Brevet FR2524112A1 — publié le 19830930

La présente invention est relative a un nouveau joint tubulaire fileté muni d'un dispositif de freinage qui permet d'éviter les rotations indésirables d'un des éléments tubulaires par rapport à l'autre après que les deux éléments tubulaires aient été normalement réunis par le joint. Les joints selon la présente invention sont plus particulièrement destinés à l'industrie pétrolière où il est courant d'utiliser des tubes d'acier réunis entre eux de manière démontable ou non, de manière former des canalisations de plus ou moins grandes longueurs. Dans la plupart des joints actuellement connus, il suffit d'appliquer un couple supérieur au couple qui a permis l'assemblage des deux éléments tubulaires pour provoquer la rotation d'un élément par rapport à l'autre, cette rotation s'effectuant, soit dans le sens d'un vissage complémentaire du joint, soit dans le sens d'un dévissage. Or, dans certaines circonstances, il est souhaitable d'empêcher toute rotation relative d'un élément de joint par rapport à l'autre, après serrage du joint au couple désiré. La présente invention se rapporte plus particulièrement aux joints du type dans lesquels l'extrémité frontale de l'élément femelle se situe à l'extérieur de l'élément mâle, de telle sorte qu'il est possible d'engager entre l'extrémité de l'élément femelle et l'élément mâle un organe qui est introduit parallèlement à l'axe du tube. La présente invention a pour objet un nouveau joint pour éléments tubulaires filetés muni d'un frein, joint du type dans lequel l'extrémité frontale de l'élément femelle est située à l'extérieur de l'élément mâle, caractérisé par le fait, qu'après que les éléments tubulaires ont été vissés l'un dans l'autre avec le couple désiré, l'on a engagé parallèlement à l'axe, entre l'extrémité de l'élément tubulaire et l'élément mâle, au moins un organe de freinage qui prend appui sur la surface interne de l'élément femelle et sur la surface externe de l'élément mâle, pour s'opposer à une rotation relative de ces deux éléments. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'organe de freinage présente ainsi que l'intérieur de l'élément femelle et l'extérieur de l'élément mâle des surfaces sensiblement lisses, les contraintes mécaniques provoquées par l'engagement de l'organe de freinage créant des forces de frottement qui s'opposent a la rotation relative des deux éléments tubulaires. Dans un second mode de réalisation de l'invention, l'organe de freinage comporte des nervures parallèles à l'axe du joint sur au moins une de ses faces, lesdites nervures venant s'engager lors de la mise en place de l'organe de freinage, dans des rainures disposées longitudinalement sur la surface interieure de l'élément femelle et/ou sur la surface extérieure de l'élément mâle de manière à ce que l'engagement des nervures de l'organe de freinage dans les rainures des éléments tubulaires facilitent l'arc-boutement de l'organe de freinage entre l'élé- ment mâle et l'élément femelle pour s'opposer à une rotation relative entre ses deux éléments. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'organe de freinage comporte sur sa face intérieure et/ou sur sa face extérieure des nervures munies d'arêtes parallèles à l'axe du joint les dites arêtes s'enfonçant par déformation du métal dans les surfaces internes de l'élément femelle et/ou externe de l'élément mâle qui étaient initialement sensiblement lisses mais qui sont ainsi déformées pour réaliser des rainures lors de la mise en place de l'organe de freinage. Conformément à l'invention, il est préférable d'utiliser plusieurs organes de freinage régulièrement répartis sur la périphérie du joint, de manière à multiplier les points d'effort qui s'opposent à la rotation relative des deux éléments et à conserver des contraintes symétriques par rapport à l'axe longitudinal du joint. Conformément à l'invention, il est préférable que les faces des nervures de l'organe de freinage qui s'appuient sur les faces des rainures des éléments mâles ou femelles pour s'opposer à la rotation relative d'un élément par rapport à l'autre, soient disposées en faisant par rapport au rayon un angle inférieur à l'angle que ce dernier fait avec l'autre face des nervures du dispositif de freinage. On obtient de cette manière un meilleur arc-boutement des parties actives de l'organe de freinage. Dans le cas où l'on désire s'opposer à une rotation relative dans le sens du vissage et à une rotation relative dans le sens du dévissage du joint, il est indiqué conformément à l'invention de placer les inclinaisons des faces des nervures de l'organe de freinage alternativement dans les deux directions. Conformément à l'invention, il est également utile de munir la partie de l'organe de freinage qui ne pénètre pas en dessous de l'élément femelle, d'un talon qui permet d'extraire l'organe de freinage dans la direction opposée de celle où il a été mis en place afin de pouvoir démonter le joint. