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"PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX TUYAUX"
La présente invention consiste en des perfectionnements apportés aux tuyaux et notamment aux tuyaux du type habituel comportant une ou plusieurs couches de fil métallique enroulées en spirale, et sous tension, autour d'un tuyau ou d'un conduit destiné au passage d'un fluide sous pression. Suivant la pré- sente invention, la tension sous laquelle le fil métallique doit être enroulé autour du conduit est déterminée par les matières constituant ce fil et ce conduit, et par le nombre de couches de fil devant être enroulées, ces facteurs étant proportionnés de telle manière que la coquille intérieure du
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conduit et le fil métallique se dilatent presque simultanément sous l'effet de la pression intérieure.
La présente invention concerne donc un conduit renforcé comportant un tube métallique intérieur autour duquel sont enroulées une ou plusieurs couches de fil métallique très ré- sistant à la tension, ce dernier étant tendu de manière à ne comprimer que légèrement le tube intérieur lorsque celui-ci est vide, la disposition étant telle qu'au point de dilata tion, l'effort se trouve partagé dans une mesure égale entre les matières soumises à cet effort, l'invention se rapportant en outre à des procédés de fabrication de tels conduits ren- forcés.
Le tube intérieur peut être bridé aux deux extrémités, un fil métallique pouvant être enroulé autour du tube et fixé aux brides et/ou au corps de ce tube par serrage, brasage, soudure, galvanisation,ou en utilisant une combinaison de ces procédés.
Le soudage peut se faire facilement par le procédé électrique.
Au tube intérieur se trouvent fixés (par exemple, par rivetage ou soudage) des frettes entre lesquelles le fil vient s'enrou- ler sur le tube. De préférence, chaque longueur de fil entre deux frettes avoisinantes consiste en un seul brin sans joints.
Le fil peut être fixé au tube intérieur par soudage (soudage par points, par exemple) et les frettes ou les brides peuvent ensuite être posées à chaud sur le dit tube intérieur, par- dessus la ou les spires finales du fil.
On peut recouvrir le guipage par un tube (métallique ou en tissu, par exemple) et remplir l'espace entre ce dernier et le guipage avec une substance inerte, par exemple une ma- tière bitumeuse de remplissage. Le conduit guipé peut être renforcé davantage par des tirants disposés entre les brides, à l'extérieur du guipage.
L'invention comporte en outre un procédé de fabrication de
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conduits renforcés,ce procédé consistant à chauffer le tube intérieur à 300 - 4000 C., à le traiter par de la céruse, à le guiper tout en appliquant de la céruse pendant cette dernière opération, à réchauffer finalement le conduit à 300 - 4000 et à le traiter à la céruse.
Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à 1,'application, sur un tube métallique, d'un seul gui- page, ni à un fil d'une matière ou de section transversale particulières, et que la présente invention couvre l'emploi d'un nombre quelconque de couches de fil ou de guipages, appli- qués simultanément ou consécutivemento On concevra également que la présente invention couvre également l'utilisation,lors du guipage du tube, de tout dispositif approprié indiquant la tension du fil.
Ci-après, la description, à titre exemplatif et avec réré- rence aux dessins annexés, de conduits renforcés construits suivant la présente invention. Les mêmes organes sont désignés par les mêmes chiffres de référence dans tous les dessins.
Fig. 1 montre une partie d'un tuyau guipé dont la coquille intérieure 11 présente une bride 12. Un fil à haute résistance est ancré par un dispositif de serrage 14, par exemple, dans une rainure 15 de la bride 12 et passe de la bride à la sur- face extérieure du tuyau par la rainure inclinée 16.
Fig. 2 représente une partie du tuyau renforcé (une par- tie de la bride étant enlevée) dans lequel trois fils sont enroulés côte à côte sur la coquille métallique intérieure 11, cette dernière étant perforée de trois trous 21 à proximité de son extrémité et avant la fixation de la bride 12. Les ex- trémités des fils 22 (préalablement recuits) sont fixées dans les trous 21 par soudage. La bride 12 est ensuite pressée par- dessus les extrémités des fils, après quoi on procède au guipage
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sous tension. Les extrémités opposées des fils peuvent être ancrées de la même manière que les premières. Les bouts de fil dépassant la face intérieure du tuyau peuvent être coupés à ras de celle-ci.
Fig. 3 est une vue fragmentaire en coupe longitudinale d'un mode d'exécution dans lequel la bride 12 est posée à chaud sur le tuyau 11 par-dessus les spires finales 13 du fil, les- quelles ont été fixées préalablement au tuyau 11 par des points de soudure 23. La surface intérieure de la bride est évidée en 25 en vue de recevoir les spires finales 13 et présente un épaulement intérieur 26 destiné à s'engager dans une rainure correspondante 27 pratiquée dans la face extérieure du tuyau.
