Dispositif pour le raccordement de conduites hydrauliques. La présente invention a pour objet un dis positif pour le raccordement de conduites hy drauliques, principalement mais non exclusi vement des conduites métalliques soumises à des hautes pressions et désignées ordinaire ment sous le nom de "conduites forcées".
Cette invention se rapporte principale ment aux conduites forcées de grand diamè tre construites en éléments de tôles d'acier soudées et notamment soudées bout à bout, de façon à. réaliser une surface interne n'offrant que peu de résistance à l'écoulement de l'eau.
Dans la construction des conduites forcées de grands diamètres, on a déjà proposé de réaliser des branchements en tôles d'acier sou dées bout à bout. Des expériences nombreuses ont démontré qu'il était extrêmement diffi cile d'obtenir un branchement qui soit à la fois assez résistant et assez flexible en tous ses points pour que la fatigue du métal de meure inférieure à une valeur acceptable et pour que ledit branchement présente des qua- lités assez régulières pour que l'on puisse dé terminer avec précision les efforts auxquels la soudure sera soumise après exécution. Ces expériences ont également montré que le prix de la construction était excessivement élevé, parce que l'exécution des soudures ne per mettait pas une mise en place progressive des divers éléments successifs.
La présente invention a pour but de re médier. à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un branchement dans lequel les efforts dus à la pression ne créent pas des tensions notablement supérieures à celles qui existeraient en cet endroit de la conduite s'il n'y avait pas branchement.
Le dispositif suivant l'invention est carac térisé en ce qu'il présente une surface gauche à courbures multiples reliant une section plane de la. conduite dérivée à un orifice de la conduite principale limité par deux por tions de génératrices et deux arcs de section droite de ladite conduite principale, cette sur- face étant conformée en vue d'assurer une ré partition régulière des efforts dus à la pres sion et d'opposer une résistance très réduite à la circulation du liquide.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du disposi tif suivant l'invention.
La fig. 1 est une vue en plan, montrant le dispositif en place; La fig. 2 est une vue en élévation coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1; La fig. 3 représente un élément de section suivant la ligne 3-3 de la fig. 1; La fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 1; La fig. 5 est une vue de détail, d'un support de la conduite; La fig. 6 est une vue schématique d'une variante du dispositif, dans laquelle la section plane de la conduite dérivée n'est pas paral lèle à l'axe de la conduite principale;
La fig. 7 est une vue schématique du dis positif suivant les fig. 1 à 5 et 8 dans laquelle la section plane de la conduite dérivée est parallèle à l'axe de la conduite principale; La fig. 8 est une coupe représentant des moyens de renforcement.
Sur fig. 1, une conduite principale 10 est reliée à une conduite dérivée 12 de plus petit diamètre; dans cet exemple les deux conduites sont disposées dans des tunnels sou- terrains 14, 15.
On signalera, à titre indicatif, mais non limitatif, que ces conduites sont prévues pour une pression d'au moins 150 m d'eau. Dans ce cas, l'invention s'applique de façon particu lièrement avantageuse aux installations dans lesquelles le tunnel 14 ou la conduite princi pale 10 est d'au moins 12 m de diamètre et le tunnel 15 de la petite conduite d'au moins 6 m de diamètre.
La conduite principale est de préférence construite en éléments de tôles d'acier reliées et réunies circonférentiellement et longitudi nalement par soudure. A la jonction des sec tions adjacentes sur le filet de soudure 16 est prévue, soudée à ce filet 16, une bride cirçon- férentielle 18. disposée à une certaine distance des parois du tunnel 14 et reliée à celui-ci, qui la supporte, par un anneau de béton 20. La fig. 1 représente un tel anneau de part et d'autre du dispositif.
A la jonction du branchement proprement dit (partie 22 de la conduite principale) avec les sections adjacentes sont prévus des couvre-joints 24. Des bandes de renfort secon daires 66 sont disposées à une certaine dis tance des couvre-joints 24 et extérieurement à ceux-ci. Le dispositif comporte un anneau 28 qui constitue l'orifice latéral relié à la con duite dérivée 12 et disposé suivant une sec tion plane de ladite conduite 12.
