Brevet FR2647520A1 — publié le 19901130

La présente invention est relative à une garniture d'étanchéité,en élastomère à une seule dureté, pour joint de tuyaux à bout mâle et à emboîtement, présentant un corps de compression et un talon annulaire d'ancrage en saillie à la surface radiale externe de la garniture. La présente invention est encore relative à un emboîtement destiné à recevoir une garniture d'étanchéité et à un joint réalisé à partir de cette garniture et de cet emboîtement. Une telle garniture est destinée à être comprimée radialement entre la surface interne de l'emboîtement d'un des tuyaux à raccorder et la surface externe du bout mâle de l'autre tuyau à raccorder. Or, une garniture de ce type doit pouvoir assurer une étanchéité parfaite en fonction: - des tolérances dimensionnelles des tuyaux à raccorder, - de l'excentration d'un tuyau par rapport à l'autre, - de la pression du fluide circulant dans la canalisation. A ces conditions, qui supposent une taille de la garniture suffisamment grande, vient se joindre une condition opposée qui consiste en la limitation des efforts d'emmanchement du bout mâle dans l'emboîtement à des valeurs non dissuasives ce qui impose donc une limitation de la taille de ladite garniture. On connait, par le brevet FR 2 554 205, une garniture d'étanchéité du type décrit ci-avant dans laquelle le talon d'ancrage est prolongé, dans le sens radial interne à la surface interne de la garniture, par un pied annulaire de compression. Ainsi, la fonction d'ancrage de la garniture dans l'emboîtement est séparée de la fonction d'étanchéité, l'ancrage étant assuré par la combinaison du talon et du pied alors que l'étanchéité est assurée par le corps de compression que prolonge la structure d'ancrage vers le fond de l'emboîtement. Si une telle garniture permet ef:fectivement d'assurer l'étanchéité dans la gamme de pression et de tolérances dimensionnelles pour lesquelles elle a été construite, il apparaît malgré tout des problèmes dans certaines circonstances. En effet, il apparaît que, sur chantier, les tuyaux sont parfois posés, non seulement excentrés l'un par rapport à l'autre, mais de plus avec des déviations angulaires pouvant dépasser 10 . Par ailleurs, il apparaît que, d'un fabriquant de tuyaux centrifugés à un autre, si la valeur des tolérances dimensionnelles de fabrication sont les mêmes, elles ne sont pas définies par rapport aux mêmes diamètres moyens de l'emboîtement et du bout mâle. Ainsi, se pose le problème de réaliser une garniture d'étanchéité du type défini ci-dessus qui absorbe les tolérances dimensionnelles issues de la fabrication des tuyaux par centrifugation quelle que soit l'origine de ces tuyaux. La présente invention a donc pour but une garniture d'étanchéité qui résout ce problème. La présente invention a donc pour objet une garniture d'étanchéité en élastomère, destinée à être montée dans un emboîtement d'un tuyau, cette garniture d'étanchéité comportant une structure d'ancrage et un corps d'étanchéité fonctionnant par compression radiale, la structure d'ancrage étant constituée d'un talon d'ancrage, situé à une face radialement externe de la garniture d'étanchéité et formant une saillie radiale par rapport à celle-ci, et d'un pied annulaire de compression. Un autre objet de la présente invention est la réalisation d'un emboîtement destiné à recevoir la garniture selon l'invention. Un dernier objet de la présente invention est la réalisation d'un joint d'étanchéité muni de la garniture et de l'emboîtement selon l'invention. Les autres caractéristiques et avantages ressortiront à la suite de la description qui va suivre faite en référence aux dessins donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et parmi lesquels: - la Figure 1 représente une vue partielle en coupe axiale d'une garniture d'étanchéité selon l'invention, - la Figure 2 représente une vue partielle en coupe axiale d'un emboîtement d'un tuyau à raccorder destiné à recevoir la garniture d'étanchéité selon l'invention, - la Figure 3 représente un joint d'étanchéité muni de la garniture d'étanchéité et de l'emboîtement selon l'invention. Comme on le voit à la figure 1, une garniture d'étanchéité 1 d'axe X-X selon l'invention présente