Brevet FR2909746A1 — publié le 20080613

JOINT FLEXIBLE A SOUFFLET La présente invention a pour objet un joint flexible à soufflet apte à constituer une articulation flexible entre deux éléments tubulaires, notamment dans des installations pétrolières sous-marines, et plus particulièrement des installations soumises à des hautes pressions et/ou à de fortes variations de pression interne. Les articulations élastiques mettent en oeuvre au moins un élément d'articulation flexible, notamment un joint lamifié par exemple une rotule alternant des couches de métal et de caoutchouc. io L'existence de fortes variations de pression conjuguées à l'action des gaz dissous dans le fluide transféré pose des problèmes de décompression rapides des bulles de gaz absorbées au sein du caoutchouc. Le Brevet US 5 133 571 concerne une rotule entre deux tubes mobiles (raccord dit "flottant") avec deux rotules lamifiées symétriques et un 15 système de compensation central. Selon sa Figure 2, il est prévu de protéger le joint lamifié par un soufflet métallique qui transmet la pression à l'extérieur par sa variation de diamètre, le soufflet étant en équilibre hydrostatique. Ce soufflet doit donc assurer simultanément deux fonctions : suivre le mouvement du lamifié et transmettre la pression. 20 Un tel soufflet présente deux inconvénients principaux, à savoir une difficulté de fabrication en raison de la complexité de sa forme et de la faible épaisseur et une relative fragilité. Le Brevet précité propose alternativement de compenser la pression à l'aide d'un accumulateur (figure 4) ou bien d'un piston logé dans la 25 partie centrale du soufflet (figure 5). Aucune de ces solutions n'est satisfaisante. En effet, la mise en oeuvre d'un accumulateur extérieur associé à une liaison étanche haute pression pose des problèmes de fiabilité dans une application sous-marine, alors que la mise en oeuvre d'un piston 30 complique la structure et l'assemblage, et nécessite la présence de deux soufflets avec un ancrage étanche. La présente invention vise à proposer une solution améliorée qui permet de protéger le lamifié tout en autorisant les mouvements de la rotule lamifiée en séparant les deux fonctions de guidage du lamifié et de 35 transmission de la pression. 2909746 2 L'invention concerne ainsi un joint flexible à soufflet destiné au couplage entre deux éléments tubulaires pour le passage de fluide dans un espace de circulation et présentant un axe principal qui est l'axe commun aux éléments tubulaires en leur position d'alignement, et comprenant au 5 moins un élément d'articulation flexible lié fonctionnellement à un premier élément tubulaire et à un carter, ainsi qu'un soufflet de couplage des deux éléments tubulaires, le soufflet de couplage, l'élément d'articulation flexible et le carter définissant des parois d'une cavité remplie d'un fluide, tel qu'une huile ou de préférence une solution aqueuse, caractérisé en ce qu'il comporte w un élément flexible de compensation de pression espacé du soufflet et dont une première face forme au moins une partie d'une paroi de ladite cavité et dont une deuxième face est en communication avec l'espace de circulation. Ainsi, le suivi du mouvement de rotation/translation de la ou des rotules lamifiées est obtenu par un soufflet qui peut être de diamètre 15 constant, alors que la compensation de pression est assurée par un dispositif placé axialement, et pourvu d'un degré de liberté dans cette direction. Le joint flexible tel que défini ci-dessus permet un gain important de hauteur, par exemple 30% pour un même diamètre. Ceci permet en particulier de réduire la hauteur du corps du carter dont la réalisation est 20 particulière en raison de la pression qu'il reprend. L'élément flexible de compensation de pression peut être réalisé par une membrane annulaire ou bien par un ou plusieurs soufflets onduleux ou à diaphragme présentant une obturation à un bout. Le ou les soufflets de compensation sont avantageusement logés dans une région de 25 couronne annulaire dont l'axe est ledit axe principal. La variante du soufflet à diaphragme permet