Brevet FR2548144A1 — publié le 19850104

La présente invention a pour objet un dispositif d'obturation auto-centrant, extensible et amovible, notamment en matière plastique, destiné au bouchage étanche des extrémités d'éléments tubulaires en tous matériaux, plus particulièrement de tubes métalliques calibrés. En vue du bouchage de protection des extrémités d'éléments tubulaires, l'état de la technique présente un nombre élevé de solutions adaptées, d'une part, aux diverses conditions de mise en oeuvre et, d'autre part, le plus souvent étroitement, à la conformation générale et dimensionnelle des éléments tubulaires consi dérés. s. S'agissant de tubes métalliques, en acier par exemple, on vise à protéger leur partie interne soit, dès production en usine, pour éviter toute atteinte aux surfaces destinées à recevoir ultérieurement un traitement particulier, anti-corrosion par exemple, soit, en vue du transport ou du séjour sur parc de stockage en milieu agressif et/ou polluant, par exemple, contre l'entrée de pluie, de neige, de sable ou autres agents d'agression des surfaces.Dans certains cas, on recherche, en outre, à protéger contre chocs et agressions climatiques les extrémités chanfreinées ou filetées d'éléments tubulaires. Encore que la présente invention propose un dispositif d'obturation convenant aux éléments tubulaires des domaines d'application les plus variés et en tous matériaux, on va, pour bien fixer les idées, traiter ci-après du cas des tubes métalliques calibrés tels qu'utilisés, entre autres, dans l'industrie du pétrole et du gaz. Ces tubes se présentent essentiellement en séries normalisées, offrant pour chaque diamètre extérieur nominal, une gamme d'épaisseurs de paroi se traduisant par un nombre correspondant de diamètres intérieurs. L'homme de l'art se trouve ainsi confronté, au départ, sur le plan technique, au problème des tolérances de fabrication et, sur le plan économique, au nombre élevé de dispositifs d'obturation nécessaires pour couvrir les séries de tubes à protéger. A ceci vient s'ajouter la nécessité de trouver un système d'identification et de codage par coloration, gravure, etc. en fonction des dimensions, qualités et destination des tubes. L'une des solutions connues propose, en vue de pallier les tolérances de fabrication et de réduire le nombre de modèles nécessaires au sein d'une gamme de tubes d'un diamètre extérieur donné, des bouchons de protection en matériau élastiquement déformable, cette caractéristique étant mise à profit pour la retenue du bouchon après enfoncement dans l'extrémité du tube et l'adaptation à partir d'une gamme de diamètres intérieurs. A cet effet, ces bouchons comportent un corps de conicité convenable et à l'extrémité de plus grand diamètre de celui-ci une extension en forme de disque lequel, à l'état introduit du bouchon, doit s'appliquer sur la face frontale du tube. Cette solution entratne divers inconvénients liés à la conformation même du dispositif. Il se peut, en effet, que la différence de diamètre à absorber se révèle trop importante et qu'un tronçon du corps conique demeure à l'extérieur du tube, le disque ne venant alors pas s'appliquer contre la face frontale. Dans des conditions climatiques extrêmes (pays chauds), la dilatation des tubes peut se traduire par un manque de blocage du bouchon qui peut être éjecté au moindre choc et, en tout cas,' ne plus assurer l'obturation étanche recherchée.Il est évident aussi que la mise en place de tels bouchons exige un enfoncement par force et qu'une extraction sans détérioration tant de la surface interne du tube que du bouchon demeure très problématique. Dans le cas spécial des forages pétroliers, les tubes présentent des extrémités filetées pour la protection desquelles il est connu d'utiliser des protecteurs en matériau élastique présentant, à la place du disque évoqué ci-dessus, une jupe destinée à coiffer la partie externe filetée du tube. Avec les dispositifs de l'espèce, on se trouve face au double problème des tolérances intérieures et extérieures et de plus, on est impérativement tenu à une mise en place individuelle avant empilage ou bottelage des tubes. Se trouve ainsi posé un dernier problème auquel l'homme de l'art s'efforce d'apporter une solution rationnelle. Avant mise en oeuvre, les tubes sont en effet stockés en piles de hauteur variable; or, la pratique courante révèle que, très souvent, la mise en place de dispositifs d'obturation n'est envisagée qu'en cas de prolongation imprévue du temps de stockage. Il ne reste alors que la seule solution du dispositif conique avec les inconvénients qui lui sont inhérents. La plupart des autres moyens efficaces connus, dont notamment ceux à jupe coiffant la partie externe du tube impliquent, pour leur mise en oeuvre, un dé stockage des tubes et leur manipulation unitaire manuelle ou mécanique (chariot élévateur, grue, pont roulant, etc.). Ces opérations