FR2526917A1 - Raccordement a brides pour tuyaux chemises - Google Patents

Abstract

CE RACCORDEMENT DE TUYAUTERIE COMPORTE, ENTRE DEUX BRIDES METALLIQUES RIGIDES 12, 14 ET 13, 15 SERREES PAR DES BOULONS 32, DES PARTIES RADIALES 17, 19 FORMEES PAR LES PROLONGEMENTS DES CHEMISES INTERIEURES 16, 18 EN MATIERE PLASTIQUE DE TUYAUX OU ANALOGUES METALLIQUES 10, 11, CES PARTIES RADIALES SONT MAINTENUES APPLIQUEES L'UNE CONTRE L'AUTRE PAR UNE BAGUE ELASTIQUE CONIQUE 21 AGISSANT SUR ELLES PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE BAGUE20 DE REPARTITION DES FORCES ET DONT LA COMPRESSION EST LIMITEE A UNE VALEUR PREDETERMINEE, QUEL QUE SOIT LE COUPLE DE SERRAGE DES BOULONS, PAR UNE BAGUE RIGIDE 23 DE SUPPORT DE CHARGE, INTERPOSEE ENTRE LES FACES EN VIS-A-VIS DES BRIDES.

Description

La présente invention se rapporte à des agencements

de tuyauterie pour fluides et plus particulièrement à des agence-

ments de tuyauterie dans lesquels une enveloppe métallique est re-

vêtue intérieurement d'une matière non métallique choisie dans le groupe constitué par les élastomères et par les plastomères. On utilise déjà des agencements de tuyauterie dans lesquels des tronçons de tuyaux ou manchettes à brides métalliques

sont revêtus intérieurement d'une couche de matière plastique ré-

sistant à la corrosion En général, des raccordements sont effec-

tués entre des tronçons de tels tuyaux au moyen de joints à bri-

des, auquel cas le revêtement intérieur ou chemisage se prolonge à l'extérieur du tuyau et est rabattu radialement sur la face de la bride à la fois pour protéger le métal des fluides qui sont

transportés et pour servir de joint d'étanchéité Dans la présen-

te description, on utilisera l'expression "face de la bride", mais

il est bien entendu que cette expression doit être considérée com-

me couvrant toute surface sur laquelle une bride de raccordement

correspondante peut être boulonnée ou fixée d'une autre manière.

Un exemple en est un récipient muni d'un raccord de bride qui por-

rait ne pas entrer dans la définition littérale d'une bride.

Malheureusement, les chemises munies d'une partie radiale provoquent une dégradation de l'intégrité mécanique des

raccordements à brides et, par conséquent, de l'intégrité de l'en-

semble de l'agencement de tuyauterie Du fait que les matières uti-

lisées pour le chemisage ont une faible résistance mécanique dans

leur intervalle de températures de service, les forces de boulon-

nage doivent être faibles De telles forces de boulonnage sont net-

tement inférieures à celles rencontrées dans les agencements clas-

siques de tuyauteries non chemisées; par conséquent, l'habileté de l'ouvrier, l'attitude de l'ouvrier et les défauts d'alignement des tuyaux deviennent des facteurs critiques Le fluage à froid de même

que le fluage à chaud de ces matières non métalliques peuvent pro-

voquer une perte couple de boulonnage par rapport au couple de mon-

tage déjà faible Par conséquent, de tels raccordements de tuyaux sont l'objet de divers types de défaillances lorsqu'ils sont en service. Audelà des conditions normales de fonctionnement,

on rencontre parfois des facteurs d'aggravation qui dégradent ènco-

re davantage l'intégrité du raccordement Par exemple, des condi-

tions anormales de fonctionnement, telles qu'une surchauffe, une

surpression, des vibrations et des coups de bélier, et des condi-

tions anormales du milieu environnant, telles que le vent, les inondations, les affaissements de terrain, les tremblements de

terre et les heurts de véhicules provoquent une détérioration sup-

plémentaire de la compression initiale du joint d'étanchéité et

de la charge préalable de boulonnage.

Enfin, la résistance au feu du chemisage, qui de-

o vrait être élevée, du fait de l'emploi des enveloppes métalliques,

est compromise par la vulnérabilité totale des extrémités en sail-

lie radiale des chemises.

Compte-tenu des inconvénients ci-dessus mentionnés, l'un des buts de l'invention est de réaliser un raccordement de tuyauterie à fiabilité élevée, qui restreint au minimum ou pallie telles imperfections Plus précisément, l'invention a pour but de réaliser un raccordement à brides qui peut être assemblé avec une charge préalable élevée, pratiquement permanente, des boulons et qui comporte des moyens assurant une compensation automatique No des effets de l'allongement et des effets du fluage à froid ou à

chaud de la matière de chemisage.