Fig. 4 est une vue fragmentaire en coupe longitudinale d'un mode d'exécution dans lequel une frette intermédiaire 24 posée à chaud sur le tuyau 11 embrasse les spires finales 13 enroulées de part et d'autre de cette frette, les extrémités des fils étant fixées au tuyau par des points de soudure 23.
Ce qui suit est la description d'un procédé de fabrica- tion approprié d'un conduit renforcé auquel se trouve appli- qué le mode de fixation du fil, montré dans les Figs. 3 et 4.
EXEMPLE :
Un tube soudé 11 en acier doux présente dans sa surface extérieure une rainure 27 destinée à recevoir un épaulement correspondant 26 prévu sur la face intérieure d'une bride 12, cette dernière étant également évidée en 25 d'une quantité suffisante pour recevoir les spires finales 13 et à les assu- jettir positivement au tube intérieur. Les extrémités des trois fils (dont un seulement est montré au dessin) en acier de haute résistance à la traction, dont chacun suffit pour former un guipage complet entre l'extrémité bridée du tuyau et la première frette 24, sont fixées au dit tuyau par des
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points de soudure 23, après quoi le tuyau est placé sur un tour.
On détermine, par un calcul basé sur les propriétés physiques du tube intérieur et du fil, la tension à laquelle ce dernier doit être enroulé, afin qu'au point de dilatation l'effort se trouve partagé en parties approximativement égales entre le tube intérieur et la gaine de renforcement, après quoi on procède au guipage à la tension ainsi déterminée. Le mécanisme de guipage est pourvu d'un dispositif indicateur de tension approprié.
Dès que le guipage atteint l'endroit prévu pour la pose de la première frette, on fixe, au tuyau, par des points de soudure 23, les extrémités des fils 13, on assujettit à ce tuyau les extrémités des nouveaux brins de fil destinés à être enroulés entre la première et la deuxième frette, après quoi on enroule ces derniers fils de la même manière que les pre- miers. Finalement, les frettes 24 sont posées à chaud par-dessus les points de soudure des extrémités des fils, en des points situés entre les extrémités du tuyau, après quoi on pose sur celles-ci à chaud les brides 12.
Le calcul ci-après, servant à déterminer l'épaisseur du tuyau et du fil, part de la supposition habituelle, à savoir que ce tuyau doit être essayé et traité comme une coquille cylindrique fermée et que l'effort circonférentiel est le double de l'effort axial. Si l'épaisseur de la coquille est calculée en vue de supporter la pression circonféresnielle, la formule habituelle sera t = p d par contre, si l'épais-
2 T . seur radiale de la coquille cylindrique est calculée en vue de supporter seulement l'effort horizontal, la formule habituelle sera t = p d/4 T t étant l'épaisseur radiale, en pouces, de la paroi de la coquille cylindrique ;
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p, la pression intérieure en livres par pouce carré; ±, le diamètre intérieur en pouces;
T, la pression de travail, en livres par pouce carré, correspondant à la limite d'élasticité de l'acier.
Le présent calcul est destiné à permettre d'équilibrer les pressions circonférentielle,' et axiale s'exerçant sur la coquille, de manière qu'elles deviennent approximativement égales au moment où la tension dans la coquille atteint la limite d'élasticité (c'est-à-dire le point auquel commence la dilatation). En d'autres termes, l'invention vise à utili- ser une coquille ayant la moitié de l'épaisseur que devrait présenter une coquille non renforcée, calculée pour résister à la pression circonférentielle.
Ainsi, par exemple, dans le cas particulier d'un tuyau ayant un diamètre intérieur de 22 pouces et prévu pour une pression de service de 1500 livres par pouce carré avec un coefficient de sécurité 2 à la limite d'élasticité, l'épaisseur de la coquille non renforcée devrait être de 1,18 pouces, or, suivant la présente invention, l'é- paisseur de la coquille intérieure (laquelle est calculée pour résister seulement à la pression axiale) ne sera que de 0,59 pouces. Là où le tuyau ne doit pas subir l'épreuve hydraulique, la coquille peut même être plus mince, notamment dans le cas où elle doit seulement résister aux faibles efforts axiaux tels qu'ils s'exercent dans des conduites à, joints expansibles.
Dans ce dernier cas, on augmente l'épaisseur radiale du fil de guipage.
Le fil est enroulé sur la coquille vide et froide, sous une légère tension. Par "légère tension" on entend une tension telle que le fil s'applique étroitement autour du tube intérieur sans exercer une compression appréciable sur ce tube lorsque celui-ci est vide. Cette tension ne représente qu'une fraction
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(1% au moins, par exemple) de la tension correspondant à la limite d'élasticité du fil.
