FR2461174A1 - Annular seal for bolted flanged pipe joint - uses packing between metal sheathed circular coil spring and tensioned outer elastomeric ring - Google Patents

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Abstract

The annular compression seal may be used in flanged and bolted joints in pipes containing fluid etc. at high pressure. It comprises a packing piece (4) between a metal sheathed (3) coil spring (2) and a tensioned elastomeric ring (6). The packing may be in two or more pieces, having part circular edge grooves (5,7) which house onto the spring and ring barrels, and being held in place by ring tension. The metal sheath has a 'C' section, and the packing thickness is less than the external dia. of both the spring and the ring. The packing thickness may correspond to the recommended compressed ring diameter, the joints between its pieces being of an interlocking type.

Description

La présente invention concerne le domaine des joints d'étanchéité annulaires, destinés en particulier à être serrés entre deux surfaces à appliquer l'une contre l'autre de façon étanche. The present invention relates to the field of annular seals, intended in particular to be clamped between two surfaces to be applied one against the other in a sealed manner.

Les joints d'étanchéité métalliques, en particulier ceux du type comportant une âme constituée par un ressort spiral et entourée par une fourrure métallique, prennent actuellement une extension considérable, en raison notamment de leur tenue aux températures élevées et de leur longévité souvent supérieure aux joints en élastomère, et il est envisagé de les utiliser dans des applications nécessitant des vides poussés et/ou liées à un environnement relativement dangereux, citons le domaine de l'énergie nucléaire. Metallic seals, in particular those of the type comprising a core constituted by a spiral spring and surrounded by a metallic fur, are currently taking a considerable extension, in particular because of their resistance to high temperatures and their longevity often superior to seals in elastomer, and it is envisaged to use them in applications requiring high voids and / or linked to a relatively dangerous environment, let us quote the field of nuclear energy.

L'utilisation des joints métalliques dans des applications nécessitant une étanchéité particulièrement soignée présentant un caractère dangereux implique de surmonter des problèmes relatifs d'une part au test de l'étanchéité avant et/ou pendant la mise en service, et d'autre part à la sécurité en cas de déficience du joint métallique. Ces impératifs ont pour effet de compliquer la conception des joints d'étanchéité : or, si cette complication est souvent justifiable pour des joints de dimensionnement important (pour un diamètre d'un mètre ou plus par exemple), elle peut s'avérer moins justifiable et en tout cas certainement moins économique pour des joints de dimensionnement modeste (pour des diamètres inférieurs à une dizaine de centimètres par exemple). The use of metallic seals in applications requiring a particularly careful seal presenting a dangerous character implies overcoming problems relating on the one hand to the test of the seal before and / or during the commissioning, and on the other hand to safety in the event of a deficiency in the metal seal. These imperatives have the effect of complicating the design of seals: however, if this complication is often justifiable for sizing large (for a diameter of one meter or more for example), it may prove less justifiable and in any case certainly less economical for modestly sized joints (for diameters less than ten centimeters for example).

La présente invention a pour but de proposer un joint d'étanchéité annulaire dont la conception très simple permet une adaptation particulièrement intéressante pour des petits diamètres, tout en gardant la possibilité éventuelle de tester l'étanchéité et en conservant un degré optimum de sécurité. The present invention aims to provide an annular seal whose very simple design allows a particularly advantageous adaptation for small diameters, while retaining the possible possibility of testing the seal and maintaining an optimum degree of security.

Il s'agit plus particulièrement d'un joint d'étanchéité annulaire destiné à être serré entre deux brides, caractérisé par le fait qu'il est essentiellement constitué par un ensemble métallique d'étanchéité connu en soi et formé d'un ressort spiral à spires jointives logé dans une fourrure à section en forme de C, une couronne essentiellement rigide entourant l'ensemble métallique selon un plan sensiblement équatorial, ladite couronne étant réalisée selon au moins deux portions complémentaires et présentant un bord intérieur concave d'appui pour ledit ensemble métallique, et une bague d'étanchéité torique en élastomère entourant la couronne selon un bord extérieur concave de celle-ci, la tenue mécanique de l'ensemble étant assurée par ladite bague montée en extension autour de ladite couronne.  It is more particularly an annular seal intended to be clamped between two flanges, characterized in that it is essentially constituted by a metallic sealing assembly known per se and formed by a spiral spring with contiguous turns housed in a C-shaped section fur, an essentially rigid crown surrounding the metal assembly in a substantially equatorial plane, said crown being produced in at least two complementary portions and having a concave inner edge of support for said assembly metallic, and an elastomeric O-ring seal surrounding the crown along a concave outer edge thereof, the mechanical strength of the assembly being ensured by said ring mounted in extension around said crown.

