Brevet FR2427539A1 — publié le 19791228

Le dispositif qui fait ltobjet de l'invention résulte des travaux de Messieurs Claude ABBES, André GOURNIER et Christian RWAUD. Il permet l'assemblage bout à bout de canalisations comportant des brides coniques. Il s'applique, en général, aux cas où l'on recherche l'obtention d'une bonne étanchéité et, plus particulièrement, à ceux où on l'utilise des joints nécessitant de fortes pressions de serrage tels que certains types de joints métalliques. Depuis longtemps déjà, on a proposé de remplacer les méthodes traditionnelles d'assemblage de canalisations au moyen de brides boulonnées, par des méthodes plus faciles à mettre en oeuvre et permettant des montages et démontages rapides, faisant appel à des colliers de serrage. D'une façon générale, ces colliers comportent plusieurs éléments articulés, pourvus de gorges à l'intérieur desquelles s'emboîtent les bords extérieurs des brides à assembler. Les figures ci-après permettront de mieux comprendre les différents modes d'assemblage par colM~rs de serrage qui ont été proposes jusqu'à présent, ainsi que les caractéristiques du nouveau collier d'assemblage qui fait l'objet de l'invention et ses avantages par rapport aux dispositifs antérieurs. La figure 1 représente les extrémités de deux canalisations pourvues de brides toniques disposées bout à bout avec interposition d'un joint en élastomère. La figure 2 représente un collier de serrage de type connu comportant deux éléments articulés, monté autour des brides de la figure 1. La figure 3 est une coupe suivant le plan I de la figure 2. La figure 4 représente un collier de serrage de type connu à trois éléments articulés, monté autour de deux brides coniques du même type que celles de la figure i. La figure 5 est une vue en coupe suivant le plan Il de la figure 4. La figure 6 représente un demi-collier de serrage de type connu comportant des éléments en forme de bobines. La figure 7 est une coupe suivant le plan III de la figure 6. La figure 8 représente un collier de serrage suivant l'invention à quatre éléments articulés, monté autour de deux brides coniques de même type que celles de la figure 1. La figure 9 est une coupe suivant le plan IV de la figure 8. La figure 10 représente un élément du collier suivant l'invention. La figure 11 représente un profil de gorge modifié pour élément de collier suivant l'invention. D'une façon générale, les canalisations destinées à être assemblées au moyen de colliers comportent à leurs# extrémités des brides annulaires dont les faces d'extrémité sont sensiblement planes et perpendiculaires à l'axe de la canalisation tandis que les faces de serrage sont en forme de tronc de cône. La figure 1 représente deux parties de canalisation de type courant (1) et (2) dont les brides d'extrémité (3) et (4) comportent des faces planes d'appui telles que (5) appliquées l'une contre l'autre avec interposition d'un joint en élastomère (6). Les faces de serrage (7) et (8) des brides sont inclinées en forme de tronc de cône de façon à pouvoir s' emboîter à l'intérieur des gorges d'un collier d'assemblage. La figure 2 représente ce collier disposé autour des brides (3) et (4). Il comporte deux éléments de serrage (9) et (10) pourvus de gorges, dont les fonds sont représentés par les arcs en tirets (11) et (12), à l'intérieur desquelles sont engagés les bords extérieurs des brides (3) et (4). Ces élé mentis (9) et (10) sont reliés entre eux, d'une part, par une pièce de liaison (13) articulée par rapport aux éléments au moyen des axes (14) et (15) et, d'autre part, par un dispositif de serrage comportant une vis (16) dont la tête (17) est traversée par un axe (18) qui s'articule à l'extrémité de l'élé- ment (10). L'extrémité correspondante de l'élément (9) comporte une partie en forme de crochet (19) pourvue d'une encoche (20) dans laquelle on engage ltex- trémité filetée de la vis (16). Une barrette (Z1) enfilée sur la vis (16) prend appui par ses deux extrémités sur les deux surfaces d'appui (22) du crochet (19) et un écrou (23) permet de serrer le collier autour des deux brides. Le serrage du collier provoque la pénétration progressive des bords des brides à l'intérieur des gorges des deux éléments de serrage (9) et (10). Comme le montre en coupe la figure 3, les faces latérales, de la gorge de chaque élément tel que (9), ont le meme profil que les bords extérieurs des brides. Qn voit donc qu'au fur et à mesure de la pénétration des bords des brides à l'intérieur des gorges, la