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L'invention est relative à un raccord pour tubes, comportant l'ap- plication de surfaces d'étanchéité agissant suivant le principe des coins, et qui convient, plus particulièrement, aux tubes soudés ou autres, pré- sentant des tolérances de dimensions importantes.
L'invention est caractérisée essentiellement par le fait qu'entre la face de coin-conique d'un raccord enserrant le tube à rendre étanche et une surface de pression, qui peut être constituée par un écrou, est emboî- tée une pièce façonnée d'étanchéité en forme d'anneau, qui, lors du serrage de la surface de pression, subit une déformation conique dans la direction du tube à rendre étanche jusqu'à ce que l'arête intérieure de la pièce façonnée vienne en contact dudit tube, et que, sous l'effet de l'accrois- sement de la pression de serrage, il se produise un remplissage parfai- tement étanche, par fluage, de l'espace annulaire existant entre le tube à raccorder et la pièce façonnée d'étanchéité.
La pièce façonnée d'étanchéité est, plus particulièrement, cons- tituée par une douille cylindrique, dont le diamètre intérieur est légère- ment supérieur au diamètre extérieur du tube à raccordero
La pièce façonnée d'étanchéité peut également être en forme de chapeau épousant la surface de coin conique.
Afin d'assurer le centrage et l'uniformité de la répartition des efforts, il est recommandé de prévoir, entre la pièce façonnée d'étan- chéité et la surface de pression une bague de pression intermédiaire cy- lindrique, contre l'arête extérieure de laquelle agit la surface de pres- sion de forme coniqueo Cette bague de pression intermédiaire a également pour effet d'empêcher la pièce façonnée d'étanchéité de tourner en même temps que 1 écrou.
La bague intermédiaire de pression présente, avantageusement, un épaulement ou autre élément de butée, destiné à empêcher la pièce façonnée de s'échapper vers l'extérieur pendant la serrage du raccord.
Il est recommandé, en outre, d'établir la bague intermédiaire de pression en un matériau de dureté suffisamment faible pour que,pendant le serrage de la pièce façonnée d'étanchéité, il se produise, par déformation de la matière, une application de l'alésage intérieur de ladite bague in- termédiaire contre la périphérie externe du tube à rendre étanche.
Afin d'assurer la déformation par fluage de la pièce d'étanchéité façonnée, qui est, de préférence, métallique, l'épaisseur de celle-ci, qu'elle présente la forme d'une douille ou d'un chapeau, doit être égale ou supérieure à l'espace existant entre la périphérie intérieure du raccord et la périphérie extérieure du tube à raccorder. De plus, la surface d'é- tanchéité conique du raccord doit former, avec l'axe longitudinal du tube, un angle suffisamment petit (de préférence de 30 à 45 ), pour que le centra- ge de la bague d'étanchéité par rapport au tube soit assuré pendant le serrage.
L'arête de la bague d'étanchéité, qui vient se poser sur le tube à raccorder, doit, en outre, se trouver, dans le sens du serrage, en amont de la projection verticale du sommet de la surface d'étanchéité de la piè- ce médiane du raccord.
Le diamètre intérieur de la. bague intermédiaire cylindrique est, avantageusement, légèrement supérieur au diamètre intérieur de la pièce médiane du raccord.
Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, les faces de joint de la pièce façonnée d'étanchéité et de l'écrou forment,
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avec celles du raccord, un angle dont le sommet se trouve sur la périphé- rie du tube à raccorder. Ce sommet peut aussi se trouver juste au-dessus de cette périphérie.
L'angle formé par les deux surfaces de joint est, avantageusement, relativement grande La pièce façonnée d'étanchéité qui coulisse axialement lors de l'exécution du joint, vient également remplir, dans la zone dudit sommet, par fluage, de la matière sous l'action du serrage et de la pres- sion, l'espace annulaire existant entre le tube et le raccord extérieur.
La bague d'étanchéité est, de préférence, entiquement confor- mée sur ses deux faces, de sorte que, lors du serrage des faces de joint, le fluage de matière se produit sur les deux parties en forme de coin. La pièce médiane du raccord peut être solidarisée avec la tubulure de l'ins- trument ou de l'appareil à raccorder, pour former une pièce commune. Celle- ci peut alors être taraudée et l'écrou correspondant porter un filetage extérieur. Au lieu de comporter une deuxième raccord pour tube la pièce de jonction peut aussi être réunie directement à l'appareil, par vissage par exemple.
