Brevet FR2561748A1 — publié le 19850927

L'invention concerne les connecteurs de tuyaux, et en particulier de gros connecteurs d'un diamètre de l'ordre de 75 cm, du type à anneau d'enclenchement automa- tique. On rencontre souvent des difficultés à raccorder des sections de tubes les unes aux autres pendant la des- cente d'un tube d'une plate-forme flottante vers une tête de puits sousmarine. Des connecteurs du type automatique, tels que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Améri- que N 3 345 085, ont été utilisés. Ils permettent un certain défaut d'alignement lors du guidage d'un raccord dans l'autre et ils réalisent un raccord rapide, ce qui est important en raison du coit élevé de fonctionne- ment des installations de forage flottantes. Le brevet précité décrit également un procédé d'utilisation de vis dans un raccord femelle pour comprimer l'anneau de verrouillage et pour faciliter la séparation du raccord lorsque cela est nécessaire. Cependant, on a rencontré des difficultés dues aux limitations concernant l'angle du guidage autorisé par ce raccord, ainsi que certaines difficultés lorsque l'on tente de séparer le raccord. L'invention propose donc un connecteur presen- tant de meilleures caractéristiques de guidage-et de meil- leures caractéristiques de déconnexion, tout en conservant une haute résistance. L'invention concerne donc un connecteur mâle- femelle du type automatique présentant plusieurs diamètres cylindriques épaulés, ce qui facilite le guidage du connec- teur. L'intervalle entre les diamètres est minimal dans une zone intermédiaire. Un intervalle plus grand, de part et d'autre de cette zone intermédiaire, offre un plus grand angle de guidage. Cet intervalle étroit de la zone intermédiaire assume la fonction d'un centreur pendant le démontage. Il limite le déplacement de l'élément mâle dans l'élément femelle sous l'effet des vis de déconnexion. Par suite, ceci évite l'accrochage de l'anneau de verrouillage sur la surface adjacente de l'élément femelle. Le bord de la surface de charge de l'élément femelle est légèrement chanfreiné, ce qui facilite égale- ment la déconnexion en évitant l'accrochage de l'anneau. En outre, le bord de l'anneau fendu de verrouillage est chanfreiné sur une distance limitée à partir de la fente. Le connecteur peut donc être aisément guidé, et il peut également être déconnecté de façon aisée et fiable. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective éclatée du connecteur à éléments mâle et femelle; la figure 2 est une coupe longitudinale détail- lée d'une partie du raccord assemblé; la figure 3 est une coupe longitudinale détail- lée de l'élément mâle; la figure 4 est une vue en plan de l'anneau de verrouillage; et la figure 5 est une coupe transversale de l'anneau de verrouillage à proximité de la fente et elle montre un chanfrein spécial. La figure 1 illustre d'une façon générale le connecteur selon l'invention qui comporte un élément femelle 10 et un élément mâle 12. L'élément mâle porte un anneau fendu 14 de verrouillage et il comporte également un ergot 16 d'alignement. Le seul but de l'ergot d'aligne- ment est d'empêcher la rotation du connecteur après l'assem- blage. Plusieurs vis 18 sont disposées dans des trous taraudés ménagés dans l'élément femelle afin de comprimer l'anneau 14 lorsque l'on souhaite libérer le connecteur. Le connecteur décrit est destiné à un tube de 75 cm. Il est généralement utile dans la plage de 50 à 122 cm, les jeux ou intervalles diamétraux décrits étant les mêmes dans cette plage de dimensions. L'élément femelle 10 comporte un épaulement de charge destiné au levage du connecteur et du train de tiges qui lui est relié. Son extrémité extérieure pré- sente une ouverture évasée 22 faisant un angle de 20 avec la verticale. Il comporte, à proximité de l'extrémité extérieure, un premier tronçon cylindrique intérieur 24 descendant jusqu'à une gorge 26 pour anneau de verrouillage. Ce tronçon est suivi d'un tronçon cylindrique intermédiaire 28 de plus faible diamètre que le premier tronçon. Ce deuxième tronçon est lui-même suivi, vers l'extrémité