Le dispositif pour le raccordement de la conduite principale 10 avec la conduite déri vée 12 est constitué par la surface gauche re présentée à la fig. 7.
Dans le cas représenté schématiquement à la fig. 6, la surface gauche raccorde une sec tion plane 30 de la conduite dérivée à un orifice prévu sur la conduite principale, et limité par deux éléments A-F de la génératrice 42 et deux arcs de sections droites 32, 38 de la con duite principale -A-E, F-G. Les lignes d'intersection du plan 30 avec les plans des sections droites 32, 38, ces plans se coupant suivant deux droites perpendiculaires au plan de la fig. 6, sont représentées sur celle-ci par les points 34 et 36.
Une série de plans rayonnants 40 passant par le point 34, par exemple, sont compris entre les sections - A-E et C-D. La surface gauche est disposée suivant des arcs de cour bure croissante depuis le plan A-E jusqu'au plan diagonal B-34 et du plan B-34 jus qu'au plan C-D. Il en est de même avec des plans rayonnants passant par 36 et de rayon allant en décroissant, du plan F-G vers le plan C-H.
On obtient ainsi deux portions de surface gauche dont les contours sont limités par A-B-C D-E et B-F-G-H-C;
ces deux portions sont raccordées suivant deux arêtes, l'une supérieure, l'autre inférieure, re présentées en B-C. Dans le cas de la fig. 7, où la conduite dérivée est de section normale circulaire et est légèrement oblique par rap- uort à la conduite principale, en sorte que la section 28 est elliptique, les arcs susdits ne sont pas des arcs de cercle, au voisinage du plan 30. Dans le cas de deux conduites de section normale circulaire et perpendiculaires entre elles, ces arcs seraient tous des arcs de cercle.
La surface ainsi définie est à courbure va riant de façon continue. Elle ne comporte au cune partie plane et aucune partie droite si @.@ n'est à ses extrémités A-B, B-F. Elle assure une régularité très grande évitant toute résistance à l'écoulement de l'eau.
La surface gauche précédemment décrite se présente de façon symétrique lorsque la section plane de la conduite dérivée est pa rallèle à l'axe de la conduite principale (fig. 1 et 7).
Ladite surface gauche est raccordée avec la conduite principale suivant un élément de génératrice 42. Le long de cet élément de gé nératrice peut être disposé un support ou rai disseur 44 (fig. 8). Ce support est de préfé rence soudé à la partie 22 de la conduite prin cipale 12 et ses extrémités sont de hauteur décroissante, comme indiqué en 46. Cette réa lisation du support 44 a pour objet de s'op poser aux variations discontinues de la résis tance de la conduite principale à la déforma tion élastique radiale au voisinage des extré- mités du raidisseur 44 et des couvre-joints 24.
Les deux séries d'arcs de cercle disposés dans les plans rayonnants à partir des lignes 34 et 36 et définissant la surface gauche du dispositif présentent des intersections dispo sées suivant les arêtes B-C (fig. 6). Le long de ces arêtes sont disposés des renforts exté rieurs 48. Les renforts 44 et les renforts 48 agissent en liaison avec des pièces 50 cour bes pour recevoir toutes les forces non équili brées.
Les fig. 3, 4 et 5 montrent clairement la disposition de ces membrures 50. Elles sont de forme incurvée et sont de préférence re liées rigidement à leurs extrémités aux ren forts ou raidisseurs 44. Sur la fig. 1, ces membrures 50 sont figurées divergentes et disposées dans les angles des deux conduites. Les points auxquels ces membrures sont figées aux raidisseurs 44 sont déterminés de façon à réduire au minimum la tendance de ceux-ci à la flexion. En outre, ces membrures sont écartées des parois à la conduite.
