Brevet FR2379011A1 — publié le 19780825

La présente invention se rapporte à des perfectionnements apportes aux raccords de tubes. L'invention a pour objet un raccord de tube comprenant un élément tubulaire male et un élément tubulaire femelle qui s'emboîte télescopiguement sur l'6ldment tubulaire male, l'élément mle présentant une surface pEriphé- rique extérieure tronconique et l'élément femelle présentant une surface périphdrique intérieure tronconique correspondante qui recouvre la surface tronconique de l'6lEment male lorsque les deux éléments sont accouplés, les surfaces tronconiques présentant des cordons et des gorges annulaires circon férentiels qui s'accouplent pour bloquer les éléments maie et femelle axialement l'un sur l'autre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris a la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe axiale d'une forme de realisation d'un raccord de tube suivant l'invention, qui montre les éléments male et femelle assemblés ;; - les figures 2 et 3 sont des coupes à plus grande échelle représentant, respectivement, l'élément maIe et l'dément femelle de la figure 1 - les figures 4 et 5 sont des coupes à échelle agrandie repré- sentant l'élément male et l'élément femelle, respectivement, en cours d'asse3- blage et après assemblage - la figure 6 est une coupe axiale du raccord de la figure 1, qui montre les moyens servant a appliquer une force axiale d'assemblage à ce raccord ; et - la figure 7 est une vue en plan des moyens d'application de la force représentée sur la figure 2. Ainsi qu'on l'a représenté sur les dessins, le raccord de tube comprend un élément tubulaire male 1 destiné a entre fixé, par exemple par soudage, à l'extrémité d'un tube 2 et un élément tubulaire femelle 3 destiné a entre fixé, par exemple par soudage, a l'extrémité d'un tube 4 qu'il s'agit de raccorder au tube 2. Les éléments maie et femelle sont destinés à s'emboîter télescopiquement l'un a l'intérieur de l'autre et ils possèdent des surfaces périphériques tronconiques 5 et 6 correspondantes, mais respectivement extérieure et intérieure, qui se recouvrent mutuellement lorsque l'élément maie 1 est entièrement emboîté a l'intérieur de l'élément femelle 2. Pour bloquer axialement l'élément male par rapport à llélément femelle lorsque les deux éléments sont embottds l'un à l'intérieur de l'autre, l'élément femelle porte sur sa surface tronconique 6 une série de gorges annulaires circonférentielles 7a, 7b ... 7R, 7fur, dont chacune s'étend dans un plan radial et présente des surfaces terminales radiales 8 et 9, chaque gorge étant séparée de la gorge adjacente par une surface 10a, 10b ... 10s, 10h. L'élément maie porte des cordons annulaires circonférentiels ou dents lia llb ... 11g, llh, espacés axialement et qui correspondent aux gorges 7.Les dimensions et les formes des gorges 7 et des dents 10 sont calculées, les unes par rapport aux autres, de manière a faciliter l'assemblage des éléments male et femelle, à résister aux forces axiales tendant a séparer les deux éléments l'un de l'autre et de manière à établir un contact métal sur métal entre la face terminale 8 de chaque gorge et la face terminale correspondante de chaque dent, afin que ces faces résistent aux forces axiales tendant a séparer les deux éléments l'un de l'autre lorsque ces derniers sont entièrement accouplés. Les dents et les gorges peuvent s'étendre sensiblement sur toute l'étendue des surfaces 5 et 6, comme représenté sur le dessin, mais elles peuvent également s'étendre sur une plus faible proportion de ces surfaces. Ainsi qu'on l'a représenté sur les dessins, l'élément femelle peut etre muni d'un passage radial 12 communiquant avec une rainure axiale 13 qui coupe certaines des gorges 7 dans la région centrale de la partie du raccord qui est munie de gorges. Ce passage 12 est destiné à etre raccordé à une source de liquide, par exemple d'huile sous pression, par exemple sous une pression d'environ 350 a 500 kg/cm2 dans le cas où les éléments male et femelle du raccord sont faits d'acier à haute résistance à la