Brevet FR2540966A1 — publié le 19840817

La présente invention est relative à un joint d'étanchéité verrouil-lé entre éléments tubulaires à extrémité mâle pénétrant dans un emboîtement muni intérieurement d'une garniture circulaire d'étan- chéité. Elle s'applique aux tuyaux et raccords en fonte de tous dia- mètres mais, plus particulièrement, de manière avantageuse aux tuyaux ou raccords de diamètres supérieurs a 600 mm Plus précisément encore, le dispositif de verrouillage de l'ir vention empêche tout deboltement des produits tubulaires assemblés soumis à des pressions internes élevées qui Ont pour effet d'engendrer des poussées axiales considérables au droit du joint pouvant entraîner un déboîtement du bout mâle hors de l'emboîtement Dans une récente demande de brevet déposée en France le 7 février 1983 sous n0 PV 83 02 007 est décrit un Joint d'étan- chiite verrouillé plus particulièrement adapté par son allégement aux tuyaux ou raccords tubulaires en fonte de grands diamètres, autorisant des déviations angulaires compatibles avec celles des garnitures élastiques d'étanchéité, et permettant des assemblages in sîtu sans outillage spécial. Ce joint d'étanchéité verrouillé utilise une contrebride à griffes d'accrochage formant pont# entre bout mâle d'un tuyau et emboî- tement d'un autre tuyau ou raccord, puis des moyens d'appui sur le bout mâle comprenant une protubérance annulaire sur le bout mâle (par exemple un cordon de soudure ou une bague soudée), une bague d'arrêt en matériau rigide mais fendue en travers de toute sa largeur prenant appui sur cette protubérance, et une bride folle de butée s'appuyant sur la bague d'arrêt fendue par une surface sphérique d'appui commune, et enfin, entre chaque griffe d'accrochage et la bride folle de butée, un moyen de calage réglable constitué par un boulon La présente invention pose le problème d'accroître l'allegement déjà obtenu par le joint de la demande de brevet précitée en ne verrouillant l'emboîtement et le bout mâle qu'en certains points du pourtour du joint par des organes de verrouillage et an remplaçant les boulons ou moyens de calage réglables par dés moyens de calage inde- réglables et rapidement mis en place Pour résoudre ce problème, l'invention a pour objet un Joint d'étanchéité verrouille pour tuyaux et raccords en fonte à bout mâle et à emboîtement, du type comportant sur le bout mâle d'un tuyau une protubérance annulaire, en butée sur cette protubérance, une bague d'arrêt en matériau rigide fendue sur toute sa largeur, ladite bague d'arrêt servant d'appui par une zone sphérique à une bride folle entourant avec jeu ledit bout mâle, et l'emboîtement de l'autre tuyau servant de logement à une garniture d'étanchéité élastique traversée par le bout mâle, et servant de moyen d'accrochage à au moins une pièce de verrouillage egalem2nt en prise sur la bride folie, ledit emboîtement comportant encore une protubérance périphérique échancrée par des cannelures en vue d'un montage de type balonnette d'une pièce de verrouillage sur ladite protubérance, ce joint étant caractérisé en ce que les pièces de verrouillage sont des griffes d'accrochage en forme d'étriers, répartis sur tout le pourtour circulaire de l'assem- blage, formant ponts entre ladite bride folle et ledit emboîtement, une couronne à cannelures étant interposée entre lesdits étriers et l'emboîtement, cependant que des clavettes coniques sont interposées entre lesdits étriers et la bride folle. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description suivante, faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple seulement et dans lesquels : - la Fig. 1 représente en coupe longitudinale, radiale, un joint selon l'invention avec contre-bride à rotules et étriers d'assemblage - la Fig 2 est une coupe transversale, suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1, d'un détail de la Fig. 1 9 - la Fig. 3 est une vue partielle de dessus d'un Joint assemblé avec un étrier selon la Fig. 1 ; - la Fig. 4 est une vue partielle en perspective d'un détail d'une couronne avec ses cannelures en superposition sur celles d'un emboîtement ;; - la Fig. 5 est une vue analogue à la Fig. 3 avec déviation angulaire d'un tuyau par rapport à l'autre. Suivant l'exemple d1exécutîon représenté aux Fig. 1 à 49 l'in vention concerne un joint d'étanchéité entre deux tuyaux ou raccords en fonte a bout mâle et à emboîtement T7 et T2 d'axes XX L'extrémité cylindrique mâle 1 du tuyau Tl pénètre à l'intérieur de la garniture élastique d'étanchéité 2 captive de l'emboîtement 3 du tuyau T20 