Brevet FR2673698A1 — publié le 19920911

Raccord flexible pour tuyauteries La présente invention se rapporte à un raccord flexible pour tuyauteries, comprenant un manchon rigide, de section circulaire, engagé coaxialement autour des extrémités de tuyaux à raccorder, à chacune desquelles il est relié de manière étanche par un joint annulaire de matière souple et élastique, logé coaxialement dans chacun des intervalles annulaires séparant lesdites extrémités et les extrémités du manchon. La section précitée du manchon s'entend de la section de passage interne pour le fluide, au sens hydraulique. Des raccords flexibles de ce genre permettent des débattements axiaux et radiaux entre les deux extrémités de tuyaux entre lesquelles ils sont interposés, de sorte qu'une tuyauterie équipée d'un tel raccord flexible permet d'effectuer le raccordement hydraulique entre deux objets présentant des mouvements relatifs. Les dispositifs actuellement utilisés pour assurer des raccordements de ce type sont généralement soit en caoutchouc ou en élastomère, soit entièrement métalliques. La première catégorie comprend des boucles flexibles, qui sont encombrantes et génératrices de pertes de charge, des manchons souples, peu encombrants mais généralement limités en pression, et des membranes souples armées qui, si elles résistent aux fortes pressions, permettent uniquement des débattements axiaux et sont mal adaptées aux tuyauteries de faible diamètre.Dans la deuxième catégorie, on trouve des coudes, des boucles, des lyres ou des soufflets métalliques fonctionnant par déformation élastique du métal, qui présentent des inconvénients analogues à ceux indiqués plus haut pour les boucles flexibles et les manchons et offrent une moindre efficacité en ce qui concerne l'atténuation des vibrations transmises par la tuyauterie. Afin de remédier à ces inconvénients, il est proposé, selon l'invention, un raccord flexible du genre indiqué au début, dont le manchon est constitué par au moins un ensemble tubulaire composé de tubes rigides alignés suivant un même axe longitudinal et assemblés de manière étanche par des moyens de liaison leur assurant un maintien rigide en alignement suivant ledit axe, mais leur autorisant des déplacements mutuels d'amplitude limitée, avec rappel élastique, dans la direction de l'axe précité. Un raccord flexible offrant une telle structure est dépourvu de boucles et de manchons souples, de sorte qu'il n'introduit qu'une faible perte de charge et est susceptible de supporter des pressions élevées. Il offre un faible encombrement en direction transversale, à comparer au volume important occupé par les lyres de l'art antérieur. En outre, les moyens précités assurant la liaison entre tubes procurent, du fait de leur souplesse élastique, une bonne atténuation de vibrations dont la propagation est gênée à chaque passage d'un tube au suivant. Dans une forme de réalisation préférée, l'ensemble tubulaire précité est composé de trois tubes, savoir deux tubes extrêmes espacés le long de l'axe et un tube intermédiaire, de diamètre différent, s'étendant de part et d'autre de l'intervalle séparant les deux tubes extrêmes; quant aux moyens de liaison entre tubes, il comprennent, entre deux tubes consécutifs, un joint annulaire de matière souple et élastique et un jeu de blocs lamifiés (par exemple au nombre de trois ou quatre) régulièrement répartis autour dudit axe, chacun étant composé de couches rigides et de couches souples et élastiques superposées en alternance, en forme de surfaces cylindriques centrées sur ledit axe, ledit joint annulaire et ledit jeu de plots lamifiés étant insérés côte à côte dans l'intervalle séparant les deux tubes dont ils assurent la liaison, et fixés respectivement aux surfaces en regard appartenant à ces derniers. Un raccord ainsi constitué permet des déformations selon les six degrés de liberté du fait qu'il admet trois modes de déformation : déformation axiale, déformation de torsion et déformation de flexion; ce dernier mode, qui n'apparait qu'au niveau des joints annulaires, peut être considéré comme une rotation autour du centre de chaque joint annulaire, à condition que la largeur de celui-ci soit suffisamment faible par rapport à son diamètre pour pouvoir être assimilé à un élément de sphère. Les deux jeux de blocs lamifiés, n'autorisant que deux centres de rotation au total, permettent d'éviter le flambement du raccord flexible sous la pression. Avantageusement, le tube intermédiaire a un rayon inférieur à celui des tubes extrêmes, à l'intérieur desquels il est alors engagé partiellement. Dans ce cas, il convient de donner au tube intermédiaire une section identique à celle de la tuyauterie à laquelle le raccord est destiné, afin de maintenir au mieux l'homogénéité de la tuyauterie incorporant le raccord et, par là, de réduire les pertes de charge induites par ce dernier. Dans