traction. Le joint est destiné à être assemblé de la façon décrite ci-après. Initialement, on enfonce l'élément maie dans l'élément femelle jusqu' ce qu'on ait établi un contact métal sur métal entre les surfaces tronconiques 5 et 6. La conicité de l'élément meule et de l'élément femelle et la longueur des dents et des gorges sont calculées de manière que le contact initial métal sur métal soit obtenu entre chaque dent, par exemple la dent lls, de l'élément male et la surface, par exemple la surface 10g qui précède immédiatement la gorge correspondante, par exemple la gorge 7 dans laquelle la dent considérée doit s'engager.Lorsque ce contact direct métal sur métal a été établi, on applique une force axiale entre l'élément male et l'élément femelle pour rapprocher progressivement ces éléments et engager les dents de l'un dans les gorges de l'autre. Sous l'effet de l'application de la force axiale, l'élément femelle se dilate et/ou l'élément maie se contracte dans une mesure suffisante pour permettre à chaque dent, par exemple à la dent Ilg, de glisser sur la surface sur laquelle elle porte, par exemple la surface lOg, et s'engager dans sa gorge, par exemple la gorge 7s. La hauteur de la dent et la profondeur de la gorge sont calculées de manière que, dans ce mouvement, on n'excède pas la limite élastique de la matière de l'élément maIe et de l'élément femelle. Pour appliquer la force axiale å ces éléments, on peut utiliser une presse a étriers 14 (voir figures 6 et 7). Cette presse comprend un plateau supérieur 15 et un plateau inférieur 16, dont chacun est fendu diametralement et articulé au moyen d'une charnière 17, de manière a pouvoir autre mis en place autour de l'un des éléments du raccord. Une série de vérins hydrauliques 18 sont montés pour agir entre les plateaux, ces vérins étant espacés angulairement autour de l'axe de la presse. Les plateaux 15 et 16 sont engagés dans des gorges 19, 20 ménagées respectivement dans l'élément male et dans l'élément femelle. On a constaté qu'il était avantageux d'injecter un liquide sous pression dans la région de recouvrement entre l'élément maie et l'élément femelle pendant l'application de la force axiale.C'est pour cette raison que sont prévus le passage 12 et la rainure 13. Le liquide s'écoule du passage 12 a la rainure 13 et, de la, dans les gorges 7 avec lesquelles cette rainure communique. Au début de l'opératìon, le contact métal sur métal entre les dents 11 et les surfaces 10 empêche l'huile de s'écouler au-delà des gorges 7. La pression du liquide est réglée a un niveau suffisant pour favoriser la dilatation de l'élément femelle et/ou la contraction de l'élément male lorsque ces deux éléments se rapprochent l'un de l'autre sous l'effet de la force axiale.On a constaté qu'en fait le liquide lubrifie les surfaces de contact de l'élément ussle et de l'élément femelle, lesquels forment alors un palier hydrostatique, de sorte que le contact métal sur métal disparate. Bien qu'il y ait par conséquent fuite de liquide, cette fuite n'est pas suffisante pour rendre l'application de la pression de liquide sans effet. La lubrification des surfaces de contact entre l'éliment maie et l'élément femelle réduit le risque de détérioration des surfaces dentées et rainurées de l'élément male et de l'élément femelle lorsqu'on emboite ces deux éléments à force l'un dans l'autre. Dans la forme préférée de réalisation du raccord, les tolérances entre les surfaces 5 et 6 de l'élément male et de l'élément femelle sont serrées et l'élément femelle est dimensionné, de manière qu'il y ait ajustement a serrage entre les éléments lorsque ltélément maie est embotté dans l'élément femelle et que les faces terminales 8 des gorges 7 sont en contact métal sur métal avec les faces terminales correspondantes des dents 11. Dans cet agencement, on a constaté qu'il était essentiel de faire en sorte qu'il ne reste de liquide emprisonné dans aucune des gorges 7 lorsque l'élément male et l'élément femelle sont entièrement accouplés.S'il restait du liquide emprisonné, la dent considérée ne pourrait pas