pression des faces latérales de celles-ci sur les bords extérieurs des brides, provoquera le rapprochement des deux brides l'une contre l'autre et le serrage du joint qui est placé entre elles. L'expérience a montré qu'un tel type de collier présente l'incomré- nient de ne pas permettre un serrage progressif des brides, sans risques de déformations ou d'arrachement de métal. En effet, comme chaque élément de serrage du collier a la même courbure que les brides qu'il doit enserrer, on comprend que, lorsque ces brides ne sont pas encore serrées l'une contre l'autre, l'élément de serrage n'entre en contact avec les faces de serrage des brides que par ses deux extrémités. C'est seulement lorsque le serrage est achevé, c ' est-àdire lorsque les deux brides ont complétement pénétré à l'intérieur de la gorge, que la pression de serrage de l'élément de collier sur les deux brides se répartit également sur toute sa longueur.Un tel inconvénient est appa renanent mineur dans le cas de brides comportant des joints en élastomère de faible dureté, tels que ceux quton utilise par exemple pour des installations fonctionnant à une température ambiante, avec de faibles différences de pression, et dans des milieux non agressifs vis-à-vis des élastomères. Cependant, meme dans des conditions aussi favorables, il est difficile d'éviter, au cours des opérations de montage et démontage, des déformations locales des brides aux points où celles-ci entrent en contact avec les éléments de collier, et aussi des déformations des éleiOnts de collier eux-memes au voisinage de leurs extrémités, ces déformations pouvant umeme entraîner des ruptures. Pour éviter ou réduire ces inconvénients, il a été proposé dans le brevet français 1.311.377 de réaliser des colliers de serrage comportant une série d'éléments identiques dont chacun prend appui sur les deux flancs du bicône constitué par les bords extérieurs des deux brides accolées, suivant une zone de contact qui se limite pratiquement à une génératrice de chacune de ces surfaces coniques. Le brevet FR. 1.311.377 décrit essentiellement deux moyens permettant d'obtenir ce résultat. Le premier qui est représenté figures 4 et 5 consiste à réaliser un collier de serrage comprenant trois éléments articulés (24), (25) et (26), enserrant deux brides coniques accolées (27) et (28), chacun de ces éléments, conne le montre la coupe figure 5, étant pourvu d'une gorge (29), dont les parois latérales (30) et (31) sont des surfaces planes perpendiculaires au plan de coupe et dont l'inclinaison par rapport au plan de joint (32) des deux brides est égale à l'inclinaison des génératrices des bords extérieurs coniques (33) et (34) des brides par rapport à ce même plan. Chacun des trois éléments qui viennent d'entre décrits est relié à l'élément voisin par des articulations de type connu et le serrage de l'ensemb- le est assuré par un système à vis et écrou comparable à celui que nous avons décrit plus haut Un autre moyen décrit dans le FR. 1.311.377 qui permet également d'assurer un serrage des brides suivant une seule génératrice pour chaque élément constituant le collier, consiste, conne le montrent les figures 6 et 7, à remplacer les éléments de serrage allongés constituant le collier, par des éléments circulaires en forme de bobines tels que (35) comportant une partie centrale cylindrique (36) montée rotative autour d'un axe parallèle à celui du bicône et deux flasques latéraux tronconiques (37) et (38). Chacune de ces bobines est reliée à la suivante par une paire de biellettes articulées disposées de part et d'autre de la bobine, l'ensemble ayant la configuration d'une ci;aEn#- Galle. Quatre de ces billettes, repérées (39), (40), (41) et (42), sont visibles sur la figure 6. Les surfaces coniques (37) et (38) constituant les flasques des bobines ont meme angle au sonnet que celles qui constituent les bords de serrage des brides. La longueur des parties cylindriques est ajustée de façon à permettre ltengagement du collier autour des deux brides simplement rapprochées l'une de l'autre, avec interposition d'un joint convenable, puis le serrage progressif de cellesci avec déformation du joint jusqu atteindre le degre# voulu d'écrase- ment du joint pour obtenir une bonne étanchéité. L'action de serrage du collier, bien que non décrite dans le brevet, peut être assurée par tout moyen convenable, connu en lui-même, permettant de rapprocher progressivement ses deux extrémités l'une de l'autre. On conçoit que les deux variantes de