invention, un joint à auto-serrage par pression pour le couplage de deux pièces creuses en alignement relatif que la dite pression tend à écarter l'une de l'autre, se caractérise essentiellement en ce qu'il colporte, logée dans un volute défini par des rainures à parois latérales conoïdales en regard dans des extrémités en coaptation incomplète de ces pièces, une pièce de géométrie similaire à celle de ce volume et portant, sur au moins une de ses faces en regard d'une paroi latérale dudit volune, des garnitures d'étanchéité à surfaces latérales conoïdales venant chacune en contact avec une partie d'une des parois latérales des dites rainures et soumises aux effets de la dite pression. Pour exposer l'invention en son détail, on se réfère aux figures jointes, qui représentent: La Fig.1, une vue en coupe d'un joint selon la présente invention; La Fig.2, une vue en coupe agrandie de la pièce porteuse annulaire serrée entre les deux bords des pièces à raccorder dans la Fig.1; La Fig.3 est une vue en coupe d'une modification du dispositif des Figs.1 et 2; et. La Fig.4 est une vue en coupe d'une autre modification de ce dispositif. De ces exemples et de leur description peuvent se déduire sang plua toutes variantes d'exécution n technologique entrent dans le cadre de l'invention. D'une façon générale, les fins de l'invention sont satisfaites en établissant une pièce de support garnie d'au moins une paire de pièces d'étanchéité et de géométrie telle qu'un tel sous-emsemble puisse d'insérer efficacement en un joint ou coupleur, par exemple mais non limitativement un joi#t de couplage à colleretteg. Le joint de couplage de Fig.1 comporte une paire de brides ou colleretten 10 et 12, identiques et présentant des raiau- res annulaires en regard 14 et 14 sur leurs faces radiales. Ces collerettes sont, de façon usuelle en @ei, fixées l'une à l'autre par des boulons dont deux sont illustrés sur la Fig.1. Les joints de couplage entre tuyaux de l'art antérieur ont utilisés diverses formes de garnitures dans les encoches en regard de leurs collerettes, pre@@@@@ par serrage des dits boulons jusqu'au degré de compression qui paraissait souhaitable. Dans le type de joint que concerne l'invention, l'étanchéité ne doit plus être assurée par ajustement des serrages des boulons nais, comme dans la structure décrite dans le brevet des Etats- unis sus-mentionné, doit dépendre, après réglage initial, des pressions internes qui s exercent sur le joint. Dans la struoture de ce brevet, toutefois, les moyens d'étanchéité flottent entre les surfaces des éléments avec lesquels ils coopèrent en réponse aux variations de pression du fluide dans les tuyaux. Une pièce annulaire 20 porteuse de garnitures d'étanchéité est logée dans le volume défini par les rainures 14 et 16. La Fig.2 montre, en vue en coupe agrandie, une partie de cette piè- ce 20 qui, on peut le voir, présente sur sa surface pé##phérique extérieure une paire de surfaces coniques ou biseautées, 22 et 24, dont l inclinaison correspond sensiblesent à celle des par ties correspondantes des rainures 14 et 16. La surface intérieure de 20 présente une seconde paire de surfaces en biseau 26 et 28 de Moindre inclinaison toutefois que celle des surfaces 22 et 24. La partie centrale de la face périphérique intérieure de 20 ést conformée en une collerette 30 réentrante qui présente deux faces de butée 32 et 34. Une paire de bagues de garniture 36 et 38 sont disposées sur les surfaces 26 et 28. Les surfaces de bu- ide 32 et 34 servent à limiter les déplacements possibles des garnitures d'étanchéité 36 et 38 le long des surfaces 26 et 28. Aux extrémités de ces surfaces sont d'ailleurs prévues des "lèvres" 40 et 42 pour maintenir les bagues d'étanchéité sur leurs surfaces d'appui respectives de la pièce de support 20o Comme visible sur la Fig.2, par suite, les pièces ainsi assemblées forsont un ensemble unitaire dont les éléments ne peuvent plus se séparer d'eux-mêmes. Cet ensemble peut alors étre mis en place entre une paire de collerettes standard pour réaliser, selon la Sig.l, une fois les boulons initialement serrés, un scellement hautement efficace entre les surfaces 26 et 28 et les surfaces en coaptation des bagues d'étanchéité et entre la surface intérieure du logement défini par les rainures des collerettes et les surfaces correspondantes des dites bagues ou garnitures. Le scellement par pression de fluide assuré par ce joint n'est pas affecté par des variations de température qui tendent à modifier les dimensions physiques du joint lui-mme ou des tuyaux dans lesquels ce joint est disposé. En réponse à une augeentation de pression dans le conduit de fluide, les bagues d'étanchéité s'écarteront l'une de l'autre, accroissant ainsi l'effet d'étanché- ité. Inversement, une diminution de la pression du fluide dans le conduit fait que les bagnes se rapprochent l'une de ltautre, tout en maintenant l'étanchéité du joint. En se reportant à la Fig.3, en laquelle les pièces correspondantes ont les mêmes références que sur les Figs.1 et 2, on voit que la pièce de support 20A ne diffère de la pièce 20 des figures précédentes que par le fait que les bagues 36A et 38Â sont portées par les surfaces périphériques extérieures au lieu intérieures. Le fonctionnement de base demeure le même car les surfaces périphériques externes des rainures 14 et 16 définissent, avec