FR2781859A1

FR2781859A1 - Annular joint used to connect two ducting members

Info

Publication number: FR2781859A1
Application number: FR9809751A
Authority: FR
Inventors: Thierry Botrel
Original assignee: Elf Exploration Production SAS
Current assignee: Elf Exploration Production SAS
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-04
Also published as: GB2340570A; NO993700L; NO993700D0; GB9917573D0

Abstract

The joint includes internal and external faces (2,3), a plane of symmetry passing through an axis (4), and includes first and second contact zones (6,7) contained respectively in first and second planes (8,9). The first and second planes intersect to form a dihedral having an edge perpendicular to the plane of symmetry, where the dihedral angle is between 0.5 and 10 degrees.

Description

DESCRIPTIONDESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

La présente invention concerne le raccordement d'éléments de canalisation au moyen de deux brides plates montées solidairement à leurs The present invention relates to the connection of pipe elements by means of two flat flanges mounted integrally at their

extrémités à raccorder entre elles. ends to be connected together.

Elle trouve son application dans toutes les industries dans lesquelles sont transportés des fluides liquides ou gazeux, des poudres ou des granulés, notamment It finds its application in all industries in which liquid or gaseous fluids, powders or granules are transported, in particular

dans l'industrie pétrolière.in the petroleum industry.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART

Dans de nombreuses installations dans lesquelles circulent des fluides sous pression, une technique couramment utilisée pour raccorder de façon étanche des éléments de canalisation entre eux ou à des appareils, consiste à monter solidairement à chacune des extrémités des éléments à raccorder, une bride plate, à intercaler un joint entre les deux brides et à maintenir le joint serré entre les deux In many installations in which pressurized fluids circulate, a technique commonly used for sealingly connecting pipe elements to one another or to devices, consists in mounting integrally at each end of the elements to be connected, a flat flange, insert a joint between the two flanges and keep the joint tight between the two

brides par des moyens adaptés, par exemple un jeu de vis et écrous. flanges by suitable means, for example a set of screws and nuts.

Il existe dans le commerce des joints de différentes formes réalisés à partir de matériaux de natures variées, choisies en fonction des conditions de There are commercially available seals of different shapes made from materials of various natures, chosen according to the conditions of

service et de la nature des fluides qui circulent dans les éléments. service and the nature of the fluids circulating in the elements.

Parmi ces types de joints deux sont particulièrement utilisés, les joints à section polygonale et les joints à section sensiblement ovale. Les joints dits plats à section rectangulaire très répandus étant un cas particulier des joints à section Among these types of seals two are particularly used, seals with polygonal section and seals with substantially oval section. The so-called flat joints with rectangular section which are very widespread being a special case of section joints

polygonale.polygonal.

Tous ces joints de forme annulaire présentent des faces latérales interne et externe cylindriques de révolution et coaxiales. Une autre caractéristique de ces All these annular seals have internal and external lateral faces which are cylindrical of revolution and coaxial. Another feature of these

joints est leur épaisseur constante. joints is their constant thickness.

Du fait de ces caractéristique, ces joints ne sont utilisables que pour assurer l'étanchéité de raccordements d'éléments de canalisation au moyen de Because of these characteristics, these seals can only be used to ensure the sealing of connections of pipe elements by means of

brides planes parallèles et coaxiales. parallel and coaxial planar flanges.

Lorsque deux éléments de canalisations non coaxiaux à axes sécants, doivent être raccordés par des brides il est nécessaire de déformer un des deux When two non-coaxial pipe elements with intersecting axes must be connected by flanges it is necessary to deform one of the two

éléments de telle manière que les deux brides de liaison soient parallèles. elements so that the two connecting flanges are parallel.

