Brevet FR2562198A1 — publié le 19851004

Système d'étanchéité perfectionné, convenant particulièrement pour les joints à rotule des instal- lations immergées à grande profondeur. La présente invention concerne un système d'é- tanchéité qui, du fait qu'il est complètement métallique, et est auto-activé par la pression interne, permet d'ob- tenir un joint d'étanchéité qui présente une durée de vie utile pratiquement illimitée et une fiabilité élevée, ce qui fait qu'on peut l'appliquer efficacement à des installations immergées à de grandes profondeurs. A ce sujet, ce système d'étanchéité trouve une application particulière dans les joints à rotule des manchettes utilisés pour réparer les pipelines immergés endommagés. Le cycle connu d'opérationsnécessairespour réparer un pipeline immergé endommagé consiste à séparer en la coupant la partie endommagée du pipeline, à em- mancher d'une façon étanche une manchette extérieure sur chacune des deux extrémités coupées du pipeline et à raccorder l'une à l'autre les extrémités maintenant intactes du pipeline au moyen d'une partie de tube in- termédiaire que l'on a préparée en surface et que l'on bloque entre lesdites manchettes d'une manière étanche. Pour compenser le défaut d'alignement angulaire inévitable entre les deux extrémités coupées, on munit les deux manchettes extérieures à leur partie terminale d'une surface sphérique qui constitue la partie mâle d'un joint à rotule et qui est accouplée à la surface sphérique correspondante, c'est-à-dire la partie femelle, disposée & chaque extrémité de la partie de tube inter- médiaire que l'cnprépare en surface. De cette manière, il est possible de tolérer des défauts d'alignement angulaires pouvant atteindre 12 , cette valeur étant le maximum admissible en ce sens que toute compensation supérieure empêcherait le passage indispensable de ce que l'on appelle "les cochonnets" à l'intérieur du pipeline, ces derniers étant des chariots qui sont équipés pour la radiographie des soudures et pour la vérification des caractéristiques mécaniques du pipe- line. Il est évident que pour empêcher le fluide qui s'écoule sous pression dans le pipeline de fuir entre lesdites parties male et femelle du joint à rotule, il est nécessaire d'établir un joint d'étanchéité efficace qui assure une étanchéité pendant une période de temps la plus longue possible compte- tenu du fait qu'il doit remplit sa fonction à des profondeurs importantes o il est extrêmement difficile et coûteux d'effectuer des opérations de remplacement. Le joint d'étanchéité doit également posséder l'élasticité intrinsèque nécessaire pour compenser tout "tassement" ou ajustement du système de blocage disposé entre les parties mâle et femelle. On connait déjà dans la technique divers systèmes permettant de former un tel joint d'étanchéité. Un des systèmes connus consiste a utiliser des bagues d'étanchéité classiques en élastomère, connues communément sous la dénomination de jointstoriques qui, bien que possédant une élasticité intrinsèque adéquate, ne présentent pas une durée de vie suffisante. Dans un autre système connu, on utilise une bague en métal tendre, tel que du fer doux, à la place d'une bague en élastomère mais, dans ce cas, bien que le système d'étanchéité présente une durée de vie adéquate, il ne possède pas l'élasticité intrinsèque nécessaire. Dans un autre système connu, on utilise une rondelle Belleville comme élément d'étanchéité. Dans ce cas, le système d'étanchéité est complètement métallique et possède, de ce fait, la fiabilité complète requise ainsi cu'une durée de vie illimitée et, de plus, pré- sente l'élasticité intrinsèque indispensable. Il sem- blerait donc constituer le système idéal mais, en fait, il présente l'inconvénient de former le joint étanche dans une zone pratiquement ponctuelle o les deux bords du ressort mordent dans les parties mâle et femelle du joint respectivement avec pour résultat que le ressort forme des empreintes superficielles dans lesdites parties en les endommageant et en empêchant le désassemblage et le réassemblage des parties mâle et femelle auxquels il est nécessaire d'avoir recours pour l'entretien ou le remplacement du ressort endommagé. De plus, l'action de "morsure" continue peut conduire à une perte de l'étan- chéité. Enfin, le système précité n'est pas auto-activé par la pression interne qui, en fait, ne contribue pas à l'étanchéité mais, par contre, a tendance à séparer le ressort de la zone de contact de la surface de la partie femelle. