Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
11~7436~
La présente invention a trait à un nouveau joint
pour relier des tubes, du type comportant une partie mâle
et une partie femelle avec des filetages correspondants,
les parties mâles ou femelles etant disposées soit directe-
ment a llextrémité de tubes, soit sur des manchons de
raccordement.
Les joints selon l'invention peuvent être utilisés
notamment pour réunir les unes aux autres les extremites de
tubes en de tres longues colonnes, afin de constituer par
exemple des canalisations de fluide ou des gaines (liner) de
consolidation dans les trous forés pour l'exploitation du
pétrole, du gaz ou de l'eau chaude naturelle ou pour faire
circuler des fluides dans les sols, ou pour toutes autres
applications .
On sait que dans une colonne de tubes, par exemple
dans le domaine du forage ou de l'exploitation de puits
pétroliers, les problèmes les plus délicats sont posés par
les joints qui réunissent entre elles les extremités des
tubes. Pour des raisons ~videntes" il est en effet desirable
d'obtenir au niveau des joints les mêmes performances
; mécaniques que celles obtenues dans les parois de tubes
eux-mêmes.
Pour atteindre de tels objectifs de nombreux joints
ont été proposés qui comportent un accroissement notable de
l'épaisseur par rapport à celle du corps des tubes eux-mêmes,
cet accroissement d'épaisseur provoquant soit un accroisse-
ment du diametre extérieur, soit une diminution du diametre
intérieur, soit les deux. Ces accroissements d'épaisseur
nécessitent des opérations compliquées speciales lors de la
30 fabrication des tubes et par ailleurs les variations dimen-
sionnelles ainsi creees sont gênantes dans des quantites
d'applications.
- 1 -
Si par contre l'on désire que l'épaisseur du joint
ne soi-t pas différente de l'épaisseur du corps des tubes,
les diametres étant également identiques, on comprent que
quel que soit le type de filetage mâle utilisé, cylindrique
a plusieurs étages ou conique, les épaisseurs de chaque
partie male et femelle sont chacune notablement inférieures
a l'épaisseur du corps du tube et la somme même des épaisseurs
des parties mâle et femelle n'est pas égale a l'épaisseur
du corps du tube en raison d'une réduction d'épaisseur par
enlevement de matiere et par présence des creux des filets de
vis. Il en résulte que la résistance de chacun des deux
éléments mâle et femelle aux forces de tractions longitudi-
nales sera inférieure a celle du corps du tube lui-même.
On peut, dans de nombreuses applications, adme-ttre une telle
diminution de résistance mais les diminutions d'épaisseur
des extrémités mâle et femelle du joint présentent d'autres
inconvénients beaucoup moins acceptables.
En effet chacune des parties mâle et femelle
présente é~alement, du fait de son épaisseur moindre, une
moindre résistance aux effets de la pression des fluides
internes et externes ou plutôt de la différence des pressions
entre l'extérieur et l'intérieur, dénommée pression différen-
tielle. Selon les conditions d'utilisations, cette pression
différentielle se manifeste de l'intérieur vers l'extérieur
ou en sens inverse.
Si l'on ne désire pas augmenter les épaisseurs de
paroi au niveau des eléments mâle et femelle du joint il
faudrait obtenir une étanchéité absolue aux deux ex-trémités
du filetage reliant l'élément mâle et l'élément femelle du
joint pour interdire rigoureusement l'introduction de la
~7~L3~;~
pression des fluides dans les interstices de l'assemblage.
~Cependant, slil est rela~ivement facile d'assurer une
étanchéité efficace contre la surpression extérieure ou
contre la surpression intérieure, l'obtention d'étanchéité
efficace dans les deux sens est beaucoup plus difficile et
entraînerait des joints de forme plus compliquée et
couteux, comme par exemple ceux décrits dans le brevet
francais 2.047.274.
Or il existe de nombreuses conditions d'utilisations
dans lesquelles dans une même colonne de tubes, le sens de la
pression différentielle est variable soit dans le temps, soit
en fonction de la profondeur du point considére.
La presente invention se propose d'apporter une
solution à ces problèmes et de fournir un joint pour la
jonction de tubes cylindriques, notamment pour la formation
de très longues colonnes dans le domaine du forage ou de
l'exploitation petrolière, qui permette de remédier aux
inconvénients précités et qui ne necessite pas de renforcer
localement l'epaisseur de l'element mâle et/ou femelle du
joint, les contours interne et externe du joint pouvant ainsi
prolonger cylindriquement le corps des tubes sans former de
relief.
En variante l'invention se propose également de
fournir des joints dans lesquels seule une surépaisseur
modérée serait prévue pour augmenter le diamètre extérieur
ou retrecir modérément le diamètre intérieur du joint par
rapport au diamètre du tube, et ceci sans changer la geométrie
des surfaces de liaison.
Un autre but de l'invention est de fournir des
joints qui résistent mécaniquement parfaitement aux pressions
differentielles qu'elles soient orientées de l'intérieur vers
l'extérieur ou de l'extérieur vers l'intérieur.