Lorsque deux éléments de canalisations non coaxiaux à axes parallèles décalés doivent être raccordés par des brides il est nécessaire d'intercaler entre les éléments à raccorder une manchette spécialement formée, comportant à ses extrémités deux brides respectivement parallèles aux brides des deux éléments à raccorder. Ces solutions sont difficiles à mettre en oeuvre, notamment sur des chantiers, du fait qu'elles nécessitent l'utilisation d'éléments qui doivent être fabriqués spécialement. Ces solutions sont particulièrement coûteuses pour la réalisation de canalisations de formes courbes, planes ou non, de grandes longueurs à partir When two non-coaxial pipe elements with offset parallel axes are to be connected by flanges, it is necessary to interpose between the elements to be connected a specially formed cuff, having at its ends two flanges respectively parallel to the flanges of the two elements to be connected. These solutions are difficult to implement, in particular on construction sites, because they require the use of elements which must be specially manufactured. These solutions are particularly costly for producing pipes of curved shapes, flat or not, of great lengths from

d'éléments standard, courts, faciles à transporter et à mettre en place. standard elements, short, easy to transport and set up.

EXPOSE DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION

La présente invention a justement pour objet de remédier à ces inconvénients et de fournir un joint d'étanchéité pour raccorder entre eux ou à des appareils, des éléments de canalisation munis à leurs extrémités de brides à faces The object of the present invention is precisely to remedy these drawbacks and to provide a seal for connecting together or to devices, pipe elements provided at their ends with flanges with faces.

non parallèles.not parallel.

Ce joint est utilisable pour raccorder des éléments de canalisation dont les axes ne sont pas alignés sans modification des éléments et également pour raccorder des éléments dont les axes sont parallèles mais dont les plans des brides This joint can be used to connect pipe elements whose axes are not aligned without modifying the elements and also to connect elements whose axes are parallel but whose flange planes

ne sont pas perpendiculaires aux axes. are not perpendicular to the axes.

Grâce au joint de l'invention il est possible de réaliser des canalisations courbes, plates ou non, à partir d'éléments rectilignes de courte longueur faciles à Thanks to the joint of the invention it is possible to produce curved pipes, flat or not, from straight elements of short length easy to

fabriquer, à transporter et à monter. to manufacture, to transport and to assemble.

A cette fin, la présente invention propose un joint annulaire présentant des faces latérales interne et externe de révolution et coaxiales, caractérisé en ce qu'il présente en plus un plan de symétrie passant par l'axe de révolution desdites faces latérales et comporte une première et une deuxième zones de contact contenues respectivement dans un premier et un deuxième plans, lesdits premier et deuxième plans étant sécants en formant un dièdre d'arête perpendiculaire au plan de symétrie. Selon une autre caractéristique le joint de l'invention présente des To this end, the present invention provides an annular seal having internal and external lateral faces of revolution and coaxial, characterized in that it also has a plane of symmetry passing through the axis of revolution of said lateral faces and comprises a first and a second contact zone contained respectively in a first and a second plane, said first and second planes being intersecting by forming an edge dihedral perpendicular to the plane of symmetry. According to another characteristic, the seal of the invention has

sections selon les plans passant par l'axe des faces latérales, de forme ovale. sections according to the planes passing through the axis of the lateral faces, of oval shape.

Selon une autre caractéristique le joint de l'invention présente des According to another characteristic, the seal of the invention has

sections selon les plans passant par l'axe des faces latérales, de forme polygonale. sections along the planes passing through the axis of the lateral faces, of polygonal shape.

sections selon les plans passant par l'axe des faces latérales, de forme trapézoïdale. sections along the planes passing through the axis of the lateral faces, of trapezoidal shape.

Selon une autre caractéristique le joint de l'invention présente des sections selon les plans passant par l'axe des faces latérales, de forme trapézoïdale rectangle. Selon une autre caractéristique de l'invention l'angle du dièdre est compris According to another characteristic, the seal of the invention has sections along the planes passing through the axis of the lateral faces, of rectangular trapezoidal shape. According to another characteristic of the invention, the angle of the dihedral is understood

entre 0,5 et 10 degrés.between 0.5 and 10 degrees.

