Brevet FR2566505A1 — publié le 19851227

Raccord vissé pour canalisations d'huile. La présente invention concerne un raccord vissé pour cana- lisations d'huile. Du fait que le raccord vissé pour canalisations d'huile est mis en service sous une haute pression, une charge élevée et autres conditions sévères analogues, de nombreuses études ont été faites sur différents types de structures de raccord. Les raccords vissés connus sont dits du type à étanchéité métal sur métal. Le point métal sur métal est réalisé par une partie d'étanchéité conique à la pointe extrême de la partie filetée mâle (partie périphérique externe lisse) et une partie d'étanchéité conique à la partie interne de l'élé- ment taraudé femelle (partie périphérique interne lisse) et réalisé par butée de la pointe extrême de l'élément fileté mâle contre la pointe extrême d'une portée de butée formée 2 2566505 sur le côté interne de l'élément taraudé femelle, ou ladite partie d'étanchéité de l'élément fileté mâle présente une forme convexe selon la direction axiale. Ce type de raccord ne présente paS toujours une étanchéité à l'air satisfaisante de sorte qu'il se produit des fissures par contrainte corrosive. Plus spécialement, en ce qui con- cerne la structure de ce raccord, afin d'améliorer la pro- priété d'étanchéité, un angle d'inclinaison déterminé est donné à la pointe extrême de l'élément fileté male et à celle de la portée de butée de manière à forcer l'élément mâle pour que la partie d'étanchéité de l'élément mâle soit sollicitée contre l'élément taraudé femelle. Mais du fait qu'une force très puissante est exercée sur la portée de butée, un moment de flexion ou un effet d'arête s'exercent autour de la racine de la portée de butée et cette partie est facilement affec- tée par une contrainte corrosive. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes que pose l'art antérieur. Un des buts de la présente invention est de fournir une struc- ture de raccord pour des canalisations d'huile qui ait une excellente propriété de résistance et d'étanchéité sans poser aucun problème tel que les fissures par contrainte corrosive et autres. Un autre but de l'invention est de fournir une structure de raccord pour canalisations d'huile qui ait une excellente propriété d'étanchéité sans présenter une conicité de la pointe d'extrémité de l'élément de raccord mâle et de la partie d'extrémité de la portée de butée formée dans la par- tie intérieure de l'élément de raccord femelle, ce par quoi la fatigue de corrosion provoquée par ledit angle d'incli- naison est facilement évitée. 3 2566505 Un but supplémentaire de l'invention est de fournir une structure de raccord pour canalisations d'huile qui conserve une propriété d'étanchéité de haut degré en dépit de vissages et dévissages répétés du raccord. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'invention a pour objet une structure de raccord dans laquelle la partie d'étanchéité principale est réalisée par une partie d'étanchéité (périphé- rie externe) qui est constituée par une surface convexe formée axialement à l'extrémité de la partie filetée mâle et une partie d'étanchéité (périphérie interne) qui est réalisée sous forme conique dans le côté interne de l'élément fileté femelle,une étanchéité étant réalisée par butée de la pointe extrême de la partie filetée mâle et de la partie-d'extré- mité de la portée de butée formée dans la partie interne de l'élément fileté femelle, les parties constitutives du raccord étant réalisées pour répondre aux conditions suivantes: i) le filetage présente une marge de retrait à la pres- sion Ad (= dl - d2) et un angle de flanc chargé (a) du file- tage ayant une valeur comprise entre 0 et 1,1 ; ii) la partie convexe (surface en arc) selon la direction axiale de la partie d'étanchéité de l'élément fileté mâle présente un rayon de courbure supérieur à 100 mm et l'angle de conicité (0) de la partie d'étanchéité de l'élément fileté femelle est compris entre 1,0 et 4,70, de préférence 1,0 à 2,0; iii) le