3~
Un autre but de l'invention est de fournir un joint
présentant une étanchéi-té parfaite entre l'intérieur et l'ex-
térieur et vice-versa.
Un autre but de l'invention est de fournir un joint
présentant une butée de limitation de vissage dans lequel une
poussée de vissage excessive provoquée par une mauvaise manoeuvre
ne provoque pas de déformations notables des extrémités des éle-
ments du joint, de sorte que l'on empeche ou retarde considéra-
blement les déformations et le déboîtement partiel ou total des
filets avoisinant la butée.
L'invention, telle que revendiquée ici, a pour objet
un joint pour l'assemblage par vissage de sections de tubes pour
former des colonnes de tubes dont l'épaisseur au niveau des
joints est égale ou légèrement plus grande que l'épaisseur des
tubes, utilisables en particllier pour l'exploitation pétro~
liere à grandes profondeurs, ledit joint comportant une partie
mâle munie d'un filetage male et une partie femelle munie d'un
filetage femelle pour recevoir par vissage le filetage male, les
; filets desdits filetages présentant au moins sur leur plus
grande longueur des filets, respectivement complémentaires a
angles fermés, ledit joint comportant également sur chaque élé-
ment un épaulement formant butée pour limiter par le contact
desdits épaulements l'un sur l'autre le vissage et l'enfoncement
de l'élément male dans l'élément femelle, lesdits filets a
angles ferm~s s'évanouissant progressivement dans une zone située
a proximité immédiate des épaulements de butée, l'interpénétra-
tion desdits filets a angles fermés assurant ainsi l'accrochage
radial de l'élément male sur l'élément femelle jusqu'a proximité
:: immédiate desdits épaulements de butée.
Par filets à angles fermés dans le sens de la pre-
sente invention, on entend des filets mâles et femelles dont les
flancs porteurs coopérants, c'est-a-dire les flancs qui se trou-
vent comprimés l'un contre l'autre lorsque ..~
.~
3~L
l'élément mâle et l'élémen-t femelle du join-t sont soumis à
un effort de traction axiale tendant à les éloigner l'un de
l'autre, forment avec l'axe géométrique du joint un angle
inférieur à 90 de sorte que toute séparation radiale d'un
filet mâle d'avec un filet femelle correspondant est rendue
impossible s'il n'y a pas simultanément un déplacement axial
tendant à éloigner les deux flancs de filets l'un de l'autre
pour les désemboiter.
Il doit être bien compris qu'ainsi une caractéris-
tique essentielle de l'invention réside dans la combinaisonentre de tels filetages à filets à angles fermés s'étendant
jusqu'à proximité immédiate de la butée avec une butée axiale
formée de deux épaulements coopérant llun avec l'autre de
sorte que lorsque sous l'effet par exemple d'une pression
différentielle les éléments mâle et femelle ont tendance à
s'éloigner radialement l'un de l'autre, cet éloignement se
trouve empêché du fait que par leur emboîtement avec un angle
de flanc porteur inférieur à 9Q les filets ne peuvent pas
s'éloigner radialement l'un de l'autre alors que tout
mouvement axial qui permettrait un écartement suffisant des
filets pour leur permettre de s'éloigner radialement l'un
de l'autre est empeché du fait que les éléments male et
femelle sont en butée l'un contre l'autre par leurs
épaulements, toute déformation "en tonneau" de l'extrémité
de la partie femelle étant en outre empechée.
Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement
préféré de l'invention les filets a angles fermés du filatage
male et femelle présen-tent une section en parallèlogramme ou
du moins en forme trapézoidale proche d'un parallèlogramme.
-- 5 --
~1~79~3~4
De façon particulierement avan-tageuse l'emplan-ture
d'un filet, c'est-a-dire la distance entre deux flancs de
filet a la base du filet est comprise entre 1,5 et 2,5 fois,
et de façon particulièrement préferee entre 1,8 et 2,2 fois
la hauteur utile du filet. Ces valeurs sont considerees sur
les filetages neufs venant de fabrication. Elles peuvent se
trouver naturellement plus ou moins diminuees à la suite
d'utilisations successives des joints.
Ces carateristiques permettent d'assurer une
resistance suffisante des filets et un maintien de l'emboîte-
ment ou accrochage des filets des filetages mâle et femelle
entre eux dans les conditions les plus defavorables, c'est-à-
dire dans les conditions ou la pression differentielle est
la plus forte tout en permettant que les ecarts geometriques
(provenant des tolerances de fabrication) des angles fermes
utiles de filets et les écarts de pas de filetage sur toute
la longueur du filetage puissent être résorbes lors du
montage du joint et de son utilisat:ion, par ecrasement
~ elastoplastique du metal sous-jacent a ces flancs de filet
; 20 sans pour autant que ces filets ne soient affaiblis de facon
gênante..
