Brevet FR2562630A1 — publié le 19851011

Joint métallique flexible La présente invention se rapporte à un joint métallique flexible du type comprenant au moins une âme métallique élastique creuse présentant une forme annu- laire et au moins une enveloppe dans laquelle est en- castrée l'âme métallique. Dans les joints métalliques de ce type, l'âme métallique élastique est constituée soit par un tube métallique, soit par un ressort hélicoïdal à spires jointives refermé sur lui-même. Dans ce dernier cas, la section du fil constituant le ressort peut être de forme variée et notamment ronde, rectangulaire ou en segment de cercle. Le tube ou le ressort hélicoidal, serré sur champ, confère au joint son élasticité. D'autre part, la ou les enveloppes entourant l'âme des joints existants de ce type sont constituées de matériaux plaqués ou en feuilles minces tels que le polytétrafluoréthylène, l'aluminium, l'argent, le cui- vre, le nickel, le tantale, l'acier inoxydable, le zir- conium, etc... Lorsque les joints de ce type comprennent plusieurs enveloppes, celles-ci ont chacune un rôle particulier. Ainsi, lorsque l'âme du joint est consti- tuée par un ressort à spires jointives, l'enveloppe in- terne a en général un rôle de répartition de charge au niveau de chaque sommet de spire de l'âme élastique. L'enveloppe externe est réalisée quant à elle en un métal ductile permettant, grâce à ses capacités de fluage dans les aspérités des surfaces en contact, de conférer au joint une parfaite étanchéité lorsqu'il est serré dans un assemblage. D'une manière générale, ce sont donc les propriétés plastiques des matériaux qui les constituent qui caractérisent les enveloppes du joint. On remarquera en outre que les joints métal- liques existants son;R très généralement de forme toril que, les enveloppes qui enserrent l'âme élastique ayant également la forme d'une surface torique dont le cercle générateur ne se referme pas sur lui-même. Il peut s'agir d'un tore de révolution si le joint est de forme circulaire. Toutefois, le joint peut aussi prendre toute autre forme et notamment une forme rectangulaire, ovale, carrée, en haricot, etc... Une illustration d'un joint métallique exis- tant dont l'âme élastique est constituée par un ressort hélicoidal à spires jointives est donnée par le brevet français 73 19488 du 29 mai 1973 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique. Dans la grande majorité des cas, ces joints sont utilisés dans des assemblages constitués de deux brides plates ou possédant une gorge de section rectan- gulaire destinée à recevoir le joint. Dans ces condi- tions, le comportement des joints métalliques existants est parfaitement satisfaisant. Il existe toutefois certaines applications notamment en pétrochimie, dans lesquelles des joints doivent être placés dans des gorges de section trapé- zoidale formées dans des brides en vis-à-vis. Dans ce cas, les joints doivent assurer à la fois l'étanchéité entre les brides et le centrage relatif entre ces bri- des. De plus, les conditions de fonctionnement sont gé- néralement très difficiles, notamment en ce qui concer- ne la température et la pression, qui sont très éle- vées. L'utilisation dans ces assemblages des joints métalliques flexibles existants à section circu- laire est aléatoire et non satisfaisante, en particu- lier en raison de la profondeur relativement importante des gorges par rapport à leur largeur. La présente invention a précisément pour objet un nouveau joint métallique flexible présentant les caractéristiques essentielles des joints-connus de - la technique antérieure et pouvant en outre être utili- sé avantageusement dans un assemblage comportant deux gorges de section trapézoidale en vis-à-vis. A cet effet, il est proposé conformément à l'invention un joint métallique flexible destiné à être logé dans deux gorges trapézoidales en vis-à-vis, com- prenant au moinsiune âme métallique élastique creuse présentant une forme annulaire et au moins une envelop- pe dans laquelle est encastrée l'âme métallique, carac- térisé en ce que l'âme métallique du joint présente au repos une section ovale dont l'un des axes de symétrie est situé dans le plan de symétrie du joint. Selon deux variantes de réalisation possi- bles de l'invention, l'axe de symétrie de l'ovale formé en section par l'âme métallique du joint et situé dans le plan de symétrie du joint peut être soit le petit axe, soit le grand axe de l'ovale. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le joint comprend de plus un jonc annulai- re plein disposé à l'intérieur de l'âme élastique et servant de limiteur d'écrasement et/ou de renfort mé- tallique. En plus des joints à une ligne d'étanchéité, l'invention couvre également les joints métalliques flexibles à deux lignes d'étanchéité dans lesquels l'une au moins des enveloppes se prolonge parallèlement au plan de symétrie du joint pour supporter une deuxiè- me âme élastique q.i peut être soit une âme métallique identique à la première, soit un joint non métallique par exemple en élastomère. On décrira maintenant, à titre d'exemples non limitatifs, différents modes de réalisation de l'inven- tion en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudi- nale représentant un assemblage comportant un joint mé- tallique flexible de section ovale conforme à l'inven- tion, logé dans deux gorges trapézoïdales en vis-à-vis, - les figures 2a et 2b sont des demi-vues en coupe diamétrale illustrant deux variantes d'un premier mode de réalisation de l'invention selon lequel les enveloppes du joint sont ouvertes selon le grand axe de l'ovale défini en section par le joint, - les figures 3a et 3b sont des vues compara- bles aux figures 2a et 2b illustrant deux variantes d'un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lesquelles les enveloppes du joint sont ouvertes selon le petit axe de l'ovale défini en section par le joint, - la figure 4 est une vue comparable aux fi- gures 2 et 3 illustrant un autre mode de réalisation de l'invention selon lequel un jonc annulaire plein est disposé à l'intérieur de l'âme élastique du joint, - la figure 5 est une vue comparable aux fi- gures 2 à 4 illustrant un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le joint comporte deux lignes d'étanchéité, et - la figure 6 est une vue en demi-coupe par- tielle d'un assemblage incorporant un joint selon l'in- vention dans lequel le grand axe de l'ovale formé en section par le joint est situé dans le plan de symétrie du joint. L'assemblage représenté sur la figure 1 com- prend deux conduites 10 aux extrémités desquelles sont soudées des brides 12 placées en vis-à-vis l'une de l'autre, de telle sorte que les passages 14 définis par chacune des conduites soient axialement alignés. L'as- semblage proprement dit est réalisé par exemple à l'ai- de de tirants 16 traversant des trous circonféren- tiellement répartis sur chacune des brides 12. Bien en- tendu, tout autre mode de fixation connu peut être uti- lisé à la place des tirants 16. -62630 Sur leurs faces 18 en vis-à-vis, chacune des brides 12 comporte une gorge 20, de section trapézoida- le, entourant le passage 14. Un joint métallique flexible 22, de section ovale conformément à l'invention, est placé dans les gorges 20 en vis-à-vis et serré entre les brides 12 par les tirants 16. L'un des axes de l'ovale défini en section par le joint 22 est situé dans le plan de symétrie du joint (perpendiculaire à l'axe commun des passages 14) et l'autre est perpendiculaire à ce plan. La forme ovale présentée en section par le joint 22, ainsi que les dimensions de cet ovale sont choisies en fonction de la forme et des dimensions des gorges trapézoidales 20, de telle sorte que l'étanchéi- té de l'assemblage soit réalisée au moins en quatre zones A, B, C et D du joint. Comme l'illustre la figure 1, ces zones sont situées dans les gorges 20, au voisi- nage immédiat des surfaces 18 des brides 12. A ce ni- veau, la tangente à la surface externe du joint a une orientation très voisine de celle des bords latéraux