Brevet FR2683609A1 — publié le 19930514

La présente invention est relative à un joint verrouillé entre le bout uni d'un premier élément tubulaire et 1 'emboîtement d' un second élément tubulaire, du type comprenant une garniture d'étanchéité logée dans l'emboîtement, une couronne de verrouillage à dents internes entourant le bout uni, et un dispositif à contre-bride muni de moyens d'accrochage sur l'emboîte- ment et adapté pour assurer la retenue anti-recul de la couronne de verrouillage Elle s'applique notamment à la pose des canalisations en fonte ductile. Quel que soit le type de garniture utilisée, à compression radiale pour les joints dits automatiques ou à compression axiale pour les joints dits mécaniques, les joints verrouillés de ce type doivent permettre de maintenir à une très faible valeur le recul du bout uni lors de la mise en pression de la canalisation, tout en étant faciles à mettre en oeuvre. L'invention a pour but de fournir un joint verrouillé remplissant simultanément ces deux conditions. A cet effet, l'invention a pour objet un joint verrouillé du type précité, caractérisé en ce qu'au moins un organe élastique est interposé, dans le sens longitudinal, entre la couronne de verrouillage et la face arrière d'un anneau de butée rigide qui entoure le bout uni. Suivant d'autres caractéristiques: l'organe élastique est un jonc en élasto- mère à alvéoles axiaux; l'organe élastique comprend une lèvre divergente vers l'avant; l'organe élastique est un organe en élastomère surmoulé sur la couronne de verrouillage; la couronne de verrouillage est munie d'au moins une protubérance de préhension en saillie axiale au- delà de la contre-bride; la protubérance de préhension est un organe en élastomère surmoulé sur la couronne de verrouillage; la couronne de verrouillage est entourée d'une masse en élastomère dentée intérieurement au contact du bout uni et enserrant élastiquement celui-ci. Lorsque le joint est à garniture d'étanchéité à compression axiale, la compression axiale étant assurée par le dispositif à contrebride, de façon avantageuse, le dispositif à contre-bride comprend d'une part un anneau de compression qui présente une face avant s 'appuyant sur la garniture et une face arrière, cet anneau constituant ledit anneau de butée, et d'autre part une contre-bride munie desdits moyens d' accrochage et présentant une face avant de poussée qui coopère avec la face arrière de 1 'anneau de compression et une face interne de retenue de la couronne de verrouillage qui est convergente vers l'arrière. Lorsque le joint est à garniture d'étanchéité à compression radiale, la compression radiale étant assurée par l'insertion du bout uni dans l'emboitement, de façon avantageuse, ledit anneau de butée est un anneauentretoise pris en sandwich entre une face radiale de l'emboîtement et la face avant de la contrebride. Quelques exemples de réalisation de l'inven- tion vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d'un joint mécanique verrouillé conforme à l'invention, en cours de montage; les Figures 2 et 3 sont des vues analogues de deux variantes, à l'état monté; la Figure 4 est une vue analogue d'un autre mode de réalisation du joint mécanique verrouillé suivant l'invention, également à l'état monté; et la Figure 5 est une vue analogue d'un joint automatique verrouillé suivant l'invention. On a représenté à la Figure 1 un joint verrouillé entre le bout uni 1 d'un premier élément tubulaire et l'emboîtement 2 d'un second élément tubulai- re Les deux éléments tubulaires peuvent être en particu- lier deux tuyaux identiques successifs d'une canalisa- tion, notamment en fonte ductile, chaque tuyau comportant un bout uni 1 à une extrémité et un emboîtement 2 à son autre extrémité Pour les besoins de la présente descrip- tion, on supposera que, comme représenté, les deux éléments tubulaires ont un axe commun horizontal. Le bout uni 1 est extérieurement cylindrique, tandis que 1 'emboîtement 2 présente extérieurement, à partir de son entrée, une collerette 3 en saillie radiale puis une surface convergente 4 Intérieurement, l'emboî- tement présente une surface d'entrée tronconique 5 suivie d'un logement 6 dont la surface est convergente et se termine par une face d'extrémité avant 7 à peu près radiale. Le joint comprend une garniture d'étanchéité 8 à compression axiale, un anneau de compression fermé 9, un dispositif de verrouillage 10, une contre-bride 11 et une série de boulons d'accrochage 12. La garniture 8 est en élastomère Lorsqu'elle est enfilée sur le bout mâle et en butée libre sur la surface 7 de l'emboîtement, un espace libre peut subsis- ter entre sa surface périphérique et le logement 6, comme on le voit sur la Figure 1. L'anneau 9, dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du bout uni, peut pénétrer avec un jeu radial notable dans l'emboîtement et présente une face avant (c'est-à-dire tournée vers le fond de l'emboîtement) radiale 13 et une face arrière 14 également radiale. Le dispositif de verrouillage 10 est une pièce composite réalisée par surmoulage et constituée d'une série d'inserts métalliques 15, constituant ensemble une couronne de verrouillage, noyés dans un collier 16 en élastomère En variante, les inserts 15 pourraient être remplacés par une bague continue fendue, mais l'agencement à plusieurs inserts est préférable car il s'adapte mieux aux diverses configurations périphéri- ques des tuyaux. Chaque insert 15 est constitué par un bloc présentant une section trapszoïdale curviligne, avec une grande face radiale avant, une petite face radiale arrière, une face radialement extérieure 17 convergente vers l'arrière et bombée, et une face radialement inté- rieure de forme générale cylindrique ou plane mais pourvue d'une série de dents 18 d'accrochage sur le bout uni. Le collier 16 comprend une partie avant cylindrique 19, intérieurement dentée, une partie arrière cylindrique 20, elle aussi intérieurement dentée, et un voile de liaison 21 constituant un revêtement de la face 17 des inserts La partie arrière 20 comporte au droit de chaque insert, au voisinage de son extrémité libre, un orifice 22, et elle peut être limitée,à l'extérieur de la contre-bride, à une série de languettes axiales situées à ces emplacements Le collier 16 enrobe les inserts 15 de tous côtés, sauf sur leur face intérieure dentée. La contre- bride 11 est un corps annulaire délimité par deux faces radiales avant 23 et arrière 24 et par une surface radialement intérieure 25 convergente vers l'arrière et à peu près conjuguée de la surface 17 des inserts Ce corps se prolonge, radialement vers l'extérieur, par un voile radial dans lequel sont ménagés une série de perçages axiaux 26, et ce voile est pourvu d'un rebord périphérique de protection 27 dirigé vers l'avant. Le montage du joint ainsi décrit s'effectue comme suit, l'emboîtement étant en place. On supposera tout d'abord que l'on se trouve dans la situation dite "jeux maximaux" illustrée à la Figure 1, o, compte-tenu des tolérances de fonderie, les diamètres mâles sont minimaux, les diamètres femelles maximaux, et les cotes axiales sont maximales pour les éléments femelles et minimales pour les éléments mâles. On enfile successivement sur le bout uni les pièces 11, 10, 9 et 8 avec la garniture à l'extrémité de ce bout uni et les autres pièces nettement décalées vers l'arrière La garniture et le dispositif de verrouillage enserrent légèrement le bout uni. On introduit ensuite le bout uni dans l'emboîtement La garniture bute sur la face 7 de ce dernier, puis coulisse sur le bout uni jusqu'à ce que celui-ci ait atteint la position axiale désirée. Puis on amène l'anneau 9 contre la garniture, on pousse le dispositif de verrouillage 10 vers l'avant jusqu'à ce que sa partie 19 bute contre l'anneau 9, ce qui est également aisé puisque ce dispositif est libre de toute compression radiale, et on amène la contre-bride jusqu'à contact de sa face 23 contre la face 14 de l'anneau 9. Ensuite, les boulons 12, qui comportent à leur extrémité avant un bec excentrique 28, sont intro- duits dans les trous 26, et la contre-bride est serrée vers l'avant par vissage d'écrous 29 sur chaque boulon, les becs 28 prenant appui sur la collerette 3 de l'emboi- tement et les écrous 29 sur la face arrière du voile de la contre-bride Ce serrage, par l'intermédiaire de l'anneau 9, comprime axialement la garniture 8 et assure ainsi l'étanchéité du joint. Du fait des jeux, la contre-bride n'entre pas en contact, à ce stade, avec le dispositif de verrouillage 10 Pour obtenir ce contact, on tire vers l'arrière le dispositif de verrouillage jusqu'à son contact avec la contre-bride, comme indiqué en traits mixtes sur la Figure 1, ceci au moyen d'une tige 30 introduite dans les trous 22, lesquels se trouvent à l'extérieur de la contre-bride, à l'arrière de celle-ci. En variante, la partie avant 19 peut être suffisamment longue pour que la contre-bride arrive au contact du dispositif 10 par sa surface intérieure 25 avant que sa face 23 atteigne la face 14 de l'anneau 9. Dans ce cas, le serrage des boulons provoque en outre la compression radiale des inserts 15 sur le bout uni, et il n'est plus nécessaire que la partie arrière 20 du dispositif 10 dépasse de la contre-bride. Dans la situation inverse dite "Jeux mini- maux", après avoir introduit le bout uni dans l'emboîte- ment, on introduit et on précomprime manuellement, par exemple au moyen d'un marteau, la garniture dans le logement 6, ce qui est