Brevet FR2496221A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne les joints annulaires pour les tuyauteries,permettant de les assembler sans fuite possible d'un fluide de l'intérieur vers l'extérieur ou vice versa. Dans les joints connus de ce genre on utilise deux brides massives solidaires des deux parties de tuyauteries à réunir,lesquelles brides ont des faces relativement indéformables, enserrent le joint de part et d'autre pour éviter le passage du fluide. epen- dant l'étancheité de tous ces joints dépend de deux propriétés: tout d'abord leur qualité de restitution, c-' est à dire leur possibilité de s'adapter à toute déformation éventuelle des faces des brides,par une déformation propre qui reste élastique;et ensuite leur qualité de contact,c'est à dire leur faculté de créer à la surface des brides un barrage parfait au fluide considéré.Les deux qualités susnommées sont ,dans l'état actuel de la technique, obtenues: soit par des sections rigides pour les joints eux mêmes ce qui nécessite des efforts de serrage important,soit par l'emploi de matériaux composites qui ne peuvent être employés que s'il y a compatibilité entre ces matériaux, les fluides et température d'emploi,enfin soit l'utilisation de formes déformables pour les sections des joints eux memes,ce qui restreint les efforts de serrage et par suite les pressions admissibles possibles.Un type de joint est également connu,dit joint "S",lequel possède une restitution importante,est monolithique et admet des pressions importantes Ce joint constitué d'un anneau en tôle ondulée en forme de "S", s'insère entre deux brides dont les emboîtements,l'un mâle,l'autre femelle,forment un périmètre qui en limite sa déformation.Mais ce type de joint à le triple inconvénient::de nécessiter pour les brides un usinage précis et cher,un centrage parfait entre les brides lequel peut être rendu aléatoire par manifestation éventuelle d'une composante de force transversale à la tuyauterie, enfin de nécessiter l'écartement des tuyauteries l'une de l'autre pour tout démoptage ,du fait qu'ilest du type :"à emboitement". Le joint selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients car il allie les qualités de restitutions,de contact, avec une gamme pratiquement illimité de conditions d'emploi,soit similaires àux limites des tulpauteries elles mêmes ,-car il est constitué d'un seul matériau,ou tout au moins peut l'entre si nécessaire. En effet le joint selon l'invention est associé à deux anneaux ri0#des,sltués dans le même plan que le joint et caractérisés par le fait qu'ils sont ajustés sans jeu l'un à l'extérieur et l'au- tre à l'intrieur du joint,lui interdisant par le fait même toute variation de diamêtre.Le joint lui même est constitué d'une membrane monolithique dont la section en forme d'onde a ainsi ses extrémités bloquées par les anneaux,mais peut subir une certaine déformation en fonction du changement de température de i'assem- olage,ou en fonctiondu changement de position des faces des brides comme c'est le cas lorsque des charges mécaniques leurs st appliquées en exploitation.De telles charges sont en fait le plus souvent dues aux conditions aléatoires auxquelles correspond l'assemblage des brides,aux variations de pression du ou des fluides a étancher ou aussi aux efforts extérieurs appliqués à la tuyou- terie. Une telle disposition de joint "ondulé" entre deux anneaux permet de satisfaire aux exigeances d'étanchéité dans toutes les situations d'exploitation y compris les exigences de montage et de démontage,car il possède les qualités susnommées,sdit:: qualité de restitution par déformation de ou des ondes dans le domaine élastique du matériau utilisé,ou meme dans le domaine plastique si nécessaire;qualité de contact car les ondes peuvent cons- tituer plusieurs points de contact avec les brides,réalisant la possibilité de faire des zones intermédiaires de fluide pour controle d'étancheité;qualité d'accepter une très large gamme de conditions d'emploi et de fluides car il est réalisé on un seal ma tériau à choisir opportunément;;enfin qualité de fabrication facile car seuls les anneaux et le joint proprement dit doivent êtro façonnésavec précision,ce qui est facile du fait qu'ils sont de petites dimensions et réalisés par des spécialistes et facilement conditionnables pour leur transport,aloirs que les brides,elles, qui sont plus rustiques et lourdes ne nécessites chacun qu'une seule face usinée