s'engager entièrement dans sa gorge et les deux éléments du raccord risqueraient de se séparer l'un de l'autre. Pour éviter ce risque, on prolonge la rainure 13 de manière d la mettre en commu nication avec les deux gorges 7b et 7g respectivement adjacentes aux gorges terminales 7a et 7h, de façon que le liquide contenu dans les gorges 7b et puisse s'échapper par le passage 12. Le liquide restant éventuellement dans les gorges terminales 7a et 7h peut s'échapper autour des extrémités de l'élément maie et de l'élément femelle, respectivement.Lorsque l'élément maie n'est pas ajusté à serrage dans l'élément femelle, il suffit de faire en sorte que tout le fluide puisse s'échapper d'entre les surfaces de l'élément male et de l'élément femelle qui se recouvrent > etla longueur précise de la rainure n'est pas aussi critique, mais il est évident qu'elle doit entre suffisante pour favoriser la dilatation et/ou la contraction de l'élément femelle et de l'élément mâle, respectivement. S'il est nécessaire de démonter le raccord précédemment assemblé, on peut prévoir et utiliser le passage 12 et la rainure 13 pour cette opération.Le liquide sous pression est alors transmis au passage 12 et il s'écoule le long de la rainure 13 et s'engage circonférentiellement dans les creux laissés entre la face terminale 9 de chaque gorge et la face terminale correspondante de chaque dent pour les gorges 7 qui sont en comme nication avec la rainure 13. La longueur axiale de la zone de pénétration du liquide est initialement limitée par les lignes de contact métal sur métal entre les dents et les gorges situées aux extrémités de la rainure 13. En meme temps, on applique une force axiale de démontage à l'élément maie et à l'élément femelle, par exemple au moyen de la presse 14, de façon a maintenir un contact métal sur métal entre la face terminale 8 de chaque gorge et la face terminale correspondante de la dent correspondante.Comme dans le cas où le liquide sous pression est utilisé pour assembler l'élément maie et l'élément femelle, le liquide agit pour dilater l'élément femelle et/ou contracter l'élément male, afin de dégager les dents des gorges. Toutefois, dans le démontage, la force axiale appliquée maintient les faces terminales 8 des gorges en contact avec les faces terminales correspondantes des dents pour éviter toute ruite sensible de liquide jusqu'au moment où les dents se sont dégagées des gorges et portent sur les surfaces 10 comprises entre les gorges.L'application consécutive d'une légère force axiale ramène l'élément maie à une position relative par rapport à l'élément femelle, telle que celle représentée sur la figure 4, qui correspond a l'établissement initial du contact métal sur métal au cours de l,opé- ration d'assemblage. Des garnitures d'étanchéité peuvent etre prévues dans chacune des surfaces 5 et 6 des éléments maie et femelle et aux extrémités de ces surfaces, pour contribuer a empecher le liquide de fuir entre les éléments pendant le montage et le démontage ainsi que pendant l'utilisation. Si l'on prévoit de telles garnitures d'étanchéité, on peut omettre l'une ou plusieurs des dents et gorges aux extrémités des éléments. Toutefois, si les dimensions des éléments mâLe et femelle sont convenablement calculées les unes par rapport aux autres, l'étanchéité établie par le contact métal sur métal entre l'élément male et l'élément femelle peut être sufflsante, et il n'est nécessaire de prévoir aucune autre garniture. Dans l'exemple de réalisation représenté1 -une bague torique 21 est prévue dans la surface de l'élément male, dans la région adjacente à l'extrémité de la dent lla, pour établir un joint supplémentaire lorsque le raccord est en utilisation. Lorsque la dimension de l'élément femelle est calculée par rapport à celle de l'élément maie, de manière à établir un ajustement à serrage avec cet élément maie, le raccord est capable dans une certaine mesure de transmettre les couples. Si le raccord doit comporter des moyens séparés pour la transmis- sion du couple, on peut prévoir, à l'extrémité intérieure de la