une structure d'ancrage 2 de longueur axiale L2 et un corps d'étanchéité 3 de longueur axiale L3 prolongeant la structure d'ancrage 2 selon l'axe X-X, une structure intermédiaire de liaison 4 de longueur axiale L4 reliant la structure d'ancrage 2 au corps d'étanchéité 3. Le longueur axiale L2 de la structure d'ancrage 2 représente de 25% à 35 % de la longueur axiale totale L1 de la garniture 1. Plus particulièrement, le volume de la structure d'ancrage 2 représente entre 30% et 40% du volume total de la garniture d'étanchéité 1. La garniture d'étanchéité 1 présente une surface radialement externe constituée d'un talon d'ancrage 5 de la structure d'ancrage 2, de surface externe cylindrique et de diamètre D1, relié à une surface tronconique 6 de la structure de liaison 4 par une face 7, plane, ou légèrement tronconique de conicité convergeant vers le corps d'étanchéité 3, de hauteur "c" et perpendiculaire à l'axe X-X de la garniture 1, et une surface courbe 8, ici de section en forme d'arc de cercle de rayon R. La surface tronconique 6 se prolonge, selon l'axe X-X, par une surface cylindrique 9 du corps d'étanchéité 3. Comme on le voit sur la Fig.1, i; surface 6 est à conicité ouverte vers le corps d'étanchéité 3, les surfaces 6, 7, 8 formant une surface concave, les surfaces 7 et 8 formaht une joue de hauteur H égale à (c+R) et donc de diamètre interne égal à (D1- 2*H). Comme on le voit toujours Fig 1, le diamètre D2 de la surface cylindrique 9 du corps d'étanchéité est inférieur ou égale à D1 et supérieur à (D1- 2*H). La garniture d'étanchéité 1 présente, à sa surface interne, un pied annulaire 10, en prolongement radial interne du talon d'ancrage 5, c'est à dire en vis-à-vis de celui-ci. Ce pied annulaire 10 est constitué par une surface interne cylindrique 11 de diamètre Dll et par une surface d'entrée 12 tronconique d'axe X-X reliée au talon d'ancrage 5 par une surface légèrement tronconique 13 d'axe X-X. Comme on le voit, la surface tronconique 12 est à conicité convergeant vers le corps d'étanchéité 3 et de demi-angle au sommet compris entre 40 et 48 , ce qui est avantageux comme on le verra plus loin. La surface tronconique 13 est à conicité ouverte vers le corps d'étanchéité 3 et de demi-angle au sommet supérieur à 80 . Le corps d'étanchéité 4 présente, à sa surface interne située à proximité du pied annulaire 10, une surface tronconique 14 de demi-angle au sommet d'environ , à conicité ouverte vers la structure d'ancrage 2, suivie d'une seconde surface interne 15 cylindrique d'axe X-X de diamètre interne D12 terminée par une surface tronconique 17 de demi-angle au sommet de 10 à 20 , à conicité ouverte vers la structure d'ancrage 2. Le diamètre interne D12 de la surface interne 15 est inférieure au diamètre Dll de la surface 11 du pied annulaire 10. La face transversale de l'extrémité du corps d'étanchéité 3 opposée à la face 13 de la structure d'ancrage 2 présente un lobe 16,en saillie axiale par rapport à cette face transversale et deux faces 25 et 26 constituant une partie de ladite face transversale de part et d'autre du lobe 16. La surface 26 forme avec la surface 17 une petite lèvre triangulaire 18, la surface 25, plane ou légèrement tronconique perpendiculaire à l'axe XX, se raccordant à la face cylindrique externe 9 du corps d'étanchéité 3 Une gorge annulaire 19, située entre le pied annulaire 10 et le corps d'étanchéité 3 à la surface interne de la garniture 1, relie la surface interne 11 du pied 10 à la surface interne tronconique 14 du corps d'étanchéité 3 et constitue la limite radiale interne de la structure de liaison 4. Comme on le voit Fig.1, l'arête constituée par la surface 11 du pied 10 et la gorge annulaire 19 est située au droit de la surface 7 limitant latéralement le talon d'ancrage 5. Ainsi, le rapport entre l'épaisseur e minimale de la garniture 1, au droit de la gorge 19 et de la surface courbe 8, et la hauteur H du talon d'ancrage 5 est compris entre 1,3 et 2,5. Il est en effet apparu, contrairement à ce qui est écrit dans le brevet FR 2 554 205, que, particulièrement dans les cas d'excentration maximale et de déviation angulaire entre les deux tuyaux à raccorder, il fallait maintenir une hauteur H du talon d'ancrage 