le même but, les joints annulaires reliant mutuellement lesdits tubes sont avantageusement disposés aux extrémités du tube intermédiaire. En outre, des membranes ou chaussettes peuvent être prévues pour assurer une continuité parfaite de l'écoulement dans le raccord flexible et donc y éviter des pertes de charge. De préférence, les joints annulaires sont fixés sur tout leur pourtour externe et tout leur pourtour interne aux surfaces des tubes entre lesquelles ils sont interposés, de manière à assurer une liaison ferme et étanche des joints annulaires aux tubes. Une telle liaison peut être obtenue par simple serrage, créant des forces de frottement suffisantes pour assurer l'adhérence et 11 étanchéité, ou par collage. Mais les meilleurs résultats à cet égard sont atteints lorsque les joints annulaires, réalisés en caoutchouc Qu en élastomère, sont fixés auxdites surfaces par adhérisation, obtenue par vulcanisation du caoutchouc ou de l'élastomère cru au contact de la surface des tubes, celle-ci étant une surface métallique convenablement traitée. Les effets bénéfiques du manchon défini ci-dessus sont multipliés lorsque le manchon comprend non pas un seul, mais plusieurs ensembles de trois tubes disposés en série le long d'un axe commun, deux ensembles consécutifs étant reliés mutuellement par solidarisation de leurs tubes extrêmes contigus. Le joint flexible selon l'invention tel que défini ci-dessus, grâce à l'assemblage judicieux d'éléments souples et d'éléments rigides qu'il comporte, offre à la fois étanchéité et souplesse tout en n'introduisant que de faibles pertes de charge. De plus, il est capable de supporter des pressions internes élevées et d'atténuer la transmission des vibrations émises par l'un ou l'autre des objets ou composants reliés hydrauliquement par la tuyauterie dans laquelle il est incorporé. Ses applications concernent notamment le domaine de la construction navale, des installations en mer, etc, où il permet en particulier d'établir des tuyauteries reliant des structures fixes et des structures suspendues ou flottantes. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. La figure 1 représente, en coupe axiale schématique, un raccord flexible selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent des coupes transversales de l'objet de la figure 1 respectivement suivant les lignes Il-Il et III-III. Les figures 4 et 5 représentent, à la manière de la figure 1, le raccord flexible en situation, respectivement, de déport transversal et d'élongation axiale. La figure 6 représente de façon détaillée, en coupe axiale, un exemple de réalisation pratique du raccord flexible de la figure 1. La figure 7 représente schématiquement, à petite échelle, une variante de réalisation. Le raccord flexible représenté à la figure 1 se compose de deux embouts tubulaires 1 munis d'une bride 2 respective de raccordement à une tuyauterie (non représentée) et reliés de façon étanche par un manchon 3 engagé sur ceux-ci par ses extrémités, avec interposition d'un joint annulaire 4 de matière souple et élastique, remplissant l'intervalle ménagé entre chaque extrémité du manchon 3 et l'embout 1 correspondant. Le manchon 3, bien que composé de plusieurs éléments non solidaires, possède, comme on le verra plus loin, une structure rigide qui l'empêche de fléchir ou de s'incurver latéralement et le maintient en situation rectiligne suivant la direction de son axe 5. Les joints annulaires 4, qui assurent une liaison flexible étanche entre les embouts 1 et le manchon 3, sont réalisés en caoutchouc et fixés aux surfaces métalliques de ceux-ci par adhérisation, ce mode de fixation présentant l'avantage de fournir une liaison continue et extrêmement résistante. Lorsque la tuyauterie est l'objet de contraintes au niveau du raccord flexible, le joint 4 de l'un au moins des embouts 1 se déforme en autorisant un déplacement angulaire du manchon 3 par rapport à cet embout (figure 4), ce déplacement étant assimilable à une rotation d'angle autour du centre C du joint annulaire 4, l'axe 5 du manchon n'étant plus aligné avec l'axe 6 de l'embout 1. Ainsi, le raccord flexible confère à la tuyauterie une possibilité de flexion (autour de l'un des centres ou des deux centres C) et de débattement latéral (par flexions égales et de sens opposés autour des deux centres C) autorisant un décalage latéral d comme représenté à la figure 4. En outre, par déformation des joints 4 avec cisaillement soit en direction axiale, soit en direction circonférentielle, le raccord flexible confère à la tuyauterie une certaine latitude soit d'extension ou de contraction suivant cette direction, soit de torsion autour de l'axe. Afin d'augmenter les facultés d'élongation axiale et de torsion du raccord flexible, le manchon 3 n'est pas fait d'une seule pièce, mais est constitué par un ensemble de trois tubes 7, 8, 7. Il s'agit de tubes