L'extrémité mâle 1 est pourvue, selon un moyen connu, d'une protube rance circulaire 4, soit venue de fonderie, soit de préférence formée, par exemple, par un cordon de soudure (ou encore par une bague soudée) et sur l#aquelle vient prendre appui une bague circulaire d'ar rêt 5 en matériau rigide fendue radialement sur toute sa largeur afin d'être susceptible d'une certaine expansion diametrele lors-de son montage. Lorsqu'elle est en butée axiale sur la protubérance circulaire 4, la bague d'arrêt 5 offre une surface d'appui en zone sphe- rique 6 au contre-profil d'appui 7 d'une bride 8 folle. La bride 8 est dotée sur sa périphérie d'au moins trois saillies ou oreilles 9 comportant chacune sur la face opposée à la tranche d'extrémité du bout mâle 1 une empreinte de guidage et d'appui rectangulaire 10 pour une clavette 22. L'emboîtement 3 du tuyau T2 comporte une protubérance circulaire 11. Dans le cas ou la pièce T2 est un raccord à deux emboîte- ments, la protubérance 11 de chaque emboîtement est obligatoirement échancrée d'un certain nombre de cannelures t2 sur sa périphérie pour former un dispositif d'accrochage de type balonnette, à savoir que chaque cannelure 12 s'étend parallèlement à l'axe XX du tuyau T2 de la tranche d'emboîtement 13 à la base du versant d'appui 14. Sur les Fig. 1, 4 et 5, apparaissent les fonds 15 (grisés sur la Fig. 5) des cannelures 12 dont les génératrices sont parallèles à l'axe XX du tuyau T2.Sur un plan transversal à l'axe de révolution XX, chaque fond 15 de cannelure 12 a un profil en arc de cercle d'axe XX de rayon rl. C'est ce qui permet l'introduction d'une couronne 17 de diamètre intérieur inférieur à celui de la protubérançe 11 mais supe rieur à-celui du fût. Si la pièce tubulaire T2 est un tuyau pourvu d'un bout uni à son autre extrémité, cette échancrure n'est pas indispensable puisque la couronne 17 peut être inroduite par le bout uni. Pour la commodité de la description, on appellera éventuellement "tuyau T2" la pièce T2 même si c' est un raccord. En complément de l'emboîtement 3, on utilise une couronne 17 possédant, d'une part, intérieurement et autour de son axe XX de révolution, une surface de guidage cylindrique 26 de diamètre légèrement supérieur à celui de la protubérance circulaire ll de l'emboîtement 3, d'autre part, une multiplicité de saillies internes sous forme de segments ou secteurs d'appui 27 complémentaires ou conjugués des cannelures 12 de l'emboîtement 3, ceci afin de compléter l'assemblage pré- cite de type ba#onnette. Chaque segment ou secteur d'appui 27 est donc constitué par une protubérance circulaire interne de section et dimen- sions correspondant à celles des cannelures 12 de l'emboîtement 3, tant dans un plan radial ou méridien que dans un plan transversal à l'axe XX de la couronne 17.Selon un plan radial ou méridien, et au droit de chaque segment d'appui 27 les génératrices de la surface intérieure de la couronne 17 sont, sur une demi-longueur de couronne, parallèles à l'axe XX de révolution de cette dernière, puis s'inclinent vers l'intérieur pour former les segments d'appui 27 à portée oblique 28, chacune de ces dernières épousant le contre-profil du versant d'appui 14 et se redressant enfin pour former, à peu près parallèlement et à faible distance de l'évasement de l'emboîtement 3, un profil de dégagement 30. Le profil extérieur 29 de la couronne 17, qui est tronconique, comporte des génératrices convergeant vers l'axe de révolution du tuyau T1 et vers la tranche d'extrémité 13 de l'emboîtement 3. Sur un plan diamétral ou méridien, la couronne 17 est prolongée au droit de chaque segment d'appui 27 de préférence par des bossages à portée sphérique 31 dont le rayon r2 a pour pivot le centre o des esprelntes rectangulaires de guidage et d'appui 10. Pour réunir un tuyau T1 et un tuyau T2 ou un raccord tubulaire et pour verrouiller ce joint, on utilise, selon l'invention, un certain nombre d'étriers de serrage 32 répartis sur le pourtour de l'em- boitement 3 et de la bride 8. Chaque étrier 32 a une section transversale nervurée en forme de H (Fig. 3) ou de T (non représentée). L'une des extrémités de chaque étrier 32 est recourbée pour former une griffe d'accrochage à surface concave intérieure sphérique 33 correspondant au contre-profil d'un bossage 31 de la couronne 17, c'est-à- dire que la surface concave sphérique possède un rayon r2 ayant pour pivot o le centre de l'empreinte rectangulaire plane de guidage et d'appui 10. Le rayon r2 et son centre o pour les bossages 31 et surfaces 33 permettent l'adaptation des