Brevet FR2482695A1 — publié le 19811120

Dispositifs pour raccorder bout à bout deux tuyauteries, comportant un compensateur de mouvement. L'invention a pour objet des dispositifs pour raccorder bout à bout deux tuyauteries,comportant un compensateur de mouvement. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des accessoires de raccordement de tuyauteries. Lorsque deux tuyauteries véhiculant un fluide sous pres#sion sont raccordées bout à bout, les raccords d'assemblage doivent supporter un effort de traction qui tend à écarter les deux extrémités des tuyauteries l'une de l'autre, lequel effort est égal au produit~ de la section transversale de la tuyauterie par la pression De plus, si la tuyauterie véhicule un fluide donts tempé- rature varie beaucoup ou bien si elle est installée à l'extérieure et soumise aux variations de température atmosphérique, des dilatations et des contractions de la tuyauterie se produisent et cefles-ci risqueraient d'engendrer dans les raccords et dans les tùbe deQ contraintes tres élevées qui conduiraient à la rupture des tubes-di aucune précaution n'était prise. Pour éviter ce risque, les tuyaute- ries extérieures doivent être équipées, soit de lyres de dilatation d'autant plus importantes que la pression du fluide, le diamètre des canalisations et les mouvements sont importantes, soit de compen-:- sateurs de mouvements classiques qui transmettent les efforts de traction et qui impliquent donc des butées et ancrages sur les deux tuyauteries. Enfin les tuyauteries peuvent être posées sur un terrain qui sedéformeet de ce f-ait, deux tuyauteries qui sont assembléesbout à bout peuvent subir des mouvements relatifs axiaux ou transversaux de faible amplitude. Si on assemble bout à bout deux tuyauteries au moyen de raccords qui les rendent mécaniquement solidaires, ces raccords-s'op- posent aux mouvements relatifs des deux tuyauteries l'une par rapport à l'autre et ils sont soumis à des contraintes élevées. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé des raccords comportant des compensateurs de mouvement qui permettent que les deux tuyauteries puissent se déplacer légerement l'une par rapport à l'autre, notamment dans le sens axial, tout en résistant aux efforts de traction qui tendent à écarter l'une de l'autre les deux extrémités des tuyauteries. On connaît par exemple des dispositifs de raccordement bout à bout de deux tuyauteries comportant une chambre de compensation annulaire,mais dont le système d'étanchéité par joints glissants classiques introduit des frottements importants et des efforts axiaux sur les tuyauteries ce qui nécessita de prévoir des butées et des ancrages. La demande de brevet FR 74/17943 décrit des dispositifs de raccordement de ce type comportant un compensateur de dilatation. Un objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs pour raccorder bout à bout deux tuyauteries, comportant un compensateur de mouvement- qui permet à la fois des déplacements relatifs axiaux et des déplacements angulaires ou transversaux des deux tuyauteries en n'introduisant que des efforts axiaux minimes dus seulement aux efforts de déroulement des membranes. Un autre#objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs pour raccorder bout à bout deux tuyauteries, comportant un compensateur de mouvement qui s'iptercale entre les deux extrémités des deux tuyauteries, dans le prolongement de celles-ci, sans introduire aucune déviation des filets de fluide ou aucun obstacle ou aspérité de paroi qui risquent de perturber l'écoulement du fluide. Ces objectifs sont atteints au moyen d'un dispositif qui comporte - un premier ensemble mâle, composé de plusieurs pièces annulaires coaxiales, qui est fixé à une extrémité d'une des deux tuyauteries, coaxialement à celle-ci; - un deuxième ensemble femelle, composé de plusieurs pièces annulaires coaxiales, qui est fixé à une extrémité de l'autre tuyauterie, coaxialement à celle-ci, lequel ensemble femelle enveloppe coaxialement ledit ensemble mâle avec du jeu et délimite, avec celui-ci, trois espaces annulaires situés à la périphérie dudit ensemble mâle et une chambre de compensation qui est située entre deux faces dorsales perpendiculaires à l'axe commun aux deux ensembles, appartenant l'une à l'une des pièces de l'ensemble mâle et l'autre à l'une des pièces de l'ensemble