collier de serrage décrites dans le FR. 1.311.377 permettent une mise en place plus aisée des colliers de serrage autour des brides à assembler, et suppriment les risques d'arrachement des surfaces de serrage des brides par les extrémités des éléments constituant le collier. Par contre, le serrage sur une seule génératrice, pour chaque élément de collier, n'est acceptable que si les pressions de serrage nécessaires sont très faibles, conne dans le cas des joints en élastomères. En effet, dès que les pressions de serrage nécessaires deviennent importantes, les contraintes unitaires au niveau des surfaces de contact dépassent très rapidement les limites élastiques et il en résulte des marquages des brides, ou encore des arrachements de métal et, par voie de conséquence,bien souvent une déformation des brides. Une telle déformation sera particulièrement grave dans le cas de l'utilisation de joints métalliques qui, d'une part, nécessitent des pressions unitaires de serrage très élevées et, d'autre part, ne permettent de rattraper que de très faibles déformations. L'expérience a montré qu'aucun des colliers des types qui viennent d'être décrits ne permet de résoudre, de façon satisfaisante, les problèmes de serrage de brides comportant des joints métalliques à ame massive, tels que ceux connercialisés par la Société CEFILAC sous la marque déposée Kénol. Ces colliers ne permettent pas davantage le serrage correct de brides comportant des joints métllllques dont l'amie est constituée par un ressort à spires jointives tels que les joints commercialisés par la Société CEFILAC sous la marque déposée Hélicoflex.L'expérience a montré qu'il était nécessaire, dans la plupart des cas, pour obtenir un haut niveau d'étanchéité avec de tels joints métalliques, d'exercer sur eux une pression minimale de 100 daN par cm linéaire. Le nouveau type de collier d'assemblage amovible pour canalisations à brides coniques de révolution, qui fait l'objet de l'invention, permet de réaliser des efforts de serrage sur les brides , qui assurent des pressions par cm linéaire de joint supérieures à 100 daN, et pouvant atteindre 500 daN et même davantage. Gracie à une nouvelle conception des éléments de serrage de ce collier, qui fait l'objet de l'invention, la pression de serrage est répartie sur une surface de laface de serrage de chaque bride, telle que la contrainte de pression au niveau de cette bride ne dépasse pas environ 15 daN/mm . De plus, grâce à cette conception no welle, on évite complétement au cours du serrage du collier autour de la bride tous les risques de création de contraintes locales dépassant la limite élastique des métaux en contact. Ce sont de telles contraintes qui, dans le cas des colliers de type connu, causent des arrachements de métal, des déformations locales, et même des ruptures. Le nouveau collier amovible pour assemblages étanches de canalisations à brides coniques de révolution est constitué par plusieurs éléments métalliques allongés, raccordés les uns aux autres par des moyens de liaison. Chaque élément comporte une gorge de section trapézoîdale dont le fond a une surface sensiblement cylindrique, et dont chacune des deux parois latérales a une surface intérieure conique qui est une partie du tronc de cône de révolution dont l'angle au sommet est égal à celui de la surface de serrage tronconique de révolution de la bride, avec laquelle elle est mise en contact lors de l'assemblage. Pour supprimer les inconvénients des gorges à parois coniques qui viennent d'être décrites et, en particulier les déformations ou détériorations de brides, on a constaté qu'il suffisait de donner à la gorge une profondeur non pas constante, mais variable, sans modifier son profil. Pour chaque élément de collier suivant l'invention, la gorge a une profondeur maximale dans la zone située à mi-distance des extrémités et décroît progressivement en allant vers ces extrémités. La variation de profondeur de gorge est établie en fonction de la longueur d'arc de chaque élément de serrage du collier et, par conséquent, du nombre de ces éléments. Pour un élément de collier ayant une longueur d'arc donnée, la facilité de montage sera d'autant plus grande que la variation de profondeur de la gorge sera plus forte entre le milieu et les extrémités.Par contre, une trop grande réduction de cette profondeur aux extrémités pourra entraîner à nouveau des risques de déformation des brides à cause de pressions unitaires trop élevées en fin de serrage. L'expérience a montré