Brevet FR2702540A1 — publié le 19940916

"Bouchon obturateur de tuyauteries, notamment de tubes ou d'alésages d'échangeur thermique, dans lesquelles circule un fluide sous pression". Ce bouchon obturateur de l'invention com- prend un boulon sur la tige duquel sont enfilés des moyens d'étanchéité et des moyens d'ancrage mécaniques expansibles susceptibles de s'appliquer contre la face interne d'une tuyauterie par serrage d'un écrou en prise sur le filetage du boulon, bouchon caractérisé10 en ce que les moyens d'étanchéité comprennent une ba- gue rigide recevant au moins un joint d'étanchéité an- nulaire déformable élastiquement, la longueur de la bague rigide étant telle qu'elle détermine, après ser- rage du bouchon obturateur à l'aide de l'écrou, le de-15 gré de compression axiale maximum du joint d'étanchéité. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, la bague rigide recevant le joint d'étanchéi- té est une bague épaulée. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, la bague rigide est pourvue d'un épaulement externe à l'une de ses extrémités et d'un épaulement interne à son autre extrémité, ces extrémités épaulées recevant chacune au moins un joint d'étanchéité. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, la bague épaulée recevant au moins un joint d'étanchéité jouxte au moins une bague, épaulée à au moins l'une de ses extrémités, l'épaulement de cette bague étant d'un diamètre complémentaire de l'épaule- ment de la bague recevant le joint afin de permettre l'interpénétration limitée de ces bagues. L'invention est représentée à titre d'exem- ple non limitatif sur les dessins ci-joints Les figu- res 1 et 2 de ces dessins représentent, en coupe axia- le, deux genres d'empilage des éléments d'un même mode de réalisation d'un bouchon obturateur. La présente invention a en conséquence pour but la réalisation d'un bouchon obturateur qui permet d'obturer une tuyauterie sans risque de fuite et de manière fiable et sans que la pression à l'intérieur de la tuyauterie risque de déplacer ou d'éjecter le bouchon en question. Le dispositif de l'invention a également pour but d'assurer l'obturation de tuyauteries à hau- teur des extrémités dudgeonnées expansées dans les trous d'une plaque d'extrémité d'un échangeur thermi- que multitubulaire et cela quelle que soit l'épaisseur de cette plaque d'extrémité L'obturation étanche de la tuyauterie peut ainsi particulièrement être assurée de manière efficace même s'il apparaît, comme c'est fréquemment le cas, une fissuration à la jonction de la zone dudgeonnée et de la zone non dudgeonnée de la tuyauterie, c'est-à-dire à hauteur de l'une des faces de la plaque d'extrémité de l'échangeur multitubulai- re. La présente invention a également pour but d'assurer un ancrage mécanique efficace du bouchon obturateur, sans risquer de détériorer les joints d'étanchéité. Le bouchon obturateur des figures 1 et 2 est représenté à l'état non serré, à l'intérieur d'une tuyauterie 1 d'un échangeur multitubulaire, cette tuyauterie 1 comportant une extrémité dudgeonnée 1 assemblée à la plaque d'extrémité 2 de l'échangeur. Comme on le remarque, la jonction entre cet- te extrémité dudgeonnée 11 et la partie non dudgeonnée 12 de la tuyauterie 1 est située à hauteur de la face 21 de la plaque 2, c'est-à-dire à hauteur de la zone o on constate le plus fréquemment la formation de fissures dans la tuyauterie 1 après quelques années de fonctionnement de l'échangeur. Ce bouchon obturateur comprend un boulon 3 pourvu d'une tête 31 et d'une extrémité filetée 32 sur laquelle vient se visser l'écrou 4 par l'intermédiaire d'une rondelle 5 Sur la tige de ce boulon, est enfilé l'ensemble des pièces constitutives d'un moyen d'an- crage mécanique 6 et l'ensemble des pièces constituti- ves de deux moyens d'étanchéité 7 et 8. Le moyen d'ancrage mécanique 6 comprend deux bagues rigides identiques 9, dont une extrémité pré- sente une paroi externe conique 91 et une bague 10, déformable plastiquement, en forme de manchon cylin- drique à section circulaire, dont le diamètre est tel qu'il vient, à l'état non serré du bouchon, s'appuyer par ses extrémités à la base des parties coniques 9 des bagues 9. Ainsi, lors de la mise en place du bouchon obturateur par serrage de l'écrou 4, le rapprochement des bagues métalliques rigides 9 entraîne la déforma- tion plastique du manchon 10, de préférence également métallique, jusqu'à ce que son expansion l'amène à s'ancrer fermement dans la paroi du tube 1. Conformément à l'invention, il a par ail- leurs été prévu de réaliser des fentes longitudinales (non représentées) aux deux extrémités du manchon 10, de façon à favoriser la déformation et donc l'expan- sion du manchon Ces fentes longitudinales d'une des extrémités du manchon sont décalées des fentes de l'autre extrémité, éventuellement