Conformément à l'invention, il est prévu un dispo-

sitif pour établir un joint étanche aux fluides entre les faces d'un raccordement à brides dans un agencement de tuyauteries, ce dispositif comprenant une bague de support de charge métallique

rigide, dimensionnée de façon à s'adapter entre les faces des bri-

des, avec un diamètre intérieur supérieur au diamètre des tuyaux

au niveau du raccordement et avec une longueur axiale prédétermi-

née pour former une cavité délimitée par les faces des brides, par o ledit diamètre intérieur et par le diamètre des tuyaux; et au moins une bague conique élastique, une bague de répartition des

forces et une partie radiale d'une couche de matière non métalli-

que, cette partie radiale étant disposée à l'intérieur de la ba-

gue de support de charge, dans ladite cavité, la bague de réparti-

tion des forces pouvant venir en appui contre la partie radiale,

la relation entre la bague élastique conique, la bague de réparti-

tion des forces et la partie radiale étant telle qu'à l'intérieur

de la cavité, la bague élastique conique est soumise à une compres-

sion partielle et exerce une force, par l'intermédiaire de la ba-

gue de répartition des forces, sur la partie radiale, pour appli-

quer la partie radiale en appui étanche aux fluides contre une

surface conjuguée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront de la description qui va suivre donnée à titre

d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur les-

quels la Fig 1 est une vue en coupe longitudinale d'un

raccordement de tuyaux chemisés, cette vue montrant les extrémi-

tés des tuyaux séparées et munies de brides du type Van Stone; la Fig 2 est une vue en perspective de la bague de support de charge métallique rigide utilisée dans le mode de réalisation de la Fig 1; la Fig 3 est une vue en perspective de la bague de répartition des forces utilisée dans le mode de réalisation de la Fig 1; la Fig 4 est une vue en perspective da la bague élastique conique utilisée dans le mode de réalisation de la Fig. 1;

la Fig 5 est une vue partielle, en coupe longitu-

dinale, du mode de réalisation de la Fig 1, représentant les di-

vers éléments rapprochés les uns des autres avant le serrage des boulons; la Fig 6 est une semblable à celle de la Fig 5

mais qui représente les éléments après que le couple nominal maxi-

mal ait été appliqué aux boulons du raccordement; la Fig 7 est une vue semblable à celle de la Fig. 6 mais qui représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel l'un des tuyaux est muni d'une bride du type Van Stone tandis que l'autre tuyau comporte une bride fixe; la Fig 8 est une vue semblable à celle de la Fig. 6 mais qui représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel un tuyau chemisé muni d'une bride du type Van Stone est assemblé à une face de raccordement de bride d'un récipient ou analogue; la Fig 9 est une vue qui représente l'emploi d'un

adaptateur entre deux extrémités de tuyaux chemisés munies de bri-

des la Fig 10 est une semblable à celle de la Fig 9 mais qui représente l'emploi de l'adaptateur dans le cas o un tronçon de tuyau chemisé doit être joint à un raccord à bride non chemisé; la Fig 11 est une vue semblable à celle de la Fig.

mais qui-illustre le cas o les deux tronçons de tuyaux ne sont-

pas chemisés; la Fig 12 est une vue partielle en coupe et à plus

grande échelle qui représente un autre mode de réalisation de l'in-

vention; la Fig 13 est une vue semblable à celle de la Fig. 2 qui représente une variante de la bague de support de charge conçue pour réaliser une étanchéité auxiliaire aux fluides la Fig 14 est une vue semblable à celle de la Fig. 6 qui représente la bague de la Fig 13 dans un assemblage terminé; la Fig 15 est une vue en coupe d'un assemblage qui utilise une variante de l'adaptateur de la Fig 9; et la Fig 16 est une vue groupée de divers éléments qui constituent une partie de la présente invention, cette vue

montrant certaines dimensions significatives de ces éléments.

On a utilisé dans tous les dessins les mêmes réfé-

rences pour désigner les mêmes éléments ou des éléments semblables.

Sur les Fig 1 à 4 auxquelles on se référera main-

tenant, on a représenté les éléments essentiels d'un mode de réa-

lisation caractéristique de la présente invention Deux tronçons de tuyau ou manchettes 10 et 11 à brides, dont on n'a représenté sur les dessins qu'une seule des extrémités, se terminent par des rebords respectifs 12 et 13 Sur l'extrémité de chaque tronçon de

tuyau est montée une bride du type Van Stone, 14 et 15 respective-

ment Le tronçon du tuyau 10 est muni d'une chemise 16 dont une extrémité se termine par une partie radiale 17 qui recouvre la face du rebord 12 de tuyau, le bord extérieur de la partie radiale 17 se terminant cependant radialement en-deçà du bord extérieur du

rebord 12, ce dernier se prolongeant radialement au-delà de la dis-

tance jusqu'à présent habituellement employée, jusqu'à un point

immédiatement situé avant la limite radialement intérieure du cer-

cle des trous de boulons formés dans la bride 14 A titre d'exem-

ple, la chemise 16 peut être en polytétrafluoroéthylène (PTFE), le tronçon de tuyau 10 peut être en acier et la bride 14 peut être en

en fer ductile.