intérieure, d'un tronçon conique 30 faisant un angle de avec la verticale, et d'un dernier tronçon cylindrique 32 s'étendant jusqu'à un épaulement intérieur 34 de pose tourné vers le haut. L'élément mâle 12 comporte au moins trois, et avantageusement cinq, tronçons cylindriques différents. Le premier tronçon, le tronçon intermédiaire et le dernier tronçon cylindrique sont essentiels, la présence des quatrième et cinquième tronçons étant avantageuse. Le premier tronçon 36, de diamètre maximal, est situé à l'ex- trémité intérieure et descend jusqu'à une gorge 38 pour anneau de verrouillage. Immédiatement au-dessous de cette gorge se trouve un quatrième tronçon cylindrique 40 de plus faible diamètre. Un c6ne 42 de 20 relie ce tronçon 40 à un tronçon intermédiaire cylindrique 44 de plus faible diamètre qui s'étend jusqu'à une gorge 46 pour joint torique. Imme- diatement au-dessous de cette gorge se trouve un cinquième tronçon cylindrique 48 qui est relié par un cône 50 de 10 à un dernier tronçon cylindrique 52 qui s'étend jusqu'au nez de l'élément mâle. La cote A est la différence, dans la dimension radiale, entre le diamètre de la surface 44, intérieurement à la gorge pour joint torique, et le diamètre de la surface 48 située à l'extérieur de la gorge pour joint torique. Cette différence est de 0,508 mm et, sur le diamètre, le jeu doit être compris entre 0,762 et 2,286 mm. Ceci 2 561748 conserve un jeu suffisamment étroit pour que le jeu torique travaille de façon satisfaisante, mais atténue tout risque d'accrochage du connecteur sur ce bord pendant l'opération de guidage. La différence entre la surface 48 et la surface 50, indiquée par la cote B, est de 7,62 mm et, sur le diamètre, elle doit être comprise entre 12,7 et 25,4 mm. Il existe également un épaulement conique entre la surface 40 et la surface 44, indiqué par la cote C qui est de 2,286 mm et qui, sur le diamètre, doit être comprise entre 3,81 et 6,35 mm. Ceci donne une forme plus conique à l'ensemble du connecteur, facilitant ainsi le guidage sous un certain angle tout en maintenant la surface de charge maximale contre l'anneau 14 de verrouillage. L'anneau 14 est un anneau fendu de verrouillage tendant à revenir vers l'extérieur afin d'avoir une tendance natu- relle à s'expanser jusqu'à la position-illustrée sur la figure 2. Pendant l'opération de guidage, il est poussé vers l'intérieur sur sa surface conique inférieure 52 qui forme un angle de 30 avec la verticale et qui porte contre la surface 22. Ceci comprime l'anneau à l'intérieur de la gorge 38 de l'élément mâle. Lorsque l'anneau atteint la hauteur de la gorge 26 de l'élément femelle, il s'expanse brusquement et automatiquement. Pour la déconnexion, on recomprime l'anneau pour le faire pénétrer dans la gorge en actionnant des vis 18 d'un diamètre de 19,05 mm. Ceci a pour effet de comprimer l'anneau fendu 14 à l'intérieur de la gorge 38 afin que l'élément mâle puisse être retiré. Pour faci- liter cette action, un chanfrein 54 formant un angle de 15 avec la verticale est formé sur la périphérie intérieure de l'élément femelle, à proximité immédiate de la surface de charge 56. Ce chanfrein doit être compris entre 1,016 et 2,032 mm afin de faciliter le glissement de l'anneau de verrouillage lors de la déconnexion, mais sans retirer une surface de charge excessive.- -L'épaisseur radiale D de l'anneau de verrouil- lage, qui est comprimé à l'intérieur de la gorge de cote E, est telle que le diamètre extérieur de l'anneau à l'état comprimé est inférieur au diamètre intérieur du tronçon 24 de l'élément femelle. Cependant, la profondeur de l'anneau D est supérieure à la dimension F qui est la profondeur de la gorge par rapport au deuxième diamètre 40. Par conséquent, lorsque les vis 18 de déconnexion compriment l'anneau au maximum, il est impossible pour cet anneau de s'accrocher sur la surface 40 pendant la déconnexion. La cote G représente la dimension de la fente de l'anneau 14 de verrouillage qui, dans son état comprimé, dépasse 19,05 mm, cette valeur étant le diamètre des vis de déconnexion. Par conséquent, il est impossible