femelle et entre deux espaces annulaires;; - et ledit dispositif comporte, en outre, trois membranes annulaires déformables qui sont disposées chacune en travers de l'un desdits espaces annulaires et des prises de pression qui font communiquer lesdits espaces annulaires et ladite chambre de compensation avec l'intérieur des deux tuyauteries. Selon un mode de réalisation préférentiel, les deux extré- mités avant et arrière de l'ensemble mâle, sont emboîtées avec du jeu dans l'ensemble femelle et délimitent avec celui-ci deux espaces na- adulaires de meme diamètre moyen Di et le troisième espace annulaire a un diamètre moyen De = 1 Di. Un dispositif selon l invention comporte, de préférence, un joint annulaire en un élastomère à haute élasticité, qui est intercalé entre l'extrémité avant dudit ensemble màle et une face perpendiculaire à l'axe de la première pièce annulaire dudit ensemble femelle et dont le diamètre interne est sensiblement égal au diamètre interne des tuyauteries. Selon un mode de réalisation préférentiel, chacun desdits ensemble mâle et femelle comporte quatre pièces annulaires dont les plans de jonction deux à deux sont situés sensiblement dans un même plan peprendiculaire à l'axe et lesdites membranes déformables annu- laires sont situées dans lesdits plans, leur bord interne est pincé entre deux pièces successives de l'ensemble m le et leur bord externe est pince entre deux pièces successives de l'ensemble femelle L'invention a pour résultat de nouveaux dispositifs, pour raccorder bout à bout deux tuyauteries, comportant un compensateur de mouvement. Un avantage des dispositifs selon l'invention réside dans le fait que les pièces males et femelles qui le composent sont cm- bottées les unes dans les autres avec un jeu important, ce qui permet de légers déplacements transversaux ou angulaires des deux tuyauteries l'une par rapport à l'autre. De plus, les déplacements relatifs axiaux se font librement sans aucun frottement. La seule liaison axiale entre les deux tuyauteries est réalisée par l'inter- médiaire de membranes déformables, de sorte que les vibrations axiales ne sont pas transmises d'une tuyauterie à une autre. Les membranes qui équipent les raccords selon l~invention assurent une bonne étanchéité de l'assemblage et comme elles peuvent se déformer dans les dewc sens, les raccords selon l'invention peu- vent etre utilisés pour équiper des tuyauteries qui véhiculent un fuide sous pression ou des tuyauteries qui sont en dépression par rapport à l'atmosphère. Grâce à la présence d'un joint annulaire dont le diamètre intérieur-est sensiblement égal a celui des deux tuyauteries et qui est intercalé entre les pièces mâle et femelle, un dispositif selon l'invention permet d'assembler deux tuyauteries sans créer aucune discontinuité dans les parois qui véhiculent le fluide, tout en permettant aux deux tuyauteries de se déplacer axialement l'une par rapport à l'autre grâce à la compressibilité du matériau hautement élastique qui compose ce joint. La description suivante se réfère au dessin annexé qui représente, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif de raccordement selon l'invention. La figure unique est une coupe axiale. Un dispositif selon l'invention est destiné à connecter bout à bout de façon étanche, une tuyauterie 1 et une tuyauterie 2 d'axe x xi qui sont supportées et guidées. Les tuyauteries I et 2 peuvent être par exemple des tubes en acier, en fonte, en béton armé en tôle ou en matière plastique. Elles peuvent véhiculer des fluides sous pression, par exemple sous une pression pouvant attein- dre 50 bars ou bien être en dépression. Un dispositif selon l'invention comporte un premier ensemble de pièces annulaires, dit ensemble mâle, comportant quatre pièces 3a, 3b, 3c et 3d coaxiales. La pièce 3a comporte une bride 4 qui est fixée par des boulons sur une bride 4a soudée à l'extrémité de la tuyauterie 1. Les brides 4 et 4a comportent, l'une un épaulement périphérique 5 et l'autre, une collerette périphérique 5a qui s'embolte dans l'épaulement pour centrer la pièce 3a par rapport à la tuyauterie. Les quatre pièces annulaires 3a, 3b, 3c et 3d présentent la forme générale de brides juxtaposées et les jonctions entre brides successives sont situées dans trois plans successifs PPI, QQ1 et RRI perpendiculaires à l'axe -x xi. Les faces perpendiculaires à l'axe x xi, qui sont en contact, comportent également l'une un épaulement périphérique 5 et l'autre, une collerette périphérique Sa qui s'emboîte dans l'épaulement pour centrer une pièce par rapport à la suivante, de sorte que toutes les pièces 3a, 3b, 3c et 3d sont centrées sur l'axe x xi. Les pièces 3a, 3b et 3c sont assemblées par des goujons 6 et des écrous 6a. La pièce 3d est fixée sur une face frontale de la pièce 3b par des goujons 7 et des écrous 7a. Un dispositif de raccordement selon l'invention comporte un deuxième ensemble de pièces annulaires dit ensemble femelle, comportant quatre pièces successives 8a, 8b, 8c et 8d. La pièce 8a comporte une bride 9 qui est fixée sur une bride 9a, soudée à ltextrémité de la tuyauterie 2. Comme pour l'ensemble mâle, les pièces successives comportent des épaulements 5 et des collerettes Sa qui s'emboîtent dans les épaulements pour centrer les pièces l'une par rapport à l'autre. La pièce 8a est fixée à la pièce 8b par des goujons 10 et des écrous 10a. La pièce 8b est fixée à la pièce 8c par des goujons 11 et des écrous lia. La pièce 8d est fixée à la pièce 8c par des goujons 12 et des écrous 12a. Bien entendu, les fixations des pièces 3a et 8a aux extrémités des tuyauteries ainsi que les fixations des pièces entre elles par des brides boulonnées comportant des emboîtements de centrage pourraient être remplacées par tout autre moyen de fixation équivalent. L'ensemble mâle comporte trois pièces dites axiales 3a, 3b et 3c dont le diamètre interne est égal à celui des deux tuyauteries 1 et 2. Un joint annulaire 13 en un matériau facilement déformable, par exemple en un élastomère à haute élasticité, est intercalé entre l'extrémité frontale avant de la pièce 3c et une face perpendiculaire à l'axe x xl de la face 8a. Le diamètre interne du joint 13 est sensiblement égal au diamètre interne des deux tuyauteries I et 2 et au diamètre interne des trois pièces axiales 3a, 3b et 3c, de telle sorte que le raccord présente,au contact du fluide, une paroi continue. Le joint 13 est un joint épais, en un matériau très compressible, de sorte que les déformations du joint suivent les déplacements axiaux relatifs des deux tuyauteries. On voit sur la figure que l'ensemble des pièces femelles enveloppe entièrement l'ensemble des pièces mâles avec du jeu, de telle sorte que les faces périphériques externes des pièces mâles délimitent avec les faces périphériques internes des pièces femelles, trois espaces annulaires 14, 15 et 16. Les largeurs axiales des pièces des ensembles mâle et femelle sont telles que les trois plans PPI, QQI et RRI, perpendiculaires à l'axe x xi passant par les jonctions entre les quatre pièces femelles successives, sont sensiblement confondus avec les plans de jonction PPI, QQ1 et RRI des pièces mâles. Ainsi la largeur axiale de la pièce mâle axiale médiane 3b est égale à la somme des largeurs axiales des pièces 8b et 8c. Bien entendu, la colncidence entre les plans transversaux PPI,QQI et RRI des pieces mâleset-femeRes estapproximative et ces plans s'écartent l'un de l'autre lorsque les deux tuyauteries se déplacent axialement l'une par rapport à l'autre. Dans chacun des plans transversaux PPI, QQI et RRI, un dispositif selon l'invention comporte une membrane déformable 17, 18, 19. Les membranes 17, 18, 19 sont par exemple en élastomère toilé, choisi selon la nature et la température du fluide. Pour des fluides à haute température, par exemple pour véhiculer de la vapeur d'eau ou de 1' eau surchauffée, on pourra utiliser des membranes métalliques, par exemple des membranes en acier inoxydable comportant un profil radiaI ondulé pour-faciliter les déformations. On voit clairement sur la figure que le bord interne de chacune des membranes est pincé entre deux pièces successives de lten- semble mlle,##les pièces 3b et 3c pour la membrane 17, les pièces 3b et 3d pour la membrane 18 et les pièces 3a et 3b pour la membrane 19. De même le bord externe de chacune des membranes est pincé entre deux pièces successives de l'ensemble femelle. Les membranes 17, 18 et 19 sont ainsi disposées respectivement en travers des espaces annulaires 14, 15 et 16 et elles forment des barrières étanches. La pièce mâle 3b comporte une collerette périphérique 3e ayant une face 3f perpendiculaire à l'axe