Brevet FR2526079A2 — publié le 19831104

FR 2526079 A2 19831104 FR 8307135 A 19830429 La présente invention constitue un perfectionne- ment apporté à celle qui fait l'objet de la demande de brevet 82 06403 déposée le 14 avril 1982 au nom de la Demanderesse. Cette invention principale visait à faciliter, même dans des conditions hostiles, l'assemblage de tubes à filetages coniques, par exemple dans le cas de plates- formes de forage en mer, et à réduire ainsi, voire suppri- mer,les risques de détérioration des filetages pour défaut d'alignement rigoureux des éléments à assembler. Cette invention principale a ainsi proposé un ensemble à raccord, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément de raccord qui comprend une première partie sensiblement cylindrique de guidage et une seconde partie sensiblement cylindrique de guidage espacée axiale- ment de la première partie et ayant un diamètre extérieur plus petit que celui de ladite première partie, un second élément de raccord destiné à recevoir le premier élément de raccord et présentant un premier logement sen- siblement cylindrique destiné à recevoir la première partie de guidage et un second logement sensiblement cylin- drique destiné à recevoir la seconde partie de guidage et espacé axialement du premier logement et d'un diamètre intérieur plus petit que celui dudit premier logement, le premier élément présentant une zone conique filetée extérieurement et située sensiblement axialement entre les première et seconde partie de guidage, le second élément présentant une zone conique filetée intérieure- ment et située sensiblement axialement entre les premier et second logements, cette zone filetée étant sensible- ment complémentaire de la première zone filetée afin de permettre à celleci d'être vissée dans cette seconde zone, les première et seconde parties de guidage pouvant pénétrer partiellement dans les premier et second loge- ments, respectivement, afin d'aligner les premier et second éléments sans entrée en prise des première et seconde zones filetées Il est à remarquer que, compte tenu du rôle joué par ces surfaces de guidage et ces logements, leur caractéristique sensiblement cylindrique peut recouvrir une grande variété de formes particulières. La présente invention vise à préciser ces formes de manière à améliorer encore la facilité et la fiabilité de l'alignement de tels éléments de connecteur avant engagement des filetages coniques; elle préconise que l'une au moins des parties sensiblement cylindriques de guidage du premier élément de raccord et le logement sensiblement cylindrique correspondant du second élément de raccord présentent des conicités de quelques degrés au plus (de l'ordre du degré, le plus souvent), infé- rieures généralement aux conicités des zones filetées. Parties de guidage et logements sont donc selon l'inven- tion très proches de formes rigoureusement cylindriques. Leur faible conicité facilite leur mise en oeuvre et réduit,voire supprime,les risques d'usure et donc de fuite, notamment en assurant, lorsqu'un joint d'étanchéité est prévu, une dilatation radiale lente et continue de ce dernier L'invention préconise en outre d'adopter pour les zones sensiblement cylindriques des formes, soit faiblement tronconiques, soit rigoureusement cylindriques. Dans le même but général de préservation des filetages, l'invention préconise en outre que les crêtes et racines de ces derniers présentent des angles différents par rapport à l'axe longitudinal grâce à quoi aucun blocage ne peut intervenir en leur niveau. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale par- tielle d'un ensemble de raccords selon l'invention, par- tiellement enclenchés; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais montrant les raccords mâle et femelle en position d'enclenchement complet; la figure 3 est une coupe longitudinale par- tielle d'un ensemble de raccords, partiellement enclenchés, selon une variante de l'invention; la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, mais montrant l'ensemble de raccords en position d'enclenchement complet, et la figure 5 est une coupe longitudinale par- tielle à grande échelle des filetages des raccords mâles et femelles en position d'enclenchement complet. Lorsqu'un élément mâle est emmanché dans un élément femelle, comme décrit dans le brevet principal, l'association de la partie supérieure de guidage et de la surface de l'espace supérieur et l'association de la surface inférieure de guidage