La fluage de la matière est rendu possible par le fait que les efforts de glissement, lors du serrage par vissage, engendrent, sur l'arête annulaire d'étanchéité, une pression superficielle très élevéeo
Dans tous les joints ou raccords pour tubes connus jusqu'à présent, il est à remarquer que, soit pour chaque diamètre de tube, soit aussi pour chaque groupe de diamètres de tube, les épaisseurs de matière, ou celles à fnd de filet, augmentent sensiblement, lorsque le diamètre du tube de- vient plus grosg par rapport à la profondeur et, par suite, au pas du file- tage utilisé,'Il s'ensuit qu'au fur et à mesure de l'augmentation du diamè- tre du tube, la longueur et l'épaisseur du raccord croissant,
d'où une dé- pense en matière première et en nain d'oeuvre plus élevéeo De plus, les fraus de stockage et de transport deviennent de plus en plus importants.
Conformément à l'invention, il a été constaté qu'en observant un certain nombre de règles, on peut réaliser des raccords ou jonctions de tubes à filetage en quelque sorte universel et, par suite, obtenir une longueur et une épaisseur minima pour ces pièceso Il en résulte une écono- mie notable de matière première et de main d'oeuvre, une réduction de l'ou- tillage nécessaire et une simplification de l'usinage même. Pour tous les diamètres de tubes rencontrés couramment, les raccords selon l'invention p peuvent être fabriquées à l'aide des mêmes filières, tant en ce qui concer- ne la pièce de jonction médiane que l'écrou à chameau servant à engendrer la pression de serrage.
La disposition selon l'invention permetmême de choisir la même longueur hors-tout pour les raccords des diamètres les plus divers, ce qui représente un avantage tout particulier lors de l'établis- sement des tuyauteries.
Selon une caractéristique de l'invention, la profondeur de fileta- ge, pour tous les diamètres de tubes, peut, pour un pas de 1, être égale ou sensiblement égale à la demi-épaisseur du corps fileté du tube à jonction- ner ou du raccord et, le cas échéant, du corps de l'écrou à chapeau du raccord ou de la contre-pièce de la tuyauterie; elle peut être égale ou sensiblement égale à un tiers des dites épaisseurs pour un pas de 0,75 à un quart pour un pas de 0,6 ou à un cinquième pour un pas de 0,5-
Normalement, ceci peut être réalisé en donnant au corps fileté du tube à jonctionner, pour tous les diamètres de tubes, une épaisseur égale à un peitit multiple de la profondeur de filet, en fonction du pas choisi.
Il est avantageux, dans cet esprit, de choisir une profondeur de
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filet de 0,65 mm, ce qui correspond à un pas égal à 1, ou une profondeur plus faible.
Le raccord selon l'invention convient aux tubes de tous types, aussi bien de précision que soudés, et même pour les hautes pressions. Les avantages de l'invention sont particulièrement sensibles pour les tubes soudés, qui sont toujours soumis à des tolérances de cotes importantes, car même si les extrémités des tubes à raccorder de façon étanche présentent des différences de diamètre notalbes, et même si' leur pourtour s'écarte de la forme circulaire, il se produit, par suite du fluage de métal résul- tant de la pression superficielle spécifique extrêmement élevée sur l'arê- te d'application de la pièce d'étanchéité façonnée, une liaison tellement étroite et étanche, correspondant à une soudure forte, entre la surface en coin conique de la pièce de raccordement et le tube à raccorder, que, même,
pour des pressions dépassant notablement la charge limite des tubes à joindre, il ne se produit aucun défaut d'étanchéité dans le raccord lui- même Lorsque..-' les tubes à raccorder présentent un défaut dans leur forme circulait et des différences de diamètre, une difficulté particulière ré- sulte de ce que les parties du raccord (la pièce médiane et les deux or- ganes de serrage, en particulier les écrous) doivent présentern un jeu re- lativement important par rapport aux tubes, jeu qui constitue un espace ' annulaire que doit remplir, de manière totalement étanche, la pièce façons née d'étanchéité.
