Brevet FR2441122A1 — publié le 19800606

La présente invention est relative aux joints verrouillés a embo9tement entre deux tuyaux pouvant présenter une déviation l'un par rapport à l'autre. Elle s'applique notamment aux canalisations de grand diamètre posées en tranchées, pour lesquelles une faible déviation aléatoire entre les tuyaux successifs est inévitable. Plus particulièrement, l'invention concerne les joints dans lesquels 1'emholtement et le bout mâle présentent des surfaces d'appui tournées l'une vers l'autre entre lesquelles sont disposés des moyens d'entretoisement. Lorsque, dans les joints de ce type, les moyens d'entretoisement ne sont pas particulièrement conçus pour tenir compte des déviations angulaires, par exemple lorsqu'ils sont constitués par un simple anneau fendu en acier a section rectangulaire, la moindre déviation a pour résultat que ces moyens d'entretoisement entrent en contact avec la surface d'appui de l'emboîtement en un seul point de la périphérie du joint, ou sur une aire très faible, ce qui n'est pas satisfaisant en raison des contraintes locales élevées qui s'exercent en service sur les éléments du joint. L'invention a pour but de fournir au contraire un joint verrouillé dans lequel les contraintes sur les surfaces d'appui sont limitées à des valeurs acceptables quelle que soit la pression de service. A cet effet, l'invention a pour objet un joint du type précité, caractérisé en ce que les moyens d'entretoisement sont progressivement déformables axialement de façon plastique sous l'effet d'efforts croissants de déboîtement du joint. Dans un mode de réalisation très simple,les moyens d'entretoisement comprennent un jonc fendu à sec tion déformable. La section du jonc peut par exemple avoir la forme d'un S couché, ou bien ce jonc peut être tubulaire. Dans ce cas, la matière dont est faite le jonc peut être très variée si l'emboîtement présente un orifice obturable avec lequel communique une ouverture du jonc, ce dernier étant rempli d'une matière incompressible qui est fluide ou à peu près fluide, au moins initialement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels la Fig. 1 est une demi-vue en coupe axiale d'un joint verrouillé suivant l'invention; les Fig. 2 et 3 sont des vues partielles en coupe axiale de ce joint, à plus grande échelle, respec tivement avant et après mise en pression de la canalisa tion; la Fig. 4 est une vue en coupe axiale d'une variante du joint de la Fig. 1; les Fig. 5 à 12 sont des demi-vues partielles en coupe axiale de diverses variantes du joint de la Fig. 1; les Fig. 14 et 15 montrent schématiquement, en élévation, deux variantes d'un élément du joint de la Fig. 13. Le joint représenté à la Fig. l,d'axe général X-X horizontal, réunit l'emboîtement 1 d'un premier tuyau 2 et le bout male 3 d'un deuxième tuyau 4 enfoncé dans l'emboîtement 1. Les tuyaux 2 et 4 ont un grand diamètre, par exemple 800 mm ou plus, et sont destinés à véhiculer un fluide sous haute pression, par exemple 10 bars. L'étanchéité est assurée par une garniture 5 de section à peu près trapézoidale comprimée axialement par une contrebride 6 annulaire contre une surface tronconique 7 prévue à l'entrée de l'emboîtement 1. Le serrage de la contrebride 6 s'effectue au moyen de crochets 8 prenant appui derrière un relief extérieur 9 de l'entrée de l'emboitement 1 et d'écrous 10. La paroi intérieure de l'emboîtement 1 présente, à l'intérieur par rapport à la garniture 5, une gorge circulaire il a section trapézoldale. Plus précisément, cette gorge comporte,comme on le. voit à la Fig.2, un fond cylindrique 12, une paroi latérale 13 à peu près radiale du côté du fond de l'emboItement, et, du côté opposé, une paroi latérale 14 inclinée d'environ 600 sur l'axe X-X. A peu près en regard de la gorge 11, le bout maie 3 comporte une gorge circulaire 15 à section rectangulaire, située non loin de son extrémité chanfreinée 16. Un