aisé puisque l'entrée de l'emboî- tement est entièrement dégagée Lorsqu'on amène la contre-bride vers l'avant, celle-ci bute sur le voile 21 du dispositif 10, mais un jeu axial subsiste entre les faces 14 et 23 Puis on visse les écrous 29 La partie 19 forme alors un ressort dont la raideur est suffisan- te pour garantir 1 ' application des inserts contre la face de la contre-bride mais suffisamment faible pour permettre l'avance de la contre-bride jusqu'au contact de l'anneau 9 sans comprimer substantiellement la garniture 8. Ainsi, le serrage des boulons provoque dans un premier temps la venue en contact mutuel des faces 14 et 23 puis, dans un second temps, la compression axiale de la garniture 8 de manière à assurer l'étanchéité du joint. Lors de la mise en pression de la canalisa- tion, le bout uni recule d'une certaine distance x par rapport à 1 'emboîtement et entraîne dans ce mouvement les inserts, lesquels poussent la contre-bride vers l'arriè- re Toutefois, la contre-bride ne peut reculer que très légèrement, dans la limite de sa rigidité et de celle des boulons 12 Ce recul y de la contre-bride par rapport à l'emboîtement est généralement très inférieur à x, par exemple de l'ordre de x/10 Par conséquent, l'anneau 9 ne peut reculer que de la distance y, de sorte que la compression de la garniture, et donc l'étanchéité du joint, est effectivement maintenue. Il est à noter que les dents internes des parties 19 et 20 du dispositif de verrouillage améliorent l'étanchéité autour des inserts 15, et donc leur protec- tion contre la corrosion, par création de chicanes de décompression Le voile 21, et un talon avant 21 A, en saillie radiale, de ce voile, participent également à cette protection. Pour renforcer la protection contre la corrosion des inserts 15, on peut faire appel à l'une ou l'autre des variantes des Figures 2 et 3. La variante représentée à la Figure 2 ne diffère du joint de la Figure 1 que par les points suivants: la partie avant 19 du dispositif de verrouil- lage pénètre dans un évidement annulaire 31 prévu dans la face arrière de l'anneau 9 et comporte deux lèvres divergentes: une lèvre intérieure 19 A, qui s'applique sur le bout uni, et une lèvre extérieure 19 B, qui s'applique élastiquement contre le fond de l'évidement 31 La lèvre 19 A peut également, dans certaines conditions de montage, s'appliquer contre le fond de cet évidement La partie arrière 20 du dispositif de verrouillage, quant à elle, est entièrement contenue dans la contre-bride et présente une conformation analogue à deux lèvres divergentes, à savoir une lèvre intérieure 20 A appliquée sur le bout uni et une lèvre extérieure 20 B s'appuyant élastiquement sur la surface interne 25 de la contre-bride. La variante illustrée à la Figure 3 ne diffère du joint de la Figure 1 que par les points suivants: la face 23 de la contre-bride présente sur son bord intérieur un lamage annulaire 32 dans lequel est comprimé un voile radial 19 C en sajile sur la partie avant 19 du dispositif de verrouillage, et cette partie 19 est comprimée axialement contre le fond d'un évidement annulaire prévu dans l'anneau 9 De plus, la partie arrière 20 du dispositif de verrouillage, entièrement contenue dans la contre-bride, présente une configuration en U formant une lèvre qui s'applique élastiquement contre la surface intérieure 25 de la contre-bride. Dans le mode de réalisation de la Figure 4, l'anneau 9 présente une section rectangulaire et, à mi- longueur, une collerette 33 en saillie radiale extérieu- re Sa partie avant peut coulisser dans la partie arrière, de forme cylindrique, du logement 6 de l'emboi- tement, et sa partie arrière reçoit à coulissement la partie avant, également cylindrique, de la surface intérieure 25 de la contre- bride, laquelle prend appui sur la collerette 33 De plus, la partie arrière 20 du dispositif de verrouillage de la Figure 1 est supprimée, et sa partie avant 19 est constituée par un jonc circu- laire à alvéoles axiaux, un tel jonc présentant, grâce à cette structure alvéolaire, une souplesse axiale importante Ce jonc peut être surmoulé sur les inserts et se prolonger par une membrane 21 qui les recouvre, et éventuellement par une partie arrière 20, comme précédemment. Il résulte de la description qui précède que, dans tous les modes de réalisation des joints mécaniques suivant l'invention, on obtient simultanément les avantages suivants: ( 1) pas d'effort d'emboîtage du bout uni dans l'emboîtement; ( 2) facilité de pose, grâce à l'indépendance du dispositif à contre-bride par rapport au dispositif de verrouillage 10, avec un accès commode à la garniture d'étanchéité pour la précomprimer manuellement avant l'accrochage de la contre-bride lorsque cela est néces- saire; ( 