Le calcul de l'épaisseur du fil de renforcement est basé sur la supposition que le guipage de renforcement constitue une gaine cylindrique qui absorbera la moitié de l'effort cir- conférentiel à la limite d'élasticité, c'est-à-dire au début de la dilatation. La formule élémentaire pour calculer l'é- paisseur radiale tw du fil de renforcement est tw = p d/4 ,
TW Tw étant la limite d'élasticité du fil, c'est-à-dire 70 x 2240 x 0,5.
Dans le cas particulier décrit ci-'dessus, l'épaisseur du fil de renforcement est de 0,118 pouces et la tension sous laquelle le fil est enroulé sur le tube froid et vide est de 20 lbs environ.
REVENDICATIONS.
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1 - Un conduit renforcé comportant un tube métallique intérieur guipé avec une ou plusieurs couches de fil à haute résistance à la traction, le guipage se faisant sous une ten- sion suffisamment légère pour n'exercer qu'une faible pression sur le tube intérieur lorsque celui-ci est vide, la disposi- tion étant telle qu'au point de dilatation, l'effort se trouve divisé en parties approximativement égales entre le tube in- térieur et le guipage de renforcement.
2 - Un conduit renforcé comme revendiqué sous 1, carac- térisé en ce que le tube intérieur est bridé et que le fil est enroulé autour de ce tube et fixé aux brides et/ou au corps de celui-ci.
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"IMPROVEMENTS TO PIPES"
The present invention consists of improvements made to pipes and in particular to pipes of the usual type comprising one or more layers of metal wire wound in a spiral, and under tension, around a pipe or a conduit intended for the passage of a fluid. under pressure. According to the present invention, the tension under which the metal wire is to be wound around the conduit is determined by the materials constituting this wire and this conduit, and by the number of layers of wire to be wound, these factors being proportionately so. way that the inner shell of the
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conduit and wire expand almost simultaneously under the effect of internal pressure.
The present invention therefore relates to a reinforced duct comprising an inner metal tube around which are wound one or more layers of very tension-resistant metal wire, the latter being stretched so as to compress the inner tube only slightly when the latter. is empty, the arrangement being such that at the point of expansion, the force is shared in an equal measure between the materials subjected to this force, the invention further relating to methods of manufacturing such ducts. strengths.
The inner tube can be clamped at both ends, with a metal wire wrapped around the tube and secured to the flanges and / or the body of that tube by clamping, brazing, welding, galvanizing, or using a combination of these methods.
Welding can be done easily by the electrical process.
To the inner tube are fixed (for example, by riveting or welding) hoops between which the wire is wound on the tube. Preferably, each length of wire between two neighboring hoops consists of a single strand without joints.
The wire can be fixed to the inner tube by welding (spot welding, for example) and the hoops or the flanges can then be placed hot on said inner tube, over the final turn or turns of the wire.
The wrapping can be covered with a tube (metal or fabric, for example) and the space between the latter and the wrapping can be filled with an inert substance, for example a bituminous filling material. The wrapped duct can be further reinforced by tie rods arranged between the flanges, outside the wrapping.
The invention further comprises a method of manufacturing
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reinforced ducts, this process consisting of heating the inner tube to 300 - 4000 C., treating it with white lead, guiping it while applying white lead during this last operation, finally heating the duct to 300 - 4000 and to treat it with white lead.
It is understood that the present invention is not limited to the application, on a metal tube, of a single guide, or to a wire of a particular material or cross-section, and that the present The invention covers the use of any number of layers of yarn or wraps, applied simultaneously or consecutively. It will also be appreciated that the present invention also covers the use, when wrapping the tube, of any suitable device indicating the tension some thread.
Hereinafter, the description, by way of example and with reference to the accompanying drawings, of reinforced conduits constructed according to the present invention. The same members are designated by the same reference numerals in all the drawings.
Fig. 1 shows a part of a wrapped pipe whose inner shell 11 has a flange 12. A high-strength wire is anchored by a clamp 14, for example, in a groove 15 of the flange 12 and passes from the flange to the outer surface of the pipe via the inclined groove 16.
Fig. 2 shows a part of the reinforced pipe (part of the flange being removed) in which three wires are wound side by side on the inner metal shell 11, the latter being perforated with three holes 21 near its end and before the fixing of the flange 12. The ends of the wires 22 (previously annealed) are fixed in the holes 21 by welding. The strap 12 is then pressed over the ends of the threads, after which one proceeds to the wrapping.
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under pressure. The opposite ends of the wires can be anchored in the same way as the first ones. The ends of wire extending beyond the inside of the pipe can be cut flush with the latter.