qu'il y avait, en général, intérêt à réaliser les nouveaux colliers suivant l'invention avec un nombre d'éléments de serrage le plus souvent compris entre 3 et 10. Conne on vient de l'expliquer, la variation de profondeur de gorge doit, de préférence, être accrue, de la même façon que la longueur angulaire de chaque élément. Ce sont donc les colliers à trois éléments pour lesquels il sera souhaitable de réaliser la plus grande variation de profondeur de gorge. Dans un tel cas, la profondeur de gorge aux extrémités de chaque élément pourra être réduite jusqu'à environ le tiers de la profondeur au voisinage du milieu.En fonction des conditions d'utilisation, ainsi que des caractéristiques des joints et des brides, cette variation de profondeur de gorge, peut être choisie à ltintérieur d'assez larges limites et peut être nettement inférieure aux valeurs maximales réalisables. C'est ainsi que, dans la pratique, on peut choisir, par exemple pour un collier de quatre éléments,destiné à être monté sur des brides de 40 mn de diamètre extérieur, une profondeur de gorge variant pour chaque élément entre environ 3 mm aux extrémités et environ 6 nin au milieu. Pour un collier à sept éléments, on pourra choisir une profondeur de gorge variant pour chaque élément entre seulement 5 et 6 nia. Qn nit donc que, pratiquement, la réduction de profondeur de gorge au voisinage des extrémités, sera avantageusement de l'ordre de 60 à 80 % dans le cas de colliers à trois éléments.Dans le cas de colliers à 10 éléments, cette réduction pourra être ramenée à seulement environ 10 à 30 t. Il n1 est, en général, pas nécessaire de faire varier la profondeur de gorge entre la zone médiane et les extrémités suivant une loi complexe. Bien souvent pour des raisons de simplicité de conception et d'efficacité, le fond de gorge sera usiné suivant un rayon égal ou très légèrement supérieur au rayon du bord extérieur des brides tandis que les bords des gorges seront usinés suivant un rayon tel que la distance entre ces bords et le fond de la gorge soit égale aux valeurs désirées au milieu et aux extrémités de la gorge D'autres lois de variation entre les extrémités et le milieu peuvent être réalisées mais ne présentent pas d'avantages particuliers. L'exemple non limitatif ci-après décrit un mode de réalisation du nouveau collier suivant l'invention. Les figures 8 et 9 représentent un collier suivant l'invention, disposé autour d'un assemblage de deux brides coniques (43) et (44) montées à l'ex- trémité de deux tronçons de canalisations (45) et (46). Le diamètre extérieur des brides est de 40 nia pour un diamètre de canalisation de 20/25 nia. Un joint métallique type Hélicoflex,connu en lui#néme, est représenté de façon schématique en (47) placé entre les deux brides. Il comporte un dispositif de centrage, également connu (48) et un dispositif interne limiteur d'écrasement (47 A) connu aussi. On voit que le collier comporte quatre éléments métalliques, tels que (49), ayant chacun une gorge identique qui est visible en coupe sur la figure 9. Cette gorge comporte un fond cylindrique (50) dont le rayon Ri (voir figure 10) est égal ou légèrement supérieur au rayon ex térieur des brides. La largeur du fond de gorge est de 9 nia et 1 1épaisseur des bords extérieurs des brides est de 4 mm. Les génératrices des parois latérales de la gorge (51) et (52) et des parois extérieures de la bride (53) et (54) sont inclinées de 15 Q par rapport au plan de joint (55), qui est perpendiculaire au plan de la figure 9. Le joint Hélicoflex utilisé a, en l'absence de serrage, un diamètre extérieur de tore de 2,8 nia et un diamètre moyen de 32,2 nia. Il est conçu pour rendre l'assemblage parfaitement étanche en subissant un écrasement d'environ 0,8 nin. Comme on le voit, par ailleurs, sur la figure 10, l'élément (49) com- porte conne les trois autres éléments du collier une gorge dont la profondeur (e) décroît depuis le milieu jusqu'aux extrémités. En effet, la courbe en tirets qui correspond au fond de gorge (50) a un rayon Ri de 21 mm tandis que les deux rebords tels que (56) de la gorge sont#usinés suivant une surface cylindrique de rayon R2 égal à 45 mm. La profondeur (e) de la gorge varie de 6 mn au milieu jusqu'à environ 3 mn aux extrémités. Pour faciliter encore le montage, on réalise souvent, conne le montre la figure, des congés de raccordement (57) et (58).On comprend aisément que ces congés ne pourraient pas permettre à eux seuls de résoudre le problème posé. Il est, en effet, nécessaire, pour