à une vis de déconnexion de pénétrer à l'intérieur de l'ouverture et de bloquer ainsi la compression de l'anneau fendu. Lorsqu'un anneau fendu est comprimé, le moment maximal de flexion apparaît à l'emplacement de l'anneau diagonalement opposé à la fente. Etant donné que le moment de flexion varie ensuite le long de l'anneau vers cet emplacement de la fente, il est probable que l'anneau, quand bien même il serait cxaprimé, ne forme pas un cercle complet, mais dépasse vers l'extérieur à proximité immédiate de la fente. Pour éviter que ce phénomène entraîne une gêne lors de la déconnexion, un chanfrein est formé sur le bord extérieur de l'anneau fendu, l'angle H de ce chanfrein étant de 15 et sa profondeur maximale J de 2,032 mm. Un chanfrein de profondeur maximale est utilisé à la coupe, le chanfrein diminuant, sur le pourtour de l'anneau, pour atteindre une valeur nulle à la cote K; le chanfrein forme donc un arc de 20 à 40 sur la circonfé- rence de l'anneau. Ceci représente la dimension maximale entre vis de déconnexion dans l'élément femelle. Pour empêcher la rotation des raccords après l'assemblage, un ergot 16 a été utilisé dans le passé pour coopérer avec une entaille de forme en V traversant l'extrémité de l'élément femelle. Cependant, étant donné qu'en flexion, l'extrémité de l'élément femelle est une pièce fortement chargée, la concentration des contraintes à l'entaille est nuisible. Une entaille de profondeur réduite a été utilisée, cette entaille ne traversant pas toute la surface de l'élément femelle; cependant, il est apparu très difficile d'aligner convenablement les éléments mâle et femelle, car cette entaille ne peut pas être aisément vue. Par conséquent, en plus de l'entaille partielle 62 de forme en V, un trou rond 64 est prévu à cet emplacement. Il permet de localiser aisément l'en- taille en V et il permet également un accès visuel pour 0 déterminer si le raccord a été complètement assemblé et donc verrouillé. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées au connecteur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Connecteur de tubesà éléments mâle et femelle, du type automatique, pour tubes de grand diamètre, caracté- risé en ce qu'il comporte un élément femelle (10) compre- nant un premier tronçon cylindrique intérieur (24) adjacent à l'extrémité extérieure, un tronçon intérieur cylindrique intermédiaire (28) de diamètre inférieur à celui du premier tronçon, situé dans une zone intermédiaire, et un dernier tronçon intérieur cylindrique (32) de diamètre encore plus faible, situé à l'extrémité intérieure, un épaulement intérieur (34) de pose situé à l'extrémité intérieure, l'élément femelle présentant une gorge circonférentielle intérieure (26) située à l'extérieur du tronçon de diamètre intermédiaire et destinée à recevoir un anneau (14) de verrouillage, le connecteur comportant également un élément mâle (12) conçu pour s'emboîter dans l'élément femelle et comportant un premier tronçon cylindrique extérieur (36) adjacent à l'extrémité intérieure, un tronçon extérieur cylindrique intermédiaire (44) de plus faible diamètre, situé dans un emplacement intermédiaire, un dernier tronçon extérieur cylindrique (52) de diamètre encore plus faible, adjacent à l'extrémité extérieure, une face extrême destinée à buter contre l'épaulement de l'élément femelle, une gorge circonférentielle extérieure (38) pour anneau de verrouillage étant ménagée dans l'élément mâle, entre le premier tronçon et le tronçon intermédiaire, un anneau fendu (14) de verrouillage, rappelé vers l'extérieur, étant dimensionné pour s'ajuster dans les gorges qui lui sont destinées, des moyens (18) étant destinés à contracter l'anneau de verrouillage pour permettre la déconnexion, un premier jeu, un jeu intermédiaire et un dernier jeu étant établis entre les tronçons cylindriques correspondants des éléments mâle et femelle lorsque ladite face extrême est en butée contre l'épaulement, et les diamètres étant dimensionnés de façon que le jeu intermédiaire soit infé- rieur à la fois au premier et au dernier jeux. 2. Connecteur de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de l'anneau 25617-48 de verrouillage à l'état comprimé est plus grand que le diamètre extérieur de l'élément mâle immédiatement à l'exté- rieur de la gorge pour anneau de verrouillage. 