organe d'entretoisement 17 enserre le bout maie dans la gorge 15. Il est constitué par un jonc fendu dont la section a la forme d'un S couché, c'est-à-dire présente, à partir du fond de l'emboîtement, une branche 18 montante, deux ondulations inverses 19, 20 et une branche montante 21. L'étendue axiale du jonc 17 est inférieure à celle de la gorge 15, et sa hauteur radiale est supérieure à la profondeur de cette gorge augmentée de l'écart radial maximal pouvant exister entre le bout mâle et la paroi intérieure de l'emboîtement. Pour monter ce joint, on introduit tout d'abord le jonc 17 dans la gorge 11 en le contractant puis en le dilatanteten lemaintenant à l'état dilaté au moyen d'une cale mince parallèle à l'axe X-X. On introduit ensuite le bout mâle dans l'emboîtement jusqu'à la position axiale décrite, et l'on enlève la cale, de sorte que le jonc 17 se contracte dans la gorge 15. On serre ensuite le dispositif d'étanchéité 5-6-8, qui était en attente sur le bout mâle. Toutes les opérations précédentes se font en position exactement alignée des deux tuyaux a raccorder. On imprime alors la déviation angulaire exigée par le projet, ou on laisse aux tuyaux la liberté de prendre la déviation angulaire qu'imposent les conditions du chantier, ce qui amène ces tuyaux dans la position représentée à la Fig. 2, où la déviation correspond a un degré d'angle, l'extérieur de l'angle formé par les deux tuyaux se trouvant à la partie haute du dessin. Cet angle est imperceptible, mais la déviation s'apprécie au retrait relatif d, parallèlement a l'axe X-X,de la génératrice supérieure du bout mâle. La Fig. 2 est représentée à l'échelle 1 pour des tuyaux de diamètre 8QO mm, a part pour les diamètres eux-mêmes. Lors de la mise sous pression de la canalisation, le bout mâle tend a sortir de l'emboîtement lorsque le joint se situe près d'un coude, d'un branchement en T, etc. Le premier contact de verrouillage du joint s'effectue donc de la façon représentée à la Fig. 2 : au droit de la génératrice supérieure du bout mêle, le jonc 17 s'appuie respectivement par la pointe de ses branches 18 et 21 contre la paroi latérale intérieure de la gorge 15 et contre la paroi inclinée 14. A ce moment, à la partie inférieure du dessin, côté intérieur de l'angle formé par les deux tuyaux, les contacts du jonc 17 sont plus aléatoires et résultent en partie des tolérances dimensionnelles et des phénomènes d'excentration qui en découlent. De toute façon, les contacts qui peuvent se produire en des emplacements autres qu'au droit de la génératrice supérieure du bout mêle ne transmettent aucunement à la paroi 14 l'effort de verrouillage. En d'autres termes, tout cet effort est transmis en un point, ou sur une très petite surface, de- la périphérie du joint. Là intervient la nature du jonc 17: sa forme et la matière dont il est constitué sont choisies de façon que ce jonc s'écrase ou se déforme progressivement de manière plastique dans le sens axial sous l'effet des efforts de déboîtement prévisibles. Ainsi, au fur et a mesure de la montée en pression, le bout mêle recule par rapport à l'emboîtement, par exemple jusqu'd la position de la Fig. 3 (recul L). Le jonc 17,dans sa partie haute, s'écrase d'autant, les ondulations ou angles du S se refermant et les branches extrêmes 18 et 21 venant plus ou moins au contact de celles-ci.Par conséquent, en fonction des actions antagonistes de la poussée axiale subie par le bout mêle et de la résistance du jonc au pliage supplémentaire de ses angles, on aboutit à une situation d'équilibre : plus la pression de service est élevée, plus le bout mêle recule et plus l'arc de contact du jonc et de la paroi 14 s'agrandit. La déformation de la section du jonc stétend de proche en proche, et la surface de report des efforts de déboîtement croit donc progressivement avec la pression, éventuellement jusqu'à s'étendre sur toute la périphérie du joint pour des