surface tronconique de l'élément femelle, un tenon en saillie vers l'intérieur qui est destiné à s'engager dans une cavité ménagée dans le bord arrière de l'élément mAle, la rainure terminale 7a et la dent lia étant alors supprimées. Dans une forme de réalisation préférée, l'élément male et l'élément femelle sont fait d'acier a haute résistance à la traction et présentent des diamètres respectivement intérieur et extérieur d'environ 700 mm. La conicité des surfaces tronconiques est de 2 , chaque dent possède une hauteur de 1,22 ma et présente a sa base une longueur de 20,32 mm. Chaque gorge présente une profondeur de 1,1 mm et une longueur de 21,34 mu au niveau de la surface. Chaque surface tronconique présente huit dents et huit gorges qui sont espacées d'une distance axiale de 38,1 mm. La surface terminale 8 de chaque gorge et la surface correspondante de chaque dent présentent une pente de 120 sur un plan perpendiculaire a l'axe des- éléments male et femelle, et la face 9 de chaque gorge de meme que la face correspondante de chaque dent présente une pente de 600.La première pente est déterminée par les tolérances de fabrication et elle représente l'angle nécessaire pour garantir l'établissement d'une portée franche entre les surfaces opposées, comme représenté, à 1'extré- mité intérieure de l'élément maie et ltextrémité libre de l'élément femelle, ou entre l'extrémité libre de l'élément inale et l'extrémité intérieure de l'élément femelle, cette portée franche étant nécessaire pour l'enfoncement des pieux. Il va de soi que, si l'on utilise des angles différents pour la conicité des surfaces tronconiques des éléments maie et femelle et qu'on utilise pour les éléments des matières autres que l'acier à haute résistance å à la traction, les dimensions et nombres de dents et de gorges qui ont été mentionnés plus haut pourraient entre modifiés. I1 va de soi qu'alors que, dans le raccord décrit plus haut, les dents sont formées sur l'élément male et les gorges ménagées dans l'élément femelle, les résultats sont exactement équivalents a ceux qu'on obtiendrait en ménageant les gorges dans l'élément male et en formant les dents sur i 'élément femelle. L'invention permet de réaliser un raccord de tube possédant une construction simple, qui est facile à assembler et dans lequel l'accouplement de l'élément mâle et de l'élément femelle ne demande pas l'intervention de pièces mobiles. Le raccord qui a été décrit cirdessus est particulièrement conçu et adapté pour raccorder des tubes et autres structures tubulaires utilisés dans le forage et/ou la mise en production des puits de pétrole et/ou de gaz en mer. REVENDICATIONS 1. Raccord de tube comprenant un élément male tubulaire et un élément femelle tubulaire qui s'emboîte télescopiquement sur l'élément tubulaire maie, l'élément maie présentant une surface périphérique extérieure tronconique et l'élément femelle présentant une surface périphérique intérieure tronconique correspondante qui recouvre la surface tronconique de l'élément mâle lorsque les deux éléments sont accouplés, ce raccord étant caractérisé en ce que les surfaces tronconiques présentent des cordons et gorges annulaires circonférentiels qui s'accouplent pour bloquer axialement des éléments male et femelle l'un sur l'autre. 2. Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cordons et gorges sont espacés axialement et répartis sensiblement sur toute la dimension axiale des surfaces tronconiques de l'élément mâle et de l'élément femelle. 3. Raccord selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce que les relations liant l'angle de conicité des surfaces tronconiques aux dimensions axiales et à l'espacement des cordons et gorges sont telles qu'au moment de l'assemblage des éléments male et femelle il s'établisse initialement un contact métal sur métal entre un cordon du jeu de cordons- et une surface comprise entre deux gorges du jeu de gorges et qui est adjacente à la gorge dans laquelle le cordon considéré doit s'engager, les dimensions radiales des jeux de cordons et de gorges étant calculées de manière que la dilatation de ltélément femelle et/ou la contraction de l'élément maie qui résultent de l'emmanchement à force de chaque cordon dans la gorge correspondante n'excèdent pas la limite élastique de la matière constitutive de l'élément femelle et/ou de l'élément maie. 4. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle de conicité de la surface tronconique est de l'ordre de 20. 5. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément maie est ajusté à force dans l'élément femelle lorsqu'il est entièrement accouplé à ce dernier. 6. Raccord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions du jeu de cordons et du jeu de gorges sont calculées de manière que, lorsque l'élément mâle et l'élément femelle sont entièrement accouplés, il existe un contact métal sur métal entre les deux faces terminales radiales de chaque couple de surfaces terminales radiales en regard du jeu de cordons et du jeu de gorges, ces couples étant ceux qui résistent aux forces tendant a séparer les deux éléments male et femelle, 7. Raccord de tube selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites faces terminales radiales sont inclinées d'un angle de l'ordre de 130 sur un plan perpendiculaire a l'axe du raccord. 8. Raccord selon la revendication 7, caractérisé en ce que les autres faces terminales radiales de cordons et du jeu de gorges sont inclinées d'un angle de tordre de 600 sur ledit plan. 9. Raccord selon l'une quelconque des revendications 6 a 8, caractérisé en ce qu'il existe un jeu entre lesdites autres faces terminales radiales du jeu de cordons et du jeu de gorges. 10. Raccord de tube selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisé en ce que l'élément femelle est muni d'un passage radial destiné a être connecté à une source de fluide sous pression, ce passage CoQxu- niquant avec une rainure axiale ménagée dans la surface tronconique de ltélément femelle, cette rainure s'étendant au milieu de la région qui est munie du jeu de cordons ou du jeu de gorges dans le raccord composé de l'élément maie et de l'élément femelle après assemblage, pour transmettre le fluide sous pression au jeu de cordons et au jeu de gorges, afin de provoquer la dilatation de l'élément femelle et/ou la contraction de l'élément male pour favoriser llassemblage et/ou le démontage du raccord. 11. Raccord de tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite rainure s'étend axialement sur une longueur suffisante pour communiquer avec les gorges de l'élément femelle qui sont respectivement adjacentes aux gorges terminales ménagées aux extrémités de la surface tronconique de cet élément femelle. 12. Raccord de tube selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'élément male et l'élément femelle sont adaptés pour être reliés a des moyens destinés a leur appliquer une force axiale pour faciliter l'assemblage et le démontage du raccord. 13. Procédé d'assemblage d'un raccord de tube selon la revendication 10. caractérisé en ce qu'on aligne l'élément male et l'élément femelle sur un même axe et qu'on les déplace axialement pour les mettre en contact, qu'on transmet un fluide audit passage radial sous une pression suffisante pour dilater l'élément femelle etjou contracter l'élément male dans une mesure suffisante pour permettre de les emmancher l'un dans l'autre, on supprime ensuite la pression du fluide pour laisser l'élément male se dilater et/ou laisser l'élément femelle se contracter, de manière que les cordons s'accouplent avec les gorges. 14. Procédé selon la revendication 13,. caractérisé en ce que le fluide est un liquide et qu'il sert a lubrifier les surfaces opposées de l'élément mêle et de l'élément femelle lorsqu'on les emboîte l'un dans l'autre. 15. Procédé de démontage d'un raccord de tube selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on transmet un fluide audit passage sous une pression suffisante pour dilater l'élément femelle etlou contracter l'élément male dans une mesure suffisante pour dégager les cordons des gorges puis qu'on sépare les deux éléments par un mouvement axial.