et de la surface de l'espace inférieur provoquent l'alignement de l'élément mâle avec l'élément femelle afin que le plus grand défaut possible d'alignementaangulaire soit inférieur à celui permettant aux filets des éléments mâle et femelle d'être vissés. Si ces parties et surfaces sont strictement cylindriques, le jeu combiné entre l'association des surfacessupérieures et entre les surfaces inférieures ne peut dépasser une valeur déterminée par le diamètre des filets, le nombre de filets par unité de longueur et la distance verticale comprise entre les deux groupes de surface Cependant, pour faciliter l'emmanchement et la fiabilité lors d'une mise en oeuvre sur le terrain, il est souhaitable que des jeux aussi grands que possibles soient établis entre les surfaces supérieures et entre les surfaces inférieures tout en empêchant les filets d'être faussés Cependant, lorsque l'élément mâle est accouplé totalement avec l'élément femelle, le jeu entre la surface inférieure 36 de guidage et la surface correspondante 74 de l'espace doit être suffisamment faible pour qu'un joint fiable soit formé entre ces surfaces au moyen d'une garniture annulaire 78 d'étanchéité Etant donné qu'aucune étan- chéité n'est demandée entre la surface supérieure 26 de guidage et la paroi 86 de l'espace correspondant, il n'est pas nécessaire qu'un jeu particulièrement petit soit établi entre ces surfaces à l'état assemblé. L'invention est réalisée sous la forme d'un raccord mâle indiqué globalement en 10 sur les figures l et 2 et d'un raccord femelle indiqué globalement en 12 sur les figures 1 et 2 Sur la figure 1, le raccord mâle 10 est représenté en alignement avec le raccord femelle 12 dans lequel il est partiellement inséré, mais sans prise mutuelle des filets 30 et 81 portés par les raccords male et femelle, respectivement Sur la figure 2, l'accou- plement entre l'élément mâle 10 et l'élément femelle 12 est achevé, les filets 30 de l'élément mâle étant en prise de coincement avec les filets 80 de l'élément femelle et la surface inférieure de l'élément mâle butant contre l'épaulement interne 73 de l'élément femelle La structure des éléments mâle 10 et femelle 12 est à rapprocher de celle décrite et représentée dans le brevet principal, les éléments analogues portant les mêmes références numé- riques Ainsi, une surface cylindrique supérieure 26 de guidage, présentée par l'élément mâle 10, coopère avec une paroi cylindrique intérieure, ou logement, 86 de l'éld- ment femelle 12 dans l'alignement des éléments mâle et femelle pour éviter aux filets 30 et 81 de ces éléments d'être faussés Cependant, plutôt qu'une partie infé- rieure cylindrique de guidage, l'élément male 10 présente une surface inférieure tronconique 36 ' de guidage qui présente une conicité orientée vers le bas et radialement vers l'intérieur et-qui aboutit à un bord chanfreiné 38 ' De même, plut 8 t qu'une surface inférieure cylindrique plate, ou un logement, la partie femelle 12 présente une surface intérieure tronconique 74 ' qui présente également une conicité orientée vers le bas, radialement vers l'in- térieur, comme montré sur les figures 1 et 2 Les petits angles de conicité de surface 36 ' et 74 ' sont de préfé- rence égaux et peuvent être de l'ordre de quelques degrés, par exemple, par rapport aux axes de l'élément mâle 10 et de l'élément femelle 12, respectivement La surface conique 74 ' du logement est interrompue par une gorge annulaire 76 ' en queue d'aronde dans laquelle est monté un joint torique 78 qui réalise un contact étanche avec la surface conique 36 ' de guidage lorsque les éléments mâle 10 et femelle 12 sont complètement accouplés comme montré sur la figure 2. Pendant l'assemblage de l'élément mâle 10 avec l'élément femelle 12, la surface conique 36 ' de guidage coopère avec la surface conique 74 ' du logement pour assurer que les éléments mâle et femelle s'alignent suffi- samment pour que les filets ne soient pas faussés Néan- moins, comme montré sur la figure 1, il existe un jeu suffisant entre les surfaces 36 ' et 74 ', dans la disposi- tion de la figure 1, pour permettre un mouvement latéral suffisant entre l'élément mâle 10 et l'élément femelle 12 pour faciliter l'emmanchement de ces deux éléments, et pour éviter en outre un frottement prolongé du joint torique 78 autour et le long de la surface 36 ' de l'élé- ment mâle Cette usure relativement importante d'un joint torique doit être évitée si cela est possible, car elle peut constituer une