De la même manière, le tronçon de tuyau 11 est muni d'une chemise 18 qui se termine par une partie radiale 19 mais, dans ce cas, la chemise 18 fait saillie hors du tuyau 11 de sorte que la partie radiale 19 est axialement espacée du rebord 13 du tuyau Dans un tel espace formé entre le rebord 13 et la partie radiale 19 sont disposées une bague 20 de répartition des forces

et une bague élastique conique 21 montées sur la couche de chemi-

sage saillante 18 Comme on le voit le mieux sur la Fig 3, le

bord radialement intérieur 22 de la bague 20 est arrondi et, lors-

que la bague 20 est assemblée derrière la partie radiale 19, le bord arrondi 22 entre en contact avec la chemise 18, établissant une transition qui n'est pas génératrice de fissures entre le

corps principal de la chemise 18 et la partie radiale 19.

La bague élastique conique 21 et la bague 20 de ré-

partition des forces ont à peu près le même diamètre intérieur et

le même diamètre extérieur, leur diamètre extérieur étant, de pré-

férence, approximativement égal au diamètre du bord extérieur de

la partie radiale 19 De préférence, les bords extérieurs des par-

ties radiales 17 et 19 ont à peu près le même diamètre et, pour

des raisons qui apparaîtront clairement par la suite, les épais-

seurs de paroi des deux parties radiales 17 et 19 devraient être choisies de façon à être à peu près égales et uniformes au moins circonférentiellement.

L'élément final du raccordement, en dehors des bou-

lons classiques, non représentées, est la bague de support de char-

ge métallique rigide 23 qui est dimensionnée de façon à s'adapter

entre les faces 24 et 25 du raccordement à brides qui, dans le pré-

sent mode de réalisation, sont 'situées respectivement sur le rebord

12 du tuyau 10 et sur le rebord 13 du tuyau 11 Le diamètre inté-

rieur de la bague 23 est plus grand que le diamètre interne des tuyaux 10 et 11 de façon que la bague 23 entoure les bagues 20 et 21 avec un léger jeu Deux trous radiaux taraudés 30 et 31, dont

chacun se termine, si on le désire, à son extrémité radialement ex-

térieure, par un siège fraisé, sont formés en des endroits opposés

de la bague 23.

La Fig 5 représente les extrémités de tuyau de la Fig 1 rapprochées l'une de l'autre, avec les parties radiales 17 t 6917 et 19 en appui l'une contre l'autre mais avec la bague élastique conique 21 encore dans sa position de repos, aucun couple n'ayant encore été appliqué aux boulons, dont l'un a été représenté et a

été désigné par la référence 32 Dans les modes de réalisation dé-

crits jusqu'ici, la bague élastique conique 21 est montée avec sa face convexe orientée vers la bague 20 de répartition des forces. Il en résulte que les forces exercées par la bague élastique 21

contre la bague 20 sont appliquées près du bord radialement inté-

rieur de la bague 20, au voisinage du coude de la chemise 18 Par

conséquent, si la bague 20 n'est pas suffisamment rigide pour ré-

0 sister au bombement, la pression d'étanchéité maximale sera appli-

quée plus près de la limite radialement intérieure que de la limi-

te radialement extérieure de la partie radiale de la chemise.

C'est pourquoi il est important que la bague 20 soit suffisamment rigide pour répartir les forces exercées par la bague élastique 21 sur une grande superficie des parties radiales en matière plasti-

que et pour empêcher une concentration des forces qui pourrait pro-

voquer un sectionnement de la matière non métallique Cependant,

selon les matières non métalliques particulières choisies pour for-

mer la chemise, il peut être souhaitable de calculer la rigidité

O de la bague 20 ou de modifier sa section transversale rectangulai-

re habituelle pour prédéterminer une zone voulue de concentration

de forces et/ou pour établir une configuration voulue de forces.

En outre, pour des raisons que l'on examinera ultérieurement dans

la présente description, il peut exister des circonstances qui jus-

tifient le retournement de la bague élastique conique.

La longueur axiale de la bague 23 de support de char-

ge doit être choisie de telle sorte que ses surfaces radiales oppo-

sées 26 et 27 viennent en appui contre les faces respectives 24 et des rebords 12 et 13 avant que la bague élastique conique 21 ait

été complètement aplatie En d'autres termes, l'état final d'assem-

blage devrait être à peu près celui représenté sur la Fig 6 La ve-

nue en appui des surfaces ou parois latérales 26 et 27 contre les rebords 12 et 13 peut, selon le poli des surfaces de contact, être suffisante pour établir entre elles un joint pratiquement étanche aux fluides Quoi qu'il en soit, le couple de serrage devrait être

suffisant pour établir une charge préalable structurale élevée ap-

pliquée aux boulons Tant qu'on ne cherche pas à établir un tel joint étanche aux fluides, le couple qui doit être appliqué aux boulons n'est pas critique et il peut être facilement "senti" et

estimé par un monteur de tuyaux d'une compétence moyenne L'appli-

cation d'un couple excessif ne pose plus de problème étant donné que les forces structurales agissent uniquement par l'intermédiai-

re de métaux Cependant, la pression appliquée aux parties radia-

les des chemises non métalliques est commandée en tenant compte du fait qu'elle dépend entièrement de l'élasticité de la bague 21

et de la force de rappel que cette bague engendre Si les épais-

seurs des parties radiales 17 et 19 sont soigneusement calculées de même que les dimensions des pièces métalliques, la compression de la bague élastique 21 et, par conséquent, sa force de rappel

lorsque la bague 23 est en appui contre les rebords 12 et 13 peu-

vent être prédéterminés à l'intérieur de limites relativement

étroites Par conséquent, on peut optimiser la pression d'étan-

chéité établie entre les parties radiales 17 et 19 indépendamment

de la charge de couple effective appliquée aux boulons des brides.