pressions très élevées. La configuration de la Fig. 3 correspond par exemple à un contact jonc-emboitement sur une demicirconférence.Le même jonc 17 peut donc être utilisé pour une gamme de pressions très large, et, dans tous les cas, aucune contrainte locale excessive n'est exercée par le jonc 17 sur les éléments d'appui du joint. La Fig. 4 montre l'application du même dispositif de verrouillage à des joints équipés d'une garniture d'étanchéité 22 à compression radiale. Dans cet exemple, la gorge 11 de l'emboîtement est située à l'entrée de celui-ci, et derrière elle est prévue une seconde gorge 23 à parois à peu près radiales séparée de la gorge 11 par une collerette 24. La garniture 22 est logée dans cette gorge 23. La surface de butée du jonc 17 offerte par le bout m le est ici constituée par une face radiale 25 d'un cordon de soudure 26. Naturellement, en variante, cette surface pourrait là encore être représentée par le flanc d'une gorgeusinéedans le bout uni.Le verrouillage du joint de la Fig. 4, lors de la montée en pression de la canalisation,s'effectue comme décrit plus haut, la configuration finale du bout mâle et du jonc 17 étant représentée en pointillé sur cette Fig. 4. I1 est à noter que, en toute rigueur, la surface de butée 14 de 1'embottement, destinée a contrecarrer une poussée axiale, pourrait être radiale. Son inclinaison en tronc de cne a l'avantage de concentrer la réaction du jonc 17 sur le bout mâle à l'intérieur du relief solidaire de ce bout mâle, ce qui supprime ou réduit le risque de voir le jonc basculer par-dessus la surface d'appui du bout mâle, en direction de l'extrémité de celui-ci. L'inclinaison importante de la surface 14 par rapport à l'axe X-X exclut tout risque d'éclatement de l'emboîtement ou d'écrasement radial du bout male aux pressions élevées. Les Fig. 5 à 11 montrent diverses variantes du jonc 17 des Fig. 1 a 4. a La section en peigne du jonc 17a de la Fig.5 peut être considérée comme un S couché modifié dans lequel chaque branche est divisée en une série de pointes 18a tournées vers l'axe X-X, du c8té intérieur de l'embotte- ment 1, st 21a dirigées radialement vers l'extérieur, du côté opposé. Sur la Fig. 6 , le jonc 17b a une section en L : la branche radiale 27 est adjacente à la paroi 14, et la branche horizontale 28 est appliquée contre le fond de la gorge 15 du bout male et a une longueur inférieure à celui-ci. Lorsque la pression augmente, l'angle du L se referme progressivement. Ce jonc peut être complété par une deuxième branche radiale de façon à avoir une section en U (Fig.7). Ceci augmente sa rigidité, améliore le serrage du bout mâle et évite par sa symétrie tout risque d'erreur de montage. Sur la Fig. 8, le jonc 17c a une section rectangulaire massive prolongée vers la paroi 14, à sa partie radialement extérieure, par une protubérance axiale 29. Cette protubérance est destinée à se rabattre progressivement vers l'axe X-X sous l'effet des efforts de déboi- tement. Le jonc 17d de la Fig. 9 fonctionne de façon analogue, mais la protubérance 29a constitue la branche extérieure d'un U couché dont l'ouverture est tournée vers l'extérieur de l'emboîtement 1. e La Fig. 10 montre un jonc 17e tubulaire à section carrée ou rectangulaire, cette section se déformant, en service, suivant le besoin. f Comme le montre le jonc 17 de la Fig. 11, cette section peut 'importe quelle autre forme, par exemple être circulaire. De plus, au lieu de s'appuyer directement contre la paroi latérale de la gorge 15, cet appui peut se faire par l'intermédiaire d'un jonc fendu massif indéformable 30 tel que ceux utilisés pour verrouiller les tuyaux parfaitement coaxiaux. Le jonc 30 a ici une section carrée dont l'angle tourné vers la paroi 14 est abattu de façon à fOrmer un tronc de cône 31. Le jonc 17f est alors serré entre le coin axialement extérieur de la gorge 11 de l'emboStement et la surface tronconique 31. Dans toutes les