plane etbien lisse,ce qui est aussi très facile à réaliser par des moyens d'usinage courant. Le dessin fig I, est une vue en coupe du joint annulaire e cité en sa . forme la ilus simple.Tel que présenté le joint cospor- te au moins une ondulation TI,une bague interne 2,et une ba~uc ex terne 3. L'exemple des trois éléments ci dessus est placé entre les faces des brides 4 et 5 représentées complémentairement lesquelles brides sont solidaires des tronçons de tuyauteries à aseembler,et sont serrées par des boulons 6,comme dans tous les assemblages connus de ce type. La réalisation du joint selon l'invention correspond comme montré figure 2 à une partie ondulée I laquelle est usinée avec précision avec une épaisseur EI,et aux deux bagues 2 et 3 lesquelles sont usinées avec précision avec une épaisseur inférieure: #2. De plus 1 l'embottement des trois pièces ci dessus se fait sans jeu suivant les diamètres DI et D2. Complémentairement à la réalisation ci dessus il faut utiliser des brides plates indiquées par 4 et 5 caractérisées par des faces plates usinées avec précision et caractérisées également par une solidité en rapport avec les caractéristiques du joint selon l'in vention Ce dernier point conduit à adopter des épaisseurs de bride et des diamètres ainsi qu'un boulonnage,soit les cotes H et D, le nombre de boulons N et leur diamètre,notablement plus réduit que pour les brides associées aux joints connus, et pour des conditions de travail semblables. Le fonctionnement caractéristique des joints à ondes bloquées selon l'invention va maintenant être décrit en observant la figure 3.Pour cela on va tout d'abord considérer le fonctionnernent de joints connus analogues,soit: Sur la figure 3a un joint plein lequel peut être constitué d'un seul ou de plusieurs matériaux,mais dont l'écrasement (dE)dépend de son élasticité lobale;sur la figure 3b un joint déformable lequel# peut également être composite en un ou plusieurs anneaux,mais dont l'écrasement (dE) dépend de lé- lasticité de son profil;sur la figure jc,enfin un joint type "S", mais dont l'écrasement dépend de l'usinage des brides. Pour tous les joints ci dessus,on remarque que le fonctionnement est étudié dans une demie section du joint total,soit OX. Si maintenant on considère la section totale des joints XX' on peut arc-bouter une onde quelconque déformable I,contre le dta- mètre DI extérieur à une bague intérieure 2,et contre lc diamètre D2 intérieur à une bague extérieure 3,les dites bajoues étant rigides comparativement à l'onde en question, voir figure jd.t!ais ctû plus une fois emboitéecles pièces ci dessus ensemble,comme montré sur la figure je,un ou plusieurs points de l'onde déformable I,se /cet situent au dela de l'épaisseur des bagues.Si maintenant on serre ensemble entre deux faces plates de brides, ltépaisseur ET de la partie ondulée se réduit progressivement jusqu'à L'épaisseur i;2, des bagues,celles ci formant butée.En cet état de serrage de l'ersemble les divers éléments sont respectivement::La partie ondulée en un état élastique et éventuellement partiellement plastique se lon les conditions prévues a' la conception du joint,cetétat étant pratiquement indépendant des conditions de serrage des bride t et des caractéristiques du fluide;les bagues ne subissent qutune contrainte de compression relativement faible du fait de leur grande surface de contact;enfin les boulons sont serrés à une valeur variant peuavec le contact désiré ,car ce serrage ne dépend que très peu du joint lui même+De plus le serrage des boulons est aisément obvenu car le contact avec les bagues se manifeste au monteur par un accroissement plus net des efforts de serrage. Le comportement de l'ensemble da joint est le suivant:aux variations des efforts mécaniques extérieurs,soit appliqués aux tuyauteries soit due aux pressions du fluide,les bagues maintiennent un écartement rigoureusement fixe entre les faces des brides et la partie ondulée qui assure l'étancheité n'est pas affectée; aux variations de température,les deux bagues enserrées entre les deux brides forment un ensemble massif à température uniforme et donc aussi un périmètreà dimensions constantes dans lequel partie ondulée reste inscrite dans des conditions inchangées.Enfin l'étancheité proprement dite est assurée par le ou les points de contact cntre la partie ondulée I et les brides 4 et 5,selon des caractéristiques de matériau,d'état de surface et de précision géométrique