en s'interpénétrant les unes les autres, de manière à ce que les ancrages des deux extrémités du manchon dans le tube soient également décalés et de façon également à éviter que la rupture du manchon, lorsque le serrage de l'écrou 4 expanse le manchon au-delà de sa limite de déformation plastique, se produise parallèlement à l'axe du man- chon. La face externe du manchon 10 est par ail- leurs pourvue d'aspérités de surface, telles qu'un rainurage annulaire, pour favoriser l'ancrage mécani- que. Les moyens d'étanchéité 7 et 8 comprennent chacun une première bague rigide 11, en général métal- lique, qui est pourvue, à l'une de ses extrémité, d'un épaulement externe 11, destiné à recevoir au moins un joint torique 121, 122, 123 dont le diamètre est dé- terminé pour qu'il vienne s'appliquer contre la face interne du tuyau 1 considéré. Le moyen d'étanchéité du bouchon obturateur conforme à l'invention présente par ailleurs plusieurs dispositions particulières, qui ont pour but d'assurer une étanchéité convenable pour des gammes relativement larges de diamètres de tuyauteries, malgré les diamè- tres différents de ces tuyauteries à hauteur des zones dudgeonnées et à hauteur des zones non dudgeonnées et cela quelle que soit l'épaisseur de la plaque d'extré- mité de l'échangeur multitubulaire et quel que soit également le motif de l'obturation désirée et, parti- culièrement, quelle que soit la position de la fissu- ration de la tuyauterie considérée. Ainsi, la bague épaulée 11 est pourvue d'un épaulement externe 11 i à l'une de ses extrémités et d'un épaulement interne 112 à son autre extrémité, cet épaulement 112 étant destiné à recevoir également un joint déformable élastiquement 124 de manière à assu- rer l'étanchéité entre la bague 11 et la tige du bou- lon 3. La longueur de ces épaulements 11, et 112 est par ailleurs supérieure à la longueur du joint 121, 124 mis en oeuvre, de façon que même après serra- 1 O ge efficace du bouchon, ces joints 12, et 124 n'assu- rent l'étanchéité du bouchon, principalement ou exclu- sivement que par déformation radiale. La longueur de ces épaulements 11, et 112 est également inférieure au double de la longueur des joints d'étanchéité, de façon que en fonction du dia- mètre du tuyau à obturer ou en fonction de la nature du matériau élastique qui constitue les joints il soit possible de disposer, principalement dans l'épaulement externe 111 deux joints juxtaposés 122, 123 qui, lors du serrage du bouchon, sont alors comprimés axiale- ment, suivant un degré de compression déterminé et li- mité, pour venir s'appliquer avec une pression élasti- que suffisante contre la paroi dudgeonnée du tube 1. Suivant la structure de l'échangeur (diamè- tre des tuyauteries 1, forme et dimensions des joints 121, 122, 123, 124, température, nature et pression du fluide transporté par les tuyauteries 1, etc) il est également prévu de permettre à l'opérateur de doser dans chaque cas le degré de compression des joints. A cet effet, la bague rigide épaulée 11 re- cevant les joints d'étanchéité, est juxtaposée avec au moins une bague rigide 13, 14 qui est pourvue à au moins l'une de ses extrémités, d'un épaulement 131, 14 * qui constitue le complément des épaulements 111, 112 de la bague 11 Ainsi, l'opérateur a la possibili- té de renverser cette bague afin qu'elle s'interpénè- tre sur ou dans les épaulements 111, 112 de la bague 11 pour assurer un positionnement et une compression du joint de cette bague en fonction de la structure du joint mis en oeuvre, de la structure de la chaudière, des caractéristiques du fluide transporté par les tuyauteries, etc. Suivant l'exemple représenté sur la figure 1, les deux bagues rigides 13, 14 comportent toutes les deux un même épaulement interne d'extrémité 131, 141, le renversement de l'une de ces bagues permettant donc de compresser axialement le ou les joints 121, 122, 123 disposés dans les épaulements complémentaires externes 11, des bagues 11. Dans cet exemple, on considère donc que pour ce type de bouchon il est utile uniquement de compri- mer axialement et éventuellement les joints extérieurs de la bague 11, cette compression étant dans tous les cas limitée par la différence de longueur des parties épaulées complémentaires en diamètre La longueur de l'épaulement 131, 14, pourra, par exemple, correspon- dre à la moitié ou au tiers de la longueur d'un joint 122, 123- On note également que les moyens d'étanchéi- té 7 et 8 comprennent chacun une bague épaulée 11 re- cevant les joints d'étanchéité et deux bagues épaulées 13, 14 de façon qu'il soit possible de modifier la po- sition axiale des joints d'étanchéité 121, 122, 123 et 124 en fonction notamment de l'épaisseur de la plaque 2, c'est-à-dire de la longueur de la zone dudgeonnée, en fonction de la position de la fissuration à