L'invention a aussi pour objet l'utilisation du joint pour le raccordement de deux éléments de canalisation, cylindriques de révolution, ayant chacun une extrémité munie d'une bride plate. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque bride étant disposée perpendiculairement à l'axe de révolution de l'élément auquel elle appartient, les axes de révolution des deux éléments de canalisation forment un The invention also relates to the use of the seal for the connection of two pipe elements, cylindrical of revolution, each having one end provided with a flat flange. According to another characteristic of the invention, each flange being arranged perpendicular to the axis of revolution of the element to which it belongs, the axes of revolution of the two pipe elements form a

angle compris entre 0,5 et 10 degrés. angle between 0.5 and 10 degrees.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les axes de révolution des deux éléments de canalisation étant alignés, au moins une des brides forme avec l'axe de révolution de l'élément auquel elle appartient un angle compris entre 0,5 et According to another characteristic of the invention, the axes of revolution of the two pipe elements being aligned, at least one of the flanges forms with the axis of revolution of the element to which it belongs an angle of between 0.5 and

degrés.degrees.

Selon une autre caractéristique, I'invention consiste à raccorder une According to another characteristic, the invention consists in connecting a

pluralité d'éléments rectilignes pour réaliser une canalisation incurvée. plurality of rectilinear elements for producing a curved pipe.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les brides plates ont des faces en regard qui comportent des moyens de positionnement axial du joint Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de positionnement axial du joint sont deux gorges identiques en vis à vis obtenues par usinage sur chaque bride d'une gorge de révolution dont l'axe coïncide avec l'axe de l'élément de canalisation sur lequel chaque bride est disposée et qui présente au According to another characteristic of the invention, the flat flanges have facing faces which include means for axial positioning of the joint. According to another characteristic of the invention, the means for axial positioning of the joint are two identical grooves facing each other. obtained by machining on each flange a groove of revolution whose axis coincides with the axis of the pipe element on which each flange is arranged and which has at the

moins une face sur laquelle vient s'appuyer le joint. minus one face on which the seal rests.

Selon une dernière caractéristique de l'invention, les moyens de positionnement axial du joint sont des épaulements obtenus par usinage sur chaque bride d'au moins un épaulement de révolution dont l'axe coïncide avec l'axe de According to a last characteristic of the invention, the means for axial positioning of the joint are shoulders obtained by machining on each flange at least one revolution shoulder whose axis coincides with the axis of

l'élément de canalisation sur lequel chaque bride est disposée. the pipe element on which each flange is arranged.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, The invention will be better understood on reading the following description,

faite de manière non limitative en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un joint de section trapézoïdale rectangle, conforme au descriptif de l'invention, - la figure 2 représente le joint de la figure 1 en vue de dessus, - la figure 3 représente une vue en coupe transversale d'un joint de section trapézoïdale isocèle, - la figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un joint de section ovale symétrique, - la figure 5 représente une vue en coupe transversale d'un joint de section ovale asymétrique, - la figure 6 représente une vue en coupe d'un joint disposé entre deux brides made without limitation with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows a cross-sectional view of a seal of rectangular trapezoidal section, in accordance with the description of the invention, - Figure 2 shows the seal of Figure 1 in top view, - Figure 3 shows a cross-sectional view of an isosceles trapezoidal section joint, - Figure 4 shows a cross-sectional view of a symmetrical oval section joint, - Figure 5 shows a cross-sectional view of an asymmetrical oval section joint, - Figure 6 shows a sectional view of a joint disposed between two flanges

montées aux extrémités de deux éléments de canalisation. mounted at the ends of two pipe elements.

- la figure 7 représente une vue en coupe d'un joint disposé entre deux brides munies de gorges, montées aux extrémités de deux éléments de canalisation. - la figure 8 représente une vue en coupe d'un joint disposé entre deux brides munies d'épaulements, montées aux extrémités de deux éléments de - Figure 7 shows a sectional view of a seal disposed between two flanges provided with grooves, mounted at the ends of two pipe elements. - Figure 8 shows a sectional view of a seal disposed between two flanges provided with shoulders, mounted at the ends of two elements of

canalisation.pipeline.

EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation du joint annulaire de l'invention, selon lequel, le joint 1 comporte une face 2 latérale interne et une face 3 latérale externe, de révolution autour d'un axe 4 commun et présente un plan 5 de symétrie passant par l'axe 4. Il comporte en plus deux zones de contact qui relient les faces 2 et 3 latérales, une première zone 6 de contact comprise dans un premier plan 8 et une deuxième zone 7 de contact comprise dans un deuxième Figures 1 and 2 show a first embodiment of the annular seal of the invention, according to which, the seal 1 has an internal lateral face 2 and an external lateral face 3, of revolution about a common axis 4 and has a plane 5 of symmetry passing through the axis 4. It further comprises two contact zones which connect the lateral faces 2 and 3, a first contact zone 6 included in a first plane 8 and a second contact zone 7 included in a second

plan 9 perpendiculaire au plan 5 de symétrie. plane 9 perpendicular to plane 5 of symmetry.

Le premier plan 8 et le deuxième plan 9 sont sécants et forment un diedre d'arête 10 perpendiculaire au plan 5 de symétrie, ladite arête étant située à The first plane 8 and the second plane 9 are intersecting and form an edge diere 10 perpendicular to the plane 5 of symmetry, said edge being located at

l'extérieur de la surface latérale 3 externe du joint. the exterior of the external lateral surface 3 of the seal.

L'angle 11 du dièdre formé par les plans 8 et 9 est égal à 3 degrés. The angle 11 of the dihedral formed by the planes 8 and 9 is equal to 3 degrees.

Les sections transversales du joint 1, par des plans passant par l'axe 4 de symétrie ont une forme de trapèze rectangle, notamment les sections 12 et 13 qui The cross sections of the joint 1, by planes passing through the axis 4 of symmetry have a shape of a rectangular trapezoid, in particular the sections 12 and 13 which

correspondent à la section du joint par le plan 5 de symétrie. correspond to the section of the joint by the plane 5 of symmetry.

Ainsi le joint 1 à la particularité d'avoir une épaisseur variable radialement Thus the joint 1 has the particularity of having a variable thickness radially

et circulairement.and circularly.

La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation selon lequel le joint annulaire de l'invention présente des sections par des plans passant par l'axe 4 FIG. 3 represents a second embodiment according to which the annular seal of the invention has sections by planes passing through the axis 4

en forme de trapèzes isocèles et un plan 21 de symétrie perpendiculaire à l'axe 4. in the form of isosceles trapezoids and a plane 21 of symmetry perpendicular to the axis 4.

Le premier plan 8 et deuxième plan 20 forment un dièdre d'angle 11. The first plane 8 and second plane 20 form a corner dihedral 11.

La figure 4 représente un troisième mode de réalisation selon lequel le joint annulaire de l'invention présente des sections par des plans passant par l'axe 4, FIG. 4 represents a third embodiment according to which the annular seal of the invention has sections by planes passing through the axis 4,

de forme ovale et un plan 26 de symétrie perpendiculaire à l'axe 4. of oval shape and a plane 26 of symmetry perpendicular to the axis 4.

Une première zone 24 de contact et une deuxième zone 25 de contact sont contenues respectivement dans un premier plan 22 et un deuxième plan 23 A first contact zone 24 and a second contact zone 25 are contained respectively in a first plane 22 and a second plane 23

lesdites zones de contact étant réduites à des courbes en forme d'ellipse. said contact areas being reduced to elliptical curves.

La figure 5 représente un troisième mode de réalisation selon lequel le joint annulaire de l'invention présente des sections par des plans passant par l'axe 4 FIG. 5 represents a third embodiment according to which the annular seal of the invention has sections by planes passing through the axis 4

de formes ovales dissymétriques.asymmetrical oval shapes.

Un premier plan 22 et un deuxième plan 27 forment un dièdre d'angle 11, A first plane 22 and a second plane 27 form a corner dihedral 11,

le deuxième plan 27 étant perpendiculaire à l'axe 4 de révolution. the second plane 27 being perpendicular to the axis 4 of revolution.

Quelque soit le mode de réalisation du joint de l'invention il est facile à Whatever the embodiment of the seal of the invention, it is easy to

usiner.to machine.