Fig. 3 is a fragmentary view in longitudinal section of an embodiment in which the flange 12 is placed hot on the pipe 11 over the final turns 13 of the wire, which have been previously fixed to the pipe 11 by means of Welding points 23. The inner surface of the flange is recessed at 25 in order to receive the final turns 13 and has an inner shoulder 26 intended to engage in a corresponding groove 27 made in the outer face of the pipe.
Fig. 4 is a fragmentary view in longitudinal section of an embodiment in which an intermediate hoop 24 placed hot on the pipe 11 embraces the final turns 13 wound on either side of this hoop, the ends of the wires being fixed to the pipe by welding points 23.
The following is the description of a suitable method of manufacturing a reinforced conduit to which the wire fastening method shown in Figs is applied. 3 and 4.
EXAMPLE:
A welded mild steel tube 11 has in its outer surface a groove 27 intended to receive a corresponding shoulder 26 provided on the inner face of a flange 12, the latter also being recessed in a quantity sufficient to receive the final turns. 13 and positively attach them to the inner tube. The ends of the three wires (only one of which is shown in the drawing) made of high tensile steel, each of which is sufficient to form a complete covering between the flanged end of the pipe and the first hoop 24, are fixed to said pipe by of
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welding points 23, after which the pipe is placed on a lathe.
We determine, by a calculation based on the physical properties of the inner tube and the wire, the tension at which the latter must be wound, so that at the point of expansion the force is divided into approximately equal parts between the inner tube and the reinforcement sheath, after which the wrapping is carried out at the tension thus determined. The wrapping mechanism is provided with an appropriate tension indicator device.
As soon as the wrapping reaches the place provided for the installation of the first hoop, the ends of the wires 13 are fixed to the pipe, by welding points 23, the ends of the new strands of wire intended for be wound between the first and the second hoop, after which these last threads are wound in the same way as the first. Finally, the hoops 24 are placed hot over the welding points of the ends of the wires, at points located between the ends of the pipe, after which the flanges 12 are placed on them hot.
The following calculation, used to determine the thickness of the pipe and the wire, assumes the usual assumption that this pipe should be tested and treated as a closed cylindrical shell and that the circumferential force is twice the l 'axial force. If the thickness of the shell is calculated in order to withstand the circumferential pressure, the usual formula will be t = p d on the other hand, if the thick-
2 T. The radial dimension of the cylindrical shell is calculated with a view to supporting only the horizontal force, the usual formula will be t = p d / 4 T t being the radial thickness, in inches, of the wall of the cylindrical shell;
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p, the interior pressure in pounds per square inch; ±, the inside diameter in inches;
T, the working pressure, in pounds per square inch, corresponding to the yield strength of the steel.
This calculation is intended to allow the circumferential and axial pressures on the shell to be balanced so that they become approximately equal when the tension in the shell reaches the yield point (i.e. i.e. the point at which dilation begins). In other words, the invention aims to use a shell having half the thickness that an unreinforced shell should have, calculated to withstand the circumferential pressure.
So, for example, in the particular case of a pipe having an inside diameter of 22 inches and rated for a working pressure of 1500 pounds per square inch with a factor of safety 2 at the yield strength, the thickness of the unreinforced shell should be 1.18 inches, however, in accordance with the present invention, the thickness of the inner shell (which is calculated to resist axial pressure only) will be only 0.59 inches. Where the pipe does not have to undergo the hydraulic test, the shell can even be thinner, in particular in the case where it only has to withstand the weak axial forces such as they are exerted in pipes with expandable joints.
In the latter case, the radial thickness of the wrapping yarn is increased.
The wire is wound on the empty and cold shell, under a slight tension. By "slight tension" is meant a tension such that the wire is applied tightly around the inner tube without exerting appreciable compression on this tube when the latter is empty. This voltage is only a fraction
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(At least 1%, for example) of the tension corresponding to the elastic limit of the yarn.
The calculation of the thickness of the reinforcing wire is based on the assumption that the reinforcement wrapping constitutes a cylindrical sheath which will absorb half of the circumferential force at the elastic limit, that is to say at the onset of dilation. The elementary formula to calculate the radial thickness tw of the reinforcing wire is tw = p d / 4,
TW Tw being the elastic limit of the wire, that is to say 70 x 2240 x 0.5.
In the particular case described above, the thickness of the reinforcing wire is 0.118 inches and the tension under which the wire is wound on the cold empty tube is about 20 lbs.
CLAIMS.
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1 - A reinforced duct comprising an inner metal tube wrapped with one or more layers of high tensile strength wire, the wrapping being done under a tension light enough to exert only low pressure on the inner tube when this is empty, the arrangement being such that at the point of expansion the force is divided into approximately equal parts between the inner tube and the reinforcing wrap.
2 - A reinforced conduit as claimed in 1, characterized in that the inner tube is clamped and the wire is wound around this tube and fixed to the clamps and / or to the body thereof.
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