x xl dirigée vers la tuyauterie I que nous appellerons une face dorsale par opposition aux faces frontales qui sont dirigées vers la tuyauterie 2. La pièce femelle 8c comporte une face dorsale 8e, ctest- -dire une face dirigée vers la tuyauterie 2 et cette face 8e enveloppe la face 3f et elle délimite avec celle-ci une chambre annulaire 20. La pièce 3b comporte une canalisation 21 qui fait communiquer la chambre 20 avec l'intérieur du raccrod. De même, la pièce 8a comporte une canalisation 22 qui fait communiquer l'espace annulaire 14 avec l'interieur du raccord. Ainsi, la pression à l'intérieur de la chambre 20 et des espaces annulaires 14, 15 et 16 est égale à la pression du fluide qui circule dans la tuyauterie. Soit D'i le diamètre moyen de l'espace annulaire 14. La pression du fluide qui s'exerce dans les tuyauteries et dans l'espace annulaire 14 engendre deux forces antagonistes et égales F et F1 qui tendent à écarter ensemble mâle de l'ensemble femelle et qui sont égales au produit de la pression par la section transversale S irD'i2 de l'espace annulaire 14 avec S = Soit De le diamètre moyen de l'espace annulaire 15 et soit Di le diamètre moyen de l'espace annulaire 16 et soit S' la section transversale de la chambre annulaire 20 comprise entre les espaces annulaires 15 et 16. S' = n. (De2 - Di2). 4. On voit que la pression dans la chambre 20 exerce sur les faces dorsales 3f et 8e des poussées F' et F'1 qui sont respectivement de sens opposé aux poussées F et Fl. Si la section S' est égale à la section S, ces poussées compensent les précédentes et le raccord est équilibré quelle que soit la pression du fluide véhiculé. Dans le mode de réalisation décrit D'i = Di. Pour que S' = S, il suffit donc que De#Di2=Di2, c'est-à-dire que De = Di. La collerette 3e a une face frontale contre laquelle est fixée la quatrième pièce 3d de l'ensemble mâle. Un dispositif selon 11 invention comporte des bouchons d'évent ou de dégazage 23 et des bouchons de purge ou de vidange 24. La pièce 8b porte au moins deux tiges de guidage radiales 25, diamétralement opposées, qui s'engagent dans deux rainures axiales 26 taillées dans la pièce 3d et qui ont pour objet de guider les déplacements axiaux relatifs des pièces femelles par rapport aux pièces mâles, en évitant une rotation relative qui risquerait de détériorer les membranes, tout en permettent des mouvements angulai- res relatifs en toutes directions. En face des autres tiges filetées 25, la pièce 3d ne comporte pas de fente 26 et, dans ce cas, les tiges 25- sont mises en appui contre la face externe de la pièce 3d pendant les transports pour solidariser 11 ensemble de pièces mâles avec ltensem- ble femelle et éviter les risques de détérioration des membranes déformables et pendant le montage pour positionner coaxialement les tuyauteries 1 et 2. Un dispositif selon l'invention peut comporter, en outre, des billes ou des galets intercalés entre la pièce 3d et la pièce 8b qui constituent un guidage axial interne entre les deux ensembles mâle et femelle. Les dispositifs selon 11 invention sont destinés à équiper des tuyauteries qui sont soumises à des mouvements relatifs axiaux et/ou angulaires dus à des dilatations thermiques provoquées par des variations de température ambiante pour les tuyauteries aériennes ou à des variations de température du fluide véhiculé ou bien des tuyauteries qui sont soumises à des forces externes dues par exemple à des tassements du terrain ou à des vibrations. Les avantages principaux des dispositifs selon l'invention par rapport aux dispositifs de raccordement comportant un compensateur de mouvement actuellement connus sont les suivants. Les dispositifs selon l'invention sont plus compacts, ils désolidarisent axialement les deux tuyauteri#es qui ne sont plus reliées que par les membranes défoj#mables, ce qui évite la transmission des vibrations axiales. Les dispositifs selon l'invention permettent de supprimer les points fixes, butées, ancrages et lyres de dilatation qui sont nécessaires dans le cas de tuyauteries comportant des raccords qui lient mécaniquement les tuyauteries entre elles. Les dispositifs selon 11 invention permettent des déplacements relatifs axiaux de 100 mm et plus et des déplacements angulaires de l'ordre de + 20. Ils peuvent être utilisés pour véhiculer des fluides ayant une pression pouvant atteindre 50 bars. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs du dispositif de raccordement qui vient d'etre décrit à titre d'exemple, pourront être remplacés par des éléments équivalents remplissant les mimes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour raccorder bout à bout deux tuyauteries, caracté risé en ce qu'il comporte - un premier ensemble mâle, composé de plusieurs pièces annulaires coaxiales (3a, 3b, 3c, 3d), qui est fixé à une entre mité d'une des deux tuyauteries (1), coaxialement à celle-ci;; - un deuxième ensemble femelle, composé de plusieurs pièces annulaires coaxiales (8a, 8b, 8c, 8d), qui est fixé à une extré mité de l'autre tuyauterie (2), coaxialement à celle-ci, lequel en semble femelle enveloppe coaxialement ledit ensemble mâle avec du jeu et #délimite, avec celui-ci, trois espaces annulaires (14, 15, 16), situés à la périphérie dudit ensemble mâle et une chambre de compensation (20) qui est située entre deux faces dorsales perpen diculaires à l'axe (x xl) commun aux deux ensembles, appartenant l'une (3f) à l'une des pièces de l'ensemble mâle et l'autre (8e) à l'une des pièces de 11 ensemble femelle et entre deux espaces annulaires(15, 16);; - et ledit dispositif comporte, en outre, trois membranes annulaires déformables (17, 18, 19) qui sont disposées chacune en travers de l'un desdits espaces annulaires et des prises de pression (21, 22) qui font communiquer lesdits espaces annulai res et ladite chambre de compensation avec l'intérieur des deux tuyauteries. 2 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux extrémités avant et arrière dudit ensemble mâle, sont emboî- tées avec du jeu dans l'ensemble femelle et délimitent avec celui ci deux espaces annulaires (14, 16) de même diamètre moyen Di et le troisième espace annulaire a un diamètre moyen De = i.Di 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, ca ractérisé en ce qu'il comporte un joint annulaire (13) en un é lastomère à haute élasticité qui est intercalé entre l'extrémité avant dudit ensemble mâle et une face perpendiculaire à l'axe de la première pièce annulaire (8a) dudit ensemble femelle et dont le diamètre interne est sensiblement égal au diamètre interne des tuyauteries. 4 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca ractérisé en ce que chacun desdits ensembles mâle et femelle com porte quatre pièces annulaires dont les plans de jonction deux à deux (pli, QQ1, RR1) sont situés sensiblement dans un même plan perpendiculaire à l'axe (x xl) et lesdites membranes déformables annulaires sont situées dans lesdits plans, leur bord interne est pincé entre deux pièces successives de l'ensemble mâle et leur bord-externe est pincé entre deux pièces successives de l'en semble femelle. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit ensemble mâle comporte trois pièces axiales successives (3a, 3b, 3c) ayant le même diamètre interne que les deux tuyauteries (1 et 2). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce axiale médiane (3b) dudit ensemble m le a une largeur axia le égale à la somme des largeurs axiales des deux pièces média nes (8b et 8c) dudit ensemble femelle, 7 - Dispositif selon la revendication 4,#caractérisé en ce que la pièce axiale médiane (3b) dudit ensemble mâle comporte une colle rette périphérique (3e) ayant une face frontale contre laquelle est fixée la quatrième pièce (3d) dudit ensemble mâle. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite collerette (3e) comporte une face dorsale (3f) perpendiculaire à l'axe (x xl) et l'une des pièces (8c) dudit ensemble femelle comporte une face dorsale (8e) perpendiculaire à l'axe (x xi) qui est située à l'arrière de ladite face (3f) et qui délimite avec celle-ci ladite chambre de compensation (20). 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite quatrième pièce (3d) de ltensemble mâle comporte deux rainures axiales (26) et la pièce femelle (8b) qui enveloppe ladite pièce mâle (3d) porte des tiges de guidage radiales (25) dont deux sont engagées dans lesdites rainures. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, ca ractérisé en ce qu'il comporte des billes ou des galets, intercalés entre ladite quatrième pièce (3d) de l'ensemble mâle et l'une des pièces (8b) dudit ensemble femelle,qui constituent un guida ge axial.