Les membrures 50 sont montrées dans les fig. 3, 4 et 5 disposées sur des supports 52 et 54 placés de part et d'autre du tunnel 15. De préférence, chaque support comporte une série de ressorts à boudin 56 montés dans les tubes télescopiques 58 et 60. Ces ressorts sont avantageusement immergés dans de l'huile. Reposant sur les ressorts, sont prévus des pieds métalliques 62 de préférence figés de façon rigide et soudés aux membrures 50.
Cette manière de supporter les membrures 50, en forme de<B>C,</B> évite de faire supporter leur poids mort par la conduite principale.
Le dispositif décrit est constitué par un certain nombre de pièces de tôle convenable ment conformées, assemblées par soudure sui vant les lignes des fig. 6 et 7. Ce dispositif peut être fait de façon symétrique comme in diqué en fig. 7: une telle disposition élimine les fatigues du métal, en raison de sa grande flexibilité, et facilite la construction en éli minant les soudures obliques, ce qui la rend plus économique.
Revenant maintenant à la fig. 1, les an neaux 20 en béton sont exécutés en place lors que la conduite est terminée à l'intérieur du tunnel; ils servent à maintenir la conduite métallique en position.
Bien que la conduite 10 ait un grand nombre de sections réunies par soudure, un certain nombre de celles-ci ne sont pas néces sairement réunies de cette façon. Des couvre- joints circulaires peuvent être soudés à l'une des extrémités des sections avant d'être intro duits dans le tunnel. La jonction se fait en engageant le couvre-joint à l'extérieur de la portion déjà placée dans le tunnel; on peut alors relier de façon définitive les sections entre elles au moyen de rivets placés, par exemple, en 64.
Des couvre-joints peuvent être prévus le long de la section plane de la conduite déri vée et le long des sections droites de la con duite principale, comme en 24.
En plus des couvre-joints 24 sont prévus des renforts 66 ayant de préférence une sec tion moindre que le couvre-joint; ces renforts peuvent être de section carrée, ainsi qu'il est indiqué. Ils sont mis dans la position indi quée fig. 8 et s'opposent aux variations brus ques de la résistance à l'expansion de la con duite au voisinage des extrémités des couvre- joints.
Les membrures incurvées 50 sont avanta geusement en acier forgé et présentent deux arcs 68, 70, mais ce n'est là qu'un mode d'exé cution avantageux et toute autre réalisation pourrait être envisagée.
On remarquera que, grâce au dispositif décrit, la conduite dérivée se trouve raccor dée à la conduite principale de façon que les efforts dus à la pression interne sont concen trés sur des génératrices ou des sections droi tes de la conduite principale et sur une sec tion plane de la conduite dérivée. En ou tre, le dispositif décrit produira un minimum de résistance à l'écoulement de l'eau et réali sera aussi un poids minimum.
Ce dernier point présente un avantage considérable dans la construction des conduites forcées de grand diamètre et, en particulier, dans les branche ments de celles-ci où le rapport du diamètre interne à l'épaisseur est élevé.
Enfin, on notera également que le disposi tif de raccordement décrit permet de réaliser des branchements capables de résister aux efforts non équilibrés provenant de la discon tinuité des efforts de pression supportés par une conduite principale dans sa zone de jonction avec une conduite dérivée. Il assure en outre dans la zone de raccordement une élasticité suffisamment régulière pour qu'au cune des parties ne soit soumise à une con- trainte excessive sous l'action des efforts dus à la pression du liquide.
Device for connecting hydraulic lines. The present invention relates to a positive device for the connection of hydraulic conduits, mainly but not exclusively metal conduits subjected to high pressures and commonly referred to under the name of "penstocks".
This invention relates mainly ment to penstocks of large diameter constructed from elements of welded steel sheets and in particular butt welded, so as to. achieve an internal surface offering little resistance to water flow.
In the construction of penstocks of large diameters, it has already been proposed to make connections in steel sheets welded end to end. Numerous experiments have shown that it is extremely diffi cult to obtain a connection which is at the same time sufficiently resistant and sufficiently flexible in all its points so that the fatigue of the metal dies below an acceptable value and so that said connection presents sufficiently regular qualities so that it is possible to determine with precision the forces to which the weld will be subjected after execution. These experiments also showed that the price of the construction was excessively high, because the execution of the welds did not allow a gradual installation of the various successive elements.