Divers exemples de réalisation de l'invention sont représentés au dessin annexé, dans lequel : la Fig. 1 représente, en coupe, un raccord complet avec bague d'étanchéité à arêtes en forme de coin; la Figo 2 est une vue partielle à plus grande échelle de la fig. 1
La Figo 3 est une coupe correspondant à la Fig. 2, après compres- sion de la bague d'étanchéité; la Fig. 4 est une vue analogue à la Fig. 2, mais avec une bague d'étacnchéité de tomme différente; la Fig. 5 est une coupe de la Figo 2 ; la Fig. 6 est une coupe de la Fige 1;
Les Figs, 7 et 8 représentent, en coupe, un raccord selon l'inven- tion, d'agencement différent; la Fig. 9 est une coupe correspondant aux Figs. 7 et 8; la fig. 10 est une vue en coupe, correspondant à la Fig. 1, le raccord étant repoussé d'un côté;
la Figo 11 représente en coupe, un raccord analogue à celui de la Fig. l, mais muni d'upa filetage intérieur; les Figso 12, 13 et 14 montrent, en coupe, diverses formes de réa- lisation de raccords pour branchement sur des appareils; la Fig. 15 est une vue correspondant à la Fig. 5, mais avec une douille auxiliaire disposée an-dessus de la bague d'étanchéité. la Fig. 16 représente, en coupe, un raccord servant au branchement d'un tube; la Fig. 17 montre, en coupe, un raccord avac bagues de réduction; la Figo 18 est un schéma destiné à la comparaison des rapports entre la profondeur de filet, l'épaisseur du corps fileté du raccord et celle de l'écrou, suivant l'état actuel de la technique et d'après l'inven- tion; les Figso 19 a b, c représentent, en coupe transversale des raccords pour tubes de diamètre différent;
la Fige 20 représente, en partie en coupe et partie en élévation, une autre forme d'exécution d'un raccord, la moitié gauche de la figure
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montrant le raccord avant serrage et la moitié droite après serrage, c'est à dire dans une position assurant l'étanchéitéo la Figo 21 est une vue, en coupe longitudinale, d'une pièce façon- née d'étanchéité profilée, conforme à la Fig. 20 ; la Fig 22 représente, en coupe longitudinde, une pièce d'étan- chéité façonnée en bague cylindrique; la Figo 23 est une vue en coupe partielle, correspondant à la
Fig. 20, une pièce d'étanchéité façonnée suivant la Fig. 21 étant insérée dans le raccord; la Figo 24 est une vue analogue à la précédente, mais avec une pièce d'étanchéité façonnée .suivant la Figo 22 ;
la Figo 25 est une vue en coupe partielle, correspondant aux
Figs. 20 et 22, après serrage du raccord, c'est à dire en position d'é- tanchéité; la Fig. 26 représente, à plus grande échelle, un détail de la
Fig. 25 ; la Figo 27 est une coupe analogue à la Fig 25, mais avec une butée de glissement pour la pièce façonnée d'étanchéité d'après la Fig. 21.
Comme le montrent les Figso 1 et 2, l'étanchéité est réalisée par serrage des écrous la et b sur la pièce médiane 3, les bagues d'étanchéité 2 et 2 venant s'appliquer contre la pièce médiane 3 et les écrous 1 et 1 Ainsi qu'il ressort de la Figo 23, les deux arêtes d'étanchéité annulaires 4 et 5 sont amenées, par serrage de l'écrou 1b, 311 contact étroit avec leurs contre-pièces, il en résulte un serrage superficiel spécifique élevé, qui donne lieu tout d'abord, à une déformation élastique, puis à un fluage de la matière.
Les triangles de matière 4 et 5, dessinés en noir, pénètrent ainsi dans l'espace libre entre le tube b ' la bague d'étanchéité
2b et la pièce médiane 3,de même qu'entre le tube b, la bagne d'étanchéité 2 .et l'écrou 1b, Pour un-;
serrage encore plus énergique de l'écrou 16,la .(or- ceicemplémentaire de poussée ainsi engendrée, est absorbée par ..les arêtes 6 et 7, formant gradin, ce qui évite l'écrasement de la bague d'étanchéité 2b eg,par suite le phénomène connu de striction du tube b, même si celui-ci est à paroi mince Pour les tubes de diamètre important, les gradins 6 et 7 de la fig. 2, destinés à absorber l'effort de dpoussée complémentaire ,sont avantageusement remplacés par des cônes 8 et 9 (Figo 4), ou par des surfaces de butée 10 et 11 (Figo 5) Pour les très hautes pressions, ces dernières sont remplacées par une douille en métal dure
La Figo 6 montre comment la pression superficielle spécifique é- levée peut être obtenue avec des angles de contact différents.