obtu- rer, etc. Ainsi, suivant la figure 1, les bagues 13, 14 du moyen d'étanchéité 7 sont enfilées sur le boulon 3 après la bague épaulée 11, alors que pour le moyen d'étanchéité 8 la bague 11 est disposée entre les deux bagues 13, 14. Par contre, suivant la figure 2, la bague 11 du moyen d'étanchéité 7 est disposée entre les deux bagues 13, 14 alors que la bague épaulée 11 du moyen d'étanchéité 8 est enfilée sur le boulon 3 après les deux bagues 13, 14. Le bouchon obturateur conforme à l'invention permet donc une multiplicité des combinaisons des piè- ces enfilées, suivant la nature de l'obturation à ré- aliser. Egalement, cette multiplicité des combinai- sons permet de positionner le moyen d'ancrage 6 de fa- çon qu'il soit situé à hauteur de la plaque d'extrémi- té 2, quelle que soit son épaisseur. Ainsi, suivant la figure 1, la plaque 2 est relativement épaisse et le moyen d'ancrage mécanique 6 est disposé entre les deux moyens d'étanchéité 7 et 8 alors que, suivant la figure 2, la plaque 2 est rela- tivement mince et le moyen d'ancrage mécanique 6 est enfilé sur le boulon 3 après les deux moyens d'étan- chéité 7 et 8. Suivant l'exemple représenté, le dispositif obturateur comprend un moyen d'ancrage mécanique 6 et deux moyens d'étanchéité 7 et 8 de façon à pouvoir ob- tenir une double étanchéité, par exemple à hauteur de la partie dudgeonnée et à hauteur de la partie non dudgeonnée et cela quelle que soit l'épaisseur de la plaque d'extrémité 2 On comprendra cependant que, si cela est jugé suffisant, le bouchon obturateur pourra comporter uniquement un moyen d'ancrage mécanique et un moyen d'étanchéité, sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1) Bouchon obturateur de tuyauteries, notam- ment de tubes ou d'alésages d'échangeur thermique, dans lesquelles circule un fluide sous pression, ce bouchon comprenant un boulon ( 3) sur la tige duquel sont enfilés des moyens d'étanchéité et des moyens d'ancrage mécaniques expansibles susceptibles de s'ap- pliquer contre la face interne d'une tuyauterie par serrage d'un écrou ( 4) en prise sur le filetage du boulon, bouchon caractérisé en ce que les moyens d'é- tanchéité ( 7, 8) comprennent une bague rigide ( 11) re- cevant au moins un joint d'étanchéité annulaire défor- mable élastiquement ( 121, 122, 123, 124), la longueur de la bague rigide étant telle qu'elle détermine, après serrage du bouchon obturateur à l'aide de l'é- crou, le degré de compression axiale maximum du joint d'étanchéité. 2) Bouchon conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la bague rigide ( 11) recevant le joint d'étanchéité est une bague épaulée ( 111). 3) Bouchon conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague rigide ( 11) est pourvue d'un épaulement externe ( 11) à l'une de ses extrémités et d'un épaulement in- terne ( 112) à son autre extrémité, ces extrémités épaulées recevant chacune au moins un joint d'étan- chéité ( 121, 122, 123, 124). 4) Bouchon obturateur conforme à l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague épaulée ( 11) recevant au moins un joint d'étanchéité jouxte au moins une bague, épaulée à au moins l'une de ses extrémités, l'épaulement de cette bague étant d'un diamètre complémentaire de l'é- paulement de la bague ( 11) recevant le joint afin de permettre l'interpénétration limitée de ces bagues. ) Bouchon conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité ( 7, 8) comprennent une première bague rigide épaulée ( 11) recevant les joints d'étan- chéité ( 121, 122, 123, 124) et deux bagues épaulées ( 13, 14) dont les épaulements constituent le complé- mentaire des épaulements de cette première bague. 6) Bouchon conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage mécanique expansibles ( 6) comprennent deux bagues rigides ( 9) extérieurement au moins par- tiellement coniques, entre lesquelles est disposée une bague monobloc déformable. 7) Bouchon conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que la bague déformable ( 10) est pourvue de fentes longitudinales à ses deux extrémi- tés, ces extrémités fendues de la bague venant en ap- pui sur les extrémités coniques ( 91) des deux bagues coniques ( 9). 8) Bouchon conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les fentes longitudinales de l'une des extrémités de la bague ( 10) déformable sont décalées des fentes de l'autre extrémité. 9) Bouchon conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boulon ( 3) est d'une longueur telle qu'il reçoit par enfilement deux moyens d'étanchéité ( 7, 8) et un moyen d'ancrage mécanique ( 6). ) Bouchon conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague rigide ( 11) pourvue des joints d'étanchéité pré- sente des épaulements ( 111, 112) dont la longueur est supérieure à la longueur du joint et inférieure au double de cette longueur.