La figure 6 illustre l'utilisation d'un joint annulaire conforme au premier mode de réalisation de l'invention, comme élément d'étanchéité dans un dispositif de FIG. 6 illustrates the use of an annular seal in accordance with the first embodiment of the invention, as a sealing element in a device for

raccordement par brides de deux éléments 30 et 31 de canalisation. connection by flanges of two elements 30 and 31 of pipe.

Les éléments 30 et 31 de canalisation, cylindriques de révolution autour respectivement des axes 34 et 35 sont munis à leurs extrémités, de brides 32 et 33 dont les faces d'appui 36 et 37 sont respectivement perpendiculaires aux axes 34 et 35. Le joint 1 est placé entre les brides 32 et 33 de telle manière que ses zones 6 et 7 de contact soient respectivement en contact avec les faces d'appui 36 et 37 des brides 32 et 33, l'axe 4 du joint 1 étant confondu avec l'axe 35 de l'élément 31 de canalisation et l'axe 34 de l'élément 30 de canalisation passant sensiblement The pipe elements 30 and 31, cylindrical of revolution around the axes 34 and 35 respectively, are provided at their ends with flanges 32 and 33 whose bearing faces 36 and 37 are respectively perpendicular to the axes 34 and 35. The joint 1 is placed between the flanges 32 and 33 so that its contact zones 6 and 7 are respectively in contact with the bearing faces 36 and 37 of the flanges 32 and 33, the axis 4 of the seal 1 being coincident with the axis 35 of the pipe element 31 and the axis 34 of the pipe element 30 passing substantially

par le point C défini par l'intersection de l'axe 4 avec le plan 8. by point C defined by the intersection of axis 4 with plane 8.

Ainsi, la face 36 d'appui de la bride 32 sur la première zone 6 de contact du joint 1 est contenue dans le premier plan 8 et la face 37 d'appui de la bride 33 sur Thus, the bearing face 36 of the flange 32 on the first contact area 6 of the seal 1 is contained in the first plane 8 and the bearing face 37 of the flange 33 on

la deuxième zone 7 de contact du joint 1 est contenue dans le deuxième plan 9. the second contact area 7 of the seal 1 is contained in the second plane 9.

Les brides 32 et 33 étant montées respectivement perpendiculairement aux axes 34 et 35 des canalisations respectivement 30 et 31, il résulte de ces dispositions que l'angle formé par les deux axes 34 et 35 est égal l'angle 11 du The flanges 32 and 33 being mounted respectively perpendicular to the axes 34 and 35 of the pipes 30 and 31 respectively, it follows from these provisions that the angle formed by the two axes 34 and 35 is equal to the angle 11 of the

dièdre formé par les plans 8 et 9. dihedral formed by planes 8 and 9.

Les brides 32, 33 et le joint 1 sont maintenus en contact par des moyens de serrage connus non représentés sur la figure 6 qui exercent les efforts nécessaires et suffisants pour que l'étanchéité soit assurée entre l'intérieur et The flanges 32, 33 and the seal 1 are kept in contact by known clamping means not shown in FIG. 6 which exert the necessary and sufficient forces so that the seal is ensured between the interior and

l'extérieur des éléments de canalisation 30 et 31. the exterior of the pipe elements 30 and 31.

A titre d'exemple de moyens de serrage on peut citer une pluralité de vis écrous à têtes sphériques et rondelles, la bride 32 étant munie d'une pluralité de trous 38 et la bride 33 d'une pluralité de trous 39 en regard des précédents pour le By way of example of clamping means, there may be mentioned a plurality of screw nuts with spherical heads and washers, the flange 32 being provided with a plurality of holes 38 and the flange 33 being provided with a plurality of holes 39 opposite the previous for the

passage desdites vis on peut citer également les colliers de serrage. passage of said screws also include clamps.

Pour faciliter le positionnement axial du joint 1 par rapport aux brides 32 et 33, les brides peuvent comporter des moyens de positionnement axial tels que des gorges et des épaulements aménagés sur les faces 36 et 37 d'appui, comme To facilitate the axial positioning of the seal 1 relative to the flanges 32 and 33, the flanges may include axial positioning means such as grooves and shoulders arranged on the bearing faces 36 and 37, as

représentés respectivement sur les figures 7 et 8. shown respectively in Figures 7 and 8.