De façon generale, plus, dans les conditions
d'utilisation les plus difficiles, l'importance de la pression
differentielle est importante, plus il est preferable de
diminuer l'angle dudit flanc de filet, c'est-a-dire d'augmenter
. l'angle entre un flanc de filet et le plan transversal
perpendiculaire a l'axe du joint.
Cet angle peut etre calcule, et on trouve qu'il
peut etre tres important. Il peut par exemple etre de
l'ordre de 38 par rapport au plan perpendiculaire a l'axe.
:~?7436~
Cependant l'expérience montre que les joints
selon l'invention présentent une tenue satisfaisante pour
des angles plus faibles de 10 à 20.
Dans une forme de realisation particulierement
préférée de l'invention, la butée présente un épaulement
mâle et un epaulement femelle qui constituent simultanement
une butee de limitation d'enfoncement et de vissage et une
surface d'etancheite. De preférence la butee est realisee
sous forme de deux surfaces biconiques. Dans une telle
realisation l!un des deux epaulements présente une surface
annulaire interne de preference tronconique ou de forme
voisine, ayant une allure concave, cette surface etant
entouree d'une surface annulaire peripherique convexe de
preference en forme de tronc de cône ou de forme voisine
mais pouvant egalement, en varian-te, adopter une allure
quasiment cylindrique. De même l'autre epaulement presente
une surface interne tronconique, ou ayant une forme sensible-
ment tronconique, convexe et une surface externe concave de
preference tronconique mais pouvant aussi avoir une allure
sensiblement cylindrique. Lesdites surfaces correspondantesdes elements mâle et femelle peuvent avoir des formes
etroitement complementaires ou simplement des formes adaptees
à venir en contact les unes avec les autres pour obtenir les
effets de butée et d'étancheite.
La butee est de preference externe, c'est-à-dire
que l'element femelle presente un epaulement situé à son
extrémité alors que l'élement mâle presente un epaulement
complémentaire vers sa base.
Le choix entre les deux solutions dépend de diverses
considerations concernant le fonctionnement etant entendu que
dans le cas d'une butee externe, lorsque l'élément femelle est
3~
axialement comprimé contre l'élément mâle, l'extrémité de
l'élément femelle tend a se déformer en tonneau radialement
vers l'extérieur de sorte que les filets femelles ont
tendance à s'éloigner radialement des filets mâles, cette
tendance a l'éloignement etant cependant empêchée dans le
cas de la presente invention. Dans le cas ou la butée est
interne et qu'une telle compression a lieu, l'élément mâle
a également tendance a se dilater en forme de tonneau mais
dans ce cas au contraire cette dilatation tend a faire
pénétrer encore plus etroitement les filets mâles et femelles
les uns dans les autres.
Dans les deux cas cependant en cas d'une maladresse
manoeuvrière l'invention apporte un surcroit de robustesse en
empêchant ou retardant ces déformations et par conséquent la
deformation de la ~utee, ce qui empêche ou au moins retarde
considerablement le deboltement partiel ou total des filets
avoisinant la butee.
De fac,on avantageuse les angles des surfaces internes
et externes des epaulements mâles et femelles peuvent être
dimensionnes de maniere que l'une des surfaces tronconique ou
de forme voisine joue un rôle principal d'etancheite et
l'autre un rôle principal de butee mais d'une façon generale
les surfaces interne et externe peuvent échanger leur rôle,
permettant ainsi d'assurer l'étancheité tant contre une
pression différentielle interne.
Par ailleurs la butée d'épaulement peut egalement
de preference être tellc que aussi bien dans ].'epaulement
mâle que dans l'épaulemen-t femelle, la surface plus ou moi.ns
tronconique ayant la plus grande étendue radiale possede une
emplanture, c'est-a-dire pratiquement unè étendue de base
-- 8 --
~74~3~
supérieure ou égale à 1,8 fois l'étendue radiale u-tile. En
conséquence dans le cas où le joint possède un manchon femelle
muni de deux épaulements internes disposés au voisinage l'un
de l'autre vers le milieu du manchon, la distance entre les
deux épaulements doit être d'au moins 3,6 à 5 fois égale à
l'étendue radiale utile.
De même l'angle réalisé par cette surface avec le
plan transversal perpendiculaire à l'axe du joint, peut être
par exemple de 15 à 20.
L'angle de l'autre surface par rapport audit plan
transversal peut être bien plus grand et aller jusqu'à 90,
la surface devenant alors pratiquement cylindrique.
La butée ainsi réalisée presente une très importante .
resistance radiale qui est tout d'abord destinee a supporter
la pression différentielle du fluicle et à assurer l'étanchéité
parfaite. Elle sert egalement à s'opposer efficacement à la
déformation en tonneau dans le cas d'une trop forte poussée
longitudinale provenant par exemple d'un vissage excessif.
Elle sert en outre à élever la pression de contact au niveau
de la surface conique de l'épaulement femelle qui possede la
plus petite dimension radiale et ne débouche pas sur les
parois, afin d'écraser les aspérités d'usinage et d'aplatir
les aspérités dues à des chocs tels qu'il peut s'en produire
sur les tubes lors des manoeuvres, notamment au forage.