5 suffisante. Il est apparu plus particulièrement que le rapport entre la hauteur H du talon d'ancrage 5 et l'épaisseur E du corps d'étanchéité devait être supérieur à 0,2 pour que l'effet d'ancrage assuré par le talon d'ancrage 5, en combinaison avec le pied annulaire 10, demeure suffisant. Préférentiellement le rapport H/E est compris entre 0,25 et 0,38. Par ailleurs, afin de respecter des taux de compression raisonnables de la garniture 1, qui évitent donc un vieillissement prématuré de l'élastomère constituant la garniture 1, tout en ass.rant une étanchéité effective dans la gamme des tolérances que la garniture doit absorber, il a été montré que si A représente l'épaisseur de la garniture d'étanchéité au droit du talon 5 et du pied 10, il fallait, d'une part, que le rapport A/E soit compris entre 0,80 et 1, préférentiellement entre 0,85 et 0,95, et, d'autre part, que le rapport (Dll - D12)/(2*E) soit supérieur à 0,18 préférentiellement entre 0,2 et 0,3. Comme on le voit Fig.2, une garniture d'étanchéité 1 du type décrit ciavant est destinée à venir être montée à l'intérieur d'un emboîtement 30 d'axe X-X d'un tuyau à raccorder. Cet emboîtement 30 présente à son extrémité d'entrée, après un collet 31, une gorge 32 coaxiale, constituée d'une face légèrement tronconique 33 poursuivie vers le fond de l'emboîtement 30 par une surface cylindrique 34 de diamètre D31 terminée, dans le sens radial interne, par une surface plane 35,. ou légèrement tronconique, perpendiculaire à l'axe X-X. Cette surface plane 35 se prolonge, vers le fond de l'emboîtement 30, par une courbe convexe 36 et par une surface tronconique 37 qui se raccorde finalement à une surface cylindrique 38 de diamètre D32 inférieur au diamètre D31 de la surface cylindrique 34 de la gorge 32 de l'emboîtement 30. Comme illustré Fig.2, la surface tronconique 37 est à conicité ouverte vers le fond de l'emboîtement 30. Ainsi, la surface interne de l'emboîtement 30 est d'un profil correspondant au profil externe de la garni- ture 1. La surface cylindrique 38 se termine, au fond de l'emboîtement 30, par une butée radiale 39 qui limite la longueur L de cette surface cylindrique 38. Comme illustré Fig.3, une garniture d'étanchéité 1 du type décrit ciavant est destinée à venir être montée dans un embo&tement 30 d'un tuyau T1 dans lequel le talon d'ancrage 5 vient se loger dans la gorge 32 dudit emboîtement, les surfaces 6,7,8,9 de la garniture 1 venant au contact des surfaces correspondantes 35,36,37,38 de l'emboîtement 30. Comme décrit dans le document FR 2 554 205, il est ensuite introduit, dans l'emboîtement 30, un bout mâle 40 d'un tuyau T2 qui provoque la compression du pied annulaire 10 ce qui repousse le talon d'ancrage 5 dans la gorge 32 de l'emboîtement 30. Ainsi, la stabilité de la garniture d'étanchéité 1 dans l'emboîtement 30 est assurée ce qui évite un entraînement de ce talon d'ancrage 5 lors de la poursuite de la pénétration du bout mâle 40 dans l'emboîtement 30 et donc un entraînement de la garniture d'étanchéité 1 vers le fond de l'emboîtement 30. Le profil particulier de l'emboîtement 30 est lié à la condition exposée ci-avant relative à la hauteur H du talon d'ancrage et au procédé de coulée par centrifugation. En effet, si il est maintenu un corps d'étanchéité 3 lié directement au talon d'ancrage 5 (comme c'est le cas dans le brevet FR 2 554 205), le diamètre externe du talon d'ancrage, compte tenu de sa hauteur H, devient tel que l'épaisseur de l'emboîtement 30 au droit de la gorge 32 devient insuffisant pour permettre une résistance mécanique réelle de cet emboîtement 30. Il convenait donc d'obtenir une hauteur H du talon 5 suffisante par rapport à l'épaisseur E du corps d'étanchéité 3 tout en n'entraînant pas une diminution correspondante de l'épaisseur de l'emboîtement 3 au droit de sa gorge 32. Ceci a été obtenu grâce à l'utilisation d'un talon d'ancrage 5 réalisé à l'aide d'un décrochement résultant des surfaces 6,7,8 de la garniture 1 (et des surfaces correspondantes 35,36,37 de l'emboîtement 30) sans lequel la valeur de la hauteur du talon 5 serait seulement égale à (D1-D2) /2, D1 étant le diamètre du talon d'ancrage 5 et D2 le diamètre de la surface cylindrique externe 9 du corps