connues d'avance,déterminées à la conceptton et étant pratiquement indépendant des conditions de mise en place et de fonctionnement. Le joint selon l'invention permet de plus de réaliser la continuité de paroi intérieure de la tuyauterie en réalisant une bague intérieure de même~diarnetre,ce qui évite toute-turbulance interne. L'industriellisation du joint selon l'invention est avantagée par le fait qu'il permet l'emploi de brides plus légères que des joints du type de la figure 3a,tout en assurant la même capacité d'#3t,'n- relaté ét par le fait qu'il permet de confier la fabrication des pièces I, 2 et 3 àdes façonniers de précision et la faDllcation des brides. à (1~-S façonniers de mécanique générale, produisant des tonnages beaucoup pluo importantes, mais à de prix au kilo- 1a1blet La fiabilité des joints selon l'invention est accrue du fait de la facilité de réaliser un condltiunnement rationnel, savoir la protection de la partie ondulée qui est placée dès a fabrication entre les deux bagues lesquelles s'opposent à toute déformation acci de#itelle,l 'ensemole étant mis entre deux couches dxemballaDe protectrices On dispose ainsi au montage d'un ensembîtîn bon état. Le joint selon l'invention décrit ci-avant peut être réalisé en plusieurs variantes,comme montré figure 4.Plusieurs variantes sont caractérisées par la forme de la partie ondulée,et le nombre des ondulations,figures 4a, 4b, 4c.un peut ainsi réaliser des espaces annulaires étanches entre eux,qui peuvent correspondre à des pressions différentes des fluides,et permettre en particulier d'en controler les valeurs comme on le fait pour certains jmints dits à controle d'étancheité.D'autr#s variantes sont caractérisées par la section des bagues lesquelles peuvent être elles même à gorges pour réaliser des emboîtements, voir figure 4d ou 4e.EnSin des vari antes peuvent être caractérisées par l'intégration partielle ou totale le 1 partie ondulée aux bagues elles meies selon des procédés se fabrication adéquats,par coulée sous pression ou par matricage ou encore par usinage suffisemment précis,voir figure 4f ou 4g Les joints selon l'invention peuvent être utilisés dans les industfies pétrolière,chimique,thermiques pour des fluides à température élevée;de même ils peuvent être utilisés pour les installations frigorifiques,l'une et l'autre de ces industries utilisant des fluides à températures fréquemment et notablement variables,pourle# quelles les brides de faible masse et les joints à température uni forme sont tout indiqués. De même,les joints selon l'invention,conviennent aux hautes températures car ils sont constitués d'un matériau unique lequel peut être le plus judicieusement choisi.De même encore cette possibilité d'utiliser un matériau unique permet de les destiner à étancher un nombre considérable de produits chimiques les plus corrosifs. Les joints selon l'invention conviennent aussi aux fluides fugaces et/ou difficiles à étancher:le gaz hélium,les liquides à toutes rempérature.Enfin ces joints conviennent parfaitement à l'assemblage des tuyauteries d'installation pour lesquelles les grandes longueurs créent des efforts importants. REVDIUTIOS. I.Joint torique caractérisé par une partie à paroi mince déformable, de section ondulée (I),laquelle partie reste enserrée entre deux bagues concentriques (2) et (3) et les faces des brides,solidaires des deux parties à assembler. 2.Joint torique selon revendication I,caractérisé par une paroi mince de forme ondulée,présentant un ou-plusieurs points de contact avec les brides. 3. Joint torique selon revendication I, aaractérisé par une paroi mince à profil fermé présentant un seal point de contact avec les brides à assembler. 4.Joint torique selon revendication I,caractérisé par le fait que la partie déformable est enclavée sans jeu au moment du montage entre les deux bagues,alors qu'elle présente une épaisseur sensiblement plus grande que l'épaisseur de chacuna des deux bagues,et que de ce fait elle se déforme lorsque les deux brides sont serrées sur l'ensemble des trois pièces précitées. .Joint torique selon revendications 1,2,4, caractérisé par le fait que la partie déformable peut être solidaire de l'une ou l'autre ou des deux bagues. 6.Joint torique selon revendication I, caractéris par le fait que l'on dispose dans l'une ou l'autre ou dans les deux bagues un alésage permettantd'appuyer sur lesdites bagues la partie centrale défur- :nable par l'un de ses bords.