sont toujours onéreuses et parfois difficiles, sinon impossibles, en raison du manque local de moyens appropriés. Le problème que vise à résoudre l'invention, face à cet état de la technique, est donc de mettre à la disposition de l'homme de l'art un dispositif d'obturation des extrémités d'éléments tubulaires, notamment de tubes métalliques calibrés, qui permette: - un bouchage étanche des tubes - une adaptation à tout ou partie d'une gamme de tels tubes à diamètre extérieur constant et diamètre intérieur variable; - une mise en place ou une dépose commodes, sans outillage particulier, même sur des tubes empilés pour stockage. De plus, comme la tête en forme de disque d'un dispositif adapté à une mise en place sur tubes empilés devra obligatoirement avoir un diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur du tube, il est primordial pour un bouchage étanche et une mise en place aisée que le dispositif soit auto-centrant à 1' introduc- tion. Pour la solution du problème ainsi posé l'invention propose un dispositif d'obturation auto-centrant, extensible et amovible, notamment en matière plastique, destiné au bouchage étanche des extrémités d'éléments tubulaires, notamment de tubes métalliques calibrés en séries de diamètre extérieur constant et de diamètre intérieur variable, caractérisé en ce que, composé de façon connue en soi par l'association d'un disque et d'un corps tubulaire coaxiaux et solidaires, adaptés, le premier, de diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur de l'élément tubulaire à obturer, à s'appliquer sur la face frontale de ce dernier et le second à pénétrer dans son intérieur, ledit corps tubulaire est muni, d'une part, au niveau de sa partie inférieure, opposée audit disque, et disposées équidistantes sur sa périphérie, d'une pluralité d'extensions radiales affectant la forme d'ailettes verticales de largeur appropriée, orientées sous un certain angle par rapport à la surface extérieure du corps tubulaire, ailettes flexibles dont l'arête libre est profilée pour une fonction de centrage et de guidage à l'introduction et, d'autre part, au-dessus desdites ailettes et sous ledit disque, d'au moins une extension parallèle à ce dernier en forme de lèvre d'étanchéité élastique annulaire de diamètre approprié dont la zone marginale est adaptée à se retrousser à l'introduction dans ledit élément tubulaire le long de sa surface intérieure, ladite lèvre présentant pour sa déformation élastique, au moins une fente radiale. Selon deux caractéristiques particulière- ment avantageuses, lesdites ailettes ont une orientation sensiblement tangentielle à la surface extérieure du corps tubulaire et le profil de leur arête libre présente successivement une partie haute, face au disque, sensiblement parallèle à l'axe du corps tubulaire et une partie basse, oblique en direction de cet axe. Cette solution apportée au problème posé ci-dessus fait ressortir immédiatement certains avantages essentiels: la combinaison d'ailettes élastiques radiales tangentielles présentant une partie basse oblique, ailettes de guidage et de centrage par flexion progressive au fur et à mesure de l'introduction, et d'au moins une lèvre élastique venant se retrousser le long de la face interne du tube, une fente radiale favorisant cette déformation, permet l'adaptation du dispositif d'obturation selon l'invention à une gamme étendue d'alésages pour un diamètre extérieur constant, le disque terminal venant s'appliquer dans tous les cas contre la face frontale du tube à obturer et une mise en place, voire une extraction, commode même sur des tubes stockés par empilage.Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif d'obturation selon 1' invention comporte deux lèvres d'étanchéité ou plus superposées dont chacune est munie d'au moins une fente radiale, ces fentes étant situées dans des plans axiaux systéma-tiquement décalés. Ainsi se trouve assurée,de façon économique, l'obturation étanche d'une gamme de tubes relativement étendue, notamment par un choix judicieux du matériau constitutif du dispositif, de l'angle entre deux ailettes successives, de l'angle d'obliquité de la base des ailettes qui conditionnent la progressivité de la flexion à l'introduction et le serrage du dispositif après mise en place. On reviendra sur ces divers points ci-dessous. D'autres caractéristiques encore et les avantages en découlant ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, de l'un des modes de réalisation de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective du dispositif d'obturation selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de la fig. 1 lors de sa mise en place dans l'orifice d'un tube à obturer; - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la fig. 4 faisant ressortir notamment la position des lèvres d'étanchéité dans un tube d'un certain diamètre intérieur; - la figure 4 est une vue par dessous de