En outre, la pression exercée sur les parties radiales 17 et 19

est maintenue à l'intérieur de l'intervalle d'étanchéité aux flui-

des grâce à la force de rappel de la bague élastique 21 lorsqu'il

se produit un fluage à froid ou à chaud de la partie plastique.

Lorsque le tuyau est essayé sous pression, on peut détecter les fuites audelà des parties radiales 17 et 19 grâce aux alésages 30 et 31 De même, les alésages 30 et 31 permettent

un essai commode lorsqu'on désire vérifier la capacité d'étanchéi-

té de la bague 23 en y introduisant un fluide sous pression Un

avantage annexe offert par les alésages 30 et 31 est qu'ils permet-

tent de vidanger l'espace intérieur de la bague 23 si une fuite se produit au-delà des parties radiales 17 et 19, par exemple du fait d'un montage incorrect, et ils permettent également le montage de

raccordements d'évacuation, si on le désire, pour éviter une accu-

mulation de gaz dangereux On peut également y visser des bouchons

pleins, si on le souhaite.

Il est évident que l'invention n'est pas limitée à

une utilisation avec des brides du type Van Stone, comme le repré-

sente la Fig 1, mais qu'elle peut être appliquée à divers autres ensembles de raccordements à brides Par exemple, dans le mode de réalisation de la Fig 7 à laquelle on se référera, la bride 34

est représentée comme étant formée d'une seule pièce avec la struc-

ture à laquelle elle est associée, et la chemise 35 la traverse pour se terminer par une partie radiale 36 A tous autres égards,

l'ensemble peut être le même que celui représenté sur la Fig 6.

Dans les modes de réalisation décrits jusqu'ici, deux parties radiales des chemises sont contenues à l'intérieur

de la cavité délimitée par les faces des brides et par le diamè-

tre intérieur de la bague de support de charge Cependant, comme le représente la Fig 8, un élément chemisé peut être assemblé à

un élément non chemisé L'élément non chemisé peut être un réci-

pient 40 muni d'un orifice 41 entouré d'une surface surélevée 42 d'assemblage de bride, munie de trous taraudés, tels que le trou 43, pour recevoir des boulons de fixation de bride, tels que le boulon 44 Du fait de l'omission de la seconde partie radiale, la longueur axiale de la bague 45 de support de charge 45 doit être

réduite par rapport à la longueur de la bague 23 précédemment dé-

crite Cependant, les relations entre les éléments sont essentiel-

lement les mêmes, la bague 45 venant en appui contre la surface 42

et contre le rebord 13 avant que la bague élastique 21 soit com-

plètement aplatie.

Lorsqu'on désire obtenir les avantages offerts par

la présente invention avec des tronçons de tuyau chemisés préexis-

tants, il est nécessaire d'utiliser un adaptateur tel que celui représenté sur la Fig 9 L'adaptateur est à double effet et il comporte deux bagues élastiques coniques 21 a et 21 b qui sont à peu

près identiques et deux bagues 20 a et 20 b de répartition des for-

ces qui sont également identiques, mais les bagues élastiques 21 a et 21 b sont orientées dans des directions opposées, leurs faces

convexes étant tournées l'une vers l'autre et leurs faces conca-

ves venant en appui contre les bagues 20 a et 20 b Les bagues 20 a et 20 b et les bagues élastiques 21 a et 21 b sont montées sur un tronçon 50 de matière de chemisage muni de parties radiales 51 et

52 Entre les bagues élastiques 21 a et 21 b est interposée une ba-

gue 101 d'espacement axial qui comporte un renflement circonféren-

tiel 102 radialement en saillie destiné à loger le renflement ou ondulation radialement extérieur du tronçon 50 de chemise qui se

forme lorsque ce dernier est axialement contracté pendant l'assem-

blage du raccordement à brides Les tronçons de tuyau 53 et 54 qui

se terminent par des brides 55 et 56 sont munis de chemises clas-

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siques 57 et 58 qui se terminent par des parties radiales 59 et 60.

Enfin, l'assemblage comprend une bague métallique 61 de support de charge, de longueur axiale accrue pour qu'elle puisse contenir les quatre parties radiales 51, 52, 59 et 60 des chemises, ainsi que la bague 101 d'espacement axial et les deux jeux de bagues de ré- partition des forces et de bagues élastiques coniques A d'autres égards, l'assemblage répond aux principes ci-dessus énoncés en se

référant aux modes de réalisation précédemment décrits.

Une autre situation envisagée a été représentée sur la Fig 10; dans ce cas, une bride de raccordement 65 d'un tuyau

non chemisé doit être assemblée à un tuyau chemisé classique 54.