Dans les exemples de réalisation des Figso 7 et 8, la bague d'étan- chéité 2b forme une seule pièce avec la partiemédiane 3 du raccord; à la
Fig. 9, la bague 2b est solidaire de l'écrou 1b,
La Figo 10 montre comment le raccord peut être démonté pour l'en- lèvement ou le remplacement des tubes rigides dans une conduite. Après avoir débloqué ou complètement dévissé les écrous, on fait coulisser vers la gauche la pièce médiane 3 en frappant légèrement sur sa face avant ou sur sa collerette à six-pans 12 jusqu'à ce que l'extrémité du tube à retirer b soit dégagée.
Après mise en place du nouveau tronçon de tube, le raccord est ramené dans sa position initiale, et les deux écrous là et 1b de nouveau serrés.
La Figo 11 représente un raccord, dont la pièce médiane 3 porte un filetage intérieur, l'étanchéité pouvant être réalisée de plusieurs manières différentes, comme le montre le dessin.
Les Figso 12, 13 et 14 montrent, des branchements, réalisa selon
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l'invention sur un élément d'appareil 13, soit avec filetage extérieur, soit avec filetage intérieur; c'est l'élément d'appareil 13 qui remplaee la pièce médiane 3 des raccords précédents.
Dans l'exemple de réalisation de la Fig. 15, les surfaces de 'butée 10 et 11 de la Figo 5 de la bague sont remplacées par un manchon 14a, 14 établi en un matéraiu différent de celui du cône d'étanchéité
La Fig 16 montre l'application du raccord 3 comme bout de tube ; la pièce médiane est, dans ce cas, avantageusement coniqueo Tout raccord peut ainsi être utilisé tel quel pour le branchement sur un appareil 13; il suffit de la visser dans le filetage usuel de l'appareil, qui présente, de préférence, une feuillure à l'emplacement du joint.
Comme le montre la Fig. 17, un raccord quelconque peut servir de réduction. Il suffit, pour cela, de remplacer, du côté de la réduction la bague d'étanchéité normale par deux rondelles rréductrices 15 et 16 et par la bague d'étanchéité 2b du tube de plus petit diamètre b.
Il va de soi que l'invention s'étend aussi à des tubes dont les extrémités sont rétreintes ou renforcées, par exemple par des manchons, des brides, des collets, etc.....
Le schéma de la Fig 18 montre trois courbes comparatives tracées en coordonnées cartésiennes, concernant la disposition indiquée plus haut, suivant laquelle, pour tous les diamètres de tubes, et pour un pas de 1, la profondeur de filet est égale ou sensiblement égale à la demi-épaisseur du corps fileté du tube à jonctionner ou du raccord.
Les lignes en traits pleins se rapportent aux données correspondant à l'invention, celles en traits discontinus aux données résultant de l'état actuel de la technique,
Il ressort nettement de la Figo 18a que, dans l'état actuel de ¯la technique, on choisit normalement une profondeur de filet et un pas importants même pour des diamètres de tubes relativement petitss, tandis que, diaprés l'invention on cherche à utiliser toujours la même profondeur, de filet, donc le même pas, même pour les gros diamètres de tubes.
La fig 18b montre qu'en ce qui concerne les épaisseurs des corps filetés des raccords, les changements de calibre, dans l'état dela technique, sont encore plus fréquents que pour les profondeurs de fileto La consta- tation ressort de la Fig. 18c pour qui concerne l'épaisseur des corps d'écrou.
L'examen comparé du schéma de la Fig. 18 montre bien les avantages que procure l'invention. Sur les trois courbes de ce schéma les diamètres de tubes sont portés en abscisses ; ordonnées représentent : à la Fig.
18a les profondeurs de filet, à la Figo 18b les épaisseurs de corps des raccords, à, la Fig 18c, celles des écrous de serrage.
La Fig, 19 montre la diminution de longueur du raccord selon l'invention pour des diamètres de tubes croissantso Il, est facjle de se rendre compte que l'on peut même conserver pour tous Iles raccors la même longueur, quel que soit le diamètre du tube, en choisissant, conformément à l'invention, le même pas pour tous les diamètres de tubes.
Il est possible, en pratique, de se contentet de deux à trois pas, ce qui permet, comme l'apprend l'invention, d'utiliser, pour ces deux ou trois pas, des outils universels, et de stocker des pièces de rechange identiques, classées par pas. On sait que, jusqu'à présent, les raccords des types connus nécessitaient une grande variété d'outils et qu'il fallait en maintenir un très grand nombre de types en stock. L'invention permet, en pratique, de se contenter d'un seul pas, choisi en moyenne entre 1 et
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0,5.
La Figo 20 représente, partie en élévation, partie en coupe, une autre forme d'exécution du raccord selon l'invention, la moitié gauche de la figure correspondait à la position des pièces un peu avant le serrage, et la moitié droite à la position lorsque l'étanchéité àété réalisée.