Dans un mode de mise en oeuvre perfectionné de
l'invention le filetage à angle fermé s'evanouit progressive-
ment mais rapidement lorsqu'il s'approche de ltépaulement de
butée de l'élément qui le porte. De préférence la partie de
filetage évanouissante s'étend suivant un à sept filets.
_ g _
~6~7~36~
Ceci permet d'augmenter l'epaisseur de métal au
voisinage de la butée, comme cela est d'ailleurs déja connu
dans d'autres types de joints. Ceci présente également
l'avantage supplémentaire d'une part de rapprocher de la butée
la fin de la partie u-tile des filets mâles et femelles. En
effet, en raison de l'angle de filet, l'accrochage des flancs
porteurs reste longtemps efficace, même lorsque ces flancs
ne possedent plus qu'une hauteur extremement réduite alors
que par ailleurs si les filets étaient réalisés de façon non
évanouissante il pourrait être nécessaire avec certaines
machines, pour des raisons de course de degagement de l'outil
de filetage a la fin du filet, a proximité de la butée, de
réaliser une creusure evanouissante inutile sur une longueur
plus importante. En outre, un degagement oblique de l'outil
d'ailleurs pas possible sur -toutes les machines, necessiterait
une distance axiale importante concluisant a eloigner la fin
du filet de l'épaulement de butée. D'autre part, surtout dans
le cas ou conformément à une variante préférée de l'invention,
les filets ont une section en parallelogramme ou en trapeze
tres proche d'un parallelogramme, les filetages peuvent être
réalisés sur des machines a fileter usuelles par simple
effacement radial progressif de l'outil sans pour cela
provoquer une modification de l'épaisseur axiale des filets
et gorges, ce qui permet de réaliser une partie évanouissante
de riletage mâle coopérant efficacement avec une partie
évanouissante de filetage femelle. Du fait du deplacement
radial de l'outil pendant le filetage on comprend qu'il peut
se produire un léger décalage axial des flancs de filets mâle
et femelle correspondant a une sorte d'écart des pas des vis.
En choisissant convenablement celui des deux elements mâle et
-- 10 --
7436~
femelle qui présente au niveau de la partie évanouissante un
pas apparent de filetage plus long on peut alors parvenir au
résultat que lors du vissage le premier contact sans force
entre les filets actifs s'effectuera en un emplacement
éloigné de la butée et ainsi la force qui résorbera l'écar-t
précité sera la plus faible et n'entraînera que de faibles
contraintes dans le métal.
En variante la partie évanouissante du filet, qui
diminue progressivement de hauteur peut se terminer par une
fin de creux de filet a un moment ou le filet possede encore
une hauteur suffisante pour être efficace, par exemple
comprise entre 15 et 40~ de la hauteur du filet normal.
De facon avantageuse on peut dans certains cas
réaliser le joint selon l'invention de facon a protéger les
filetages de l'agression du fluide interne e-t réaliser une
continuité de paroi interne d'un tube a l'au-tre en éliminant
les causes de turbulence et de perte de charge et en assurant
une étanchéité contre le fluide interne même dans le cas ou
la butée est posée du côté externe.
Dans cette réalisation on utilise des tubes dont
les extrémités forment les parties mâles de joints selon
l'invention et qui cooperent avec des manchons femelles formant
deux parties femelles de joints disposées de part et d'autre
d'un plan transversal médian, les butées étant disposées du
côté externe, c'est-à-dire aux deux extrémités du manchon
femelle. Les extrémités des tubes mâles présentent alors
chacune une levre en forme de cône allongé ou de préférence
en forme de cylindre avec un chanfrein, lesdites levres
coopérant avec des surfaces en tronc de cône ou une surface
cylindrique correspondante de la partie centrale du manchon
43~
pour réaliser une étanchéité, les deux lèvres de deux -tubes
successifs pouvant alors venir en contact l'une contre
l'autre pour réaliser la continuité. De préférence un léger
espace peut être prévu périphériquement à la zone de contact
pour permettre une déformation du métal des lèvres.
~ n variante les deux lèvres peuvent être éloignées
d'une certaine distance et un élément d'étanchéité peut alors
être pris entre les extrémités des deux éléments mâles.
L'étanchéité peut également être réalisée, en
variante, en assurant un revêtement continu de la surface
interne des éléments mâles ainsi que de la surface externe
des lèvres desdits élements mâles et de la surface interne
du manchon femelle en sa partie cen-trale située entre les
deux zones où s'effectue le contact d'étanchéité avec les
levres adjacentes de deux éléments mâles.
De préférence les lèvres sont réalisées avec une
; faible épaisseur de fac,on à faciliter leur déformation.
D'autres avantages et caractéristiques de
l'invention apparaîtront a la lecture de la description
suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant
au dessin annexé dans lequel:
La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un
joint selon l'invention avec une butée externe.