Les éléments 20 a, 20 b, 21 a, 21 b, 50, 51, 52 et 101, de l'adapta-

teur peuvent être identiques à ceux que l'on a décrits en se réfé-

rant à la Fig 9 Cependant, la bague métallique 66 de support de

charge a une longueur axiale réduite par rapport à celle de la ba-

gue 61 pour compenser l'absence de la quatrième partie radiale de chemise En dehors de cela, la construction et le fonctionnement

de ces modes de réalisation sont identiques à ceux du mode de réa-

lisation de la Fig 9.

Si l'on désire obtenir les avantages offerts par l'adaptateur même dans le cas o aucun des éléments à bride n'est muni d'une chemise, on peut utiliser l'agencement représenté sur la Fig 11 Les brides non revêtues de chemise ont été désignées

par les références 70 et 71 tandis que la bague métallique de sup-

port de charge axialement raccourcie a été désignée par la réfé-

rence 72 Les autres éléments de l'adaptateur peuvent être identi-

ques à ceux représentés sur les Fig 9 et 10 et on les a désignés

par les mêmes références.

Bien que dans les modes de réalisation que l'on a décrits ci-dessus en se référant aux Fig 1 à 8, la face convexe

de la bague élastique conique soit en contact avec la bague de ré-

partition des forces, la bague élastique peut être retournée, com-

me c'est le cas dans les modes de réalisation représentés sur les

Fig 9 à 11, et, dans les circonstances que l'on décrira mainte-

nant, un tel retournement peut même être souhaitable Au cours de

la fabrication des tuyaux et raccords revêtus de chemise en matiè-

re plastique, on crée les parties radiales en élargissant radiale-

ment et en relevant vers l'arrière une longueur saillante de matiè-

re tubulaire Selon le procédé spécifique utilisé, la matière de la partie radiale peut avoir tendance à s'amincir lorsqu'elle est

allongée circonférentiellement Par conséquent, et comme le repré-

sente la Fig 12, une chemise 90 peut se terminer par une partie radiale 91 qui a une section décroissante en direction radiale de telle sorte que les surfaces intérieure et extérieur convergent

en faisant un petit angle 92 d'une valeur quelconque Par consé-

quent, si la bague 93 de répartition des forces est réalisée avec une capacité d'adaptation suffisante pour s'adapter à l'angle d'amincissement 92, -11 utilisation de l'agencement de la Fig 12 avec une bague élastique conique 94 d'une construction appropriée permet de répartir uniformément la pression d'étanchéité sur une grande superficie, si on le souhaite La preuve que ce résultat peut être obtenu a été apportée par des essais effectués à 2600 C.

Dans certaines circonstances, il peut être souhai-

table de former un joint d'étanchéité aux fluides entre la bague

de support de charge et les faces de bride correspondantes A cet-

te fin, les surfaces radiales opposées 126 et 127 de la bague 123 sont, comme le représente la Fig 13, munies de moyens respectifs de formation de joint, constitués par des nervures circulaires 128 et 129 qui font saillie axialement à partir de ces surfaces La Fig 14 montre la bague 123 montée dans un raccordement à brides

semblables à celui représenté sur la Fig 6.

Un examen de la construction de l'adaptateur repré-

senté sur les Fig 9 à 11 montre la raison pour laquelle les ba-

gues élastiques coniques ont été disposées avec leurs faces conca-

ves orientées vers les bagues de répartition des forces Si, cepen-

dant, il est possible de tolérer que le tronçon de chemise de l'a-

daptateur fasse saillie radialement vers l'intérieur, on peut sup-

primer la bague d'espacement axiale 101 et retourner les bagues

élastiques 21 a et 21 b On voit que, dans cette variante représen-

tée sur la Fig 15, le tronçon de chemise 150 est renflé radiale-

ment vers l'intérieur La bague 161 de support de charge doit être

plus courte que la bague 61 de la Fig 9, compte-tenu de la lon-

gueur axiale réduite de l'adaptateur.

Il est possible de définir les longueurs axiales des diverses bagues de support de charge en fonction des dimensions des autres éléments Ainsi, en se référant à la Fig 16, si l'on

désigne par A l'épaisseur de la partie radiale 80, par B l'épais-

seur de la bague 81 de répartition des forces, par C l'épaisseur de la bague élastique conique, par D la hauteur de la concavité de cette dernière bague et par E la longueur axiale de la bague d'espacement 101, les équations suivantes définissent avec une