3. Connecteur de tubes selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément mâle comprend un qua- trième tronçon cylindrique extérieur (40) situé entre la gorge pour anneau de verrouillage et le tronçon intermé- diaire, ce quatrième tronçon ayant un diamètre compris entre le premier diamètre et le diamètre intermédiaire, mais plus grand que le diamètre extérieur de l'anneau de verrouillage à l'état comprimé. 4. Connecteur de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mâle présente une gorge circonférentielle extérieure (46) pour joint torique située entre le tronçon intermédiaire et le dernier tronçon, un joint torique étant logé dans cette gorge. 5. Connecteur de tubes selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément mâle comporte un cin- quième tronçon cylindrique extérieur (48) situé entre la gorge pour joint torique et le dernier tronçon, ce cinquième tronçon ayant un diamètre compris entre les diamètres du tronçon intermédiaire et du dernier tronçon. 6. Cnnecteur de tubes selon l'une des revendica- tions 1 et 3, caractérisé en ce que la gorge pour anneau de l'élément femelle comporte un épaulement (56) de charge tourné vers l'intérieur, la périphérie intérieure (54) de cet élément femelle, immédiatement à l'extérieur de la gorge, étant inclinée de 15 par rapport à l'axe de l'élément femelle jusqu'à une profondeur maximale comprise entre 1,016 et 2,032 mm. 7. Connecteur de tubes selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément mâle présente une gorge circonférentielle extérieure (46) pour joint torique située entre le tronçon intermédiaire et le dernier tronçon, un joint torique étant logé dans cette gorge, l'élément mâle comportant également un cinquième tronçon cylindrique extérieur (48) situé entre la gorge pour joint torique et le dernier tronçon, le diamètre de ce cinquième tronçon étant compris entre les diamètres du tronçon intermédiaire et du dernier tronçon. 8. Connecteur de tubes selon l'une quelconque des revendications 1, 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens destinés à contracter I'anneau de verrouillage comprennent plusieurs vis de déconnexion disposées sur la périphérie de l'élément femelle, la fente de l'anneau de verrouillage, lorsque ce dernier est à l'état compri- mé, étant plus grande que le diamètre des vis de décon- nexion. 9. Connecteur de tubes selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'anneau de verrouillage présente un chanfrein immédiatement adjacent à la fente, ce chanfrein ayant une profondeur maximale, à partir du bord extérieur, de 2,54 mm, et étant incliné d'environ 15 par rapport à la verticale le long du bord extérieur, ledit chanfrein se prolongeant à partir de la fente en diminuant de profon- deur, sur une distance circonférentielle égale de part et d'autre de la fente, jusqu'à la distance maximale com- prise entre les vis de déconnexion de l'élément femelle. 10. Connecteur de tubes selon l'une des revendi- cations 1 et 9, caractérisé en ce qu'il comporte un ergot radial (16) d'alignement situé sur le premier tronçon de l'élément mâle, l'élément femelle présentant une entaille (62) de forme en V partant de l'extrémité extérieure de cet élément femelle et ménagée uniquement dans sa surface intérieure afin de recevoir ledit ergot et de s'aligner sur celui-ci, ledit élément femelle présentant également un trou circulaire (64) qui traverse la partie restante de cet élément femelle, à l'emplacement de l'entaille en V. 11. Connecteur de tubes selon la revendication 3, caractérisé en ce que le quatrième diamètre de l'élément mâle est inférieur au premier diamètre de cet élément mâle, d'une valeur comprise entre 0,762 et 2,286 mm. 12. Connecteur de tubes selon la revendication , caractérisé en ce que la différence entre le diamètre internmédiaire et le cinquième diamètre est comprise entre 0,508 et 1,524 mm.