La figure 2 représente une vue plus agrandie du
joint selon la figure 1 dans la zone de butée.
La figure 3 représente une vue en coupe axiale d'un
joint selon une autre forme de réalisation avec butée interne.
La figure 4 représente une vue détaillée du joint
selon la figure 3 dans la zone de butée.
La figure 5 represente une vue agrandie en coupe
axiale d'un filet.
- 12 -
~L~7~a36~
La figure 6 représente une vue en coupe axiale
détaillée d'un joint analogue a la figure l avec un filetage
évanouissant.
La figure 7 représente une variante de réalisation
du joint selon la figure 6.
La figure 8 représente une vue en coupe axiale
d'un joint selon une autre variante de la figure 1.
I,es figures 9 à 12 représentent des vues en coupes
axiales de divers modes de réalisation permettant d'assurer
une continuite interne.
On se refere tout d'abord aux figures l et 2.
Le joint représenté est constitué par les deux
extrémités de deux tubes vissés l'un dans l'autre, a savoir
une extrémité mâle 1 faisant office d'elément mâle du joint
et une extrémite femelle 2 faisant office d'élément femelle
du joint. L'elément 1 comporte, depuis le voisinage de son
extrémité 3 un filetage 4 pratiqué dans la surface conique
externe de l'élément l. De même l'élément 2 presente un
filetage complementaire 5 pratique dans la surface interne
conique de l'élément 2 depuis sa base 6. Les deux filetages
complémentaires 4, 5 s'étendent jusqu'au voisinage d'une
butée 7 dont la forme sera mieux vue sur la figure 2. Cette
butée, située vers l'extérieur du joint comporte deux
épaulements, a savoir un épaulement mâle porté par l'élément
mâle l et un épaulement femelle porté par l'élément femelle
2. L'épaulement mâle comporte, depuis l'extérieur, une
premiere surface 8 tronconique concave et faisant avec le
plan perpendiculaire a l'axe du joint un angle a. A
l'interieur cette surface tronconique concave q~ se poursuit
par une surface tronconique convexe 9 faisant avec le même
plan un angle b plus important que _. De même l'épaulement
~7~L36~
femelle présente une surface tronconique externe convexe
disposée selon l'angle a et une surface interne tronconique
concave 11 disposée selon l'angle _ et venant s'appliquer
contre la surface 9. La surface 11 se prolonge vers
l'intérieur par une surface faiblement conique ou cylindrique
12 située en regard d'une surface similaire 13 de l'élément
mâle, les deux surfaces 12 et 13 étant éloignées entre-elles
d'une certaine distance. On comprend que lorsque l'on visse
les deux élémen-ts l'un dans l'autre au bout d'un certain
moment les deux épaulements viennent en butée et dans ce cas
on obtient un contact d'épaulement entre les différentes
surfaces. On comprend par ailleurs qu'en cas d'une pression
différentielle externe, c'est-à-dire d!une surpression
externe les surfaces 11 et 9 se trouvent encore plus fortement
appliquées l'une contre l'autre et le ~oint est autoclave.
Dans le cas d'une surpression interne ce sont les surfaces
8 et 10 qui sont appliquées l'une c:ontre l'autre de facon
autoclave.
I,es filets 14 du filetage 4 et 15 du filetage 5
présentent sensiblement une forme de parallelogramme et on
voit que leurs flancs porteurs, c'est-a-dire les flancs 16,
17 forment un angle fermé dont la valeur est représentée par
t. Dans ces conditions dans le cas où pour une raison
quelconque l'extrémité de l'élément femelle tend à vouloir
s'écarter radialement de l'élément mâle 1 par augmentation
du diametre de l'élément 2, sous des causes quelconques, par
exemple effort longi-tudinal trop important provenant par -
exemple d'un exces de vissage, ou existence d'une pression
intersticielle entre les filets ou toute autre raison, les
filets a angle fermé 14, lS réalisent un accrochage rendant
- 14 -
~7~364
les éléments mâle et femelle solidaires l'un de l'autre de
sorte qu'une expansion radiale de l'element femelle 2 est
contrecarree par la resistance de l'element male 1 du fait
que le contact entre les épaulements de butée empeche tout
déplacement axial dans un sens qui permettrait le degagement
des filets mâle et femelle.
L'invention, par cette combinaison nouvelle se
distingue ainsi notamment des joints de l'art anterieur qui
pouvaient, dans certains cas, presenter sur des extremités
d'épaisseur renforcée des filets à angles légèrement fermes
dans le seul but d'augmenter le frottement entre les flancs
de filets et ainsi de retarder le desengagement des filets
dans le cas d'efforts trop importants de traction axiale.