très bonne approximation la longueur axiale L de la bague métalli-

* que de support de charge pour chacun des modes de réalisation pré-

cédemment décrits, équations dans lesquelles x représente une

fraction, et dans lesquelles chaque mode de réalisation particu-

lier de la bague de support de charge est identifié par l'emploi

de la référence désignant ladite bague, cette référence étant pla-

cée en indice inférieur après L (Figs 1 et 7) L 23 2 A + B + C + x D (Fig 8) L 45 A +B + C +x D (Fig 9) L 61 = 2 ( 2 A+B+C+x D) + E (Fig 10) L 66 = 3 A + 2 (B+C+x D) + E (Fig 11) L 72 2 (A+B+C+x D) + E (Fig 14) L 123 2 A + B + C + x D (Fig 15) L 161 2 ( 2 A+B+C+x D) On peut se rendre compte en partie de l'importance considérable du perfectionnement apporté par la présente invention en examinant les résultats d'essais comparatifs On a effectué les essais décrits ci-dessous sur des raccordements à brides entre des tuyaux de 10, 16 cm revêtus intérieurement de PTFE, ces essais étant également caractéristiques d'essais effectués pour d'autres diamètes de tuyaux On a réalisé des assemblages représentatifs de la technique antérieure en utilisant: (a) des brides plates, cas dans lequel la surface arrière ou externe de la partie radiale était en appui contre une surface d'étanchéité lisse formée sur la face de la bride; (b) des brides munies de rainures circulaires sur les faces d'étanchéité en contact avec la partie radiale; et (c) des brides dans lesquelles la partie radiale était soutenue par des bagues d'appui plates comportant une série de perforations uniformément réparties, c'est-à-dire que les bagues d'appui étaient montées sur la chemise entre la bride et la partie radiale Pour la comparaison, on a essayé des assemblages correspondant au mode

de réalisation représenté sur les Fig 1 à 6 des dessins annexés.

On a initialement réalisé chaque assemblage avec tous les boulons de brides serrés avec un couple de 122 J On a ensuite placé les

assemblages dans un four à 2320 C environ pendant 4 heures, de fa-

çon à simuler le fonctionnement en service dans le haut de l'in-

tervalle de températures pour cette matière de revêtement particu-

lière On a ensuite retiré les assemblages du four et on les a laissés refroidir à la température ambiante Dans le cas de tous les assemblages de la technique antérieure, le couple de serrage des boulons avaitconsidérablement baissé, atteignant des valeurs comprises entre 13,5 et 20,3 J et les joints ont tous présenté une fuite importante lorsqu'ils ont été essayés avec une pression d'air de 29 bars environ On a alors resserré les assemblages à un

couple de 122 J et on les a replacés dans le four pour les soumet-

tre à un nouveau bain de chaleur pendant environ 4 heures à 232 C environ L'assemblage à brides plates a perdu à nouveau à peu près la même quantité de couple de serrage et a fui aussi fortement qu'après le premier cycle Le type rainuré a perdu à nouveau la même quantité de couple mais n'a pas fui Sans le resserrer, on l'a recyclé quatre fois supplémentaires dans le four, à la suite de quoi le couple de serrage de certains des boulons était tombé à une valeur presque nulle et le joint fuyait fortement Le type

muni de bagues d'appui perforées n'avait plus qu'un couple de ser-

rage de 13,5 J et présentait des fuites importantes après le pre-

mier cycle On l'a resserré et on l'a exposé à deux cycles supplé-

mentaires de traitement au four, les résultats correspondant cha-

que fois à ceux du premier cycle Ainsi, dans tous les cas, les

couples de serrage des boulons des assemblages de la technique an-

térieure ont fortement diminué, ce qui a eu pour conséquence de produire des raccordements structuralement relativement lâches, même dans les rares cas o la matière plastique avait maintenu

g O l'étanchéité.

Par contre, les assemblages incorporant la présente invention n'ont pas présenté de diminution du couple de serrage des boulons ni de fuite, même après qu'ils aient été exposés à un

nombre de cycles aussi élevé que 15.

Bien qu'on ait mentionné spécifiquement l'emploi du PTFE, il est évident que l'invention peut être utilisée utilement

avec d'autres matières de chemisage qui entrent dans la classifica-

tion générale des élastomères et plastomères En outre, il est bien t 52691 t

entendu que les diverses extrémités à brides peuvent être asso-

ciées à des raccords, chemisés ou non, et que l'emploi de l'inven-

tion n'est pas limité à des manchettes ou tronçons de tuyaux En

fait, l'invention peut être appliquée à tout raccordement à bri-

des, quelque soit l'élément auquel la bride ou organe de raccorde-

ment est associé.

En fonction du rapport souhaité entre la force élas-

tique et la déformation élastique de la bague élastique conique, rapport qui est dicté par les matières spécifiques utilisées dans

le raccordement à brides et par la géométrie du raccordement, cha-

cune des bagues élastiques coniques ci-dessus décrites peut être

avantageusement constituée par un assemblage en série et/ou en pa-

rallèle de telles bagues élastiques.

On a décrit ci-dessus l'invention en se référant à ses modes de réalisation actuellement préférés, mais il est bien entendu que les spécialistes de la technique en cause peuvent y

apporter divers changements de constuction et de détail sans s'é-

carter de l'esprit véritable de l'invention telle que définie dans

les revendications annexées.

t 5 t 691 ?