cause de détérioration du joint et par conséquent, de fuites Il convient de noter, en regard de la figure 1, que le jeu latéral maximal entre la surface 36 ' de l'élément mâle et la surface 74 ' de l'élément femelle, les deux surfaces se chevauchant, apparait juste au moment o les surfaces commencent à se chevaucher, alors que l'élément mâle 10 est introduit longitudinalement dans l'élément femelle 12 Le jeu entre les surfaces 30 ' et 74 ' est minimisé, dans la confi- guration montrée sur la figure 2, dans laquelle les filets 30 et 81 sont mutuellement en prise et dans laquelle également l'extrémité inférieure de l'élément mâle 10 est coincée contre l'épaulement 73 de l'élément femelle 12. Dans cette configuration, le jeu entre la surface 36 ' de l'élément mâle et la surface 74 ' de l'élément femelle est réduit pour assurer l'assemblage étanche de ces deux surfaces au moyen du joint torique 78. L'angle de la conicité de la surface 36 ' de guidage de l'élément mâle et de la surface 74 ' du logement peut être modifié, mais il doit être maintenu à une valeur suffisamment faible, dans tous les cas, pour éviter aux filets d'être faussés Par conséquent, l'angle admissible des surfaces 36 ' et 74 ' par rapport à l'axe longitudinal commun des éléments male 10 et femelle 12 dans la configuration indiquée montrée sur la figure 2 par exemple, est plus petit dans le cas de filets de plus grand diamètre. Les figures 3 et 4 représentent une autre variante possible des surfaces de guidage et du logement du joint selon l'invention, figures sur lesquelles une partie d'un élément mâle est indiquée globalement en 10 ' et une par- tie d'un élément femelle est indiqué en 12 ' Sur la figure 3, les parties mâle 10 ' et femelle 12 ' sont ali- gnées mutuellement, mais leurs filets ne sont pas engagés; sur la figure 4, les parties mâle 10 ' et femelle 12 ' sont complètement assemblées, les filets 30 de l'élément mâle étant en prise et coincés avec les filets 81 de l'élé- ment femelle De même que précédemment, la structure des éléments 10 ' et 12 ' est à rapprocher de celle décrite et représentée dans le brevet principal, les éléments. analogues portant les mêmes signes de référence Cepen- dant, l'élément mâle 10 ' présente une surface supérieure 26 ' de guidage qui est tronconique et dont la conicité est orientée vers le bas et radialement vers l'intérieur comme indiqué sur les figures 3 et 4 De même, l'élément femelle 12 ' présente une paroi intérieure supérieure 86 ' de logement qui est tronconique et dont la conicité est orientée vers le bas et radialement vers l'intérieur, comme montré sur les figures 3 et 4 Les petits angles de conicité de la surface 26 ' de guidage de l'élément mâle de la paroi 86 ' du logement de l'élément femelle, mesurés par rapport aux axes longitudinaux des éléments male et femelle, respectivement, sont de préférence égaux et sont généralement de l'ordre de quelques degrés Une partie renflée 24 ' est séparée de la partie supérieure conique 26 ' de guidage par une surface oblique et bute contre un bord chanfreiné 88 ' de la surface 86 ' du loge- ment de l'élément femelle dans la configuration assemblée illustrée sur la figure 4. La combinaison de la surface tronconique 26 ' de guidage et de la surface 86 ' du logement procure des avantages similaires à ceux obtenus avec la surface infé- rieure tronconique 36 ' de guidage et la surface tronconi- que correspondante 74 ' du logement des figures 1 et 2, tout en servant en outre à assurer un alignement mutuel convenable entre les éléments mâle et femelle afin d'éviter aux filets d'être faussés Le fait de donner une certaine conicité à la surface supérieure 26 ' de guidage et à la surface correspondante 86 ' du logement, comme illustré sur les figures 3 et 4, par exemple, augmente le jeu latéral entre ces surfaces afin de faciliter l'emmanche- ment de l'élément mâle 10 ' dans l'élément femelle 12 '. Ce jeu latéral entre la surface 26 ' de guidage et la surface 86 ' du logement, surfaces qui se chevauchent, atteint une valeur maximale lorsque l'élément mâle 10 ' est positionné par rapport à l'élément femelle 12 ' pen- dant l'assemblage afin que les deux surfaces 26 ' et 86 ' commencent juste à se chevaucher Lorsque l'élément mâle 10 ' est davantage introduit dans l'élément femelle 12 ', le jeu latéral entre les surfaces 26 ' et 86 ' se réduit à un minimum, qui est atteint dans la configuration d'assemblage complet illustrée sur la figure 4 L'angle de conicité des