Brevet FR2498726A1 — publié le 19820730

t La présente invention, due à la collaboration de Messieurs Claude AE&S et Christian REXMUD de la Société Cefilac 1 (Joints Fargère Industrie) et de Messieurs Robert PIEhIIR et I Raymond de VILLEPOIX du Commissariat à l'Energie Atomique, se I rapporte à un dispositif de raccordement à serrage élastique.; Plus précisément, l'invention concerne le raccordement au moyen d'un dispositif étanche de deux pièces comprenant des moyens de serrage du type vis-écrou sollicitant les pièces à raccorder l'une vers l'autre afin de comprimer un joint d'étanchéité en- tre ces pièces. Dans un tel dispositif, les moyens de ser- rage peuvent être constitués notamment par de4 bou- 1 lons ou par deux pièces en forme de couronne coopé- 4 rant par un filetage selon que les pièces à raccor- der sont de grand ou de petit diamètre. Générale- ment, les dispositifs de raccordement existants sont assemblés en agissant sur ces moyens de serrage sui- J vant une gamme de serrage adaptée aux caractéristi- $ ques mécaniques du joint d'étanchéité utilisé. A cet $ effet, on utilise soit une clé dynamométrique ma- | nuelle, soit une clé mécanique semi-automatique pré- 5 réglée. Le couple de serrage final est obtenu le plus souvent après plusieurs passagesdela clé sur chaque boulon. Pendant toute cette opération, les !5 efforts de tension dans les boulons équilibrent les 4 efforts de compression dans les brides. $ Cette méthode très utilisée est économi- que mais fastidieuse et peu précise car une grande t partie des efforts mis en jeu sert à vaincre le frottement sous tête et au niveau des filetages. Lorsque les conditions d'utilisation imposent un serrage précis ou lorsque les conséquences d'un grippage de la boulonnerie risquent d'être graves, il faut donc recourir à d'autres méthodes plus so- phistiquées. La présente invention a précisément pour objet la réalisation d'un dispositif de raccordement étanche permettant de résoudre les inconvénients présentés par les dispositifs de raccordement de la technique antérieure. Ainsi, le dispositif selon l'invention permet d'effectuer un serrage particu- lièrement précis sans entraîner une complication trop grande de sa structure. Dans ce but et conformément à l'invention, il est proposé un dispositif de raccordement étanche de deux pièces comprenant des moyens de serrage du type vis-écrou sollicitant les pièces à raccorder l'une-vers l'autre afin de comprimer au moins un joint d'étanchéité entre lesdites pièces, caracté- risé en ce qu'une pièce de compression et au moins un anneau torique élastique sont placés entre les moyens de serrage et l'une des pièces à raccorder, et en ce que la raideur de l'anneau torique élasti- que est supérieure ou égale à celle du joint d'étan- chéité. L'anneau torique élastique peut par exemple être constitué par un joint torique comprenant un ressort à spires jointives fermé sur lui-même et au moins une enveloppe métallique dans -.aquelle est en- castré ce ressort. Grâce à ces caractéristiques, l'ensemble constitué par la pièce de compression, l'anneau to- rique élastique, les deux pièces à raccorder et le joint d'étanchéité peut être serré-par un dispositif de compression annexe avant la mise en place des moyens de serrage. L ' effort de compression to- tal appliqué par ce dispositif de compression annexe est calculé initialement pour tenir compte à la fois de l'effort de serrage que l'on souhaite appliquer finalement en tenant compte des caractéristiques mé- caniques du joint d'étanchéité et de l'effort qui résultera par la suite de la mise en tension des moyens de serrage après leur mise en place et après que le dispositif de compression annexe ait été sup- primé. Les moyens de serrage peuvent alors être mis en place manuellement et le dispositif de compres- sion est ensuite relâché, de telle sorte que l'ef- fort de serrage est transféré aux moyens de serrage. L'anneau torique élastique, en se détendant légère- ment, compense alors la mise en tension des moyens de serrage et assure au niveau du joint d'étanchéité le maintien du serrage nécessaire défini en fonction des conditions d'utilisation. De plus, l'utilisa- tion d'un anneau torique élastique permet de réali- ser des dispositifs de raccordement de tous types et de toutes dimensions. En effet, l'encombrement ré- duit et les performances d'un anneau de ce type per- mettent d'utiliser un tel dispositif de raccordement étanche dans tous les montages industriels, depuis le raccordement pour canalisations de petit diamètre jusqu'aux assemblages boulonnés de grand diamètre. 