Claims (17)

REVENDICATIONS

1 Un dispositif pour établir un joint étanche aux

fluides entre les faces d'un raccordement à brides dans un agence-

ment de tuyauteries, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une bague de support de charge, métallique, rigide ( 23; ; 61; 66; 72; 123; 161), dimensionnée de façon à s'adapter entre les faces des brides ( 14, 15, 34; 40; 55, 56; 65, 70, 71)

avec un diamètre intérieur rieur au diamètre intérieur "es tuyaux au ni-

veau du raccordement et avec une longueur axiale prédéterminée

pour former une cavité délimitée par les faces des brides, par le-

dit diamètre intérieur et par le diamètre des tuyaux; et au moins une bague conique élastique ( 21; 21 a, 21 b; 82; 94), une bague ( 20; 20 a, 20 b; 81; 93) de répartition des forces et une partie radiale ( 17; 19; 36; 51, 52, 59, 60; 80) d'une couche ( 16; 18) de matière non métallique, cette partie radiale étant disposée à l'intérieur de la bague de support de charge, dans ladite cavité, la bague de répartition des forces pouvant venir en appui contre la partie radiale, la relation entre la bague élastique conique,

la bague de répartition des forces et la partie radiale étant tel-

le qu'à l'intérieur de la cavité, la bague élastique conique est

soumise à une compression partielle et exerce une force, par l'in-

termédiaire de la bague de répartition des forces, sur la partie radiale, pour appliquer la partie radiale de façon étanche aux

fluides contre une surface conjuguée.

2 Dispositif selon-la revendication 1, caractéri-

sé en ce que l'une au moins des faces ( 24, 25) des brides est si-

tuée à l'extrémité d'un tuyau métallique ( 11) à bride et en ce que ladite partie radiale ( 19) de matière non métallique est située à

une extrémité d'une couche ( 18) de ladite matière qui revêt inté-

rieurement ledit tuyau au-delà duquel elle fait saillie, la bague élastique conique ( 21 > et la bague ( 20) de répartition des forces étant montées sur la couche de revêtement saillante entre ladite

partie radiale et la face de bride.

3 Dispositif selon la revendication 2, caractéri-

sé en ce que l'autre face ( 24) de bride est située à l'extrémité

d'un second tuyau métallique ( 10) à bride, le second tuyau métal-

lique ( 10) à bride, étant également revêtu d'une couche ( 16) de

matière non métallique qui se termine par une seconde partie radia-

le ( 17) qui recouvre une partie de l'autre face debride, la surface t 6917

de joint étant formée sur la seconde partie radiale ( 17).

4 Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 et 2, caractérisé en ce que la bague ( 123) de support de charge comporte des nervures circulaires ( 128, 129) formant joint d'étanchéité et faisant saillie axialement à partir des sur-

faces radiales opposées ( 126, 127) de la bague de support de char-

ge ( 123) de façon à venir en appui contre les faces des brides en

formant un joint étanche aux fluides.

Dispositif selon l'un quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la face convexe de la bague élastique conique ( 21) fait face à la bague ( 20) de répartition

des forces.

6 Dispositif selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que le diamètre intérieur de la bague élastique coni-

que ( 21) est approximativement égal au diamètre intérieur de la

bague ( 20) de répartition des forces de sorte que la bague élas-

tique vient en appui contre la bague de répartition des forces au

voisinage de la périphérie intérieure de cette dernière.

7 Dispositif selon la revendication 6, caractéri-

sé en ce que la bague ( 20) de répartition des forces est suffisam-

ment rigide pour éviter l'application de charges importantes loca-

lisées et pour favoriser l'application sur la partie radiale d'une charge répartie sur une grande surface, induite par l'action de la

force exercée par la bague élastique conique.

8 Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que la bague ( 123) de support de charge comprend-des

moyens ( 128, 129) formant joints d'étanchéité prévus sur les sur-

faces radiales opposées ( 126, 127) de ladite bague de support de charge et conçus pour venir en appui contre les faces des brides

en formant un joint étanche aux fluides.

9 Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce qu'il comporte une seule partie radiale ( 19), une seule bague ( 20) de répartition des forces et une seule bague élastique conique ( 22) et en ce que la longueur axiale totale L de la bague de support de charge métallique ( 45) satisfait à l'équation: L = A + B + C + x D, avec une très bonne approximation, équation dans laquelle x est une fraction, A, B et C sont les épaisseurs respectives de la partie radiale, de la bague de répartition des

153691 ?

forces et de la bague élastique conique et D est la hauteur de la

concavité de la bague élastique conique.

Disoositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte une seule bague ( 20) de répartition des forces et une seule bague élastique conique ( 21) et deux parties radiales ( 17, 19) et en ce que la longueur axiale totale L de la

bague de support de charge métallique ( 23, 123) satisfait à l'é-

quation: L = 2 A + B + C + x D, avec une très bonne approximation, équation dans laquelle x est une fraction, A, B et C sont les

épaisseurs respectives des parties radiales, de la bague de répar-

tition des forces et de la bague élastique conique et D est la

hauteur de la concavité de la bague élastique conique.

11 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte deux parties radiales, deux bagues de répartition des forces, et deux bagues élastique coniques et en ce que la longueur axiale totale L de la bague de support de charge métallique satisfait à l'équation: L = 2 (A + B + C + x D), avec une très bonne approximation, équation dans laquelle x est une fraction, A, B et C sont les épaisseurs respectives des parties

radiales, des bagues de répartition des forces et des bagues élas-

tiques coniques et D est la hauteur de la concavité des bagues

élastiques coniques.