surfaces 26 ' et 86 ' peut être augmenté pour accroltre le jeu latéral maximal entre ces surfaces dans une configuration initiale de chevauchement, afin de faciliter l'emmanchement Cependant, dans tous les cas, l'angle de la conicité doit être suffisamment faible pour empêcher les éléments mâle 10 ' et femelle 12 ' d'atteindre un défaut d'alignement mutuel suffisant pour permettre aux filets d'être faussés pendant l'assemblage. Des facteurs de même nature que ceux qui imposent la limite supérieure de l'angle de conicité des surfaces 36 ' et 74 ' des figures 1 et 2 déterminent les limites supérieures de l'angle de conicité de la surface supé- rieure 26 ' de guidage et de la surface correspondante 86 ' du logement Ainsi, par exemple, la limite supérieure de l'angle de conicité des surfaces 26 ' et 86 ' diminue lorsque les diamètres des filets 30 de l'élément male et des filets 81 de l'élément femelle augmentent. Un raccord à éléments mâle et femelle selon l'invention peut présenter la combinaison d'une surface supérieure de guidage et d'un logement présentant des surfaces cylindriques, et une surface inférieure de guidage et une surface correspondante de logement qui sont sen- siblement tronconiques, comme montré sur les figures 1 et 2 La présente invention peut également être réalisée de façon à présenter une surface supérieure de guidage et une surface correspondante de logement de forme tron- conique, comme montré sur les figures 3 et 4, en associa- tion avec une surface inférieure de guidage et une surface correspondante de logement de formes cylindriques De plus, un assemblage mâle et femelle selon l'invention peut présenter l'association d'une surface supérieure de guidage et d'un logement tronconiques, comme montré sur les figures 3 et 4, et une surface inférieure de gui- dage et une surface de logement qui sont également sensiblement tronconiques, comme montré sur les figures 1 et 2 Quoiqu'il en soit, compte tenu de leur faible conicité, ces zones restent sensiblement cylindriques. Des détails des filets du raccord peuvent être appréciés en référence à la figure 5 qui représente les filets 30 et 81 en prise Les filets 30 et 81, situés sur la partie filetée 28 de l'élément mâle 10 et sur la partie filetée 80 de l'élément femelle 12, ont générale- ment un pas correspondant à environ à 1,6 filet par centimètre, et une inclinaison globale de 0,25 cm/cm, le demi-angle central A étant d'environ 70 et 7,5 min par rapport aux axes longitudinaux respectifs de l'élé- ment mâle et de l'élément femelle, qui sont communs aux filets accouplés La face inférieure 90 de chaque filet 30 est inclinée vers le bas généralement d'un angle d'environ 450 par rapport à l'axe de l'élément mâle 10. La crête 91 des filets est parallèle à l'axe longitudinal de l'élément mâle 10 La face supérieure 92 du filet est inclinée vers le bas et vers l'intérieur, formant z 2526079 un angle aigu qui peut atteindre environ 850 avec l'axe de l'élément male afin que les surfaces 90 et 92 des filets coopèrent pour donner sensiblement la forme d'un coin Les racines 93 des filets présentent la conicité de 0,25 cm/cm du noyau fileté 28 Les filets 81 de l'élé- ment femelle sont sensiblement complémentaires des filets de l'élément mâle La face inférieure 94 de chaque filet 81 est inclinée vers le bas, généralement d'un angle pouvant atteindre environ 85 par rapport à l'axe longi- tudinal de l'élément femelle 12 La crête 95 du filet est parallèle à l'axe longitudinal de l'élément femelle. La face supérieure 96 du filet est inclinée vers le bas, généralement d'un angle d'environ 450 par rapport à l'axe de l'élément femelle, afin que les surfaces 94 et 96 des filets coopèrent pour donner essentiellement la forme d'un coin Les racines 97 des filets présentent la conicité de 0,25 cm/cm du noyau fileté 80 Les deux jeux de filets 30 et 81 engrènent en présentant des surfaces complémentaires inclinées vers l'arrière, indiquées en 92 dans le cas des filets de l'élément mile et en 94 dans le cas des filets de l'élément femelle Lorsque ces filets sont complètement engagés, les formes en coin, et en particulier le coincement des surfaces complémentaires 92 et 94 inclinées vers l'arrière, apportent une sécurité au vissage, non seulement dans la direction longitudinale du joint, mais également dans la direction de la largeur de ce joint Ceci empêche le joint de se détériorer sous l'effet d'un accroissement du diamètre de l'élément femelle par suite de la charge, ce