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, il est également possible d'engager l'organe de freinage dans son logement entre l'extrémité de l'élément femelle et l'élément mâle après avoir placé dans ce logement, une substance de protection telle qu'une résine qui occupe tout l'espace laissé entre l'organe de freinage et les éléments mâle et femelle de manière à éviter toute corrosion de ces parties du joint. Dans une variante, après que l'organe de freinage ait été engagé en dessous de l'extrémité de l'élément femelle, l'on injecte une matière de protection, telle qu'une résine, dans l'espace compris entre l'extrémité de l'élément femelle et l'élément mâle à l'aide d'un orifice pratiqué dans la paroi de l'élément femelle. La présente invention a également pour objet un nouveau procédé pour assurer le freinage vis à vis d'une rotation relative des deux éléments d'un joint tubulaire fileté, caractérisé par le fait qu'après avoir serré les deux éléments au couple que l'on désire, on engage axialement entre l'extrémité de l'élément femelle et la surface externe de l'élément mâle, au moins un organe de freinage qui s'oppose à la rotation relative des deux éléments. Le joint selon l'invention peut comporter indifféremment des filetages coniques et/ou cylindriques. Il peut comporter ou non une ou des zones d'étanchéité placées en des endroits quelconques. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va décrire maintenant à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente une coupe schématique longitudinale d'un joint fileté du type auquel l'invention est applicable, - la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle d'un premier mode de réalisation de l'organe de freinage et de son logement entre l'extrémité de l'élément femelle et l'élément mâle, - la figure 3 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation correspondant à la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe partielle selon IV IV de la figure 3, - la figure 5 est une vue en perspective des trois parties de l'organe de freinage des figures 3 et 4, - la figure 6 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de l'organe de freinage de la figure 5, - la figure 7 est une vue en bout selon la flèche VII de la figure 6, - la figure 8 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de l'organe de freinage, - la figure 9 est une vue en bout selon la flèche IX de la figure 8, - la figure 10 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'organe de freinage, - la figure 11 est une vue en bout selon la flèche XI de la figure 10, - la figure 12 est une vue de dessus d'un peigne en acier permettant d'obtenir un autre mode de réalisation de l'organe de freinage, - la figure 13 est une vue en bout d'une dent du peigne de la figure 12, après avoir communiqué à l'extrémité de cette dent une rotation pour constituer des arêtes, - la figure 14 est une vue de dessus correspondant à la figure 12 après qu'une rotation ait été donnée aux dents du peigne, - la figure 15 est une vue en coupe représentant schématiquement l'organe de freinage de la figure 14 mis en place sur le joint, - la figure 16 est une vue en coupe selon XVI-XVI de la figure 15, - la figure 17 est une vue en élévation d'un autre mode de réalisation de l'organe de freinage, - et la figure 18 est une coupe selon XVIII-XVIII de de la figure 17. On voit sur la figure 1 une demi-vue en coupe longitudinale d'un joint du type auquel se rapporte l'invention. Ce joint comporte un élément mâle 1 et un élément femelle 2 dont l'extrémité frontale 3 se trouve au-dessus de la surface externe 4 de l'élément mâle. On a représenté à plus grande échelle sur la figure 2 la partie du joint qui se situe au voisinage de l'extrémité frontale 3 de l'élément femelle 2. Conformément à l'invention, il est prévu entre la face interne 5 de l'extrémité de l'élément femelle et la face externe correspondante 6 de l'élément mâle un volume annulaire 7 a l'intérieur duquel il est possible d'engager l'organe de