de compenser plus précisément et plus rapidement les variations de pression en raison d'une raideur moindre, et de compenser un plus grand volume de fluide. Selon une variante, le carter comporte un corps ainsi qu'un 30 couvercle qui est situé à l'opposé de l'élément d'articulation flexible. Le soufflet de couplage peut être alors logé entre le premier élément tubulaire et un élément fixe par rapport au couvercle du carter, alors que l'élément flexible de compensation de pression est logé entre à l'intérieur ledit élément fixe par rapport au couvercle du carter et à l'extérieur le corps du 35 carter, le couvercle du carter comportant au moins une ouverture mettant en 2909746 3 communication la deuxième face de l'élément flexible de compensation et l'espace de circulation. Afin d'éviter une remontée du tube inférieur et un endommagement de la rotule lamifiée qui pourrait en résulter, le couvercle du 5 carter est avantageusement couplé à un prolongement cylindrique disposé dans l'espace de circulation et longeant au moins partiellement le soufflet de couplage. Ce prolongement cylindrique permet également d'éviter les problèmes de turbulence dûs aux flux de liquide passant à proximité des ondes du soufflet (vibrations du soufflet). io D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après en liaison avec les dessins ciaprès dans lesquels les figures la et 1 b représentent en coupe deux variantes de l'invention. Le joint flexible représenté vise à assurer une liaison entre 15 deux tubes 3 et 8 de transfert de fluide sous haute pression dans une installation pétrolière sous-marine. L'un des tubes, référencé 3, présente une bride 33 montée sur une bride 23 d'un couvercle 2 d'un carter qui présente un corps de carter 1. Le couvercle 2 présente une base élargie 24 permettant le montage par 20 des tirants sur le corps 1 du carter en définissant notamment une chambre principale 120 remplie par un fluide incompressible. A sa partie inférieure, le corps 1 reçoit sur son contour concave de révolution 19 une rotule lamifiée 9 constituée de manière connue d'une alternance de couches métalliques et de couches d'élastomère 25 adhérisées ensemble. La rotule lamifiée 9 est solidaire du contour 19 et à son autre extrémité qui en coupe a une forme d'arc de cercle, d'un prolongement évasé 81 du tube 8. L'extrémité 83 du prolongement 81 reçoit un élément 102 de maintien étanche d'une extrémité d'un soufflet métallique ondulé 100 de 30 compensation de pression dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,5 mm et dont l'axe est l'axe ZZ' commun aux deux tuyaux 3 et 8 en leur position d'alignement. La face interne 14 du corps 1 du carter, le joint lamifié 9, et la face externe du soufflet 100 délimitent une cavité 120 remplie d'un liquide, par 35 exemple une huile silicone et dont la partie supérieure (dans la position 2909746 4 représentée sur le dessin), c'est-à-dire opposée axialement au joint lamifié 9 est refermée par un dispositif flexible 7 de compensation de volume. Ce dispositif de compensation de volume est ici une membrane métallique annulaire 71 (Figure la) ou bien un ou plusieurs 5 soufflets ondulés 73 (Figure 1 b). Ces soufflets ondulés 73 peuvent être indépendants comme représenté ou bien intégrés à une couronne annulaire. A la partie supérieure (sur le dessin) le soufflet 100 est maintenu de manière étanche par un élément 101, porté par une collerette 27 qui maintient le contour interne de la membrane 71 formant soufflet de io compensation. Un élément annulaire de maintien 12 retient de manière étanche le contour extérieur de la membrane 71. Le soufflet 100 et le dispositif élastique 7 sont montés sur une pièce rapportée 5 surmontée par la collerette 27 logée dans une rainure 15 annulaire 26 du couvercle 2 du carter. Une cavité secondaire 29 surmonte le dispositif élastique 7 et communique par une ou plusieurs ouvertures 28 de la collerette 27 avec le canal principal 110 de circulation de fluide défini par la face interne 35 du tube 5, la face interne 25 du couvercle 2, la face interne 55 de la pièce 5 et la face interne 85 du tube 8. 