Grâce à l'invention il possible de raccorder de façon simple et économique des éléments rectilignes de canalisation de manière à ce que leurs axes longitudinaux ne soient pas alignés, I'angle formé par les dits axes étant déterminé Thanks to the invention it is possible to simply and straightforwardly connect straight pipe elements so that their longitudinal axes are not aligned, the angle formed by said axes being determined

par le joint utilisé.by the seal used.

De plus le désalignement des axes des éléments rectilignes est In addition, the misalignment of the axes of the rectilinear elements is

modifiable par simple changement du joint. changeable by simply changing the seal.

Grâce à l'invention il est aussi possible de réaliser économiquement une canalisation courbe de grande longueur par assemblage d'éléments rectilignes de Thanks to the invention it is also possible to economically produce a curved pipeline of great length by assembling rectilinear elements of

faible longueur par rapport à la longueur de la canalisation. short length compared to the length of the pipeline.

L'application des joints de l'invention est particulièrement intéressante pour réaliser économiquement une canalisation courbe appelée riser, pour relier un équipement installé au fond d'une mer et une plate-forme de forage ou de production de pétrole située à la surface de la mer, ladite plate-forme n'étant pas à la verticale The application of the seals of the invention is particularly advantageous for economically producing a curved pipe called riser, for connecting equipment installed at the bottom of a sea and a drilling or oil production platform located on the surface of the sea, said platform not being vertical

de l'équipement sous-marin.underwater equipment.

Claims

1 - Joint (1) annular having internal and external lateral faces (2 and 3) of revolution and coaxial, characterized in that it also has a plane (5) of symmetry passing through the axis (4) of revolution of said lateral faces (2 and 3) and comprises first and second contact zones (6 and 7) contained respectively in first and second planes (8 and 9), said first and second planes (8 and 9) being intersecting forming a corner dihedral (10)

perpendicular to the plane (5) of symmetry.

2 - Joint according to claim 1 or 2 characterized in that it has sections

according to the planes passing through the axis (4) of the lateral faces (2 and 3), of oval shape.

3 - Joint according to claim 1 or 2 characterized in that it has sections

according to the planes passing through the axis (4) of the lateral faces, of polygonal shape.

4 - Joint according to claim 3 characterized in that the shape of the sections according to

the planes passing through the axis (4) of the lateral faces is trapezoidal.

5 - Joint according to claim 4 characterized in that the shape of the sections according to

the planes passing through the axis (4) of the lateral faces is trapezoidal rectangle.

6- annular seal according to any one of claims 1 to 5, characterized in

that the angle (11) of the dihedral is between 0.5 and 10 degrees.

7 - Use of the seal according to one of claims 1 to 6 for the connection of

two pipe elements (30 and 31), cylindrical of revolution, having

each end fitted with a flat flange.

8- Use according to claim 7 characterized in that each flange (32 and 33) being arranged perpendicular to the axis of revolution of the element to which it belongs, the axes (34 and 35) of revolution of the two elements (30 and 31) of

pipes form an angle between 0.5 and 10 degrees.

9 - Use according to claim 7 characterized in that the axes (34 and 35) of revolution of the two elements (30 and 31) of pipe being aligned, at least one of the flanges (32 or 33) forms with the axis of revolution of the item to which it

belongs an angle between 0.5 and 10 degrees.

10-Use according to claim 7 or 8 characterized in that it consists in connecting a plurality of rectilinear elements to produce a curved pipe.

11-Use according to one of claims 7 to 10 characterized in that the

flat flanges have facing faces (36 and 37) which include means for

axial positioning of the seal.

12-Use according to claim 11 characterized in that the axial positioning means of the seal consist of two identical grooves opposite opposite obtained by machining on each flange of a groove of revolution whose axis coincides with the axis of the pipe element on which each flange is

arranged and which has at least one face on which the seal rests.

13- Use according to claim 11 characterized in that the axial positioning means of the joint are shoulders obtained by machining on each flange of at least one revolution shoulder whose axis coincides with

the axis of the pipe element on which each flange is arranged.