freinage 8 dont la surface intérieure cylindrique 9 correspond à la surface cylindrique 6 de l'élément mâle 1 et dont la surface externe 10 est très légèrement conique (la partie la moins épaisse de l'organe 8 étant située vers la droite sur la figure 2). Les dimensions relatives du diamètre de l'extrémité interne de l'élément femelle, du diamètre de la surface 6 de l'élément mâle et de l'organe de freinage 8 sont telles que lorsque l'on enfonce l'organe de freinage dans l'espace 7, il agit en forme de coin pour exercer des efforts radiaux sur l'élément mâle 1 et sur l'élément femelle 2 qui se déforme comme représenté en trait interrompu sur la figure 2. On conçoit par conséquent que les forces radiales qui s'exercent entre l'organe de freinage et les éléments tubulaires accroissent notablement le frottement entre les différentes surfaces et s'opposent ainsi à un déplacement angulaire relatif entre l'élément mâle et l'élément femelle. Dans le joint. représenté sur la figure 2, une zone d'étanchéité 11 existe entre l'organe de freinage et le filetage du joint mais il va de soi que cette zone d'étanchéité n'est nullement nécessaire et que sa présence est tout à fait indépendante de l'invention. Conformément à une caractéristique proférée de l'invention, l'organe de freinage 8 comporte un talon 12 qui permet d'exercer sur lui un effort opposé au sens de la flèche F qui autorise l'enlèvement de l'organe de freinage pour démonter le joint. On a représenté sur la figure 3 une variante du dispositif de la figure 2, variante selon laquelle la surface intérieure 5 de l'extrémité de l'élément femelle 2 et la surface externe 6 de l'élément mâle 1 sont munies de rainures longitudinales Sa et 6a disposées parallèlement à l'axe du joint. Dans ce mode de réalisation, les surfaces externe 10 et interne 9 de l'organe de freinage 8 sont munies de nervures lOa et 9a qui sont destinées à s'engager dans les rainures 5a et 6a lorsque l'organe de freinage 8 est mis en place. L'extrémité 13 de l'organe de freinage est aminçi, de manière à permettre un engagement facile de ce dernier dans l'espace De même, l'arête intérieure de la face frontale 3 de l'élément femelle 2 est chanfreinée en 3a comme on peut le voir sur la figure 4. On conçoit dans ces conditions que lorsque l'on engage par un déplacement axial dans le sens de la flèche F l'organe de freinage entre l'extrémité de l'element femelle et l'élément mâle, les nervures 9a et lOa de l'organe de freinage s'engagent dans les rainures longitudinales 6a et Sa des éléments tubulaires comme on peut le voir clairement représenté sur la coupe de la figure 4. On comprend dans ces conditions que l'organe de freinage s'oppose efficacement à une rotation relative de l'élément mâle et de l'élément femelle du joint. On a représenté en perspective sur la figure 5 l'organe de freinage 8 qui est constitué en trois parties A, B, et C séparées par des espaces 14. On retrouve sur la figure 5 les nervures 10a qui sont situées sur la surface externe 10 de l'organe de freinage ainsi que les nervures 9a qui sont situées sur la face interne. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, l'extrémité du corps de l'organe de freinage n'est pas diminué en épaisseur et se sont seulement les extrémités des arêtes supé- rieures des nervures 9a et 10a qui sont biseautées de manière à permettre une introduction facile de l'organe de freinage dans l'espace 7 qui est prévu pour lui entre l'extrémité de l'élément femelle et l'élément mâle. Conformément à l'invention, il est recommandé d'introduire simultanément les trois pièces A, B, et C qui constituent l'organe de freinage. On a représenté sur la figure 6 comment on peut obtenir, par découpage-emboutissage un organe de freinage selon l'invention. Cette opération connue permet de réaliser les nervures 9a et îOa par les arêtes des dents d'une tôle découpée en forme de peigne, dents auxquelles on a donné à partir de leur extrémité, une rotation par rapport à leur axe longitudinal. On a représenté sur la figure 7 une vue en bout selon VII de la figure 6 où l'on voit clairement les positions des arêtes 9a et îOa qui sont destinées à s'engager dans les rainures longitudinales de l'intérieur de l'extrémité de l'élément femelle et de l'extérieur de l'élément mâle. L'organe de freinage tel que représenté sur la figure 6~ peut être réalisé en continu à partir d'une bande métallique découpée ensuite à longueur voulue et pliée pour réaliser les secteurs tels que les secteurs A, B, et