The object of the present invention is to remedy. to these drawbacks and to allow the production of a connection in which the forces due to the pressure do not create voltages significantly higher than those which would exist in this place of the pipe if there were no connection.
The device according to the invention is characterized in that it has a left surface with multiple curvatures connecting a flat section of the. branch pipe to an orifice of the main pipe limited by two portions of generators and two arcs of cross section of said main pipe, this surface being shaped in order to ensure a regular distribution of the forces due to the pressure and oppose a very reduced resistance to the circulation of the liquid.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the device according to the invention.
Fig. 1 is a plan view, showing the device in place; Fig. 2 is an elevational view sectioned along line 2-2 of FIG. 1; Fig. 3 shows an element of section along line 3-3 of FIG. 1; Fig. 4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG. 1; Fig. 5 is a detail view of a support of the pipe; Fig. 6 is a schematic view of a variant of the device, in which the planar section of the branch pipe is not parallel to the axis of the main pipe;
Fig. 7 is a schematic view of the positive device according to FIGS. 1 to 5 and 8 in which the planar section of the branch pipe is parallel to the axis of the main pipe; Fig. 8 is a section showing reinforcement means.
On fig. 1, a main pipe 10 is connected to a branch pipe 12 of smaller diameter; in this example, the two conduits are arranged in underground tunnels 14, 15.
It should be noted, as an indication, but not limited to, that these pipes are designed for a pressure of at least 150 m of water. In this case, the invention applies particularly advantageously to installations in which the tunnel 14 or the main pipe 10 is at least 12 m in diameter and the tunnel 15 of the small pipe is at least 6 m in diameter. m in diameter.
The main pipe is preferably constructed of steel sheet elements joined and joined circumferentially and longitudinally by welding. At the junction of the adjacent sections on the welding net 16 is provided, welded to this net 16, a circumferential flange 18. arranged at a certain distance from the walls of the tunnel 14 and connected to the latter, which supports it, by a concrete ring 20. FIG. 1 shows such a ring on either side of the device.
At the junction of the actual branch (part 22 of the main pipe) with the adjacent sections are provided joint covers 24. Secondary reinforcing bands 66 are arranged at a certain distance from the joint covers 24 and externally to those. -this. The device comprises a ring 28 which constitutes the lateral orifice connected to the branch pipe 12 and arranged in a planar section of said pipe 12.
The device for connecting the main pipe 10 with the branch pipe 12 consists of the left surface shown in FIG. 7.
In the case shown schematically in FIG. 6, the left surface connects a flat section 30 of the branch pipe to an orifice provided on the main pipe, and limited by two elements AF of the generator 42 and two arcs of straight sections 32, 38 of the main pipe -AE , FG. The lines of intersection of the plane 30 with the planes of the straight sections 32, 38, these planes intersecting along two straight lines perpendicular to the plane of FIG. 6, are represented on it by points 34 and 36.
A series of radiating planes 40 passing through point 34, for example, are included between sections - A-E and C-D. The left surface is arranged in arcs of increasing curvature from plane A-E to diagonal plane B-34 and from plane B-34 to plane C-D. It is the same with radiating planes passing through 36 and with a decreasing radius, from the F-G plane to the C-H plane.
We thus obtain two left surface portions whose contours are limited by A-B-C D-E and B-F-G-H-C;
these two portions are connected along two edges, one upper, the other lower, shown in B-C. In the case of fig. 7, where the branch pipe is of circular normal section and is slightly oblique with respect to the main pipe, so that the section 28 is elliptical, the aforesaid arcs are not arcs of a circle, in the vicinity of the plane 30. In the case of two pipes of normal circular section and perpendicular to each other, these arcs would all be arcs of a circle.