phénomène étant connu sous le nom de "évasement". Les crêtes 91 et 95 des filets des éléments m Ale 10 et femelle 12, respectivement, sont complémentaires et parallèles aux axes longitudinaux de ces éléments. Par conséquent, tout contact par les crêtes entre les filets 30 et 81 pendant l'assemblage du joint ne gêne pas le mouvement longitudinal relatif entre l'élément mâle et l'élément femelle. Lorsque les éléments mâle et femelle sont complètement enclenchés, les surfaces 92 et 94 des filets sont coincées mutuellement sans contact entre les crêtes 91 des filets de l'élément mâle et les racines 97 des filets de l'élément femelle, sans contact entre les racines 93 des filets de l'élément male et les crêtes 95 des filets de l'élément femelle et sans contact entre la surface inférieure 90 des filets de l'élément mâle et la surface supérieure 96 des filets de l'élément femelle Ces surfaces ne sont pas en contact lorsque les filets 30 et 81 sont totalement coincés, car l'extrémité inférieure de l'élément male 10 bute contre l'épaulement 73 de l'élément femelle avant qu'un tel contact puisse être effectué Ainsi, les surfaces 92 et 94 de coincement, inclinées vers l'arrière, sont complètement chargées par les forces verrouillant l'élément mâle 10 et l'élément femelle 12 l'un à l'autre. Les crêtes des filets des éléments mâle et femelle étant parallèles aux axes longitudinaux de ces éléments, l'assemblage est facilité L'extrémité de l'élément mâle bute contre un épaulement de l'élément femelle pour achever l'assemblage sans que les filets des éléments mâle et femelle se ferment totalement laté- ralement Ainsi, le joint peut être complètement assemblé, les filets et l'épaulement étant en charge, sous l'appli- cation d'un couple relativement faible par rapport à celui demandé pour les joints dans lesquels les filets doivent être amenés totalement en prise, par exemple. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux raccords décrits et représen- tés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Ensemble à raccord selon la revendication 1 du Brevet Principal, du genre comportant un premier élément de raccord qui comprend une première partie sen- siblement cylindrique de guidage et une seconde partie sensiblement cylindrique de guidage espacée axialement de la première partie et ayant un diamètre extérieur plus petit que celui de ladite première partie, un second élément de raccord destiné à recevoir le premier élément de raccord et présentant un premier logement sensiblement cylindrique destiné à recevoir la première partie de guidage et un second logement sensiblement cylindrique destiné à recevoir la seconde partie de guidage et espacé axialement du premier logement et d'un diamètre intérieur plus petit que celui dudit premier logement, le premier élément présentant une zone conique filetée extérieurement et située sensiblement axialement entre les première et seconde parties de guidage, le second élément présentant une zone conique filetée intérieurement et située sensi- blement axialement entre les premier et second logements, cette zone filetée étant sensiblement complémentaire de la première zone filetée afin de permettre à celle-ci d'être vissée dans cette seconde zone, les première et seconde parties de guidage pouvant pénétrer partiellement dans les premier et second logements, respectivement, afin d'aligner les premier et second éléments sans entrée en prise des première et seconde zones filetées, caracté- risé en ce que l'une au moins des première et seconde parties de guidage sensiblement cylindriques ( 26 ', 36 ') ainsi que le logement sensiblement cylindrique correspon- dant ( 86 ', 74 ') présentent des conicités de quelques degrés au plus. 2 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde surface de guidage ( 26 ') et le logement associé ( 74 ') présentent des conicités de quelques degrés au plus. 3 Ensemble selon la revendication 1 ou la re- vendication 2, caractérisé en ce que l'autre surface de guidage et le logement associé présentent des conicités de l'ordre de quelques degrés-au plus. 4 Ensemble selon la revendication 1 ou la re- vendication 2, caractérisé en ce que l'autre surface de guidage ( 26, 36) et le logement associé ( 86, 74) sont strictement cylindriques. Ensemble selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en outre les zones coniques filetés ( 30, 81) comportent des filetages dont les crêtes ( 91, 95) sont parallèles à l'axe longitu- dinal dudit ensemble.