C de la figure 5. On a représenté sur les figures 8 et 9 comment il est possible d'obtenir un organe de freinage selon l'invention par emboutissage-matriçage#à partir d'une tôle qui est repliée pour former le talon 12 et qui est ondulée en forme de zig-zag pour réaliser les arêtes 9a et lOa comme on peut le voir en particulier sur la figure 9. Dans ce cas également les éléments tels que représentés sur la figure 8 sont fabriqués en continu, puis découpés et cintrés pour leur donner la forme qui correspond au diamètre du tube sur lequel on veut fixer l'organe de freinage selon l'invention. On a représenté sur la figure 10 comment on peut obtenir l'organe de freinage par matriçage qui confère à cet organe une forme comportant à la partie externe les nervures 10a et à la partie interne les nervures 9a, l'organe étant bien entendu formé ensuite en fonction du diamètre du tube sur lequel on doit le placer. Les figures 12 à 15 représentent un autre mode de réalisation de l'organe de freinage qui est constitué à partir d'une tôle découpée en forme de peigne comme on peut le voir sur la figure 12, chaque dent du peigne étant ensuite soumise à partir de son extrémité à une rotation, comme représenté sur la figure 13, ce qui a pour effet de constituer les arêtes 9a et îOa dont la hauteur augmente progressivement au fur et à mesure que l'on se déplace vers l'extrémité de la dent du peigne. On a représenté sur la figure 14 une vue de dessus du peigne après déformation des dents comme indiqué sur la figure 13. On a représenté sur la figure 15 comment le peigne représenté sur la figure 14 qui a été courbé en fonction du diamètre du joint est engagé dans l'espace 7 à partir du dos du peigne, de manière à ce que les arêtes 9a et îOa s'incrustent dans la surface interne 5 de l'extrémité de l'élément femelle et dans la surface externe 6 de l'élément mâle, surfaces qui sont initialement lisses. On comprend dans ces conditions que les dents du peigne en s'arc-boutant contre les surfaces des éléments mâle et femelle s'opposent à une rotation relative de ces deux éléments. On a représenté sur la figure 16 une vue en coupe selon XVI-XVI de la figure 15 où l'on retrouve l'élément femelle 2, l'élément mâle 1 et les dents 15 du peigne qui constitue l'organe de freinage. On remarque sur la figure 15 que les faces des dents du peigne constituent avec la direction radiale des angles A et B qui sont de valeurs différentes, la face 15a étant beaucoup plus proche de la direction radiale que l'autre face 15b. On conçoit qu'avec un tel mode de réalisation le freinage qui s'exerce à l'égard de couple qui tendrait à déplacer dans un mouvement relatif les éléments mâle et femelle dans le sens des flèches F est notablement supérieur au freinage qui s'exercerait pour un mouvement inverse. On peut de cette manière réaliser conformément à l'invention un freinage préférentiel dans l'une ou l'autre des directions de vissage ou de dévissage. Conformément à l'invention il est également possible de s'opposer également aux efforts de vissage et de dévissage en donnant alternativement à chaque dent du peigne de la figure 12 des torsions en sens alterné. Les figures 17 et 18 représentent une variante du mode de réalisation de l'organe de freinage des figures 12 à 14, variante dans laquelle on part également d'un peigne dont les dents sont pivotées par rapport à leur axe mais alors que selon la figure 13 la torsion est effectuée à partir de l'extrémité de la dent, la torsion dans le cas de la figure 17 est effectuée à partir du voisinage de la racine de la dent de telle sorte que les arêtes 10a et 9a restent parallèles à l'axe du tube sur la majeure partie de la dent. Comme on le voit sur la figure 18, le talon 12 est aussi assuré par pliage de la partie centrale du peigne. L'organe de freinage représenté aux figures 17 et 18 peut être engagé entre une extrémité de l'élément femelle et une surface externe de l'élément mâle qui sont lisses, car les arêtes 9a et 10a s'engagent en entaillant légèrement les surfaces lisses de l'extrémité de l'élément femelle et de l'extérieur de l'élément mâle. Dans ce mode de réalisation il est également possible de déformer les dents du peigne par rotation alternativement dans un sens et dans l'autre. Il est bien entendu que les modes de réalisation qui viennent d'être décrits ne présentent aucun caractére limitatif et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, il est clair que les surfaces de l'élément femelle et de l'élément