inclinés des gorges 20. On décrira maintenant plus en détail diffé- rents modes de réalisation possibles du joint 22, en se référant aux figures 2 à 6. De façon en soi classique pour un joint mé- tallique flexible de ce type, le joint 22 comprend une âme constituée par un ressort hélicoïdal métallique 24 à spires jointives refermé sur luimême, ce ressort étant encastré dans une première enveloppe 26, elle- même encastrée dans une seconde enveloppe 28, consti- tuant l'enveloppe externe du joint. Conformément à l'invention, la forme ovale présentée en section par le joint 22 est obtenue en donnant au ressort 2 constituant l'âme du joint une forme ovale. Les enveloppes 26 et 28 sont ensuite mises en place respectivement sur le ressort 24 et sur l'enve- loppe 26. Dans le mode de réalisation de la figure 2a, comme dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 2b, 3a, 3b, 4 et 5, le petit axe de l'ovale formé en section par le joint est situé dans le plan de symétrie radial dé celui-ci, alors que le grand axe de l'ovale est perpendiculaire à ce plan et, par consé- quent, parallèle à l'axe du joint lorsque celui-ci est de révolution. De façon classique pour des joints métalli- ques flexibles, les enveloppes 26 et 28 sont ouvertes en 27 et 29. De façon plus précise, sur les figures 2a et 2b, ces deux enveloppes sont ouvertes en 27 et 29 selon le grand axe de l'ovale défini en section par le joint. La variante de la figure 2a se distingue de celle de la figure 2b par le fait que sur la figure 2a, les enve- loppes 26 et 28 sont toutes deux ouvertes d'un même côté du joint, alors qu'elles sont ouvertes sur les deux côtés opposés dans le cas de la figure 2b. A l'inverse, les figures 3a et 3b illustrent deux variantes de réalisation du joint selon l'inven- tion dans lesquelles les enveloppes 26 et 28 sont ou- vertes en 27 et 29 selon le petit axe de l'ovale défini en section par le joint. De façon plus précise, la fi- gure 3a illustre le cas o les deux enveloppes sont ouvertes selon la périphérie externe du joint, alors que la figure 3b illustre le cas o les deux enveloppes sont ouvertes selon les périphéries interne et externe du joint, respectivement. La figure 4 montre un autre mode de réalisa- tion de l'invention, dans lequel le joint 22 comprend de plus, à l'intérieur du ressort hélicoidal à spires jointives 24, un jonc plein 30. Ce jonc 30, qui présen- te sur la figure 4 une section sensiblement rectangu- laire à arêtes biseautées, peut servir de limiteur d'écrasement du joint et/ou simplement de renfort mé- tallique pour celui-ci. Sur la figure 4, on a représenté le cas o un jonc 30 est placé dans un joint identique à celui de la figure 2b. Il ne s'agit bien entendu que d'un exemple de réalisation non limitatif. On conçoit en effet qu'un jonc plein pourrait aussi bien être disposé dans les joints représentés sur les figures 2a, 3a et 3b. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux joints à une ligne d'étanchéité et couvre également les joints à deux lignes d'étanchëéité. Ainsi, on a re- présenté à titre d'exemple sur la figure 5 un joint 122 comportant deux ressorts hélicoïdaux fermés à spires jointives 24a et 24b, de section ovale, présentant un plan de symétrie comaun contenant les petits axes des ovales définis en section par chacun des ressorts. Une entretoise 26a est placée entre les ressorts 24a et 24b selon ce plan de symétrie et constitue en même temps la première enveloppe de chacun des ressorts. Cette pre- mière enveloppe s'ouvre en 27b selon la périphérie in- terne du ressort interne 24b et en 27a selon la péri- phérie externe du ressort externe 24a. De plus, une deuxième enveloppe 28a et 28b est placée sur la partie de l'entretoise 26a enveloppant respectivement les res- sorts 24a et 24b. Ces enveloppes 28a et 28b s'ouvrent en vis-à-vis l'une de l'autre, c'est-à-dire en 29a selon la périphérie interne du ressort 24a pour l'enve- loppe 28a et en 29b selon la périphérie externe du res- sort 24b pour l'enveloppe 28b. Bien entendu, cette