Brevet FR2512154A1 — publié le 19830304

La présente invention se rapporte à un joint annulaire en élastomère armé, capable d'assurer l'étanchéité aux hautes pressions. De tels joints connus assurent l'étanchéité dans un espacé annulaire entre la pièce, sur laquelle ils sont montés et le tube ou l'arbre adjacents. Ils peuvent être montés soit sur l'arbre, auquel cas ils assurent au moyen d'une lèvre périphérique l'étanchéité dans I 'alé- sage d'un tube, soit, montés sur la paroi de l'alésage du tube, ils assurent l'étanchéité sur un arbre central Dans les deux cas, I 'é- tanchéité est réalisée grâce au dimensionnement spécifique de la circonférence de la lèvre, dont le diamètre est plus grand pour as- surer l'étanchéité dans l'alésage et plus petit pour assurer I 'étan- chéité sur l'arbre. Une lèvre surdimensionnée présente des inconvénients, en- tre autres sa mise en place est délicate, car en la forçant, on ris- que de la détériorer. Par ailleurs, l'adhérence régulière de la lèvre siur les pa- rois brutes de laminage ou d'étirage peut présenter des difficultés dues aux -tolérances de fabrication et des états imparfaits de sur- f ace. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un joint annulaire, dont la mise en place s'effectue ai- sément et sans risques. Le joint annulaire en élastomère armé pour assurer I 'é- tanchéité aux hautes pressions dans un espace annulaire entre un arbre central et la paroi de l'alésage d'un tube entourant l'arbre est caractérisé en ce qu'il comprend une semelle annulaire apte à être fixée jointivement sur la surface de l'arbre et un corps annu- laire principal, à l'intérieur duquel est noyée une armature métal- lique annulaire constituée par un ressort à boudin continu, ce corps annulaire étant d'une part relié à la semelle au moyen d'un col flexible et d'autre part prolongé par une lèvre, dont la surface extérieure annulaire est apte à prendre appui sur la paroi de I 'alé- sage du tube, de sorte que, lors de la poussée axiale exercée par une pièce mobile d'activation sur ledit corps annulaire, celui-ci se redresse en pivotant par rapport à la semelle et ladite lèvre prend appui sur ladite paroi. Un tel joint permet, grâce à la rétractation due à I 'ar- mature, un effacement de la lèvre au repos d'environ 10 mm par rapport à la paroi à étanchéifier, de sorte que le montage du joint s'effectue sans risque de détérioration. L'activation opérée par un moyen mécanique de bascule- ment du joint, venant appliquer la lèvre contre la paroi avec force suffisante, crée une étanchéité initiale qui sera maintenue sans action dudit moyen, lorsque la pression sera établie à l'intérieur de l'espace annulaire Un tel joint est du type auto-étanche, c'est- à-dire qu'il suffit de lui associer momentanément un système d'ac- tivation préalablement à la mise sous pression Une fois celle-ci établie, le joint reste étanche après le retrait du système d'acti- vation. Le joint selon l'invention permet de résister à des pres- sions élevées de l'ordre de 600 bars, même avec un espace annulaire très important La pièce mobile d'activation associée au joint peut être avantageusement une pièce annulaire apte à se déplacer par translation dans l'espace annulaire d'une position d'ouverture à une position de fermeture étanche du joint sous l'impulsion d'un moyen de commande, cette pièce portant à son extrémité orientée vers le joint une face tronconique apte à exercer une poussée sur le corps annulaire. Le siège du col flexible est de préférence constitué par un épaulement de l'arbre adjacent à la surface annulaire de I 'ar- bre sur laquelle est fixée la semelle. Cet épaulement présente habituellement une face sensible- ment perpendiculaire à la surface annulaire de l'arbre. Selon un mode de réalisation préféré, l'épaulement pré- sente au moins dans sa partie périphérique une forme tronconique en saillie vers le logement du joint. D'autres caractéristiques de 1 'invention apparaîtront à la lumière de la description, qui suit, d'un mode et d'une variante de réalisation de l'objet de l'invention. Aux dessions annexes, la figure 1 représente une vue en coupe d'un joint se- lon l'invention; la figure 2 une vue en coupe du joint monté, en posi- 12154 tion de repos; la figure 3 une vue en coupe du joint monté, en position de travail, et; la figure 4 une vue en coupe du joint monté en position de travail dans un logement au contour modifié. Le joint représenté est du type de joint monté sur un ar- bre central et réalisant l'étanchéité de l'alésage du tube Il est généralement en élastomère, tel que que le caoutchouc synthétique de résilience et de dureté appropriées Le joint est composé d'une semel- le 5 reliée au corps annulaire principal 2 par l'intermédiaire d'un col flexible de section réduite 4, qui fait fonction d'articulation A l'autre extrémité du corps 2 se trouve une lèvre 1 servant à assurer l'étanchéité Une armature métallique annulaire 3 en forme de res- sort à boudin est noyée, lors du moulage, dans toute l'épaisseur et sur toute la circonférence du corps 2, donnant à ce dernier des re- marquables qualités d'expansion et de rétractation Ce joint est monté sur une paroi annulaire 7 d'un arbre usinée à cet effet pour offrir un siège de fixation au joint et qui est pourvue d'un épau- lement sensiblement perpendiculaire à la paroi annulaire 7 La se- melle 5 est appliquée sur cette partie en appui contre ledit épau- lement. L'arbre et le joint sont placés sans aucune difficulté à l'intérieur de l'alésage d'un tube 6, dont il s'agit d'assurer l'é- tanchéité, puisque le ressort 3 est en position rétractée (fig 2) Un système d'activation mécanique ou hydraulique, dont