diamètre externe D1 de la partie d'étanchéité de l'élément fileté mâle et le diamètre interne D2 de la partie d'étanchéité de l'élément de raccord femelle sont tels que D1 > D2 ce qui détermine une marge de retrait à la pression AD (= D1 - D2) pour la partie d'étanchéité, la marge de retrait à la pression de l'étanchéité AD étant telle que la pression P sur la partie d'étanchéité réponde à l'inégalité 4 2566505 (pression interne s'exerçant sur le raccord vissé) du joint AD et la marge de retrait a la compression du file- tage Ad est telle que AD.Ad. Ainsi la structure de la présente invention est formée avec une partie d'étanchéité principale présentant une marge de retrait a la compression de la surface d'étanchéité AD, la partie formant le filetage présentant une marge de retrait à la compression du filetage Ad et avec une partie d'étanchéité réalisée par butée de la pointe extrême de l'élément mâle contre la partie d'extrémité de la portée de butée. En raison de la - coopération entre l'angle de conicité O et la courbure convexe de la pointe de l'élé- ment mâle dans l'étanchéité principale, du réglage de la relation entre la marge de retrait a la compression de l'étanchéité AD et de la pression P sur la surface d'étan- chéité et du réglage de la relation entre la marge de retrait à la compression de l'étanchéité AD et la marge de retrait à la compression du filetage Ad, la partie d'étanchéité prin- cipale présente une propriété d'étanchéité de très haut degré qui est efficacement maintenue en dépit de vissages et dévissages répétés du raccord. De plus en raison du réglage de l'angle du flanc chargé du filetage, l'apparition d'une contrainte à la périphérie du raccord laquelle provoque une fissure par contrainte corro- sive,est très exactement évitée- En raison de la disparition de cette contrainte corrosive et du fait qu'une haute pro- priété d'étanchéité est assurée, il n'est pas nécessaire de réaliser un angle d'inclinaison à la pointe extrême du filetage mâle et à la partie d'extrémité de la portée de butée. En conséquence le problème en ce qui concerne la contrainte 2566505 corrosive est efficacement supprimé, celle-ci étant provoquée par l'usinage réalisant l'angle d'inclinaison. La structure de raccord conforme à l'invention peut être appliquée dans le cas o l'on utilise un élément de raccord en manchon ou lorsqu'on réalise une connexion directe entre conduites à huile. L'invention sera décrite plus en détail ci-après sous forme d'un exemple de réalisation avec référence à la figure unique du dessin ci-annexé qui est une vue en coupe axiale d'un raccord. La figure unique illustre un exemple de raccord conforme à l'invention réalisé au moyen d'un manchon raccord B (raccord manchonné). Le manchon raccord B comporte à ses deux extré- mités des taraudages 2 sur lesquels les corps des conduites A1, A2 (canalisations pétrolières) sont connectés par des filetages mâles 1 réalisés sur leurs parties d'extrémité. L'ensemble réalise un raccord. Dans chaque partie de raccord du manchon de raccord B, la partie filetée mâle 1 présente une surface lisse sans filetage à la pointe extrême de la périphérie externe qui est de forme convexe et une partie d'étanchéité 3 est formée sur un côté. La partie filetée femelle 2 comporte une partie.lisse sans filetage sur la périphérie interne laquelle présente une conicité et une partie d'étanchéité 4 est formée sur l'autre côté. Ces deux parties d'étanchéité 3 et 4 constituent la partie d'étanchéité principale S. D'autre part, la partie d'étanchéité 4 se termine par une portée de butée 5, sur une face d'extrémité SI de laquelle la partie filetée mâle vient prendre appui par sa partie d'extrémité. Dans la structure ci-dessus mentionnée, la présente invention porte sur la structure des filetages, sur la structure de la 6 2566505 partie d'étanchéité principale S et sur la relation mutuelle entre ces parties. Afin d'assurer une étanchéité sur les parties filetées également une relation est spéctfiée qui est: (diamètre primitif d1 du filetage male) > (diamètre primitif d2 du filetage femelle) de manière a prévoir une marge de contrac- tion Ad (= d1 - d2) du filetage et le filet comporte un angle de flasque en charge a compris entre 0 et 1,1 . Si l'angle du flasque en charge a était grand, une contrainte de serrage importante serait provoquée selon la direction périphérique lorsque la vis est serrée ou lorsque la charge de tension est mise en oeuvre et ceci provoquerait des fissures par contraint corrosive. Suite aux expériences des inventeurs il est apparu clairement que lorsque la tension est exercée axialement et si le coef- ficient de frottement dans la partie du filetage excède 0,02, une contrainte nuisible se développe à la périphérie. En conséquence l'angle du flanc en charge est limité à 1,1 com- me valeur supérieur et fixé dans la gamme comprise entre 0 et 1,1 afin que le coefficient de frottement ne soit pas supérieur à 0,02. Dans la partie d'étanchéité principale S, la relation "D1 > D2" est respectée en ce qui concerne le diamètre externe D1 (diamètre externe au centre de la partie d'étan- chéité) de l'étanchéité 3 de la surface convexe formée sur l'élément mAle et le diamètre interne D2 (diamètre interne au centre de la partie d'étanchéité) de l'étanchéité 4 de la partie conique formée dans l'élément taraudé femelle 3. De ce fait la partie filetée mâle est munie d'une partie de rétraction Ad de la partie d'étanchéité qui est formée de telle manière que la pression unitaire P sur la face d'étan- chéité satisfasse aux conditions 7 2566505 P (la pression s'exerçant à l'intérieur du raccord à vis). Du fait que leraccord pour les canalisations d'huile est soumis à des vissages et dévissages répétés,la qualité de l'étanchéité doit toujours être maintenue sans modification de la pression exercée sur la face d'étanchéité au cours de la répétition de ces manoeuvres de vissage- dévissage et en conséquence, la pression P sur la face d'étanchéité doit être inférieure à la limite élastique du corps de la canali- sation A et du manchon de raccordement B. La face d'étanchéi- té est réalisée par usinage et elle n'est pas parfaitement lisse à l'examen microscopique mais irrégulière. Pour main- tenir l'étanchéité à l'air, la pression P sur la face d'étan- chéité doit être plus élevée que la pression fluide s'exer- çant à l'intérieur du raccord. Dans l'invention la marge de retrait à la pression AD de la partie d'étanchéité est fixée pour assurer une telle pression sur la partie d'étanchéité pour satisfaire aux deux conditions ci-dessus. En ce qui concerne les structures des deux surfaces d'étan- chéité qui coopèrent-pour former la partie d'étanchéité prin- cipale S, la partie d'étanchéité 4 de l'élément taraudé femelle est formée avec un angle de conicité de 1,0 à 4,7 . La canalisation pétrolière est soumise non seulement à la pres- sion interne mais également à une tension puissante due au propre poids de la canalisation en elle-même. La tension croît parfois dans une mesure égale à la limite élastique du corps de la canalisation. Conformément aux études des inventeurs, il a été trouvé que lorsque la tension est exercée sur le corps de la canalisation, un allongement est engendré dans la partie d'étanchéité 4 de l'élément femelle et un défaut de position- nement est provoqué entre la position d'étanchéité 3 de l1élé- - ment fileté mâle et la position d'étanchéité 4 de l'élément 8 2566505 femelle,de sorte que la pression sur la surface d'étanchéité se trouve réduite. Afin de maintenir la pression P convenable sur les surfaces de contact, plus l'angle de conicité 8 de la partie d'étanchéité 4 de l'élément femelle est faible, plus l'étanchéité est efficace. Différentes expériences ont - confirmé que si l'angle de conicité est inférieur à 4, 7 , l'étanchéité est efficace et si il est inférieur à 2,0 l'étanchéité est encore plus efficace. Pour que cette partie assure une étanchéité il faut que l'angle de conicité O soit supérieur à une certaine valeur et