Le raccord comporte également une pièce médiane 3 formant manchon, dont la périphérie est munie d'une collerette six-pans 120
Le manchon 3 est glissé sur les extrémités des deux tubes a et b qui doivent être raccordés de façon étancheoEtant donné que la périphérie de ces tubes peut être irrégulière et que, de plus, on peut et on doit tenir compte de tolérances non négligeables, il existe un jeu 5 entre le manchon 3 et la périphérie des tubes a et bo
A ses extrémités, le manchon 3 présente des surfaces coniques d'appui 17, 17' Les écrous la et 1b présentent des surfaces analogues 18, 18', Entre le manchon 3 et les écrous la et 1b, sont disposées des bagues intermédiaires de pression 19, 19', et les pièces d'étanchéité proprement dites 20, 20',Celles-ci peuvent présenter la forme, soit d'un chapeau (Figo 21),
soit d'une douille cylindrique (Fig. 22).
Comme le montre la Fige 23, la face extérieure du chapeau s'ap- plique contre la surface conique d'appui 17, et la pièce façonnée 20 contre la bague intermédiaire de pression 19- Dès que, par suite du vissage de l'écrou 1b, la bague intermédiaire 19 se déplace en direction de la surface d'appui 17, il se produit une cambrure du chapeau 20, jusqu'à ce que son arête inférieure 21 vienne toucher le tube a (Figo 25 et 26), Ce contact par l'arête donne naissance à une pression spécifique superficielle élevée, qui détermine le fluage du métal. Tout se passe alors comme s'il y avait une soudure, ce qui assure une étanchéité absolue du joint.
Il en est de même:, lorsque la pièce façonnée 20 présente la forme d'une douille cylindrique, comme représenté aux Figso 22 et 23. Par suite de l'inclinaison de la surface d'appui 17, il se produit d'abord, au ser- rage de l'écrou 1b, une déformation par courbure de la douille 20, comme représenté à la Fige 23, 1 action se poursuivant ensuite comme la montre la Figo 25.
La Figo 26 montre, à plus grande échelle, l'action qui s'exerce entre les surfaces d'appui 17 et 18 et la pièce façonnée d'étanchéité 20, par l'intermédiaire de la bague de pression 190 Il en ressort que la pièce façonnée 19 se déforme tout d'abord coniquement au long de la surface d'appui 17, jusqu'à ce que son arête 21 vienne reposer sur le tube b L'ef- fet de poussée est déclenché par l'écrou 1b, par l'intermédiaire de la ba- gue intermédiaire 19, et ce par suite de l'application de l'arête exté- rieure supérieure de cette dernière contre la face conique 18 de l'écrou 1b, La surface conique assure en même temps le centrage de la bague de pression 190
La bague de pression 19 porte une saillie annulaire 22,
de qui empêche la pièce 20 de remonter pendant le serrageo
Lorsque la matière constituant la bague 19 a subi une déformation suffisante, le jeu 23 existant entre la bague 19 et la périphérie du tube b est rempli par le métal de ladite bague, comme l'indique la Figo 25, ce qui évite, en même temps, tout risque de pliage du raccord, même si les tu- bes a et b présentent un défaut dans leur forme circulaire et des différen- ces de diamètre.
Il est important que le point 21, qui est la projection de l'arête
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intérieure de la pièce façonnée 20, se trouve à droite du point 24, projec- tion de l'extrémité inférieure de la surface d'appai 17, vu en direction de la poussée qui s'exerce dans le sens de la flèche 25 ; il pourrait ' se produire un glissement de la pièce façonnée 20 vers la fente s, surtout lorsque les différences de dimension sont importantes. Dans le cas limite, la cote 26 est égale à zéro. Dans le même ordre d'idées, il importe que l'épaisseur 27 de la pièce façonnée 20 soit supérieure à la largeur 28 de la fente So Une correction peut être effectuée en faisant varier l'an- gle que la surface d'appui 17 forme avec l'axe longitudinal de tube.
Comme le montre la Fig. 27, il est possible, en allongeant la saillie annulaire 22, de limiter la course de la bague de pression 19, puisque la saillie 22 vient s'appliquer contreDa face frontale 29 du man- chon 3, dès que l'étanchéité absolue est atteinteo Ceci permet d'éviter tout risque de striction ou d'écrasement du tube b, et, par corrélation, du tube a, en cas de serrage exagéré des écrous.