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités en fournissant un système d'étanchéité qui a une durée de vie utile pratiquement illimitée, présente une élasticité intrinsèque telle qu'il peut toujours compenser le faible degré de "tasse- ment" ou ajustement du système bloquant l'assemblage des parties femelle et mâle du joint, et est également auto- activé par la pression interne. On atteint ce résultat essentiellement en rai- son du fait qu'une bague d'étanchéité métallique, et de ce fait extrêmement fiable et d'une durée de vie utile illimitée, est refoulée par le truchement de ses deux surfaces circonférentielles contre la surface extérieure de la partie mâle et contre la surface intérieure de la partie femelle du joint sphérique par deux bagues de com- pression métallique cunéiformes, entre lesquelleselle est prise en sandwich et qui sont insérées dans des cavités correspondantes de ladite bague d'étanchéité. Les bagues précitées sont disposées dans une cavité circonférentielle formée dans la surface intérieure de ladite partie femelle et sont pressées axialement contre une bague d'arrêt de ladite partie femelle par une série de ressorts plats qui, lorsque l'on emmanche la partie femelle sur la partie mâle, subissent une déformation qui assure la charge préalable nécessaire pour activer le système d'étanchéité en assurant une pression de contact spéci- fique appropriée entre la bague d'étanchéité et les parties male et femelle du joint et pour assurer une étanchéité même dans le cas des faiblesdegrés de "tasse- ment'du système qui bloque ensemble les parties mâle et femelle. Un tel système complètement métallique et intrinsèquement élastique est aussi, bien entendu, auto- activé par la pression interne par le fait que l'action de cette dernière s'ajoute à la charge préalable exercée par lesdits ressorts et que, de ce fait, toute augmen- tation de la pression interne accroit la pression de contact spécifique entre la bague d'étanchéité et les parties mâle et femelle du joint. Ainsi, le système d'étanchéité qui est destiné assurer une étanchéité entre la partie mâle et la partie femelle d'un joint à rotule et qui comprend une bague d'étanchéité métallique insérée dans une cavité circonférentielle formée dans la surface intérieure de ladite partie femelle du joint est caractérisé, selon la présente invention, par le fait que ladite bague d'étanchéité métallique est prise en sandwich coaxialement entre deux bagues de compression métalliques cunéiformes qui sont insérées dans des cavités correspondantes ména- gées dans les surfaces avant desdites bagues d'étanchéité métalliques et qui sontpressées contre une bague d'arrêt métallique solidaire de ladite partie femelle du joint par une série de ressorts plats qui se trouvent charges préalablement par suite de la déformation qu'ils subissent pendant l'emmanchement de la partie femelle du joint sur la partie mâle. Pour augmenter l'effet d'étanchéité dû au refoulement des deux surfaces circonférentielles de la bague d'étanchéité métallique contre la surface exté- rieure de la partie mâle et contre la surface intérieure de la partie femelle du joint à rotule respectivement, on prévoit, selon une autre caractéristique de la pré- sente invention, sur lesdites surfaces circonférentielles de la bague d'étanchéité métallique une inflexion cen- trale qui augmente l'élasticité de la bague dans une direction radiale. On va décrire ci-après de façon détaillée la présente invention en se référant aux dessins annexés qui représentent un mode de réalisation préféré, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif. Il est de même clair que l'invention, qui est décrite de façon spécifique