la limite inférieure est 1,0 . Si la pression est mise en oeuvre à l'intérieur du raccord en donnant à l'angle de conicité 8 une valeur faible, la partie de joint de l'élément male est beaucoup plus serrée de sorte que la pression sur la face de contact de la partie d'étanchéité est accrue (effet d'auto-étanchéité) et l'étan- chéité à l'air est encore amélioréeo En ce qui concerne la partie d'étanchéité 3 de l'élément fileté mâle, la surface convexe est réalisée axialement avec un rayon de courbure supérieur à 100 mm. Si la marge de retrait à la compression de la surface d'étanchéité AD est déterminée, plus le rayon de courbure de la surface convexe qui assure l'étan- chéité est petit, plus la surface de contact du joint-est petite. Puisque la pression de la face de contact est accrue, l'étanchéité à l'air semble être relevée. Cependant les re- cherches des inventeurs ont mis en évidence que lorsque la pression est établie.à l'intérieur du raccord, la pression des faces en contact est brutalement accrue en raison de l'ef- fet d'auto-étanchéité de sorte que la partie d'étanchéité est facilement déformée. En conséquence, dans l'invention, le rayon de la courbure convexe de la partie d'étanchéité 3 est choisi plus grand que la longueur déterminée afin de main- tenir une aire de contact de l'étanchéité supérieure à celle déterminée. Dans les expériences des inventeurs, quand le rayon de courbure était supérieur à 100 mm, les résultats était presque satisfaisants et lorsque la canalisation avait 9 2566505 un diamètre externe entre 60,3 et 114,3 mm, la valeur optimale de R était de 150 à 250 mm. Sous ces circonstances et confor- mément à l'invention, la convexité de la partie d'étanchéité 3 présente un rayon de courbure convexe supérieur à 100 mm. En plus de chacune des limitations structurelles des filetages et partie d'étanchéité principale ci-dessus mentionnées, la présente invention règle la relation entre les étanchéités à former sur les parties male et femelle. A savoir en ce qui concerne la marge de retrait à la compression de l'étanchéité AD de la partie d'étanchéité, principale S et la marge de retrait à la compression Ad du filetage de la partie filetée, la relation entre les deux est AD _ Ad. Si la marge de retrait du filetage Ad était plus grande que la marge de retrait du joint AD, la pression P sur la face d'étanchéité serait réduite en dessous de la valeur fixée en raison de l'interférence de la partie filetée. Les raccords conventionnels n'ont jamais eu une construction dans laquelle on prenait en considération les parties d'étanchéité et les parties filetées: L'effet d'étanchéité n'est pas toujours satisfait dans la partie d'étanchéité principale et ce fait est considéré être dû à ladite interférence des parties filetées. La présente inven- tion s'intéresse aux éléments structurels qui conventionnelle- ment n'ont pas été pris en considération et a pour objet de les régler. La figure illustre un mode de réalisation dans lequel l'élé- ment femelle est un manchon raccord B. La structure ci-dessus mentionnée peut naturellement être appliquée à un raccord dans lequel les tubes sont reliés directement à leurs extrémités sans utiliser un élément de raccord. Dans le raccord vissé pour canalisations pétrolières conforme à l'invention, l'étanchéité à l'air est maintenue au moyen de la partie d'étanchéité principale S qui doit présenter la marge de retrait à la compression AD pour les parties d'étan- 2566505 c>u chéité 3, 4 ainsi qu'au moyen de la partie d'étanchéité qui est formée par la marge de retrait à la compression Ad du filetage et la partie d'étanchéité qui est formée par mise en butée entre la pointe d'extrémité de l'élément fileté mâle et la partie d'extrémité d..la butée d'appui. Une telle structure d'étanchéité à l'air fixe l'angle de conicité E de la partie d'étanchéité 4 de la partie taraudée femelle et le rayon de la courbure convexe de la partie d'étanchéité 3 de l'élément fileté male de même qu'il règle la marge de retrait