la seule partie représentée est l'organe 9 portant à son extrémité orientée vers le joint une face tronconique produit une poussée axiale qui a pour but le redressement du corps principal 2, lors- qu'il pivote autour du col flexible 4. Sous l'effet de I 'organe 9, le corps 2 vient en appui contre l'épaulement 8 de l'arbre (fig 3) et la lèvre 1 s'écrase contre la paroi du tube 6. En variante représentée à la figure 4, le contour du lo- gement du joint a été modifié en donnant à l'épaulement 8 usiné sur l'arbre 7 dans sa partie périphérique une forme en saillie 8 a vers le logement du joint Lors de la poussée axiale exercée par I&outil d'activation 9, on devance ainsi le moment o le corps 12154 annulaire 2 prend appui contre I 'épaulement 8 Cette disposition permet en outre I 'application de la lèvre 1 contre l'alésage 6 sur une plus grande surface. Sous l'effet de la pression, le joint est maintenu dans cette position, même lorsqu'on supprime l'action du système d'acti- vation A mesure que la pression augmente, le joint tend à s'ex- truder par l'espace annulaire Si le joint n'était constitué que de l'élastomère non armé, il fluerait même sous faible pression Un des rôles de l'armature métallique est de renforcer la résistance mécanique de l'élastomère aux fortes pressions, eu égard à l'es- pace annulaire très important. Lorsqu'on supprime la pression dans l'enceinte en amont du joint, le joint se rétracte automatiquement sous l'action du res- sort et peut être enlevé aussi facilement qu'il a été monté. Le joint décrit dans l'exemple a fait l'objet d'un test d'étanchéité sur un tube de 20 pouces de diamètre et pour un espace annulaire de 15 mm Le fil du ressort noyé était de section carrée mesurant 3,5 mm de côté La pression appliquée était de l'ordre de 600 bars. Le joint selon l'invention peut trouver son utilisation de façon très large dans le domaine pétrolier, notamment lors de la réparation des conduites immergées, chaque fois que les pressions auxquelles on a affaire interdisent l'emploi de joints classiques. Une autre application du joint selon l'invention se si- tue dans le domaine de test auxquels on expose le matériel très divers devant résister aux très hautes pressions L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et elle est susceptible de nombreuses variantes, sans sortir du cadre de l'invention Le mode de fixation du joint sur une pièce de support peut revêtir des formes différentes De même, le système d'activation du joint pour redresser le corps principal peut être un système quelconque, mé- canique, hydraulique, magnétique ou autre. 12154 REVENDICATIONS 1 Joint annulaire en élastomère armé pour assurer l'é- tanchéité aux hautes pressions dans un espace annulaire entre un arbre central et la paroi de l'alésage d'un tube entourant l'arbre, caractérisé en ce qu'il comprend une semelle ( 5) annulaire apte à être fixée jointivement sur la surface de l'arbre ( 7) et un corps annulaire principal ( 2) à l'intérieur duquel est noyée une armature métallique annulaire ( 3) constituée par un ressort à boudin continu, ce corps annulaire ( 2) étant d'une part relié à la semelle ( 5) au moyen d'un col flexible ( 4) et d'autre part prolongé par une lèvre ( 1), dont la surface extérieure annulaire est apte à prendre appui sur la paroi de l'alésage du tube, de sorte que, lors d'une pous- sée axiale exercée par une pièce mobile d'activation ( 9) sur ledit corps annulaire 2, celui-ci se redresse en pivotant par rapport à la semelle ( 5) et ladite lèvre ( 1) prend appui sur ladite paroi ( 6). 2 Joint annulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce mobile d'activation ( 9), qui lui est associée, est une pièce annulaire apte à se déplacer par translation dans l'espace annulaire d'une position d'ouverture à une position de fermeture étanche du joint sous l'impulsion d'un moyen de commande, cette pièce portant à son extrémité orientée vers le joint une face tronconique apte à exercer une poussée sur le corps annulaire ( 2). 3 Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siège du col flexible ( 4) est constitué par un épaulement ( 8) de la première paroi annulaire ( 7), adjacent à la surface annulaire de ladite paroi, sur laquelle est fixée la semelle ( 5). 4 Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaulement ( 8) est sensiblement perpendiculaire à la première paroi annulaire ( 7). 5 Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que I 'épaulement ( 8) présente au moins dans sa partie périphérique une forme tronconique en saillie ( 8 a) vers le logement du joint. 6 Joint selon l'une des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que le joint étant au repos, le corps annulaire ( 2) ar- ticulé à la semelle ( 5) par le col ( 4)est maintenu en position incli- née sur la semelle, grâce à la position rétractée du ressort d'ar- mature ( 1), et en ce que, le joint étant activé, le corps annulaire 12154 annulaire principal ( 2) prend appui sur l'épaulement ( 8). 7 Procédé pour la mise en oeuvre du joint selon l'une des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on introduit le joint dans l'espace annulaire, dont on souhaite assurer l'étanchéité aux hautes pressions, on fixe la semelle sur l'arbre central comportant un épaulement annulaire apte à servir de face d'appui au corps principal en position activeé, on produit au moyen de la pièce mobile d'activation une possée axiale contre le corps annulaire, sous l'effet de laquelle poussée le ressort s'allonge circonfé- rentiellement, le corps principal se redresse et prend appui contre ledit épaulement, tandis que la lèvre s'écrase avec force contre la paroi de l'alésage du tube.