variantes représentées aux Fig. 1 à 11, une matière appropriée pour le jonc 17, 17a, 17f est es par exemple de l'acier doux E 26 ou XC 10, ou encore de l'acier partiellement inoxydable APS 10 de Pompey. Le jonc 17g représenté à la Fig. 12 est composite: une cornière rigide 32 est disposée dans la gorge 15 du bout mâle avec son angle tourné vers l'extrémité de celui-ci. Le rectangle circonscrit à la cornière est com plété par une masse 33 d'un métal malléable, par exemple du plomb. En service, cette masse 33 flue progressivement sans que la cornière 32 se déforme. Le mode de réalisation de la Fig. 13 constitue une variante consolidée du joint de la Fig. 11, dans le contexte de la Fig. 4 où l'étanchéité est réalisée au moyen d'une garniture 22 à compression radiale et où la surface d'appui 25 du bout mâle appartient à un cordon de soudure 26. Le jonc intermédiaire 30a a une section modifiée de forme générale triangulaire, un angle étant abattu pour former une surface radiale 34 d'appui contre la surface 25 et le côté opposé 35 étant bombé, par exemple à peu près en arc de cercle. L'inclinaison de la surface 35 a un effet analogue g celle de la paroi 14 de l'emboitement dans les exemples précédents. Le jonc déformable 17h a une section généra- le circulaire et communique avec l'extérieur de l'emboi- tement par une ouverture obturable. Par exemple (Fig. 14), la partie supérieure du jonc, opposée à sa fente, est remplacée par un raccord en T 36 dont la branche médiane s'ajuste à force dans un orifice radial 37 de l'emboîte- ment. La partie supérieure de cet orifice est taraudée et peut recevoir un bouchon fileté 38. Pour la mise en oeuvre de ce joint, lorsque les deux tuyaux sont en place, on referme la fente du jonc 17h, par exemple par une soudure, puis on remplit ce jonc, par l'orifice 37, avec une matière 39 au moins à peu près fluide. Cette matière peut être un liquide, une poudre telle que du ciment, une matière granuleuse telle que de la grenaille, ou des billes par exemple métalliques. Lorsque la pression s'établit dans la canalisation, le bout mâle recule et déforme le jonc 17h comme précédemment. Ceci provoque la sortie d'une partie de la matière 39 par l'orifice 37. Quand l'équilibre est atteint, on met en place le bouchon 38. Une partie au moins de la matière 39 peut être durcissable, ce qui fixe alors définitivement la forme du jonc 17h après déformation. Dans certains cas, notamment si on est sûr que le sommet de l'angle des deux tuyaux se trouve dans la partie basse du pourtour ou Si le jonc 17h seul est suffisamment rigide, on peut se contenter de ne remplir celui-ci que partiellement et de compléter le remplissage après recul du bout mâle. Lorsque la matière 39 est particulaire, on effectue de préférence, avant la mise en pression, une opération de tassement, par exemple par vibrations. De plus, il est souhaitable que les particules soient préalablementlubrifiées pour mieux s'écouler et que la matière du jonc 17h soit plus dure que dans les exemples précé- dents, par exemple de l'acier inoxydable, pour éviter les incrustations de particules dans sa paroi interne.Bien entendu, le jonc 17h peut être revêtu extérieurement de toute matière appropriée, isolante, anti-corrosion, etc. En variante (Fig. 15), le jonc 17h est continu, chaque extrémité est coudée vers l'extérieur, et les deux extrémités sont reçues dans des orifices radiaux voisins obturables ménagés dans l'emboîtement 1. Une des àauxextrémités du jonc est initialement coulissante dans son orifice, ce qui évite l'opération de fermeture d'une fente qui est nécessaire dans l'exemple de la Fig. 14. On peut encore envisager de remplir complètement le jonc d'une matière au moins partiellement compressible, par exemple en utilisant de la mousse de caoutchouc, éventuellement en tranches alternées avec des tranches de billes, auquel cas ce jonc peut être préfermé et ne nécessite aucune