la fig. 3 dans le sens de la flèche F;; - la figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la fig. 6 faisant ressortir notamment la position des lèvres d'étanchéité dans un tube d'un diamètre intérieur inférieur à celui de la fig. 3; - et la figure 6 est une vue par dessous de la fig. 5 dans le sens de la flèche F. Ainsi qu'on l'a énoncé plus haut, le dispositif d'obturation selon l'invention comporte une pluralité d'ailettes et au moins une lèvre d'étanchéité. Dans un mode de réalisation représenté sur les dessins précités, il est prévu huit ailettes et deux lèvres d'étanchéité; il va de soi que ces données peuvent varier en fonction du problème à résoudre et que celles choisies pour ces dessins n'ont que valeur illustrative. La figure 1 met en évidence la conformation du dispositif d'obturation selon l'invention désigné dans son ensemble par 7; on distingue le disque 2, le corps tubulaire 3, les lèvres d'étanchéité 4 parallèles au disque 2, les ailettes 5 perpendiculaires à ce disque 2, les fentes 6 des lèvres 4. On note que l'arête terminale libre des ailettes, désignée par 7 dans son ensemble, présente une partie haute 8 sensiblement parallèle à l'axe du corps tubulaire 3 et en alignement au repos avec le bord des lèvres 4 et une partie basse oblique 9. Les lèvres 4 sont munies chacune de quatre fentes radiales 6 - ce nombre pouvant également varier selon les applications -, les fentes de la lèvre inférieure étant décalées, en l'occurrence de 450, par rapport à celles de la lèvre supérieure formant ainsi une chicane d'étanchéité. En se référant maintenant en outre aux figures 2 à 6, on va définir la fonction et la coopération de ces divers éléments lors de 1' insertion du dispositif d'obturation 1 dans un tube à boucher 14 (fig. 2), d'un diamètre intérieur donné. Le dispositif étant introduit axialement, les parties obliques 9 des ailettes 5 viennent en premier au contact de l'arête intérieure 15 du tube 14. Au fur et à mesure de la progression de l'insertion dans le tube 14, ces parties obliques 9 provoquent une flexion progressive des ailettes 5 par rapport à leur génératrice d'implantation sur la surface extérieure du corps tubulaire 3. Cette flexion se poursuit jusqu'à introduction des parties 8 des arêtes 7, le dispositif 1 se trouvant ainsi automatiquement centré dans le tube 14.Passé ce stade de guidage et de centrage, les extrémités 13 des lèvres 4 viennent à leur tour au contact de l'arête intérieure 15 du tube 14 et subissent une déformation élastique avec retroussement le long de la surface intérieure du tube 14, les fentes radiales 6 assurant la progressivité du retroussement et s'opposant à tout incident par coïnçage ou flambage. Dans une phase finale, le disque 2 vient s'appl-iquer par sa face inférieure contre la face frontale du tube 14 lequel se trouve alors obturé de façon étanche et protégé contre toute agression d'agents exterieurs. L'élasticité intrinsèque des divers éléments du dispositif assure en plus de l'étanchéité, la retenue de celui-ci dans le tube à protéger. La mise en place du dispositif d'obturation dans un tube peut s' effectuer soit à la main, soit à l'aide d'un maillet; un léger mouvement de rotation, dans un sens convenable, du dispositif autour de son axe peut faciliter son insertion. Les figures 3, 4 d'une part et 5, 6 de l'autre, montrent un même dispositif d'obturation 1 selon l'invention insérés dans deux tubes calibrés de même diamètre extérieur mais d'épaisseur de paroi "e" nettement différente. Dans les deux cas, l'obturation étanche du tube 14 est assurée, les ailettes 5 et les lèvres 4 subissant dans le cas du tube des figures 5 et 6, d'un diamètre intérieur plus faible, une déformation élastique plus accentuée que pour le tube des figures 3 et 4. Cette possibilité d'obturation étanche s'étend bien entendu de façon satisfaisante à toute une gamme de diamètres intérieurs et réduit considérablement l'importance du nombre de dispositifs d'obturation à prévoir en stock pour des séries normalisées de tubes métalliques calibrés. On notera également la présence sous le disque 2 et dans le corps tubulaire 3 d'une languette profilée 10 munie d'un trou 11 qui est destinée à recevoir des agents deshydratants sous forme, soit de sachets, soit de chapelets de pastilles. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 6, le disque 2 présente une cuvette centrale 17 au droit de la languette 10; cette cuvette peut, le cas échéant, recevoir les références d'identification sous toutes formes (gravure,-couleurs, etc.). Dans son ensemble, le dispositif d'obturation selon l'invention peut, d'une manière générale, être réalisé avec un faible poids et une nonsommation réduite de matière première; du fait de la progressivité de la déformation-élastique des lèvres 4 et des ailettes 5, le corps tubulaire 3 peut avoir une épaisseur réduite, de même que le disque 2 auquel le centrage automatique du dispositif évite tout danger de contrainte anormale lors de son application sur la face frontale du tube 14. Sur le plan de sa fabrication, on signalera que le dispositif d'obturation selon l'invention peut être réalisé d'une seule pièce ou par l'assemblage de plusieurs pièces, d'une seule couleur ou de deux couleurs ou plus. Outre la matière plastique, il peut être fabriqué sous forme composite par la combinaison de plusieurs matériaux dont, par exemple, le bois, le caoutchouc, le métal, etc. Toutes dispositions sont prises pour éviter transmission ou déclenchement de corrosion grâce à la neutralité des matières employées. Le dispositif d'obturation selon l'invention est aussi adapté aux conditions climatiques des destinations terminales et il est prévu de le protéger, dans certains cas, du vieillissement par l'intermédiaire d'un traitement anti-rayonnement ultra-violet. Les figures 3 et 4 mettent en évidence deux angles, l'un 4 entre deux ailettes successives, l'autre p définissant l'obliquité par rapport à l'axe du dispositif des parties 9 des arêtes 7; compte tenu des nombreuses variables intervenant quant à la matière constitutive du dispositif d'obturation et aux conditions de mise en oeuvre, on a établi que des valeurs convenables pour l'angle d étaient comprises entre 80 et 100 degrés et entre 20 et 30 degrés pour l'angle , sans qu'il s' agisse de limites rigides. La section transversale 16 des ailettes 5 de même d'ailleurs que celle des lèvres 4 peut être adapté aux caractéristiques de flexibilité recherchée. Au cas où le dispositif d'obturation comporte plus de deux lèvres d'étanchéité 4, celles-ci peuvent être ou non équidistantes. On déduira de tout ce qui précède que le dispositif d'obturation selon l'invention se prête à de multiples variantes d'application dont on précise qu'elles demeurent toutes comprises dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'obturation auto-centrant, extensible et amovible, notamment en matière plastique, destiné au bouchage étanche des extrémités d'éléments tubulaires, notamment de tubes métalliques calibrés en séries de diamètre extérieur constant et de diamètre intérieur variable, caractérisé en ce que, composé de façon connue en soi par l'association d'un disque et d'un corps tubulaire coaxiaux et solidaires, adaptés, le premier, de diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur de l'élément tubulaire à obturer, à s'appliquer sur la face frontale de ce dernier et le second à pénétrer dans son intérieur, ledit corps tubulaire est muni, d'une part, au niveau de sa partie inférieure, opposée audit disque, et disposées équidistantes sur sa périphérie, d'une pluralité d'extensions radiales affectant la forme d'ailettes verticales de largeur appropriée, orientées sous un certain angle par rapport à la surface extérieure du corps tubulaire, ailettes flexibles dont l'arête libre est profilée pour une fonction de centrage et de guidage à l'introduction et, d'autre part, au-dessus desdites ailettes et sous ledit disque, d'au moins une extension parallèle à ce dernier en forme de lèvre d'étanchéité élastique annulaire de diamètre approprié dont la zone marginale est adaptée à se retrousser à 1' introduction dans ledit élément tubulaire le long de sa surface intérieure, ladite lèvre présentant pour sa déformation élastique au moins une fente radiale. 2. Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites ailettes ont une orientation sensiblement tangentielle à la surface extérieure du corps tubulaire. 3. Dispositif d'obturation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le profil de 1' are- te libre desdites ailettes présente successivement une partie haute, face audit disque, sensiblement parallèle à l'axe du corps tubulaire et une partie basse, oblique en direction de cet axe. 4. Dispositif d'obturation selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que deux successives desdites ailettes font entre elles un angle compris entre 80 et 100 degrés. 5. Dispositif d'obturation selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, mesuré dans un plan axial, l'angle d'obliquité de la partie basse de ladite arête libre par rapport à la surface intérieure de I'élément tubulaire est compris entre 20 et 30 degrés. 6. Dispositif d'obturation selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux lèvres d'étanchéité ou plus superposées dont chacune est munie d'au moins une fente radiale, ces fentes étant situées dans des plans axiaux systématiquement décalés. 7. Dispositif d'obturation selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites lèvres d'étanchéité sont axialement équidistantes. 8. Dispositif d'obturation selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que sur la partie de sa surface inférieure comprise dans le corps tubulaire, ledit disque est muni d'une extension axiale conformée pour recevoir un moyen déshydratant.