Le joint d'étanchéité annulaire de l'invention peut présenter en outre l'une au moins des caractéristiques suivantes
la couronne présente une épaisseur correspondant sensiblement à l'écrasement maximum autorisé par l'ensemble métallique d'étanchéité,
les portions complémentaires formant la couronne présentent des bords en regard embottés,
la couronne présente au moins un orifice la traversant en vue d'une détection de fuites au moyen d'un dispositif de prise de vide connu en soi incorporé dans l'une des brides de serrage, ou en particulier une pluralité d'orifices sensiblement parallèles à l'axe du joint sont prévus selon une disposition circulaire régulière, avec éventuellement sur l'une au moins de ses deux faces libres une rainure circulaire raccordant les orifices,
- le joint comporte en outre une bague extérieure rigide de frettage entourant directement et sensiblement selon un plan équatorial la bague d'étanchéité torique en élastomère.The annular seal of the invention may also have at least one of the following characteristics
the crown has a thickness corresponding substantially to the maximum crushing authorized by the metal sealing assembly,
the complementary portions forming the crown have opposite bottled edges,
the crown has at least one orifice passing through it for the purpose of detecting leaks by means of a vacuum-taking device known per se incorporated in one of the clamps, or in particular a plurality of substantially parallel orifices at the joint axis are provided in a regular circular arrangement, possibly with on at least one of its two free faces a circular groove connecting the orifices,
- The seal further comprises a rigid outer hoop ring directly and substantially surrounding the equatorial toroidal sealing ring in elastomer.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, en référence aux figures du dessin annexé, où
- la figure 1 est une vue en élévation d'un joint d'étanchéité annulaire conforme à l'invention,
- la figure 2 est la demi-coupe II-II de la figure 1,
- la figure 3 illustre le détail de trois types d'embottements des bords des portions complémentaires formant la couronne du joint, selon des coupes III-III de la figure t à échelle agrandie,
- la figure 4 est une vue en perspective partielle du joint de la figure 1, présentant en plus une bague extérieure et une double rainure circulaire sur sa couronne.Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly in the light of the description which follows, given by way of illustration but in no way limiting, with reference to the figures of the appended drawing, where
FIG. 1 is an elevation view of an annular seal in accordance with the invention,
FIG. 2 is the half-section II-II of FIG. 1,
FIG. 3 illustrates the detail of three types of bottoms of the edges of the complementary portions forming the crown of the joint, according to sections III-III of FIG. t on an enlarged scale,
- Figure 4 is a partial perspective view of the seal of Figure 1, further having an outer ring and a double circular groove on its crown.

Figures 1 et 2, le joint d'étanchéité annulaire conforme à l'invention est essentiellement constitué par un ensemble métallique d'étanchéité 1 connu en soi, formé d'un ressort spiral 2 à spires jointives (ici à fil de section carrée) logé dans une fourrure métallique 3 à section en forme de C, une couronne essentiellement rigide 4 entourant l'ensemble métallique selon un plan sensiblement équatorial, ladite couronne étant réalisée selon au moins deux portions complémentaires (ici deux) et présentant un bord intérieur concave 5 d'appui pour ledit ensemble métallique, et une bague d'étanchéité torique 6 en élastomère entourant la couronne 4 selon un bord extérieur concave 7 de celui-ci, la tenue mécanique de l'ensemble étant assurée par ladite bague 6 montée en extension autour de ladite couronne 4. Figures 1 and 2, the annular seal according to the invention is essentially constituted by a metal seal assembly 1 known per se, formed of a spiral spring 2 with contiguous turns (here with wire of square section) housed in a metallic fur 3 with a C-shaped section, an essentially rigid crown 4 surrounding the metal assembly in a substantially equatorial plane, said crown being produced in at least two complementary portions (here two) and having a concave inner edge 5 d support for said metal assembly, and an elastomer O-ring seal 6 surrounding the crown 4 according to a concave outer edge 7 thereof, the mechanical strength of the assembly being provided by said ring 6 mounted in extension around said crown 4.