12 Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce qu'il comporte deux bagues de répartition des forces, deux ? 5 bagues élastiques coniques et trois parties radiales et en ce que

la longueur axiale totale L de la bague de support de charge métal-

lique satisfait à l'équation: L = 3 A + 2 (B + C + x D), avec une très bonne approximation, équation dans laquelle x est une fraction, A, B et C sont les épaisseurs respectives des parties radiales, des o bagues de répartition des forces et des bagues coniques élastiques

et D est la hauteur de la concavité des bagues élastiques coniques.

13 Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce qu'il comporte deux bagues ( 20 a, 20 b) de répartition des forces, deux bagues élastiques coniques ( 21 a, 21 b), quatre parties radiales ( 5 l,52,59,6 Get une bague d'espacement axiale ( 101) et en ce que la longueur axiale totale L de la bague de support de charge métallique ( 161) satisfait à l'équation: L = 2 ( 2 A +(B + C + x D), avec une très bonne approximation, équation dans laquelle x est

252691 ?

1.7

une fraction, A, B et C sont les épaisseurs respectives des par-

ties radiales, des bagues de répartition des forces et des bagues

élastiques coniques et D est la hauteur de la concavité des ba-

gues àlastiques'coniques.

14 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le côté concave de la bague élastique conique ( 21 a 21 b; 94) fait face à la bague ( 20 a; 20 b, 93) de répartition

des forces.

Dispositif selon la revendication 14, carac-

térisé en ce que le 'diamètre extérieur de la bague élastique co-

nique ( 21 a; 21 b; 94) est presqu'autsi grand que le diamètre ex-

térieur de la bague ( 20 a; 20 b; 93) de répartition des forces de telle sorte que la bague élastique vient en appui contre la bague

de répartition des forces au voisinage de la périphérie extérieu-

re de cette dernière.

16 Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que la rigidité de la bague ( 20 a; 20 b; 93) de ré-

partition des forces est prédéterminée de façon à éviter l'appli-

cation de charges localisées élevées et à favoriser l'application sur la partie radiale de charges réparties sur une grande surface induites par l'action de la force exercée par la bague élastique

conique ( 21 a; 21 b; 94).

17 Dispositif selon la revendication 16, carac-

térisé en ce que la rigidité prédéterminée de la bague ( 93) de ré-

partition des forces est fonction de la force exercée sur elle par la bague élastique conique ( 21 a; 21 b; 94) à l'intérieur de la cavité et du rétrécissement radial de la section transversale de la partie radiale ( 91) de la matière non métallique de façon à ce que ladite bague de répartition des forces ( 93) se bombe d'une quantité à peu près égale audit rétrécissement afin d'établir un

contact sur une grande surface avec cette partie radiale.

18 Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 et 15, caractérisé en ce que la bague ( 123) de support de charge comprend au moins une nervure circulaire radiale ( 128, 129) qui fait saillie axialement à partir de chacune des surfaces radiales opposées ( 126, 127) de ladite bague de support de charge de manière à venir en appui contre les faces des brides en formant

un joint étanche aux fluides.

t St 691 ?

19 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte une bague d'espacement axial ( 101) en plus de deux parties radiales ( 5 i, 52), de deux bagues ( 20 a, 20 b) de répartition des forces et de deux bagues élastiques coniques ( 21 a, 21 b) et en ce que la longueur axiale totale L de ladite ba- gue de support de charge métallique ( 72) satisfait à l'équation:

L = 2 (A + B + C + x D) + E avec une très bonne approximation, équa-

tion dans laquelle x est une fraction, A, B et C sont les épais-

seurs respectives des parties radiales, des bagues de répartition des forces et des bagues élastiques coniques, D est la hauteur de la concavité des bagues élastiques coniques et E est la longueur

axiale de la bague d'espacement axial.

Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte une bague d'espacement axial ( 101) en plus de deux bagues ( 20 a, 20 b) de répartition des forces, de deux

bagues coniques élastiques ( 21 a, 21 b) et de trois parties radia-

les ( 51, 52, 60) et en ce que la longueur axiale totale L de la bague de support de charge métallique ( 66 > satisfait à l'équation L = 3 A + 2 (B + C + x D) + E, avec une très bonne approximation, 0 équation dans laquelle x est une fraction, A, B et C sont les

épaisseurs respectives des parties radiales, des bagues de répar-

tition des forces et des bagues élastiques coniques, D est la hau-

teur de la concavité des bagues élastiques coniques et E est la

longueur de la bague d'espacement axial.

21 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte une bague d'espacement axial ( 101) en plus de deux bagues ( 20 a, 20 b) de répartition des forces, de deux

bagues élastiques coniques ( 21 a, 21 b) et de quatre parties radia-

les ( 51, 52, 59, 60) et en ce que la longueur axiale totale L de

0 la bague de support de charge métallique ( 61) satisfait à l'équa-

tion: L = 4 A + 2 (B + C + x D) + E, avec une très bonne approxima-

tion, équation dans laquelle x est une fraction, A, B et C sont

les épaisseurs respectives des parties radiales, des bagues de ré-

partition des forces et des bagues élastiques coniques, D est la hauteur de la concavité des bagues élastiques coniques et E est la

longueur de la bague d'espacement axial.