métalliques rigides, dont les axes sont confondus avec l'axe 5 du manchon 3. Ces tubes s'emboîtent télescopiquement les uns dans les autres, et sont assemblés de façon étanche au moyen d'éléments élastiques de liaison assurant la rigidité transversale du manchon composite 7, 8, 7 - qui lui interdit de se courber -, mais permettant de petits déplacements entre tubes soit en translation suivant l'axe 5, soit en rotation autour de cet axe. Les deux tubes 7 qui forment les extrémités du manchon 3 sont identiques, le troisième tube 8 constituant un tube intermédiaire par lequel sont reliés les deux tubes extrêmes 7, via les éléments élastiques précités.Ces derniers tubes ont un diamètre supérieur à celui du tube intermédiaire 8, égal au diamètre des embouts 1, et ce tube est engagé sur une égale longueur dans l'un et dans l'autre des tubes 7, mutuellement espacés, un espacement étant de même réservé entre les extrémités du tube 8 et des embouts 1 de façon qu'elles ne puissent se heurter lorsque le raccord flexible se déforme. Les éléments élastiques reliant le tube 8 à chacun des tubes 7 sont logés dans l'intervalle annulaire 9 séparant ces tubes. Ils comprennent un joint annulaire 10, semblable aux joints 4 précités et fixé de même par adhérisation, qui assure l'étanchéité de la liaison, et un jeu de trois plots lamifiés 11 répartis à 1200 autour de l'axe 5 (figure 3). Ces plots sont formés d'un empilement de couches alternativement rigides et souples, incurvées suivant des surfaces cylindriques de révolution autour de l'axe 5. De tels plots, dont la raideur axiale est faible, permettent des mouvements mutuels des tubes 7 et 8 suivant la direction de l'axe 5 ainsi qu'autour de cet axe; mais, présentant une forte raideur en direction radiale, ils n'autorisent aucun débattement latéral ni flexion entre les deux tubes qu'ils relient. De ce fait, ils maintiennent ceux-ci rigidement alignés suivant la direction de l'axe 5. C'est ainsi que les deux jeux de plots lamifiés 11, respectivement interposés entre le tube intermédiaire 8 et les deux tubes extrêmes 7, assurent la rigidité du manchon 3 que ces tubes forment ensemble. Toutefois, ces plots lamifiés 11 ne s'opposent nullement, pas davantage que les joints annulaires 10 également interposés entre le tube 8 et les deux tubes 7, à des déplacements relatifs de ceux-ci tant direction axiale (extension ou compression du manchon) ou en direction circonférentielle (torsion du manchon) lesquels s'ajoutent, pour en doubler sensiblement les effets, aux déplacements semblables autorisés par les deux joints annulaires 4 interposés entre les tubes 7 et les embouts 1. Ainsi, la figure 5 montre le raccord en situation d'extension, sous l'effet de forces axiales de traction F auxquelles il est soumis, qui résulte de déformations en cisaillement des deux paires de joints annulaires massifs 4, 10 et de la paire de jeux de plots lamifiés 11 reliant les cinq éléments tubulaires 1, 7, 8, 7 et 1 du raccord. Du fait que le tube intermédiaire 8 et les embouts 1 ont le même diamètre intérieur que la tuyauterie comportant le raccord flexible, et que les joints annulaires 4, 10 sont placés aux extrémités respectives des embouts 1 et du tube 8, les discontinuités introduites par le raccord flexible dans la tuyauterie sont réduites au minimum, ce qui conduit à de faibles pertes de charge. Selon un exemple de réalisation pratique illustré à la figure 6, l'embout 1 est entouré d'une virole la, assujettie à l'aide d'un collier lb enserrant des collerettes adjacentes appartenant respectivement à l'embout 1 et à la virole la. A cette dernière est fixé par adhérisation le joint annulaire 4, extérieurement adhérisé à une virole 7a. Le joint annulaire 10 est de même adhérisé intérieurement à une virole 8a et extérieurement à une virole 7b. Entre celle-ci et la virole 7a est interposée une entretoise cylindrique 7c, ces trois organes tubulaires 7a, 7c et 7b, de même diamètre, étant ceinturés par une pièce tubulaire 7d formant, avec une pièce tubulaire 7e de même diamètre qui la prolonge, le tube 7 précité. Les pièces 7d et 7e sont assujetties en aboutement mutuel à l'aide d'un collier 7f enserrant des collerettes adjacentes qui appartiennent auxdites pièces, celles-ci maintenant alors, grâce à des rebords prévus à cet effet, les pièces 7a et 7b et l'entretoise 7c serrées les unes contre les autres et emboîtées à l'intérieur de la pièce 7d par rapport à laquelle elles se trouvent ainsi bloquées en direction axiale. A l'extrémité de la pièce 7e opposée à la pièce 7d, trois ouvertures rectangulaires sont pratiquées, espacées de 1200, dans lesquelles sont engagées et fixées trois embases 79 portant, fixés par adhérisation, les trois plots lamifiés 11. Chacun de ceux-ci repose par ailleurs sur la surface extérieure du tube 8, où il est positionné par un cadre rectangulaire 8b fixé à cette surface