20 La pièce 5 est généralement cylindrique et elle suit la face interne du soufflet 100 afin d'éviter une remontée du tube inférieur et un endommagement de la rotule 9 qui pourrait en résulter, et de protéger le soufflet contre les problèmes de turbulence des fluides traversant les tuyaux 8 et 3 et remontant par exemple de bas en haut sur le dessin. 25 L'extrémité inférieure 56 de la pièce 5 est tronconique et vient en appui sur le prolongement évasé 81. Lors du montage, la pièce 5 est ainsi maintenue entre la collerette et le prolongement 81. Entre la face externe 54 de la pièce 5 et le contour interne du soufflet subsiste une chambre annulaire 57 qui est à la même pression que le canal principal 110 de circulation de 30 fluide. Lors de la mise en fonctionnement, il se produit une diminution de hauteur du lamifié 9 qui assure un jeu suffisant pour réaliser l'équilibre des pressions. En raison du fait que le liquide de compensation présente une 35 certaine compressibilité, le volume que doit représenter l'élément flexible de compensation 7 est directement lié au volume de fluide dans la chambre 120. 2909746 5 Pour diminuer ce volume, on peut remplir en partie la chambre 120 d'un matériau solide incompressible (minéral ou métallique). REVENDICATIONS 1) Joint flexible à soufflet destiné au couplage entre deux éléments tubulaire pour le passage de fluide dans un espace de circulation et présentant un axe principal qui est l'axe commun aux éléments tubulaires en leur position d'alignement, et comprenant au moins un élément d'articulation flexible lié fonctionnellement à un premier élément tubulaire et à un carter, ainsi qu'un soufflet de couplage des deux éléments tubulaires, le soufflet de couplage, l'élément d'articulation flexible et le carter définissant des parois d'une cavité remplie d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif io flexible (7) de compensation de pression espacé du soufflet (100) et dont une première face forme au moins une partie d'une paroi de ladite cavité (120) et dont une deuxième face est en communication avec l'espace de circulation (110). 2) Joint flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que l'élément flexible de compensation de pression est une membrane annulaire (71) dont l'axe est ledit axe principal (ZZ). 3) Joint flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément flexible de compensation de pression est constitué par au moins un soufflet de compensation (73). 20 4) Joint flexible selon la revendication 3, caractérisé en ce que au moins un soufflet de compensation (73) est logé dans une région de couronne annulaire (74) dont l'axe est ledit axe principal (ZZ). 5) Joint flexible selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter comporte un corps (1), ainsi qu'un couvercle 25 (21) situé axialement à l'opposé de l'élément d'articulation flexible (9). 6) Joint flexible selon la revendication 5, caractérisé en ce que le soufflet de couplage (100) est logé entre le premier élément tubulaire (8) et un élément fixe par rapport au couvercle (2) du carter, en ce que l'élément flexible (7) de compensation de pression est logé entre à l'intérieur 30 ledit élément fixe par rapport au couvercle (2) du carter et à l'extérieur au corps (1) du carter, et en ce qu'il comporte au moins une ouverture (28) mettant en communication la deuxième face de l'élément flexible de compensation (7) et l'espace de circulation (100). 7) Joint flexible selon une des revendications 5 ou 6, 35 caractérisé en ce que le couvercle (2) du carter est couplé à un prolongement 2909746 7 cylindrique (100) disposé dans l'espace de circulation (110) et longeant au moins partiellement le soufflet de couplage (100). 8) Joint flexible selon la revendication 7, caractérisé en ce que le prolongement cylindrique (5) comporte au moins une dite ouverture 5 (28) mettant en communication la deuxième face de l'élément flexible de compensation (7) et l'espace de circulation (110). 9) Joint flexible selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite cavité (120) est remplie en partie d'un matériau solide.