mâle qui viennent en contact avec l'organe de freinage peuvent être lisses ou rayées ou encore qu'elles peuvent être rendues rugeuses par n'importe quel moyen. En particulier, il est conforme à l'invention de réaliser par molletage sur les surfaces concernées de l'élément femelle et de l'élément mâle des striures qui sont de préférence parallèles à l'axe du tube. Il va de soi que les joints selon l'invention peuvent avoir des filetages de différents types, qu'il s'agisse de filetage cylindrique ou de filetage tronconique ou de combinaison de ces différents types de filetage. Enfin, le joint selon l'invention peut avoir des surfaces d'#étanchéité de différents types, et le fait que le joint possède ou non des surfaces de limitation de vissage n'est pas l'une des caractéristiques de l'invention. REVENDICATIONS 1. Joint pour élément tubulaire fileté muni d'un frein, du type dans lequel l'extrémité frontale (3) de l'élément femelle (2) est située à l'extérieur de l'élément mâle (1), caractérisé par le fait qu'après que les éléments tubulaires ont été vissés l'un dans l'autre avec le couple désiré, l'on a engagé parallèlement à l'axe entre l'extrémité de l'élément tubulaire femelle (2) et l'élément mâle (1) au moins un organe de freinage (8) qui prend appui sur la surface interne (5) de l'élément femelle et sur la surface externe (6) de l'élément mâle pour s'opposer à la rotation relative de ces deux éléments. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les surfaces (9, 10) de l'organe de freinage qui sont en contact avec l'élément mâle et l'élément femelle sont sensiblement lisses ainsi que les surfaces correspondantes de l'élément mâle (1) et de l'élément femelle (2), les contraintes mécaniques provoquées par l'engagement de l'organe de freinage créant des forces de frottement qui s'opposent à la rotation relative des deux éléments tubulaires. 3. Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de freinage (8) comporte des nervures 9a, loua) parallèles à l'axe du joint sur au moins une de ses faces, lesdites nervures venant s'engager lors de la mise en place de l'organe de freinage dans des rainures (5a, 6a) disposées longitudinalement sur la surface intérieure de l'élément femelle et/ou sur la surface extérieure de l'élément. 4. Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de freinage comporte sur sa face intérieure et/ ou sur sa face extérieure des nervures (9a, iota, fig 12 à 18) munies d'arêtes parallèles à l'axe du joint qui s'enfoncent par déformation du métal dans les surfaces interne de l'élément femelle et/ou externe de l'élément mâle qui étaient initialement sensiblement lisses mais qui sont ainsi déformées pour réaliser des rainures lors de la mise en place de l'organe de freinage. 5. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise plusieurs organes de freinage (A, B, C) régulièrement répartis sur la périphérie du joint. 6. Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les faces (15a) des nervures de l'organe de freinage (8) qui s'appuient sur les faces des rainures (5a, 6a) des éléments mâle ou femelle pour s'opposer à la rotation relative d'un élément par rapport à l'autre sont disposées en faisant par rapport au rayon un angle inférieur à l'angle que ce dernier fait avec l'autre face (15b) des nervures de l'organe de freinage. 7. Joint selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les inclinaisons des faces des nervures (9a, 10a) de l'organe de freinage sont alternativement disposées dans les deux directions. 8. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'organe de freinage est muni d'un talon (12) qui permet de l'extraire pour le démontage du joint. 9. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une substance de protection telle qu'une résine dans l'espace (7) laissé entre l'organe de freinage et les éléments mâle et femelle. 10. Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que organe de freinage est obtenu par découpage-emboutissage, emboutissage-matriçage, matriçage ou découpage d'une tôle en forme de peigne dont les dents sont ultérieurement déformées par torsion. 11. Procédé pour éviter la rotation de deux éléments tubulaires assemblés avec serrage à leur couple normal, caractérisé par le fait que l'on enfonce entre l'extrémité de l'élément femelle (2) et l'élément mâle (1) au moins un organe de freinage (8) qui par frottement ou par l'intermédiaire de nervures et de rainures s'oppose à la rotation relative des deux éléments tubulaires.