3 Un tel dispositif de raccordement permet en outre de réduire considérablement les risques de grippage. Enfin, ce dispositif de raccordement est particuliè- rement avantageux lorsque l'environnement de l'as- semblage ne permet pas le passage des clés de serra- ge ou lorsque les contraintes de torsion qui résul- teraient de leur emploi ne sont pas admises dans les tuyauteries. Conformément à un premier mode de réalisa- tion de l'invention, particulièrement adapté au rac- cordement de pièces de moyen et de grand diamètre, les moyens de serrage comprennent des boulons tra- versant des passages appropriés formés dans la pièce de compression et dans l'une au moins des pièces à raccorder. Le dispositif de raccordeme2nL pDeut alors comprendre soit un seul anneau tonique élastique disposé coaxialement par rapport au joint d'étan- chéité, soit plusieurs anneaux toriques élastiques disposés coaxialement autour de chaque boulon, selon que les pièces à raccorder ont un diamètre important ou seulement de dimension moyenne. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, plus particulièrement adapté au rac- cordement de pièces de petit diamètre, les moyens de serrage comprennent deux pièces annulaires coopé- rant entre elles par un filetage, et le dispositif de raccordement comprend un seul anneau torique élastique, les pièces annulaires et l'anneau torique élastique étant disposés coaxialement par rapport au joint d'étanchéité. 15. Enfin, conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention, également adapté au rac- cordement de pièces de petit diamètre, les moyens de serrage comprennent une piècéannulaire qui coopère par un filetage avec l'une des pièces à raccorder et le dispositif de raccordement comprend.un seul an- neau torique élastique- la pièce annulaire et l'an- neau torique élastique étant disposés coaxialement par rapport au joint d'étanchéité. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure l est une vue en coupe longi- tudinale partielle d'un premier mode de réalisation du dispositif de raccordement étanche selon l'inven- tion, particulièrement adapté au raccordement de deux canalisations de petit diamètre, - la figure 2a est une demi-vue, en coupe longitudinale, d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de raccordement selon l'invention, par- - 2498726 ticulièrement adapté au raccordement de deux canali- sations de diamètre moyen, - la figure 2b est une demi-vue comparable à la figure 2a d'une variante de réalisation du dis- positif représenté sur cette figure, particulière- ment adapté au raccordement de canalisations de grand diamètre, - la figure 3 est une vue en coupe longi- tudinale d'un dispositif de raccordement étanche d'un bouchon sur un récipient, les moitiés gauche et droite de cette figure montrant deux modes de réali- sation différents du dispositif selon l'invention, particulièrement adaptés aux cas o le diamètre de l'orifice à obturer est de grande dimension et de petite dimension, respectivement, et - la figure 4 est un diagramme montrant les courbes de variation de l'effort de serrage Y en fonction de l'écrasement e, la courbe a étant la D courbe caractéristique du joint d'étanchéité, la 7 courbe b étant la courbe caractéristique de l'anneau torique élastique et les courbes c et d étant les courbes caractéristiques de la compression et la dé- compression du joint et de l'anneau torique élasti- que. On a représenté sur la figure 1 deux cana- lisations de petit diamètre 10 et 10' qui sont rac- cordées de façon étanche