résoudre ce problème suivant l'invention, que la gorge de chaque élément de collier présente une profondeur décroissant progressivement depuis sa zone médiane jusqu'à ses extrémités. C'est en effet seulement de cette façon qu'on évitera les pressions exagérées au niveau des extrémités de chaque élément de collier en début de serrage. Ainsi, la variation de profondeur de gorge, suivant l'invention, entre le milieu et les extrémités de la gorge, doit etre établie sans tenir compte de la réalisation éventuelle et facultative de congés de raccordement. L'expérience a montré que ce nouveau type de gorge permet de résoudre le problème de la mise en place des éléments de collier sur les brides à assembler, ainsi que celui de leur serrage progressif, sans risques de déformation des brides ou d'arrachement de métal. En effet, lorsque la loi de variation de profondeur de gorge a été correctement établie, le contact entre les parois la térales des gorges de chaque élément et les parois extérieurs de serrage des brides, s1établit d'abord dans une zone située vers le milieu de chaque élément, puis s'étend progressivement au fur et à mesure de l'enfoncement des bords des brides à l'intérieur des gorges, pour finalement intéresser la majeure partie de la surface latérale des gorges de chaque élément, lorsque le collier est convenablement serré. Il y a lieu d'observer que, pour réaliser l'invention, il n'est pas nécessaire que les rebords tels que (56) représenté figure 9 soient constitués par des surfaces ayant des génératrices perpendiculaires au plan de joint (55). Ce qui compte, c'est que l'intersection des rebords (56) avec les parois coniques de ta gorge, qui limite la profondeur de cette gorge, obéisse à la loi de variation qui vient d'être définie. On peut en particulier, comme le montre la figure 11, donner aux rebords de la gorge de chaque élément, un profil évasé avec congés de raccordement (59) et (60) pour faciliter le montage du collier. Conne le montre la figure 8, chaque élément du collier est articulé avec le suivant au moyen de deux barrettes telles que (61). On peut aussi envisager tout autre mode d'articulation connu de l'honnie de l'art et, en particulier, des eléments pouvant être articulés directement les uns aux autres sans barrettes intenn#diaires. 4 De même, le serrage progressif du collier autour des brides peut être assuré par tout dispositif de serrage convenable bien connu de lthomme de l'art. Celui représenté sur la figure 8 est comparable à celui déjà décrit sur la figure 2. D'autres dispositifs de serrage peuvent être utilisés sans sortir pour autant du dcmaine de l' invention. L'expérience a montré qu'en dimensionnant convenablement les différentes pièces constituant le nouveau collier de serrage suivant l'invention, il est possible d'assembler des brides avec des efforts de serrage pouvant at tendre au niveau du joint des valeurs de l'ordre de 500 daN par cm de lon gueur de joint, ou même davantage. De tels niveaux d'effort permettent pour certains types de joints métalliques de garantir de très hauts niveaux d'étanché- ité dans des conditions extrémement sévères de pression et de température. REVENDICATIONS 10/ - Collier amovible pour assemblage de canalisations à brides coniques de révolution, comportant des éléments ayant chacun une gorge dans laquelle s'emboîtent les bords des brides à assembler, caractérisé en que les parois latérales de cette gorge sont des surfaces coniques de révolution et en ce que la profondeur de cette gorge décroît de façon progressive de la zone médiane aux extrémités. 2 / - Collier suivant 1, caractérisé en ce que le fond de la gorge de chaque élément a une surface cylindrique dont le rayon est égal ou légèrement supérieur à celui du bord extérieur des brides à assembler. 30/ - Collier suivant 1 ou 2, caractérisé en ce que la profondeur de gorge de chaque élément, est réduite de 10 à 80 % au voisinage des extrémites par rapport à cette profondeur dans la zone médiane. 40/ - Collier suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux parois latérales de la gorge de chaque élément, sont limitées vers l'extérieur par une ligne constituée par l'intersection de la surface conique de ces parois avec une surface cylindtique de rayon supérieur à celui du bord extérieur des brides. 5 / - Collier suivant l'une des revendications i à 4, caractérisé en ce que les parois latérales coniques de la gorge de chaque élément, sont raccordées avec les rebords de cette gorge par un conge.