Brevet FR2685424A1 — publié le 19930625

Organes de couplage sous pression et leurs moyens d'étanchéité, et utilisation de ces organes dans un système de filtration de fluide haute pression La présente invention concerne des moyens d'étan- chéité pour des éléments devant supporter une pres- sion, et des moyens de raccordement de pression employant de tels moyens d'étanchéité L'invention concerne également une application des moyens de raccordement de pression à la filtration d'un fluide moyenne à haute pression dans un système de fil- trage. L'utilisation de joints toriques en matériau élas- tomère comme moyens d'étanchéité de fluide entre deux composants accouplés est bien connue de la technique Le joint torique est normalement placé dans une gorge ou canal prévue sur l'élément central des deux éléments à réunir En raison des tolérances d'usinage, il existe un léger jeu entre les organes à accoupler Sous l'effet de la pression, le joint torique se déforme, quitte partiellement la gorge de joint et entre dans le jeu ou intervalle d'extru- sion Cet effet, appelé "extrusion" peut conduire à une défaillance du joint torique, par exemple sous forme d'un écaillage ou d'un grignotage de la sur- face du joint torique. L'un des procédés servant à éviter une telle défaillance consiste à prévoir un joint supplémen- taire de renfort de plus grande dureté, qui empêche le joint torique d'entrer dans l'intervalle d'extru- sion. Il existe un besoin, toujours présent, de dévelop- pement de nouvelles configurations d'étanchéifica- tion, en particulier pour les systèmes à fluide moyenne à haute pression, qui réduise notablement les effets du problème de la défaillance des joints toriques Un des buts de la présente invention est de proposer des moyens d'étanchéité permettant de pratiquement éliminer l'intervalle de jeu en aval du joint torique Un autre but de la présente inven- tion est de proposer des moyens de raccordement de pression utilisant ces moyens d'étanchéité et néces- sitant un nombre minimal d'éléments de raccordement. Un autre but de l'invention est de proposer un sys- tème de filtration de fluide haute pression faisant usage des moyens de raccordement de pression. Conformément à la présente invention, il est pro- posé des moyens d'étanchéité pour des organes d'accouplement devant supporter une pression, com- prenant une première et une seconde surface conique formées, respectivement, sur un premier et sur un second organe de couplage et s'étendant autour d'un axe central de ces derniers Les angles de cône des surfaces, mesurés par rapport à l'axe central, sont tels que l'angle de la seconde surface soit légère- ment supérieur, de préférence supérieur de 1 à 100, très préférentiellement d'environ 50, à l'angle de la première surface. En prévoyant pour les surfaces des angles légère- ment différents, la surface de contact des deux organes d'accouplement se situe dans une région annulaire autour de l'axe central Avec cette confi- guration, il ne se forme aucun intervalle entre les deux éléments de couplage, qui sont en contact maté- riel direct. Les moyens d'étanchéité comprennent également de préférence un joint torique venant en contact avec les deux organes d'accouplement, la surface de con- tact étant alors décalée en amont du côté haute pression de la région de contact annulaire des sur- faces coniques. Il est également proposé, selon l'invention, des moyens de raccordement de pression o le premier et le second organe de couplage comprennent, chacun, des volumes intérieurs permettant de définir un pas- sage de fluide Le premier organe de couplage pos- sède une partie extérieure filetée qui vient, à l'état raccordé, coopérer avec une partie intérieure taraudée du second organe de couplage Les parties filetée et taraudée sont de préférence disposées sur les organes de couplage avec un décalage axial par rapport à la première et à la seconde surface coni- que, de manière à solliciter les surfaces coniques en contact pour obtenir un contact matériel étroit. Les moyens de raccordement présentent l'avantage de ne comprendre que deux pièces réunies par un raccord vissé De préférence, les parties filetée et tarau- dée sont situées du côté sec du joint, ce qui réduit le risque de contamination éventuelle lors de l'assemblage ou du démontage du raccord. Un autre avantage des moyens d'étanchéité et des moyens de raccordement de la présente invention tient au fait que, du fait de l'étanchéité par con- tact des surfaces coniques, les tolérances d'usinage des deux organes de couplage peuvent être moins rigoureuses Ceci permet de réduire le coût de fabrication des éléments de couplage. D'autres buts et avantages de la présente inven- tion apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation, faite en référence aux dessins annexés. La figure 