description du joint 122 qui vient d'être faite en se référant à la figure 5 n'est pas limitative et on comprendra que toute autre réalisation d'un joint à deux lignes d'étanchéité com- prenant au moins un joint métallique flexible de sec- tion ovale est couverte par l'invention. En particu- lier, les différents modes de réalisation des figures 2a à 4 peuvent être utilisés pour modifier le joint de la figure 5. De plus, il est à noter que l'une des deux lignes d'étanchéité du joint peut être réalisée à l'ai- de d'un joint non métallique et notamment d'un joint en un matériau élastomère. Bien entendu, le joint 122 à deux lignes d'étanchéité de la figure 5 est destiné à un assemblage entre deux brides comportant chacune deux gorges de section trapézoidale aptes à recevoir les deux parties du joint. Enfin, on a représenté à titre d'exemple sur la figure 6 un autre mode de réalisation possible du joint selon l'invention qui diffère des modes de réali- sation précédemment décrits par le fait que, dans ce -20 cas, c'est le grand axe de l'ovale présenté en section par le joint qui est contenu dans le plan de symétrie de celui-ci. Comme l'illustre la figure 6, un tel joint est particulièrement adapté au cas o les gorges trapé- zoidales 20 formées dans les brides 12 sont relative- ment évasées et de profondeur relativement faible. Ici encore, les quatre zones de contact A, B, C et D entre le joint et les gorges se trouvent situées à proximité des faces en regard 18 des brides et sont telles qu'à ce niveau les tangentes à la surface externe du joint présentent des directions très voisines de celles des bords latéraux des gorges trapézoidales. Tous les modes de réalisation décrits précé- demment en se référant aux figures 2 à 5 s'appliquent à ce mode de réalisation de la figure 6. En particulier, l'ouverture des enveloppes du joint peut se faire de l'une quelconque des manières décrites en se référant aux figures 2 et 3, un jonc plein peut être placé à l'intérieur du ressort hélicoïdal conformément au mode de réalisation de la figure 4, et un tel joint peut également permettre d'assurer deux lignes d'étanchéité comme on l'a décrit en se référant à la figure 5. Bien entendu, toutes les variantes connues des joints métalliques flexibles existants peuvent s'appliquer avantageusement aux joints métalliques flexibles selon l'invention. Ainsi, il importe peu que le joint comporte une ou plusieurs enveloppes entourant l'âme métallique élastique, celle-ci pouvant être par ailleurs réalisée d'une manière différente du ressort hélicoidal décrit, et notamment sous la forme d'un tube métallique. Dans le même esprit on comprendra que le joint selon l'invention peut présenter en vue de dessus une forme quelconque, c'est-à-dire qu'il peut être aus- si bien circulaire que de forme sensiblement carrée, rectangulaire ou autre, sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1. Joint métallique flexible (22) destiné à être logé dans deux gorges trapézoïdales (20) en vis-à- vis et comprenant au moins une âme métallique élastique creuse (24, 24a, 24b) présentant une forme annulaire, et au moins une enveloppe (26, 28) dans laquelle est encastrée l'âme métallique, caractérisé en ce que l'âme métallique du joint présente au repos une section ovale dont l'un des axes de symétrie est situé dans le plan de symétrie du joint. 2. Joint selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit axe de symétrie est le petit axe de l'ovale formé en section-par l'âme métallique du joint. 3. Joint selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit axe de symétrie est le grand axe de l'ovale formé en section par l'âme métallique du joint. 4. Joint selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un jonc annulaire plein (30) disposé à l'inté- rieur de l'âme élastique. 5. Joint selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que l'une au moins des enveloppes se prolonge parallèlement au plan de symé- trie du joint pour supporter une deuxième âme élasti- que (24b).