En se reférant aux figures 3 et 4 on voit un joint
de l'invention selon une autre forme de réalisa-tion dans
laquelle les filetages coniques à filets à angle fermé 4, 5
restent maintenus mais où par contre la butee 16 est cette
fois interne et disposee du côté de l'extrémi-té de l'élément
mâle. On voit que cette fois ci c'est l'élément femelle 17
qui présente une surface interne conique convexe 19 cooperant
avec une surface conique concave 20 de l'extremite anterieure
de l'element male et inclinee d'un angle _ alors que la
surface plus peripherique 21 de l'element femelle presente une
forme conique concave et coopère avec une surface conique
conyexe periphérique 22 de l'élément mâle 18 formant an angle
- d.
Dans cette forme de réalisation egalement les deux
éléments male et femelle sont rendus étroitement solidaires
par la coopération des filets a angle fermé avec la butée 16
mais si, cette fois sous l'effet de forces suffisantes,
- 15 -
3~
l'extrémité de l'élément mâle 18 a tendance à se bomber en
forme de tonneau, il tend à se rapprocher de l'élément
femelle et le fonctionnement d'ensemble est encore meilleur.
En se réferant plus specialement à la figure 5 on
voit la forme des filets mâles 14 et des filets femelles 15
des filetages de l'element mâle et de l'element femelle.
Conformement a l'invention les filets sont realises
avec des angles fermés dont la valeur est établie non pas
pour obtenir une résistance au glissement des flancs de
filets les uns sur les autres mais pour obtenir des condi-
tions de résistance aussi élevees que possible en ce qui
concerne le metal dispose derriere les flancs porteurs de
filets, les filets etant conçus pour resister, dans le cas
le plus défavorable, c'est-à-dire celui qui combine la plus
forte poussée axiale sur le flanc du filet avec la force
radiale la plus importante.
La largeur 1 d'un filet est déterminée de façon à
obtenir la résistance désiree aux efforts de traction axiale
tendant à ecarter les deux elémen-ts axialement l'un de
l'autre.
En fait,pour resister aux plus fortes sollicitations
axiales A prevues,l'emplanture de filet sortant d'usine
pourrait avoir une valeur _ prevue pour resister à ces
sollicitations malgré l'usure et les déformations résultant
de l'assemblage. Cependant~ en considérant également les
plus importantes sollicitations radiales possibles B,la
force résultante F se trouvera dirigce obliquement.
Conformement à l'invention le flanc porteur 16 sera réalisé
avec un angle t tel que le flanc sera perpendiculaire à la
force résultante F si celle-ci n'est pas -trop inclinée. Il
- 16 -
3~
sera donc nécessaire d'augmenter la largeur du filet au délà
de la valeur d'emplanture e pour lui donner la valeur l
tenant compte de cette inclinaison du flanc. Ainsi la
diagonale du parallelogramme s'étend parallelement a la
résultante F et le filet opposera une résistance maximale
a cette force. On concoit cependant que pour des raisons
de fabrication l'on ne peut pas accroître exagérément la
valeur de l'angle t et dans la pratique en peut admettre
comme valable un angle t de l'ordre de 10 a 25 bien qu'il
puisse être supérieur si on le désire. On pourra donc,dans
la pratique,admettre un angle t inférieur a la valeur idéale
perpendiculaire a la force F de sorte qu'une certaine tendance
au glissement des flancs 16, 17 l'un sur l'autre se manifeste
mais le glissement, conformément a l'invention reste empêché
par la butée.
On voit sur le dessin que toutes les distances par
exemple l, e ou la hauteur utile _ ont été choisies pour
tenir compte de la matiere réellement utile, clest-a-dire en
ne tenant pas compte des portions arrondies ou chanfreinées
inévitablement nécessaires notamment pour des raisons
d'usinage. Par ailleurs sur la figure 5 les filets sont
représentés,vissés les uns dans les autres, dans les
conditions d'utilisation. En fait lorsque l'on réalise le
filetage en atelier on sait qu'il existe des tolérances et
des erreurs non seulement en ce qui concerne les pas de
filetage mais également les épaisseurs des filets de sorte
qu'a l'atelier les emplantures _ sont determinees en exces
de façon telle qu'après l'assemblage et déEormation du metal
on obtienne les cas de figure représentée sur la figure 5
avec une valeur e d'emplanture en utilisation suffisante pour
~q~3~
resister aux sollicitations prevues. D'une façon generale
on prefère que l'emplanture utile e soit comprise entre
1,8 et 2,2 fois la hau-teur utile h du filet.
On a represente sur la figure un filet ayant une
forme quasiment parfaite de parallèlogramme, a l'exception
des angles rentrants et sortan-ts qui sont arrondis mais on
peut, en variante, notamment pour eviter les difficultes
d'usinage, prevoir entre le flanc anterieur 16 d'un filet
14 et son flanc posterieur 23 un angle qui peut être par
exemple avantageusement de 6 a 10 au lieu d'être nul.
Par ailleurs en raison des tolerances sur les
hauteurs de filets et profondeurs de gorges on peut accepter
un jeu radial sur l'un au moins des sommets ou creux de
filetage, comme on le vo.it sur la figure 5.