1 montre une forme de réalisation des moyens d'étanchéité de la présente invention. La figure 2 montre une forme de réalisation des moyens de raccordement de pression de la présente invention, lorsque l'un des organes de couplage est une cloche de filtrage. Si l'on se réfère à la figure 1, on y a illustré une forme de réalisation des moyens d'étanchéité 1, configurés de manière à former un joint entre les organes de couplage 10 et 11 devant supporter la pression La figure 1 montre un mode de réalisation dans lequel une partie du premier organe de couplage 10, qui présente un axe central 20, est disposée coaxialement dans une partie du second organe de couplage 11 Le premier organe de couplage 10 pos- sède une surface conique ou tronconique 6, qui s'étend autour de l'axe central 20. Une seconde surface conique ou tronconique 9 est disposée sur le second organe de couplage 11 et se trouve en contact partiel avec la première surface 6 Comme on peut le voir sur la figure 1, l'angle de cône de la seconde surface conique 9, par rapport à l'axe 20, est supérieur à l'angle correspondant de la première surface conique 6. Les surfaces 6 et 9 viennent en contact l'une avec l'autre dans une région 13 qui s'étend selon une configuration annulaire autour de l'axe central 20. L'étendue radiale de la région de contact 20 sera inférieure à l'étendue radiale de l'une ou l'autre des deux surfaces coniques La distance radiale de contact sur les surfaces dépendra également de la différence des angles de cône des deux surfaces En d'autres termes, plus faible sera la différence, plus importante sera la dimension radiale de la région de contact annulaire. L'angle de cône de la première surface conique est, par rapport à l'axe 20, de préférence comprise entre 30 et 450, très préférentiellement entre 150 et L'angle de cône de la seconde surface conique est, nominalement, de 1 à 100 supérieure à l'angle de cône de la première surface, de préférence supé- rieure d'environ 50. Comme on peut le voir aisément sur la figure 1, les deux organes de couplage, lorsqu'il viennent à coopérer, réalisent un contact matériel En raison de la configuration des surfaces de contact incli- nées, les tolérances d'usinage des deux organes de couplage, par exemple leurs diamètres, peuvent être élargies ou, à tout le moins, n'ont pas besoin d'être aussi rigoureuses On élimine tout intervalle de jeu ou intervalle de tolérance dans la région de contact. Dans un autre mode de réalisation, il est prévu un joint torique en contact avec le premier et le second organe de couplage, avec une zone de contact décalée en amont du côté haute pression de la région de contact annulaire Comme on peut le voir sur la figure 1, le côté haute pression est référencé ja et le côté basse pression est référencé D La surface de contact du joint torique 2 avec le second organe de couplage 11 est de préférence immédiatement adja- cente à la région de contact annulaire 13 des deux surfaces coniques De cette manière, il n'y a essen- tiellement aucun intervalle d'extrusion ou inter- valle de jeu en aval du joint torique 2 Le joint torique 2 est de préférence disposé dans une gorge annulaire 3 d'une surface extérieure du premier organe de couplage 10 La gorge 3 est de préférence décalée jusqu'à une position adjacente, en direction axiale, au bord intérieur de la première surface conique 6. La figure 2 montre une forme de réalisation des moyens de raccordement de pression selon la présente invention Le premier organe de couplage 4 de ce mode de réalisation comporte un volume intérieur 14, et le second organe de couplage 7 comporte un volume intérieur 17 Les deux volumes communiquent de manière à constituer un passage de fluide Le pre- mier organe 4 comporte également une partie exté- rieure filetée 5 qui vient coopérer avec une partie intérieure taraudée 8 du second organe de cou- plage 7. Les parties taraudée et filetée 5 et 8 sont dispo- sées sur les organes de couplage avec un décalage axial par rapport à la première et à la seconde sur- face conique des moyens d'étanchéité 1, de manière à solliciter ces surfaces en contact lors du vissage. Les deux pièces vont, matériellement, venir en butée l'une contre l'autre et rester en contact en cours de fonctionnement lorsque le couple correct aura été appliqué et maintenu. Comme on peut également le voir sur la figure 2, les parties taraudée et filetée 5 et 8 des organes de couplage 4 et 7 sont disposées en aval ou du côté basse pression des moyens d'étanchéité 1 Ceci cor- respond au côté basse pression h de la figure 1 Les filets ne sont donc pas exposés au fluide sous pres- sion traversant les volumes intérieurs 14 et 17. Le mode de réalisation montré figure 2 illustre l'utilisation des moyens de raccordement de pression dans un système de filtration de fluide haute