au moyen d'un dispositif 12 réalisé conformément aux enseignements de la présen- te invention. A cet effet, chacune des canalisations 10 et 10' est munie d'un embout 14, 14' dont l'ex- trémité forme une bride 16, 16'. Un joint d'étan- chéité torique 18, d'un quelconque type connu, est placé entre les faces en vis-à-vis des brides 16 et 16' et centré par rapport à l'axe commun des canali- sations par une partie en saillie 20 de la bride 16'. On verra que la partie 20 sert égalemant à li- miter l'écrasement du joint 18 lors du serrage. Le joint 18 peut notamment être un joint métallique du type décrit et revendiqué dans le brevet français n0 2 151 186 au nom du Commissariat à l'Energie Ato- mique. Le dispositif de raccordement étanche 12 comprend en outre des moyens de serrage du type vis- écrou qui sont constitués dans le mode de réalisa- tion représenté sur la figure 1 par deux pièces de forme annulaire 22 et 22' coopérant entre elles par un filetage 23. Pour cette raison, ce mode de réali- sation est plus particulièrement adapté au cas o le diamètre des canalisations est faible. Conformément à la présente invention, le dispositif 12 comprend de plus une pièce de compres- sion 24 et un anneau torique élastique 26. Plus pré- cisément, la pièce de compression 24 et l'anneau to- rique élastique 26 sont placés dans cet ordre entre la face active 25 de la pièce de serrage 22 et la face arrière 27 de la bride 16. La pièce 24 présente en section la forme d'un L de façon à définir une partie radiale 29 serrée entre la face 25 et l'an- neau torique élastique 26 et une partie tubulaire 31 qui fait saillie à l'extérieur de la pièce de serra- ge 22 de façon à définir à son extrémité une face d'appui 33. Cette face d'appui 33 définit parallèle- ment à l'axe commun aux canalisations 10 et 10' l'une des extrémités du dispositif de raccordement 12, l'autre extrémité de ce dispositif étant définie par une face 35 formée sur la pièce de serrage 22' à son extrémité opposée à celle qui vient en appui contre la bride 16'. Dans le mode de réalisation représenté sur 33 la figure 1, l'anneau torique élastique 26 est cons- titué par un joint torique du type décrit et reven- diqué dans le brevet français n0 2 151 186 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique. Toutefois, le | Joint 26 ne remplit aucune fonction d'étanchéité et t il est utilisé comme un ressort de rappel. Cette utilisation se justifie par -la grande faculté 4 d'adaptation de ce type de joint, son encombrement i réduit et ses performances qui permettent de l'uti- f liser dans tous les types de raccords. Comme le montre la figure 1, dans ce pre- 4 mier mode de réalisation de l'invention, les embouts' 14, 14', les pièces de serrage 22, 22', le joint 18, s la pièce de compression 24 et l'anneau torique élas- tique 26 sont disposés coaxialement par rapport à. l'axe commun aux canalisations 10 et 10'. Le mode de réalisation de la figure 2b qui -j est plus particulièrement adapté au cas o le diamè- tre des canalisations à raccorder est de dimension moyenne, se distingue principalement du précédent par le fait que les moyens de serrage ne sont plus constitués par deux pièces annulaires mais par des. boulons 28 régulièrement répartis autour des canali- sations à raccorder et dont l'un seulement est re- présenté sur la figure 2a. Chacun des boulons 28 comprend une vis 43 qui traverse un trou 30 formé i dans la bride 16' et un trou 32 formé dans la partie radiale 29 de la pièce de compression 24. Chaque boulon 28 comprend également un écrou 45 qui vient i prendre appui sur la partie 29 de la pièce 24 alors que la, tête de la vis 43 prend appui sur la bride 16'. Comme dans le mode de réalisation précédent, un joint d'étanchéité 18 est placé entre les brides 16 ét 16' des embouts 14 et 14', le centrage de ce joint étant assuré par une partie 20 de la bride 16' qui permet également de limiter la déformation du joint 18. De plus, conformément à l'invention, un anneau torique élastique 26 est placé entre la pièce de compression 24 et la bride 16. La pièce 24 défi- nit aussi à l'extrémité de sa partie tubulaire 31 une surface d'appui 33. A l'autre extrémité du dis- positif de raccordement 12 représenté sur la figure 2a, une autre surface d'appui 35a est définie par le dessus de la tâte de la Yis 43. Sur la figure 2a, on voit que chacune des vis 43 traverse également une encoche ouverte 34 formée à la périphérie externe de la bride 16. Tou- tefois, on comprendra que ces encoches 34 peuvent être soit supprimées si le diamètre externe de la bride 16 est réduit, soit remplacées par des trous si le diamètre de cette bride est augmenté. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, les exbouts 14 et 14', le joint d'étan- chéité 18, la pièce de compression 24 et l'anneau torique élastique 26 sont disposés coaxialement par rapport à l'axe commun des canalisations à raccor- der. Sur la figure 2b, on a représenté un mode de réalisation voisin du mode de réalisation de la figure 2a, mais particulièrement adapté au cas o le dispositif selon l'invention est utilisé pour rac- corder de façon étanche deux canalisations de plus grand diamètre. On retrouve sur la figure 2b les embouts 14 et 14' ainsi que leurs biides 16 et 16', le joint d'étanchéité 18, les boulons de serrage 28, ainsi que la pièce de compression 24. Toutefois, ce mode de réalisation diffère de celui de la figure 2a pa- le fait que l'anneau torique élastique unique 26 est remplacé par plusieurs anneaux du même type 26a aui sont disposés coaxialment autour de chacun des 3 boulons 28 et dont l'un seulement est représenté sur 2498726 i 9 t la figure. Chacun des anneaux toriques élastiques 26a est placé entre la partie radiale 29 de la pièce de compression 24 et la bride 16, cette dernière se.1 prolongeant alors radialement au même niveau que la i partie 29, de telle sorte que l'encoche 34 de la figure 2a est remplacée par un trou 34a. Comme dans la variante de la figure 2a, l'extrémité 33 de la partie tubulaire 31 de la pièce 24 ainsi que le des- i sus 35a de la tête de chacune des vis 43 définissent LO des surfaces d'appui opposées pour le dispositif de raccordement étanche 12. La disposition de la figure 2b se justifie {t dans le cas du raccordement de canalisations de j grand diamètre par le fait que cette dimension renj| drait un anneau torique élastique unique du type de t l'anneau 26 de la figure 2a plus coûteux que plu- sieurs anneaux de petite dimension du type d'anneaux I 26a sur la figure 2b. J Les moitiés droite et gauche de la figure 0 3 illustrent deux autres modes de réalisation du a dispositif selon l'invention qui sont à rapprocher des modes de réalisation de la figure 1 et de la I figure 2a respectivement, dans le cas o ce disposi- | tif n'est plus utilisé pour raccorder deux canalisa-} !5 tions mais pour raccorder de façon étanche un bou- j chon 14a et un récipient 14'a. Ainsi, on voit sur la j figure 3 que le bouchon 14a comprend une partie de centrage 47 qui pénètre légèrement à l'intérieur de A l'ouverture 49 du récipient 14'a que l'on désire ob- turer et un rebord 51 qui vient en appui sur une j bride 16'a formée autour de l'ouverture 49. Ici en- core, l'étanchéité est obtenue au moyen d'un joint - 18 qui peut être du même type que les joints décrits en se référant aux modes de réalisation précédents. - Ce joint 18 est comprimé entre le rebord 51 du bou- chon 14a et la bride 16'a. Dans le mode de réalisa- tion représenté sur la partie droite de la figure 3, le centrage du joint 18 est réalisé au moyen d'une partie 52 du bouchon 14a, qui limite également la déformation du joint, alors que dans le mode de réa- lisation représenté sur la partie gauche de la figu- re 3, ces mêmes fonctions sont remplies par une par- tie 20a de la bride 16'a. Le mode de réalisation représenté sur la partie droite de la figure 3 correspond au raccorde- ment d'un bouchon sur un récipient de petite dimen- sion.