A titre d'exemple des joints selon l'invention,
formes sur des tubes lamines, peuvent avoir des dimensions
figurant sur le tableau suivant:
.__
0 Etendue des Longueur de la Conicité Dimensions des filets
; extérieur epaisseurs partie usinée du
du tube - et filetée filetage
. lamine mm mini maxi selon épaisseur profondeur pas
.
101,6 7,3 10 30 a 80
114,3 7,15 10,2 30 a 80 0,80 3,175
127 9,7 17,5 35 a 140
139,7 9,8 17,5 35 a 140 12,5%
_
152,4 10 17,5 40 à 140 à
168,3 11 17,5 40 a 140 17,5% 0,85 4,233
177,8 11,5 19 40 a 140 par
193,7 12 22 50 a 180 rapport
219,1 13 22 50 a 180 au
244,5 10 23,5 50 à 180diamêtre 1,05 5,08
273 10 23,5 50 à 180
298,45 13 25 50 a 180
'
- 18 -
36~
Dans la forme de réalisation des figures 1 et 3~
on a montré des joints dans lesquels les filetages possèdaient
une hauteur ou ~rofondeur de gorge constante jusqu'a proximite
immediate de la zone de butee. En se referant par contre a
la figure 6,on voit un joint selon une variante de la figure
1 dans lequel les filets, au moment ou on se rapproche de la
butée,ont une hauteur qui diminue progressivement. Dans la
plus grande partie des filetages mâle et femelle on voit que
les filets mâle et femelle 14, 15 s'étendent selon des
surfaces coniques paralleles 24, 25. Par contre lorsque
l'on dépasse un plan 26 proche de la butée,on voit que pour
l'élément femelle 2 le cône 25 se transforme en un cône plus
accentué 27 provoqué par une troncature. Lorsque l'on
réalise les filets des filetages femelles dans cette zone de
troncature,on réduit la conicité du cône géometrique engendre
par l'outil de filetage femelle et les derniers filets
; femelles 28, 29 et 30 diminuent progressivement de hauteur.
On voit cependant que la largeur de chaque filet reste
constante et égale à la largeur des filets 15 puisque ces
filets ont une forme de parallelogramme. Par ailleurs les
fonds 31, 32 des gorges du filetage femelle restent bien
entendu paralleles au fonds des gorges qui séparent les filets
15.
De même a partir du plan transversal 26 on voit que
le cône 24 des sommets du filetage mâle se transforme en un
cône 34 d'angle beaucoup plus faible ou même cylindrique
grâce a une troncature convenable. La conicite du cône
géométrique engendré par l'outil de filetage male est supérieur
au cône 25 de sorte que la hauteur des derniers filets mâles
35, 36 diminue progressivement. La conicité selon laquelle
- 19 -
~L~1743G~
s'étendent les fonds 31, 32, c'est-à dire la conicité du cône
géométrique engendré par l'outil qui réalise le filetage
femelle dans sa partie terminale est sensiblement égale ou
légèrement supérieure à la conicité de la troncature 34, de
même que la conicité du cône 27 est sensiblement égale ou
l~gèrement plus faible que celle de la surface conique
engendrée par l'outil réalisant les filetages mâles a partir
du plan 26.
On comprend par ailleurs que, du fait des conicités
différentes entre les éléments mâles et les éléments femelles
il va se produire un léger décalage de pas entre les filets
du filetage mâle et ceux du filetage femelle. De plus,
l'expérience montre qu'en utilisant des machines-outils
ordinaires avec des outils réalisant des filetages a section
en parallelogramme,les filetages évanouissants selon
l'invention peuvent être obtenus simplement par modification
de la conicite de la surface enqendrée par l'outil sans
modification du pas ni du re~lage de l'outil.
On se réfere a la figure 7.
Dans cette forme de réalisatio~ l'évanouissement
des filets proches de la zone de butée s'effectue, pour les
filetages femelles, sans aucune modification de la conicité
qui correspond au trajet de l'outil de filetage. On voit
que,de cette façonlles différents fonds de filets femelles
37, 38 se trouvent alignés sur le cône parcouru par l'outil.
L'évanouissement est obtenu simplement par une troncature
plus fortement conique 39. Par contre l'évanouissement du
filetage mâle est obtenu en augmentant fortement la conicité
de la surface de passage de l'outil de filetage mâle ce qui
fournit des fonds 41, 42, 43 toujours paralleles aux fonds
- 20 -
3~4
des autres filets complets mais s'étageant selon la conicité
qui est sensiblement la me~me que celle de la troncature.
Bien entendu/dans le cas ou l'on réalise un joint
a butée interne tel que représenté par exemple sur la figure
3, ce sont les filets de plus petits diametres, proches de
la zone de butée qui sont alors réalises de façon évanouissante.