pres- sion Le premier organe de couplage 4 comporte une cloche de filtrage o il est possible de mettre un élément filtrant (non représenté) dans le volume 14. Dans ce mode de réalisation, le second organe de couplage 7 est une tête de filtre qui délivre le fluide à filtrer via le volume 17. Les moyens de raccordement de pression sont parti- culièrement utiles dans ce système de filtration de fluide Ces moyens comprennent seulement deux pièces à raccorder par vissage Les tolérances des éléments mentionnés ci-dessus n'ont pas besoin d'être très strictes En outre, la gorge 3 du joint torique peut également être usinée avec des tolérances normales. Les matériaux de la cloche de filtrage et de la tête de filtre seront normalement de l'acier au carbone, de la fonte d'acier ductile ou de l'acier inoxyda- ble. On a fait subir des tests d'intégrité, sous forme de tests de fatigue, au mode de réalisation illustré figure 2 des moyens de raccordement de pression Les exigences correspondant à une pression nominale de fatigue de 250 bars, ainsi que pour 400 bars, ont été respectées, en conformité avec la norme indus- trielle T 2 6 1-1974 de la National Fluid Power Asso- ciation du Royaume-Uni. REVENDICATIONS 1 Des moyens d'étanchéité ( 1) pour organes de couplage sous pression, caractérisés en ce qu'ils comprennent une première et une seconde surface conique ( 6,9) formées, respectivement, sur un pre- mier et sur un second organe de couplage ( 10,11) et s'étendant autour d'un axe central ( 20) de ces der- niers, ces surfaces coniques venant en contact l'une avec l'autre dans une région de contact annulaire ( 13) et l'angle de cône, mesuré par rapport à cet axe, de la seconde surface conique étant plus grand que l'angle de cône de la première surface conique, et en ce qu'ils comprennent également un joint tori- que ( 2) venant en contact avec le premier et le second organe de couplage dans une région immédiate- ment adjacente, en direction axiale, à la région de contact annulaire des surfaces coniques. 2 Les moyens d'étanchéité de la revendication 1, dans lesquels l'étendue radiale de ladite région de contact annulaire entre la première et la seconde surface conique est inférieure à l'étendue radiale de l'une ou l'autre des surfaces coniques. 3 Les moyens d'étanchéité de l'une des revendica- tions 1 et 2, dans lesquels l'angle de cône de la seconde surface conique est de l à 100, de préfé- rence d'environ 50, plus grand que l'angle de cône de la première surface conique. 4 Les moyens d'étanchéité de l'une des revendica- tions précédentes, dans lesquels la première surface conique a un angle de cône de 15 à 200. Les moyens d'étanchéité de l'une des revendica- tions précédentes, dans lesquels la région de con- tact du joint torique avec les organes de couplage est décalée en amont du côté haute pression de la région de contact annulaire des surfaces coniques. 6 Les moyens d'étanchéité de la revendication 5, dans lesquels le joint torique est disposé dans une gorge annulaire ( 3) formée dans une surface exté- rieure du premier organe de couplage, et la gorge annulaire est située adjacente, en direction axiale, à la surface conique du premier organe de couplage. 7 Des moyens de raccordement de pression, carac- térisés en ce qu'ils comprennent les moyens d'étan- chéité ( 1) pour organes sous pression de l'une des revendications 1 à 6, dans lesquels le premier et le second organe de couplage ( 4,7) comprennent chacun des volumes intérieurs ( 14,17) configurés de manière à former passage de fluide traversant les moyens de raccordement, et dans lesquels le premier organe de couplage possède une partie extérieure filetée ( 5) et le second organe de couplage possède une partie intérieure taraudée ( 8) homologue pour permettre un raccordement par vissage de ces organes. 8 Les moyens de raccordement de pression de la revendication 7, dans lesquels la partie extérieure filetée et la partie intérieure taraudée sont dispo- sées sur le premier et sur le second organe de cou- plage avec un décalage axial par rapport à la pre- mière et à la seconde surface conique, de manière à solliciter ces surfaces en contact lorsque les orga- nes de couplage sont raccordés par vissage. 9 Les moyens de raccordement de pression de l'une des revendications 7 ou 8, dans lesquels le décalage axial des parties filetée et taraudée est en aval du côté basse pression de la région de contact annu- laire entre les surfaces coniques. L'utilisation des moyens de raccordement de pression de l'une des revendications 7 à 9 dans un système de filtration de fluide haute pression, dans lequel le premier organe de couplage comporte une cloche de filtrage dans le volume intérieur de laquelle est prévu un élément de filtrage et dans lequel le second organe de couplage comprend une tête de filtre.