Les bords concaves 5 et 7 de la couronne 4 sont ici circulaires, mais il va de soi que l'on peut prévoir d'autres formes assurant un maintien suffisant, telles par exemple qu'une rainure en V. Il faut cependant préciser qu'un léger jeu est nécessaire au niveau de l'appui de l'ensemble métallique 1 contre le bord concave en regard 5 : en effet, cet ensemble s'ovalisant lors du serrage des brides (non représentées), un jeu suffisant doit autoriser cette déformation en raison de la rigidité de la couronne 4.La couronne est par ailleurs nécessairement en au moins deux portions complémentaires pour pouvoir monter l'ensemble métallique en appui contre le bord concave associé : ces portions présentent de préférence des bords en regard embottés pour une meilleure tenue d'ensemble : le type d'emboîtement choisi pourra être en V (cas de la figure 1), en C, à encoche circulaire, ainsi qu'illustré respectivement en a), b), c) à la figure 3, ou tout autre. The concave edges 5 and 7 of the crown 4 are circular here, but it goes without saying that we can provide other shapes ensuring sufficient support, such as for example a V-groove. It should however be specified that a slight clearance is necessary at the level of the support of the metal assembly 1 against the concave edge opposite 5: in fact, this assembly being ovalized during the tightening of the flanges (not shown), sufficient clearance must allow this deformation due to the rigidity of the crown 4.The crown is also necessarily in at least two complementary portions in order to be able to mount the metal assembly in abutment against the associated concave edge: these portions preferably have opposite edges which are embossed for better overall strength: the type of nesting chosen may be in V (case of FIG. 1), in C, with circular notch, as illustrated respectively in a), b), c) in FIG. 3, or other.

Lorsque le joint de l'invention est monté entre deux brides plates, la couronne fait aussi fonction de limiteur de charge, et dans ce cas son épaisseur correspondra sensiblement à l'écrasement maximum autorisé par l'ensemble métallique d'étanchéité. Ainsi, en cas de déficience de ensemble métallique, la bague d'étanchéité torique en élastomère préserve encore l'étanchéité, ce qui procure une grande sécurité. When the seal of the invention is mounted between two flat flanges, the crown also acts as a load limiter, and in this case its thickness will correspond substantially to the maximum crushing authorized by the metal sealing assembly. Thus, in the event of a deficiency in the metal assembly, the elastomer O-ring seal still preserves the seal, which provides great security.

Certaines applications nécessitent de détecter régulièrement les fuites
Ceci est réalisé classiquement au moyen d'un dispositif de prise de vide ou de pression incorporé dans l'une des brides de serrage (non illustré ici), ce qui est déjà fait avec des joints d'étanchéité annulaires doubletore et présentant ainsi une chambre inter-tore en regard de l'orifice du dispositif de test ; le joint d'étanchéité sera alors de préférence logé dans une gorge circulaire pratiquée sur l'une des brides.Some applications require regular leak detection
This is conventionally achieved by means of a vacuum or pressure taking device incorporated in one of the clamps (not illustrated here), which is already done with doubletore annular seals and thus having a chamber inter-torus opposite the orifice of the test device; the seal will then preferably be housed in a circular groove made on one of the flanges.

Pour faciliter un test par prise de vide, la couronne 4 peut présenter au moins un orifice 8 la traversant, ou mieux encore une pluralité d'orifices (ici quatre) sensiblement parallèles à l'axe du joint et prévus selon une disposition circulaire régulière. On a pu remarquer que dans certains cas, la perte de charge dans cette chambre intermédiaire diminuait l'efficacité du test : pour pallier cet inconvénient, il est possible de prévoir, sur l'une au moins des deux faces libres de la couronne 4, une rainure 9 (ici en V) procurant une meilleure communication inter-orifices lors du serrage, permettant ainsi de réduire l'importance de la perte de charge, ainsi que cela a été illustré en figure 4.  To facilitate a vacuum test, the crown 4 may have at least one orifice 8 passing through it, or better still a plurality of orifices (here four) substantially parallel to the axis of the joint and provided in a regular circular arrangement. It has been noted that in certain cases, the pressure drop in this intermediate chamber reduced the efficiency of the test: to overcome this drawback, it is possible to provide, on at least one of the two free faces of the crown 4, a groove 9 (here in V) providing better inter-orifice communication during tightening, thus making it possible to reduce the importance of the pressure drop, as has been illustrated in FIG. 4.

il peut également s'avérer apportun de prévoir une bague extérieure rigide de frettage 10 (figure 4), par exemple métallique, entourant directement et sensiblement selon un plan équatorial la bague torique 6 en élastomère cette bague fait alors fonction de limiteur de charge, et surtout de limiteur de fluage pour la bague en élastomère ( ce qui est intéressant en cas de serrage entre brides plates). it may also prove to be beneficial to provide a rigid outer hoop ring 10 (FIG. 4), for example metallic, directly and substantially surrounding the toroidal ring 6 made of elastomer in an equatorial plane, this ring then acts as a load limiter, and especially of creep limiter for the elastomer ring (which is interesting in case of tightening between flat flanges).