-Dans ce cas, les mi'eons de serrage comprennent une pièce annulaire unique 36 qui coopère directe- ment avec la bride 16'a par l'intermédiaire d'un fi- letage 38, cette pièce de serrage 36 comprenant de plus une partie radiale définissant tne surface 40 en vis-à-vis du rebord périphérique 51 du bouchon 14a et de la bride 16'a. Conformément à l'invention, une pièce de compression 24a et un anneau torique élastique 26 sont disposés dans cet ordre entre la surface 40 de la pièce de serrage 36 et la bride périphérique 51 du bouchon 14a. Toutefois, à la différence des piè- ces de compression utilisées dans les dispositifs de raccordement de canalisations décrits précédemment, la pièce de compression 24a se présente sous la forme d'un disque et définit une surface d'appui 33a dans la partie centrale de ce disque. La surface d'appui opposée du dispositif de raccordement est constituée par la face inférieure 42 de la bride 16'a. Le centrage de la pièce 24a et de l'anneau 26 sont réalisés au moyen d'une partie centrale en saillie 44 qui pénètre dans un évidement 46 du bou- chon 14a. Dans ce mode de réalisation représenté sur il la partie droite de la figure 3, le bouchon 14a, le récipient 14'a, le joint d'étanchéité 18, la pièce] de serrage 36, la pièce de compression 24a et l'an- neau torique élastique 25 sont disposés de façon coaxiale par rapport à l'axe de l'ouverture 49 obtu- rée par le bouchon 14a. Le dispositif représenté sur la partie gauche de la figure 3 est plus particulièrement adapté au cas o les dimensions du récipient 14'b sont plus importantes, et notamment au cas o ce récipient constitue un château de transport pour combustibles nucléaires irradiés. Les moyens de ser- j rage sont alors constitués par des boulons 28 régu- lièrement répartis à la périphérie de l'ouverture formée dans le récipient et dont l'un seulement est représenté sur la figure. Ces boulons traversent des trous 30a formés dans la bride 16'a et des trous 32a formés dans la pièce de compression 24a qui est par ailleurs en forme de disque comme celle qui a été décrite en se référant à la partie droite de la fi- gure 3. Toutefois, le centrage de la pièce 24a ainsi que celui de l'anneau 26 sont réalisés au moyen d'une partie annulaire en saillie 44a qui vient s'emboîter à la périphérie du bouchon 14a. L'anneau torique élastique 26 est par ailleurs placé dans un logement 48 formé dans la pièce de compression 24a. Dans ce dernier mode de réalisation du dispositif selon l'invention représenté sur la par- tie gauche de la figure 3, la bride 16'a, le couver- cle 14a, le joint d'étanchéité 18, la pièce de com- pression 24a ainsi que l'anneau torique élastique 26 sont.également disposés coaxialement par rapport à l'axe de l'ouverture 49 du récipient 14'a. Dans le dispositif de raccordement selon l'invention qui vient d'être décrit en se référant aux figures 1 à 3, les courbes caractéristiques des variations de l'effort Y appliqué en fonction de l'écrasement e correspondent à la courbe a de la figure 4 pour le joint d'étanchéité 18 et la courbe b de la figure 4 pour l'anneau torique élastique 26 ou pour les anneaux toriques élastiques 26a. On re- marque sur cette figure que la raideur de la courbe caractéristique b de l'anneau toriqa2 métallique flexible 26 ou des anneaux 26a est supérieure à celle du joint d'étanchéité, ce qui est important pour le bon fonctionnement du dispositif selon l'in- ventiôn. En pratique, le serrage de l'assemblage est réalisé au moyen d'un système de serrage annexe (non représenté) en l'absence des moyens de serrage proprement dits (pièces 22, 22', boulons 28 ou pièce 36). Ce système de serrage peut être constitué no- tamient par un vérin dont l'action est représentée schématiquement par des flèches F1 et F2 sur les figures 1 à 3. Comme on le voit, ce vérin agit si- multané.ment sur les faces d'appui 33, 33a de la piè- ce de compression 24, 24a (flèches F1) et sur les faces d'appui opposées 35, 35a, 42 (flèches F2). Toutefois, dans les modes de réalisation de la figu- re 3, on comprendra que les faces d'appui 35a et 42 peuvent reposer dans un alvéole contenant le réci- pient 14'a, de telle sorte que le vérin n'agit alors que sur la face 33a. L'effort de serrage