3) maintien de l'étanchéité malgré le recul des inserts lors de la mise en pression de la canalisa- tion; et ( 4) maintien à une très faible valeur du recul du bout uni, grâce au fait que, après le montage du joint et avant la mise en pression de la canalisation, on est certain de l'application des inserts 15 contre la surface 25 de la contre-bride, et donc de l'absence de jeu axial à ces emplacements. La Figure 5 montre l'application de l'inven- tion à un joint automatique, dans lequel le logement 6 de l'emboîtement 2 comporte une collerette d'entrée 34 prolongeant radialement vers l'intérieur la collerette 3 et définissant avec celle-ci une tranche d'extrémité plane 35 de l'emboîtement La garniture 8 est comprimée radialement dans le logement 6 par la simple introduction du bout uni dans l'emboîtement. Dans ce cas, le dispositif de verrouillage 10 est le même qu'à la Figure 1, et les variantes des Figures 2 à 4 peuvent être utilisées En revanche, l'anneau 9 est un anneau-entretoise à section rectangu- laire pris en sandwich entre les faces 35 de l'emboîte- ment et 23 de la contre-bride Dans ce cas, l'anneau 9 sert essentiellement à fournir un appui à la partie 19 du dispositif 10, alors que la collerette 34 comporte un chanfrein intérieur 36 pour faciliter l'introduction du bout uni dans l'emboîtement Par conséquent, en variante, l'anneau 9 peut dans certains cas être supprimé, la contrebride 11 et la partie 19 prenant alors directement appui sur l'emboîtement. Dans une telle application, on est de nouveau certain que les inserts 15 s'appliquent sans jeu sur la surface 25 de la contre-bride avant la mise en pression de la canalisation, et que le recul du bout uni sera par suite minimal De plus, comme précédemment, le montage du joint est très commode. il REVENDICATIONS 1 Joint verrouillé entre le bout uni ( 1) d'un premier élément tubulaire et l'emboîtement ( 2) d'un second élément tubulaire, du type comprenant une garni- ture d'étanchéité ( 8) logée dans l'emboîtement, une couronne de verrouillage ( 15) à dents internes ( 18) entourant le bout uni, et un dispositif à contre-bride ( 9, 11) muni de moyens ( 12) d'accrochage sur l'emboîte- ment et adapté pour assurer la retenue anti-recul de la couronne de verrouillage, caractérisé en ce qu'au moins un organe élastique ( 19) est interposé, dans le sens longitudinal, entre la couronne de verrouillage ( 15) et la face arrière ( 14) d'un anneau de butée rigide ( 9) qui entoure le bout uni. 2 Joint verrouillé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe élastique ( 19) est un jonc en élastomère à alvéoles axiaux. 3 Joint verrouillé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe élastique ( 19) comprend une lèvre divergente vers l'avant ( 19 B). 4 Joint verrouillé suivant 1 'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe élastique ( 19) est un organe en élastomère surmoulé sur la couronne de verrouillage ( 15). 5 Joint verrouillé suivant 1 'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la couronne de verrouillage ( 15) est munie d'au moins une protubérance de préhension ( 20) en saillie axiale au-delà de la contre-bride ( 11); 6 Joint verrouillé suivant la revendication , caractérisé en ce que la protubérance de préhension ( 20) est un organe en élastomère surmoulé sur la couronne de verrouillage ( 15). 7 Joint verrouillé suivant 1 'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couronne de verrouillage ( 15) est entourée d'une masse en élastomère ( 19 à 21) dentée intérieurement au contact du bout uni ( 1) et enserrant élastiquement celui-ci. 8 Joint verrouillé suivant 1 'une quelconque des revendications 1 à 7, à garniture d'étanchéité ( 8) à compression axiale, la compression axiale étant assurée par le dispositif à contre-bride ( 9, 11), caractérisé en ce que le dispositif à contre-bride comprend d'une part un anneau de compression ( 9) qui présente une face avant ( 13) s'appuyant sur la garniture ( 8) et une face arrière ( 14), cet anneau constituant ledit anneau de butée, et d'autre part une contre-bride ( 11) munie desdits moyens d' accrochage ( 12) et présentant une face avant de poussée ( 23) qui coopère avec la face arrière ( 14) de l'anneau de compression et une face interne ( 25) de retenue de la couronne de verrouillage ( 15) qui est convergente vers l'arrière. 9 Joint verrouillé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, à garniture d'étanchéité ( 8) à compression radiale, la compression radiale étant assurée par l'insertion du bout uni ( 1) dans l'emboîte- ment ( 2), caractérisé en ce que ledit anneau de butée ( 9) est un anneau-entretoise pris en sandwich entre une face radiale ( 35) de l'emboîtement et la face avant ( 23) de la contrebride ( 11).