Par ailleurs on peut également, si on le désire,
réaliser de façon évanouissante les derniers filets des
filetages mâles et femelles aux extrémités des filetages
éloignés de la zone de butée de sorte que les filetages males
et femelles se terminent en leurs deux extrémités par des
filets évanouissants. Ceci permet par exemple d'augmenter
l'épaisseur de la lèvre 3 sur la figure 1 et de rigidifier la
partie 6 de l'élément femelle par accroissement d'épalsseur
résultan-t des filets évanouissants.
On peut également, tout en restant dans le cadre de
l'invention, réaliser des filets a angles fermés trapézo~daux
dans lesquels les deux flancs ne sont donc pas paralleles, la
base d'un filet étant plus large qule son sommet. Dans ce cas~
on comprend que dans la zone des filets évanouissants,la
petite base des filets de l'un des deux eléments, par exemple
l'élément femelle, doit être au moins aussi large que la
grande base du filet de l'autre élément afin de permettre une
interpénétration. Il est alors nécessaire de munir les deux
élements de filets differents quant à leur largeur.
Les joints precedemment decrits, avec leur surface
de butee, realisent une etancheite suffisante pour r~sister
de facon efficace à la pression differentielle quelle que
soit l'orientation de cette derniare et éviter l'apparition
dans le metal de contraintes insupportables.
- 21 -
JL~?7~369~
On peut cependant ête amené à désirer réaliser
une continuité étanche de la surface interne du joint et
ceci par exemple pour isoler la surface d'avec les filetages,
réaliser un diamètre interne continu sans cause de turbulances
ni de risques de voir s'accumuler des condensations de matières,
limiter les pertes de charge ou isoler lé métal de l'élement
femelle du fluide agressif interne.
On se refère aux figures 9 à 12.
On realise alors l'element femelle dujoint sur un
manchon 4~ qui participe ainsi à la formation de deux joints
consecutifs puisqu'il réunit deux elements mâles 45, 46. La
zone de butee 47, disposee du côté externe du joint presente
- des epaulemen-ts coniques peripheriques concave 48 et convexe
49 et la surface d'epaulement interne convexe 51 s'etend
presque horizontalement, selon un angle faible qui correspond
par exemple au faible angle de la conicite du filetage alors
que la surface correspondante 52 de l'élément femelle présente
pour sa part un angle encore plus faible.
Chaque élément mâle se termine au-delà de son
filetage par un prolongement en forme de lèvre relativement
mince 53, 54 qui s'étend intérieurement à une zone médiane
55 du manchon.
En se referant plus particulièrement à la figure
10 on voit que l'on peut réalise.r la levre 53 en lui donnant
une surface externe conique 56 destinée a coopérer avec une
surface conique complémentaire 57 qui borde la zone 55. Un
chanfrein 58 peut encore être prévu tout à fai-t à l'extrémité
de la levre pour faciliter son mouvement. En variante, comme
on le voit sur la figure 11, et de façon préféree, la surface
externe 59 de la levre 53 peut être realisee de fac,on
~ 22 -
~7436~L
cylindrique, toujours avec un chanfrein terminal 58, pour
coopérer avec une surface lnterne cylindrique 60 de la zone
55. Bien entendu a l'etat desassemble,le diametre externe
de la surface 59 est legerement plus important que le diametre
interne de la surface 60, l'adaptation s'effectuant facilement
grace a la flexibilité de la levre 53.
On voit qu'on a representé sur les figures 10 et 11
un certain intervalle axial entre les extremites des deux
levres 53 et 54, representé par d. On peut, au gre de
l'utilisateur, realiser les joints pour que cet intervalle _
soit toujours présent avec une valeur relativement importante
qui permette par exemple l'insertion, entre les deux extré-
mités, d'un élément plus ou moins compressible realisant une
continuité de surface externe. En variante, on peut accepter
de rencontrer soit l'existence d'un faible jeu d, soit sa
suppression en fonction des divers assemblages et desassem-
blages d'éléments interchangeables du joint, et en fonction
des tolérances de fabrication.
Dans une autre variante on peut au contraire
réaliser la fabrication de telle façon que les deux extrémités
des levres 53 et 54 viennent constamment slappliquer en butée
l'une contre l'autre, ce qui,par l'effet de la compression
axiale engendrera alors une expansion diametrale des
extremites des deux levres vers la zone libre 61 située
entre les deux chanfreins 58. On peut au besoin, comme
represente sur la figure 12, modifier les extremités des
levres 53 et 54 pour créer un espace 62 analogue a l'espace
61 mais plus important tout en amincissant encore les
extrémités des languettes 53, 54 ce qui facilite encore la
déformation plastique sans perturber le profil interne lisse.
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~7~3~
Par ailleurs on peut réaliser sur la surface
interne des éléments y co~pris des languettes 53, 54 et de
préférence également sur les extrémités des languettes et
sur leur surface externe, des revêtements 63 d'un type
convenable qui peuvent également être prévus dans la partie
médiane du manchon. Ces revêtements peuvent avoir toute
épaisseur désirable et être réalisés en matériau organique,
métallique ou céramique ou autre.
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