à la compression AD en fonction de la pression P sur la face d'étanchéité de la pression interne qui règne dans la cana- lisation et de la limite élastique du matériau de construc- tion du raccord vissé. De plus du fait qu'elle règle la marge de retrait à la compression de la surface d'étanchéité AD et la marge de retrait à la compression du filetage Ad selon la relation AD Ä Ad, une propriété d'étanchéité élevée peut être assurée dans la partie d'étanchéité principale S et la structure peut être utilisée en dépit de la répétition des vissages et dévissages sans modifier la propriété d'étan- chéité. D'autre part, le raccord de l'invention règle l'angle du flanc en charge du filet de la partie filetée de manière à contrôler de façon appropriée l'apparition d'une contrainte dans la périphérie du raccord laquelle provoque une contrainte de corrosion. En plus de ce contrôle, il n'est pas nécessaire de préparer comme conventionnellement un.angle incliné à l'extrémité de l'élément male fileté 1 et à l'extrémité de la butée d'appui 5 pour assurer une haute propriété d'étan- chéité. Du fait que les angles de ces extrémités peuvent être égaux à 90 , la corrosion par contrainte peut être exactement évitée. Revendications 1. Un raccord vissé pour canalisations d'huile dans lequel la partie d'étanchéité principale est réalisée par une partie d'étanchéité qui est constitue par une surface convexe for- mée axialement à l'extrémité de la partie filetée mâle et une partie d'étanchéité qui est réalisée sous forme conique dans le côté interne de l'élément fileté femelle, une étanchéité étant réalisée par butée de la pointe extrême de la partie filetée mâle et de la partie d'extrémité de la portée de butée formée dans la partie interne de l'élément fileté femelle, caractérisé en ce que les parties constitutives du raccord sont réalisées pour répondre aux conditions suivantes: i) le filetage présente une marge de retrait à la pres- sion Ad et un angle de flanc chargé (a) du filetage ayant une valeur comprise entre 0 et 1,10; ii) la partie convexe selon la direction axiale de la par- tie d'étanchéité de l'élément fileté mâle présente un rayon de courbure supérieur à 100 mm et l'angle de conicité (0) de la partie d'étanchéité de l'élément fileté femelle est com- pris entre 1,0 et 4,7 ; iii) le diamètre externe D1 de la partie d'étanchéité de l'élément fileté mâle et le diamètre interne D2 de la partie d'étanchéité de l'élément de raccord femelle sont tels que D1 > D2, ce qui détermine une marge de retrait à la pression AD pour la partie d'étanchéité, la marge de retrait à la pres- sion de l'étanchéité AD étant telle que la pression P sur la partie d'étanchéité réponde à l'inégalité (pression interne s'exerçant sur le raccord vissé) du joint AD et la marge de retrait à la compression du file- tage Ad est telle que AD > Ad. 2. Un raccord vissé pour canalisations d'huile tel que reven- diqué dans la revendication 1, 12 2566505 caractérisé en ce que la partie filetée mâle (1) est réalisée à une extrémité d'une canalisation d'huile (A1) et la partie filetée femelle (2) est réalisée à une extrémité d'une autre canalisation d'huile. 3. Un raccord vissé pour canalisations d'huile tel que reven- diqué dans la revendication 1, caractérisé en ce que la partie filetée male (1) est réalisée à une extrémité d'une canalisation d'huile (A1 - A2) et la par- tie filetée femelle (2) est réalisée à une extrémité d'un élément de raccord (B) réalisé sous forme d'un manchon. 4. Un raccord vissé pour canalisations d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle de conicité (O) de la partie d'étanchéité de l'élément fileté femelle est compris entre 1,0 et 2,00. 5. Un raccord vissé pour canalisations d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la canalisation d'huile ayant un dia- mètre compris entre 60,3 et 114,3 mm, le rayon de courbure de la surface convexe selon la direction axiale de la partie d'étanchéité de l'élément fileté mâle est compris entre 150 et 250 mm.