pièces T1-T2 à la déviation alpha imposée aux pièces (tuyau T1 et raccord T2) (Fig 5) de canali sation, quelle que soit la position de la clavette 22 sur la circon férence de la bride 8 (Fig. 3 et 4). L'autre -extrémité de chaque étrier 32 est recourbez pour forrioer, symétriquement avec la première,-une seconde griffe d'accrochage mais comportant cette fois une portée plane oblique d'appui 34 orientée vers l'empreinte rectangulaire plane 1G et dont le profil plan est conjugué du contre-profil 35 d'une clavette 22 en forme de coin. On insère de force la clavette 22 entre ladite portée oblique 34 et l'empreinte de guidage et d'appui 10 de la bride 8.Il n'est pas obligatoire d'utiliser autant d'étriers 32 et de clavettes 22 que de portées sphériques 31 et empreintes de guidage et d'appui 10 disponibles autour du joint, le nombre de ces premiers et leur répartition pouvant être définis en fonction des efforts à soutenir et des dévia- tions entre les axes de chaque élément de canalisation. Pour réunir un tuyau T1 avec un tuyau T2 et assurer un bon verrouillage du joint, on commence par équiper le bout mâle 1 du tuyau T1 de la manière suivante On engage la bride 8 coaxialement au tuyau Tl par la tranche 24 du bout mâle 1 la cuvette d'appui 10 de la bride 8 étant orientée vers l'extrémité opposée à la tranche 24.On déplace ensuite la bride 8 jusqu'au-del de la protubérance circulaire 4 puis on la met en appui sur la génératrice supérieure du tuyau 1. Toujours par la tranche d'extrémité 24, et tandis qu'on la maintient en extension diamétrale, on introduit la bague d'arrêt 5 jusquBau-del de la protubérance circulaire 4 et contre celle-ci après avoir orienté sa portée sphérique 6 vers la surface d'appui sphérique 7 de la bride 8. Puis, par la tranche 13 de l'emboîtement 3, on emboîte la couronne circu laire 17 sur la protubérance circulaire 11 en faisant glisser en translation les saillies ou secteurs d'appui 27 le long des cannelures 12, puis après franchissement des cannelures 12 et de la protu- béance 11, on fait pivoter la couronne 17 jusqu'à ce que chaque portée 28 d'une saillie 27 s'applique sur le versant d'appui 14 de l'emboîtement 3. On engage ensuite le bout mâle 1 dans la garniture élastique d'étanchéité 2 du tuyau T2 jusqu'au voisinage de la butée circulaire 25 du fond de l'emboîtemnt 3, OU en contact avec celle-ci, puis, avant d'utiliser les étriers 32 et clavettes 22, on réunit provisoirement par des serre-joints non représentés la bride 8 à la cou ronde 17. On pose ensuite un étrier 32 en le présentant avec sa plus grande dimension parallèle aux generatrices des tuyaux T1 et T2 et à leur axe XX, et en appliquant sa portée sphérique 33 sur le contre- profil d'un des bossages 31 de la couronne 17.Ensuite, on insère sans forcer, entre l'empreinte de guidage 10 d'une des oreilles 9 de la bride 8 et la portée oblique d'appui 34 de l'étrier 32, une clavette 22 en forme de coin, et ce, en faisant coincider le coté oblique de la clavette 22 avec le contre-profil de la portée oblique d'appui 34.Puis on pose en nombre utile et aux emplacements appropriés sur le pourtour du joint, c'est-à-dire de l'emboîtement 3 et de la bride 8, les autres étriers 32 de la même maniere que le premier et l'on coince sans excès les clavettes 22, par exemple à l'aide d'une massette Lors d'une déviation angulaire du joint d'un petit angle alpha (de l'ordre de 1,5 ) entre l'axe Xi alun tuyau T1 et celui d'un tuyau T2 (sur la Fig. 55 l'angle alpha est volontairement exagéré), lenfoncement des clavettes 22 sera d'autant plus important que l'on se rapprochera du coude intérieur formé à la jonction des deux éléments tubulaires T1 et T2 ozone concave du coude).Si ladite déviation angulaire est importante et telle que l'on ne puisse insérer la ou les clavettes 22 situées à l'extérieur du coude (zone convexe du coude), c'est-à-dire là ou les jeux à compenser entre plans 34 et empreintes 10 sont les plus réduits, on aura recours, dans ce cas, soit à des clavettes 22 de dimensions réduites, soit à des étriers 32 de plus grande longueur. C'est seulement après coincement non excessif des clavettes 22 que les serre-joints de maintien provisoire peuvent être retirés. Des points de soudure de sécurité peuvent être ensuite effectues entre étriers 32, bride 8 et clavettes 22, bloquant alors les pièces 32-8-22 dans leur position de montage. On évite ainsi un dêverrouillage intempestif, c'est-à-dire un dégagement des clavettes 22, par exemple par vibrations ou bien encore par relâchement de la pression de service entraînant