Ainsi que cela a pu apparaitre dans la description ci-dessus, la conception du joint de l'invention est particulièrement simple et d'un montage élémentaire, ce qui est propice à une réalisation en grande série, et ce même pour des diamètres faibles. As may have appeared in the description above, the design of the seal of the invention is particularly simple and of an elementary assembly, which is conducive to production in large series, even for small diameters.

il va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux exemples qui en ont été donnés à titre purement illustratif, mais comprend toute variante reprenant avec des moyens équivalents la définition figurant aux revendications.  It goes without saying that the invention is in no way limited to the examples which have been given therein for purely illustrative purposes, but includes any variant using the definition given in the claims with equivalent means.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1/ Joint d'étanchéité annulaire destiné à être serré entre deux brides, caractérisé par le fait qu'il est essentiellement constitué par un ensemble métallique d'étanchéité connu en soi et formé d'un ressort spiral à spires jointives logé dans une fourrure à section en forme de C, une couronne essentiellement rigide entourant l'ensemble métallique selon un plan sensiblement équatorial, ladite couronne étant réalisée selon au moins deux portions complémentaires et présentant un bord intérieur concave d'appui pour ledit ensemble métallique, et une bague d'étanchéité torique en élastomère entourant la couronne selon un bord extérieur concave de celle-ci, la tenue mécanique de l'ensemble étant assurée par ladite bague montée en extension autour de ladite couronne.1 / Annular seal intended to be clamped between two flanges, characterized in that it is essentially constituted by a metallic sealing assembly known per se and formed by a spiral spring with contiguous turns housed in a fur with C-shaped section, an essentially rigid crown surrounding the metal assembly in a substantially equatorial plane, said crown being produced in at least two complementary portions and having a concave inner edge of support for said metal assembly, and a ring O-ring in elastomer surrounding the crown according to a concave outer edge thereof, the mechanical strength of the assembly being ensured by said ring mounted in extension around said crown. 2/ Joint d'étanchéité annulaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couronne présente une épaisseur correspondant sensiblement à l'écrasement maximum autorisé par l'ensemble métallique d'étanchéité.2 / annular seal according to claim 1, characterized in that the crown has a thickness corresponding substantially to the maximum crushing authorized by the metal sealing assembly. 3/ Joint d'étanchéité annulaire selon l'une des revendications 1 et 2, carao- térisé par le fait que les portions complémentaires formant la couronne présentent des bords en regard emboîtés 4/ Joint d'étanchéité annulaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la couronne présente au moins un orifice la traversant en vue d'une détection de fuites au moyen d'un dispositif de prise de vide connu en soi incorporé dans l'une des brides de serrage.3 / annular seal according to one of claims 1 and 2, characterized by the fact that the complementary portions forming the crown have opposite facing nests 4 / annular seal according to one of claims 1 to 3, characterized in that the crown has at least one orifice passing through it for the purpose of detecting leaks by means of a vacuum-taking device known per se incorporated in one of the clamps. 5/ Joint d'étanchéité annulaire selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'une pluralité d'orifices sensiblement parallèles à l'axe du joint sont prévus selon une disposition circulaire régulière. 5 / annular seal according to claim 4, characterized in that a plurality of orifices substantially parallel to the axis of the seal are provided in a regular circular arrangement. 6/ Joint d'étanchéité annulaire selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la couronne présente sur l'une au moins de ses deux faces libres une rainure circulaire raccordant les orifices.6 / annular seal according to claim 5, characterized in that the crown has on at least one of its two free faces a circular groove connecting the orifices. 7/ Joint d'étanchéité annulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une bague extérieure rigide de frettage entourant directement et sensiblement selon un plan équatorial la bague d'étanchéité torique en élastomère. 7 / annular seal according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a rigid outer hoop ring surrounding directly and substantially in an equatorial plane the elastomeric O-ring seal.
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