d'étanchéité 3. En outre, la valeur particulière du demi-angle au sommet de la surface tronconique 12 du pied 10 permet d'introduire un bout mâle d'un tuyau à raccorder dans un emboîtement d'un autre tuyau à raccorder avec des déviations angulaires d'un tuyau par rapport à l'autre supérieures à 10 ainsi que dans le cas o le bout mâle qui doit être introduit présente un chanfrein d'extrémité inexistant ou trop imparfait. De plus, la butée 39 limite l'entraînement de la garniture d'étanchéité 1 au fond de l'emboîtement 30. Par ailleurs, le volume relatif de la structure d'ancrage 2 par rapport au volume total de la garniture d'étanchéité 1 permet d'éviter une expulsion de la garniture en dehors de l'emboîtement lors de la circulation de fluides sous forte pression à l'intérieur de la canalisation. Enfin, la coopération de la surface tronconique 13 de la garniture d'étanchéité 1 avec la surface tronconique 33 de l'emboîtement 30 assure une parfaite pénétration du talon d'ancrage 5 dans la gorge 32. Ainsi, la garniture d'étanchéité et l'emboîtement selon l'invention permettent de réaliser un joint d'étanchéité absorbant la totalité des tolérances de fabrication des tuyaux centrifugés en permettant par ailleurs une introduction du bout mâle d'un tuyau dans l'emboîtement d'un autre tuyau présentant une déviation angulaire de plus de 10 tout en évitant l'expulsion de la garniture d'étanchéité hors de l'emboîtement et en conservant des efforts d'emmanchement non dissuasifs. REVENDICATIONS 1.- Garniture d'étanchéité (1) en élastomère d'axe X-X, destinée à être montée dans un emboîtement (30) d'un tuyau (T1), comportant une structure d'ancrage (2) d'épaisseur A et de diamètre interne Dll et un corps d'étanchéité (3) d'épaisseur E et de diamètre interne D12 fonctionnant par compression radiale, dans laquelle la structure d'ancrage (2) est constituée d'un talon d'ancrage (5), situé à une face radialement externe de la garniture d'étanchéité (1) formant une saillie radiale externe de hauteur H par rapport à celle-ci, et d'un pied annulaire (10) de compression caractérisée en ce que le rapport entre la hauteur H et l'épaisseur E est supérieur à 0,2. 2.- Garniture d'étanchéité (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le rapport A/E de l'épaisseur de la structure d'ancrage (2) par rapport à l'épaisseur du corps d'étanchéité (3) est compris entre 0,80 et 1, le rapport (D11-D12)/(2*E) étant supérieur à 0,18. 3.- Garniture d'étanchéité (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que la surface externe de la garniture d'étanchéité est constituée d'un talon d'ancrage (5) prolongé selon l'axe X-X par une surface concave (6,7,8) une structure de liaison (4), de diamètre interne inférieur au diamètre D1 du talon d'ancrage (5), elle même prolongée par une surface cylindrique externe (9), du corps d'étanchéité (3), de diamètre D2 supérieur au diamètre de la surface concave (6,7,8) et inférieur ou égal au diamètre D1 du talon d'ancrage (5). 4.- Garniture d'étanchéité (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le pied annulaire (10) présente une face d'entrée tronconique (12), de demi angle au sommet compris entre 40 et 48 , reliée au talon d'ancrage (5) par une surface (13). 5.- Garniture d'étanchéité (1) selon la revendication 4 caractérisée en ce que une surface (1_ reliant la surface tronconique (12) du pied annulaire (10) au talon 1 0 d'ancrage (5) est tronconique de demi angle au sommet supérieur à 80 . 6.- Emboîtement (30) destiné à recevoir une garniture d'étanchéité (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que cet emboîtement présente, après un collet d'entrée (31), une gorge (32) de diamètre D31 prolongée selon l'axe X-X par une structure convexe (36,37) se raccordant à une surface cylindrique (38) de diamètre D32 inférieur au diamètre D31 de la gorge (32). 7.- Joint d'étanchéité constitué par un emboîtement (30) d'un tuyau (T1) selon la revendication 6, une garniture d'étanchéité (1) selon l'une des revendications 1 à 5 et un bout mâle (40) d'un tuyau (T2) caractérisé en ce que la surface externe (5-6-7-8-9) de la garniture d'étanchéité (1) est d'un profil correspondant à la surface interne (32-36-37-38) de l'emboîtement (30).