une chute des efforts de déver- touillage. Au retour de la pression de service, les efforts de déverrouillage se rétablissent. Un tel joint verrouillé est modulable en ce sens que le nombre d'étriers 32 et de clavettes 22 varie suivant la distance entre le joint verrouillé considéré et le coude de canalisation qui supporte la poussée maximale lors de l'introduction du fluide transporté sous pression. Ce nombre décroît au fur et à mesure que les joints verrouillés sont plus éloignes dudit coude On allège donc d'autant plus les joints verrouillés que l'on s'éloigne davantage du coude A une certaine distance, le verrouillage devient inutile (inutilité de la bague 5, de la bride 8.et de la couronne 17) REVENDICATIONS 1. Joint d'étanchéité verrouillé pour tuyaux et raccords en fonte à bout mâle (1) et à emboîtement (3) du type comportant sur le bout mâle (1) d'un tuyau (T1) une protubérance annulaire (4) en butée sur cette protubérance, une bague d'arrêt (5) en matériau rigide fendue sur toute sa largeur, ladite bague d'arrêt (5) servant d'appui par une zone sphérique (6-) à une bride folle (8) entourant avec jeu le bout mâle (1), et l'emboîtement (33 de l'autre tuyau (T2) servant de logement à une garniture d'étanchéité élastique (2) traversée par le bout mâle (1) et servant de moyens d1accrochage à au moins une pièce de verrouillage (32) également en prise sur la bride folle (8), ledit emboîtement (3) comportant encore une protubérance périphérique (11) échancrée par des cannelures (12) en vue d'un montage de type ba#on- nette diune pièce de verrouillage (32) sur ladite protubérance (11), ce joint étant caractérisé en ce que les pièces de verrouillage (32) sont des griffes d'accrochage en forme d'étriers réparties sur tout le pourtour circulaire de l'assemblage, formant ponts entre la bride folle (8) et ledit emboîtement (3), une couronne (17) à cannelures (26) étant interposée entre lesdits étriers (32) et l'emboî- tement (3) cependant que des clavettes coniques (22) sont interposées entre lesdits étriers (32) et la bride folle (8). 2.- Joint d'étanchéité verrouille suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les étriers (32) ont une section en Ho 3.- Joint d'étanchéité verrouillé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'une des extrémités de chaque étrier (32) est recourbée pour former une griffe d'accrochage à surface concave inté- rieure sphérique (33) correspondant au contre-profil d'un bossage (31) de la couronne (17). 4.- Joint d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'autre extrémité de chaque étrier (32) est recourbée pour former, symétriquement avec la première, une seconde griffe d'accrochage à portée plane oblique d'appui (34) orientée vers la bride folle (8). 5.- - Joint d'étanchéité verrouillé suivant la revendication l caractérisé en ce que la bride folle (8) comporte un certain nombre d'oreilles ou saillies (9) sur sa périphérie, a empreinte rectan- gul-aire (10) de guidage et d'appui pour une clavette conique (22)9 en coopération avec ladite deuxième griffe d'accrochage d'un étrier (32). 6.- Joint d'étanchéité verrouillé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la deuxième griffe d'accrochage de l'étrier (32) a une portée plane oblique d'appui (34) orientée vers l'empreinte rectangulaire plane (10) de la bride folle (8), et dont le profil plan est conjugue du contre-profil (35) d'une clavette (22) en forme de coin. 7.- Joint d'étanchéité verrouillé suivant les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que la surface concave sphérique de la première griffe d'accrochage (33) et chaque bossage correspondant à portée sphérique (31) appartenant à la couronne (17) ont un rayon (r) dont le centre (0) est celui des empreintes rectangulaires (10) sur la bride folle (8). 8.- Joint d'étanchéité verrouillé suivant la revendicwtion 1 caractérisé en ce que la couronne (17) comporte intérieurement une multiplicité de saillies ou secteurs d'appui (27) complémentaires ou conjugués des cannelures (12) de l'emboatement (3) en vue d'un assez blage de type balonnette, chaque segment d'appui (27) étant prolongé par une portée (28) oblique épousant le contre-profil du versant d'appui (14). 9.- Joint d#étanchéité verrouillé suivant les revendications 1 et 8 caractérisé en ce que chaque segment d'appui (27) d'une couronne (17) présentant une portée oblique d'appui (28) sur le versant d'appui (14) de l'emboîtement (3) comporte encore un profil de déga- gement (30) à peu près parallèle et à faible distance de l'évasement de l'emboîtement (3).