dont il épouse la forme cylindrique.Par ailleurs, la virole 8a précitée est liée à l'extrémité correspondante du tube 8 au moyen d'un collier 8c enserrant des collerettes adjacentes appartenant respectivement à la virole 8a et au tube 8. Afin d'obtenir une jonction parfaitement étanche vis-à-vis de l'extérieur entre l'embout 1 et le tube 8, des bagues d'étanchéité 12 sont insérées entre 11 embout 1 et la virole la, entre la virole 7a et la pièce 7d, entre cette dernière et la virole 7b et entre la virole 8a et le tube 8. La partie du raccord située à droite, sur la figure 6, du plan médiateur P, étant identique à la partie de gauche que l'on vient de détailler, ne sera pas décrite ici pour éviter des répétitions. Comme on peut le voir sur la figure 6, le raccord ainsi réalisé présente l'avantage de s'inscrire dans un diamètre inférieur ou égal au diamètre extérieur des brides 2 correspondant au diamètre nominal de la tuyauterie à laquelle le raccord est destiné, grâce à l'utilisation de colliers pour la liaison des divers éléments constitutifs de celui-ci. Si l'on désire accroître encore les possibilités d'extension et de torsion d'un raccord flexible à manchon 3 composite, il est possible, pour constituer ce dernier, de multiplier les ensembles de trois tubes 7, 8, 7 assemblés comme il a été décrit ci-dessus. C'est ainsi que le manchon peut comporter deux ensembles identiques composés respectivement d'une paire de tubes extrêmes 7, 7; 7', 7' reliés par un tube intermédiaire 8; 8' (figure 7) et assemblés colinéairement par solidarisation de leurs tubes extrêmes en regard, lesquels peuvent éventuellement être réunis en une seule pièce. Revendications 1. Raccord flexible pour tuyauteries, comprenant un manchon rigide, de section circulaire, engagé coaxialement autour des extrémités de tuyaux à raccorder, à chacune desquelles il est relié de manière étanche par un joint annulaire de matière souple et élastique, logé coaxialement dans chacun des intervalles annulaires séparant lesdites extrémités et les extrémités du manchon, caractérisé par le fait que le manchon (3) est constitué par au moins un ensemble tubulaire composé de tubes rigides (7, 8) alignés suivant un même axe longitudinal (5) et assemblés de manière étanche par des moyens de liaison (10, 11) leur assurant un maintien rigide en alignement suivant ledit axe, mais leur autorisant des déplacements mutuels d'amplitude limitée, avec rappel élastique, dans la-direction de l'axe précité. 2. Raccord selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble tubulaire est composé de trois tubes (7, 8, 7), savoir deux tubes extrêmes (7) espacés le long de l'axe (5) et un tube intermédiaire (8), de diamètre différent, s'étendant de part et d'autre de l'intervalle séparant les deux tubes extrêmes (7) et que les moyens de liaison entre tubes comprennent, entre deux tubes consécutifs, un joint annulaire (10) de matière souple et élastique et un jeu de blocs lamifiés (11) régulièrement répartis autour dudit axe (5), chacun étant composé de couches rigides et de couches souples et élastiques superposées en alternance, en forme de surfaces cylindriques centrées sur ledit axe, ledit joint annulaire (10) et ledit jeu de plots lamifiés (11) étant insérés côte à côte dans l'intervalle (9) séparant les deux tubes (7, 8) dont ils assurent la liaison, et fixés respectivement aux surfaces en regard appartenant à ces derniers. 3. Raccord selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le tube intermédiaire (8) a un rayon inférieur à celui des tubes extrêmes (7), à l'intérieur desquels il est engagé partiellement. 4. Raccord selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le tube intermédiaire (8) a une section identique à celle de la tuyauterie à laquelle le raccord est destiné. 5. Raccord selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les joints annulaires (10) reliant mutuellement lesdits tubes (7, 8) sont disposés aux extrémités du tube intermédiaire (8). 6. Raccord selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que les joints annulaires (10) sont fixés sur tout leur pourtour externe et tout leur pourtour interne aux surfaces des tubes (7, 8) entre lesquelles ils sont interposés. 7. Raccord selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les joints annulaires (10), réalisés en caoutchouc ou en élastomère, sont fixés auxdites surfaces par adhérisation. 8. Raccord selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que les blocs lamifiés (11) de chacun desdits jeux sont au nombre de trois ou de quatre. 9. Raccord selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que le manchon (3) comprend plusieurs ensembles de trois tubes (7, 8, 7; 7', 8', 71) disposés en série le long d'un axe commun (5), deux ensembles consécutifs étant reliés mutuellement par solidarisation de leurs tubes extrêmes contigus (7, 7').