Yy ainsi appliqué à l'assemblage au moyen du vérin de serrage annexe est calcuié initialement de façon à être égal à l'effort de s2rrage Y2 que l'on désire obtenir, augmenté d'un effrr2- permettant de compenser la mise en tension ou a.le-ngement ultérieur des moyens de s2rrage 22, 22', 22 c 35 du d;p'-tif de raccordement (voir figure t' 4). Ainsi, la courbe c de la figure 4 montre la variation de l'effort Y en fonction de l'écrasement e résultant de l'effort de serrage Y2 appliqué si- multanément au(x) anneau(x) 26 ou 26a et au joint 18. On voit sur cette figure que la courbe c corres- pond à la somme des courbes a et b jusqu'à l'effort Y2 que l'on désire obtenir. Ensuite, la déformation du joint d'étanchéité 18 est empêchée par les par- c'i ties 20, 20a ou 52, de telle sorte que seul l'anneau 0 torique élastique 26 ou les anneaux 26a se déforment jusqu'à l'effort total appliqué Y.,' Les moyens de serrage (boulon 28- pièces. 22, 22', pièce 36 ou écrou 45 seul) peuvent alors être mis en place manuellement sans aucun effort. On relâche ensuite le vérin de serrage annexe, de telle sorte que ces moyens de serrage sont mis en tension. Sur la figure 4, la courbe- d représente la découu-: pression correspondante de l'assemblage, c'est-à- dire du joint 18 et de(s) l'anneau(x) 26 ou 26a. On 0 voit que, conformément à l'invention, la détente ou restitution élastique r de l'anneau 26 ou des an- neaux 26a a pour effet de compenser la mise-en ten- sion des moyens de serrage conduisant à la diminu- tion de l'effort appliqué à l'assemblage depuis la valeur maximum Y2 jusqu'à la qaleur souhaitée Y2. - La description qui précède montre que le dispositif de raccordement selon l'invention permet grâce à la présence de l'anneau torique élastique 26 ou des anneaux 26a de soumettre l'assemblage à un 0 effort prédéterminé Y2 de façon très précise et sans que la mise en place des moyens de serrage présente de problème particulier. De plus, l'utilisation d'un joint torique métallique élastique permet de ne pas accroître considérablement l'encombrement du dispo- sitif de raccordement et autorise l'application de la méthode de serrage décrite pratiquement dans tous les montages industriels. REVENDICATIONS 1. Dispositif de raccordement étanche de deux pièces (14, 14'; 14a, 14'a) comprenant des mo- yens de serrage (22, 22'; 28; 36) du type vis- écrou sollicitant les pièces à raccorder l'une vers l'autre afinr de comprimer au moins un joint d'étan- chéité (18) entre lesdites pièces, caractérisé en ce qu'une pièce de compression (24; 24a) et au moins un anneau torique élastique (26; 26a) sont placés entre les moyens de serrage et l'une des pièces à raccorder, et en ce que la raideur de l'anneau tori- que élastique est supérieure ou égale à celle du joint d'étanchéité. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de serrage compren- nent des boulons (28) traversant des passages appro- priés (30, 32, 34; 34a, 30a, 32a) formés dans la pièce de compression et dans l'une au moins des piè- ces à raccorder. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un seul anneau to- rique élastique (26) disposé coaxialement par rap- port au joint d'étanchéité (18). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs anneaux toriques élastiques (26a) disposés coaxialement au- tour de chaque boulon (28). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de serrage compren- 3 nent deux pièces annulaires (22, 22') coopérant en- tre elles par un filetage (23), et en ce qu'il com- prend un seul anneau torique élastique (26), les pièces annulaires et l'anneau torique élastique 2498726 ' f *'t étant disposés coaxialement par rapport au joint d'étanchéité (18). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de serrage compren- nent une pièce annulaire (36) qui coopère par un filetage (38) avec l'une (14'a) des pièces à raccor- der et en ce qu'il comprend un seul anneau torique i élastique (26), la pièce annulaire et l'anneau tori- que élastique étant disposés coaxialement par rap- LO port au joint d'étanchéité (18). : -j M