communication avec l'extérieur lors de la montée en pression. En variante également, le jonc peut être rempli de liquide et préfermé mais muni d'une soupape de trop-plein. La surface d'appui du bout male peut prendre des formes diverses: s'il n'est pas absolument nécessaire d'avoir une surface rigoureusement radiale, ce qui est le cas des joncs des Fig. 1 à 5, on peut l'obtenir par une expansion ou un rétreint local du bout mâle ou par un collet battu radial venu de matière a l'extrémité de celui-ci, ceci bien entendu si la matière du bout male se prote à ces déformations. Dans le cas contraire, on peut prévoir un relief radial venu de matière avec le bout malte, ou coller sur celui-ci une manchette munie à une extrémité d'un relief radial. il est à noter que, si toutes les variantes de joncs représentées peuvent indifféremment être utilisées quel que soit le type du joint, une surface d'appui en relief sur le bout mâle est plutôt adaptée aux joints à garniture à compression radiale, car elle conduit à un jeu radial plus élevé entre le bout mâle et la collerette d'entrée de l'oe#toitesent. Bien entendu, dans chaque cas, l'emboîtement et le bout mâle peuvent appartenir à n'importe quel type d'éléments de canalisation autres que des tuyaux proprement dits. - REVENDICATIONS 1.- Joint verrouillé à emboîtement entre deux tuyaux pouvant présenter une déviation l'un par rapport à l'autre, dans lequel l'emboîtement et le bout màle présentent des surfaces d'appui tournées l'une vers l'autre entre lesquelles sont disposés des moyens d'entretoisement, caractérisé en ce que les moyens d'entretoisement (17, 17a .17h) sont progressivement déformables axialement de façon plastique sous l'effet d'efforts croissants de déboîtement du joint. 2.- Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'appui (25) du bout mâle (3) est radiale tandis que celle (14) de l'emboîtement (1) est inclinée et diverge vers le fond de 11 emboîtement. 3.- Joint suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'entretoisement (17,17a,...l7h) comprennent un organe annulaire s'étendant sur à peu près toute la périphérie du joint. 4.- Joint suivant la revendication 3, carac a térisé en ce que les moyens d'entretoisement (17, 17 17h) comprennent un jonc fendu à section déformable. 5.- Joint suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la section du jonc (17) a la forme d'un S couché. 6.- Joint suivant la revendication 4, carac a térisé en ce que la section du jonc (17a) a la forme d'un peigne à double orientation des dents. 7.- Joint suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la section du jonc (17b) a la forme d'un U ou d'un L dont la déformation s'effectue par fermeture d'un angle. 8.- Joint suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le jonc (17C, 17d) a une section dans l'ensemble rigide mais présentant une protubérance déformable (29, 2sa) en regard de la surface d'appui (14) de l'emboîtement (1). 9.- Joint suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le jonc (179#est a section massive à peu près carrée, sa section étant constituée d'une cornière (32) en métal rigide dont l'angle est appliqué contre le relief du bout mâle (3) et d'un remplissage (33) en matière malléable. 10.- Joint suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le jonc (17f, 17h) est tubulaire. 11.- Joint suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'emboîtement (1) présente un orifice obturable (37) avec lequel communique une ouverture (36) du jonc (17h), ce dernier étant rempli d'une matière incompressible (39) qui est fluide ou à peu près fluide, au moins initialement. 12.- Joint suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le jonc est fermé et entièrement rempli d'une matière au moins partiellement compressible. 13.- Joint suivant la revendication 10, caractérisé en ce que jonc est fermé, rempli d'un liquide et pourvu d'une soupape de trop-plein.