à propos de son application aux joints sphé- riques des manchettes utilisées pour préparer des pipe- lines immergés, peut aussi être appliquée à la formation d'un joint d'étanchéité entre des éléments qui ne sont pas nécessairement sphériques, mais par exemple coniques, pour d'autres applications quele domaine des installa- tions immergées, comme par exemple l'étanchéité des connecteurs de tête de puits, sans sortir du cadre de la présente invention. Sur les dessins: la figure 1 est une vue en perspective partiel- lement en coupe du système d'étanchéité de la présente invention appliqué aux joints à rotule disposés entre une partie de tube intermédiaire et une manchette fixée à un pipeline à réparer; et la figure 2 est une coupe partielle longitudi- nale de la structure de la figure 1. Sur les figures, la référence 1 désigne une extrémité coupée d'un pipeline immergé dont on a enlevé la partie endommagée et qui doit être raccQrdged'une façon rotative à l'autre extrémité coupée (non repré- sentée sur la figure) au moyen d'une partie de tube intermédiaire 2 préparée en surface. A cette fin, on a assemblé à ladite extrémité coupée 1, d'une manière étanche, une manchette extérieure 3 pourvue dans sa partie terminale d'une surface sphé- rique 4 constituant la partie male d'un joint à rotule dont la partie femelle 5 est fixée par une soudure cir- conférentielle 6 à l'extrémité de ladite partie de tube intermédiaire 2. L'étanchéité entre la partie mâle 4 et la partie femelle 5 du joint à rotule est assurée, selon l'inven- tion, par un système d'étanchéité qui est logé dans une cavité circonférentielle 7 ménagée dans la surface in- térieure 8 de la partie femelle 5 du joint. Ce système d'étanchéité est constitué par une bague d'étanchéité métallique 9 comportant une inflexion centrale 10 sur chacune de ses deux surfaces circon- férentielles et est prise en sandwich entre deux bagues de compression métalliques coaxiales 11 et 12 dont une saillie axiale cunéiforme est insérée dans des cavités correspondantes formées dans les surfaces avant de la bague d'étanchéité métallique 9. Le système coaxial comprenant les trois bagues métalliques 9, 11, 12 est ensuite pressé contre une bague d'arrêt métallique 13 solidaire de la partie femel- le 5 du joint sphérique par une série de ressorts plats 14 (deux ressorts sont représentés sur la figure). Les ressorts 14, qui sont séparés de la paroi de base de la cavité 7 par une bague d'espacement métal- ligue 15, subissent alors une déformation et se trouvent ainsi chargés préalablement lorsque l'on emmanche la partie femelle 5 du joint sur la partie male correspon- dante 4,puis la bloque par un système de blocage normal 16, 17 et 18 gui est bien connu et que l'on ne décrira donc pas en détail. D'autres joints d'étanchéité de sécurité 19 et sont également représentés sur les figures. REVENDICATIONS 1. Système d'étanchéité pour assurer une étan- chéité entre la partie mâle (4) et la partie femelle (5) d'un joint à rotule, ce système comprenant une bague d'étanchéité métallique (9) insérée dans une cavité circonférentielle (7) ménagée dans la surface intérieure de la partie femelle (5) du joint et étant caractérisé par le fait que ladite bague d'étanchéité métallique (9) est prise en sandwich coaxialement entre deux bagues de - compression métallique cunéiformes (11,12) qui sont insérées dans deux cavités correspondantes ménagées dans les surfaces avant de ladite bague d'étanchéité métallique (9) et qui sont pressées contre une bague d'arrêt métallique (13) solidaire de la partie femelle (5) du joint par une série de ressorts plats (14) qui se trouvent chargés préalablement par suite de la déformation qu'ils subissent pendant que l'on emmanche la partie femelle du joint sur la partie m!le corre- pondante. 2. Système d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une inflexion centrale (10) est formée sur les surfaces circonférentieiles de la bague d'étanchéité (9). 3. Système d'étanchéité selon les revendica- tions 1 ou 2, utilisé comme joint torique d'installa- tions immergées à de grandes profondeurs.