les surfaces extérieures périphériques de la pièce 20A, un logement qui se rétrécit vers l'extérieur dans la direction selon laquelle s'exerce la pression du fluide interne. Il en résulte que les bagues 36A et 38L disposées en ce logement tendent à se déplacer dans la direction selon laquelle agit la dite pression de fluide et maintiennent par sui- te une étanchéité efficace de la mdme manière que décrit pour le montage de la Fig.1. Bk se reportant à la Fig.4, la structure représentée est telle que le Joint fonctionne indépendanent de la direction dans laquelle s'exerce la pression, tant de l'intérieur que de l'extérieur du joint. Dans ce cas, la pièce 20B est équipée de bagues intérieures 36B et 38B et extérieures 36a et 38C. Les surfaces périphériques intérieures de la pièce 20B définissent avec les surfaces périphériques interieures des rainures 14 et 16 un logement annulaire qui se rétrécit vers l'extérieur du joint dan la direction selon laquelle agira la pression du fluide lorsqu'elle est supérieure à celle extérieure au joint, forçant ainsi les bagues intérieures 36B et 38B contre leurs surfaces respectives du scellement étanche. Les surfaces périphériques extérieures de la bagne 20B définissent avec les sur- faces périphériques extérieures des rainures 14 et 16 un logement annulaire qui se rétrécit vers l'intérieur du joint, c'est à dire dans une direction opposée à celle du premier logement sus-défini. Les bagues 36C et 38C disposées dans ce logement seront pressées vers l'intérieur du joint lorsque la pression dans le joint est inférieure à celle extréieure au joint. Ainsi, ce joint opère pour maintenir l'étnchéité du scellement malgré le sens de la différence des pressions interne et externe par rapport à la structure du joint. Bien que, dans les exemples donnés, les parois et sur faces latérales des rainures et pièces de joint aient été montrées simplement en forme de portions de cônes droits, on doit comprendre qu'elles peuvent être établies de toutes formes dérivées des surfaces de volumes de la famille des conoïdes sans sortir du domaine de l#invention. Similairement, il n'est pas impératif que les joints soient de forme générale annulaire pourvu que le volume défini par les rainures se referme sur luiméme autour du joint. On peut noter régalement que les inclinais ns de parois données sur la Fig.2. ne sont qu' illustratives et peuvent être modifiées selon les besoins. Il ressort toutefois de ce qui précède que l'invention réalise une structure de joints de couplage à haute efficacité tout en étant d'un montage facile in situe Enfin, les pièces d'extrémités des organes à relier et coupler peuvent, comme l'indique la 'ig.l, être rapportées sur ces organes aux fins de ce couplage. R E V E N D I C A T I O N S le - Joint à auto-serrage par pression pour le couplage de deux pièces creuses en alignement relatif, que la dite pression tend à écarter l'une de l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte, logée dans un volume défini par des rainures à parois latérales conoidales en regard dans des extrémités en coaptation incomplète de ces pièces, une pièce de géométrie similaire porteuse, sur au moins une de ces faces latérales en regard d'une paroi latérale dudit volute, de garnitures d'étanchéité venant chacune en contact avec une partie de la paru, latérale de la rainure correspondante et soumises aux effets de la dite pression, 2. - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dites extrêmités pourvues de rainures sont rapportées sur les pièces à coupler pour la formation du joint. 3. - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces équipées de garnitures d'étanchéité sont conformées pour définir, avec les parois latérales en regard des rainures, des logements de garnitures allant en se rétr#cissant vers le fond des dites rainures0 4. - Joint selon la revendication I, caractérisé en ce que la face equipée ie garnitures d'étanchéité, en regard de la pa roi dudit volume orientée vers l'extérieur du joint, est conformée pour définir, avec les parois latérales en regard des rainures, des logements de garnitures allant en se rétrécissant à partir du fond de ces rainures0 5. - Joint selon la revendication 1, caractérisé é en ce que une seule face de la pièce est équipée de garnitures d'étanchéité, la face latérale opposée de cette pièce étant conformée pour venir en coaptation au moins partielle avec les surfaces correspondantes des rainures. 6. - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de support des garnitures dtétanchéité est conformée avec deux butées de limitation de déplacement pour chacune des garnitures. 7. - - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces parois et surfaces latérales conoïdales sont des portions de surface de troncs de cône droits. B. - - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque garniture d'étanchéité consiste en une bague de section droite conformée pour maintenir le contact avec leur pièce de support et les surfaces des rainures en leur déplacement relatif vis à vis de ces surfaces sous l'action des variations de pression auxquelles elles sont exposées. 9. - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dites extrémités des pièces à coupler sont pourvues de rebords rendus mécaniqueiaent solidaires pour la tenue mécanique du joint et l'aaustement initial de son étanchéité,