The surface thus defined has a continuous curvature. It does not include any flat part and no straight part if @. @ Is not at its ends A-B, B-F. It ensures a very high regularity avoiding any resistance to the flow of water.
The left surface previously described appears symmetrically when the plane section of the branch pipe is parallel to the axis of the main pipe (fig. 1 and 7).
Said left surface is connected with the main pipe following a generator element 42. Along this generator element can be arranged a support or channel 44 (fig. 8). This support is preferably welded to the part 22 of the main pipe 12 and its ends are of decreasing height, as indicated at 46. This realization of the support 44 is intended to oppose the discontinuous variations of the resistance. resistance of the main pipe to radial elastic deformation in the vicinity of the ends of the stiffener 44 and the joint covers 24.
The two series of circular arcs arranged in the radiating planes starting from lines 34 and 36 and defining the left surface of the device have intersections arranged along edges B-C (FIG. 6). Along these ridges are arranged external reinforcements 48. The reinforcements 44 and the reinforcements 48 act in connection with the curved pieces 50 to receive all the unbalanced forces.
Figs. 3, 4 and 5 clearly show the arrangement of these members 50. They are of curved shape and are preferably re-linked rigidly at their ends to the reinforcements or stiffeners 44. In FIG. 1, these frames 50 are shown as divergent and arranged in the corners of the two pipes. The points at which these members are fixed to the stiffeners 44 are determined so as to minimize the tendency of these to bend. In addition, these members are spaced from the walls to the pipe.
The frames 50 are shown in fig. 3, 4 and 5 arranged on supports 52 and 54 placed on either side of the tunnel 15. Preferably, each support comprises a series of coil springs 56 mounted in the telescopic tubes 58 and 60. These springs are advantageously immersed. in oil. Resting on the springs, there are provided metal feet 62, preferably rigidly fixed and welded to the frames 50.
This way of supporting the members 50, in the shape of <B> C, </B> avoids having their dead weight supported by the main pipe.
The device described consists of a number of suitably shaped sheet metal parts, assembled by welding along the lines of FIGS. 6 and 7. This device can be made symmetrically as shown in fig. 7: such an arrangement eliminates the fatigue of the metal, due to its great flexibility, and facilitates the construction by eliminating the oblique welds, which makes it more economical.
Returning now to fig. 1, the concrete rings 20 are executed in place when the pipe is finished inside the tunnel; they are used to hold the metal pipe in position.
Although pipe 10 has a large number of sections welded together, a number of these are not necessarily joined in this way. Circular joint covers can be welded to either end of the sections before being introduced into the tunnel. The junction is made by engaging the joint cover outside the portion already placed in the tunnel; the sections can then be permanently connected to each other by means of rivets placed, for example, at 64.
Joint covers can be provided along the planar section of the branch pipe and along the straight sections of the main pipe, such as at 24.
In addition to the joint covers 24 are provided reinforcements 66 preferably having a smaller cross section than the joint cover; these reinforcements can be of square section, as indicated. They are put in the position shown in fig. 8 and oppose abrupt changes in the resistance to expansion of the pipe in the vicinity of the ends of the joint covers.
The curved members 50 are advantageously made of forged steel and have two arcs 68, 70, but this is only one advantageous embodiment and any other embodiment could be envisaged.
It will be noted that, thanks to the device described, the branch pipe is connected to the main pipe so that the forces due to the internal pressure are concentrated on generators or straight sections of the main pipe and on a section plane of the branch pipe. In other words, the device described will produce a minimum resistance to the flow of water and will also be a minimum weight.
This last point presents a considerable advantage in the construction of penstocks of large diameter and, in particular, in the branches thereof where the ratio of the internal diameter to the thickness is high.
Finally, it will also be noted that the connection device described makes it possible to make connections capable of withstanding the unbalanced forces arising from the discontinuity of the pressure forces supported by a main pipe in its junction zone with a branch pipe. It also ensures in the connection zone a sufficiently regular elasticity so that none of the parts is subjected to excessive stress under the action of the forces due to the pressure of the liquid.