Machine d'essai pour la détermination de la résistance des parois d'un tube au moyen d'un fluide sous pression
L'invention a pour objet une machine d'essai pour la détermination de la résistance des parois d'un tube au moyen d'un fluide sous pression, dans laquelle le tube est disposé entre deux têtes potées par un bâti, le fluide sous pression étant t introduit par l'une des têtes.
De nombreuses machines employées pour effectuer des essais sur les tubes comportent deux têtes qui se font face et sont fixées sur un bâti de grande longueur sur lequel sont installés également des supports, entre les têtes. Dans la plupart de ces machines, l'introduction du fluide sous pression dans le tube s'effectue par l'une des têtes. Cette introduction provoque une dilatation du tube radialement et, par conséquent, une diminution longitudinale. Bien que la dilatation qui se produit radialement soit peu importante, l'effet cumulatif qui se produit longitudinalement suffit souvent à provoquer la rupture du joint entre le tube et la machine à l'une des extrémités ou aux deux extrémités du tube, ce qui se traduit par une déperdition de fluide.
Il en résulte que, dans les conditions le plus favorables, l'emploi de ces machines pour l'exécution des essais constitue une opération difficile et fastidieuse et que l'on est obligé, pour éviter la destruction des joints, de n'utiliser que d'assez faibles pressions.
La machine suivant l'invention permet l'exécution rapide et efficace de ces essais. Cette machine est caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'étanchéité monté sur chacune des têtes et disposé coaxialement au tube dont il reçoit une des extrémités, ce dispositif présentant des moyens pour exercer une pression sur cette extrémité du tube en vue de réaliser un joint étanche, des moyens d'alimentation en fluide pour l'introduction du fluide à l'intérieur du tube, et un mécanisme hydraulique exerçant une pression sur le dispositif d'étanchéité de l'une des têtes contre l'extrémité du tube, de manière à compenser tout raccourcissement axial du tube, et à maintenir un joint étanche au fluide.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine faisant l'objet de la présente invention.
La fig. la est une vue en plan de l'une des extrémités de la machine montrant les installations annexes utilisées avec la machine.
La fig. lb est une vue en plan, analogue à la fig. la, de l'autre extrémité de la machine.
La fig. 2 est une vue en élévation latérale d'une tête située à l'extrémité de la machine représentée à la fig. la.
La fig. 3 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe, d'une tête située à l'extrémité de la machine représentée à la fig. lb.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 1 et montrant les détails du mécanisme qui permet la mise en place du tube sur la machine pour l'exécution des essais.
La fig. 5 est une coupe verticale en élévation des dispositifs d'étanchéité de la tête représentée à la fig. 2 montrant les conduits d'amenée du fluide et d'évacuation de l'air.
La fig. 6 est une vue détaillée d'une partie du dispositif d'étanchéité représenté à la fig. 5.
La fig. 7 représente un joint d'étanchéité dont la position est indiquée à la fig. 6 et qui porte contre l'extrémité du tube dans sa rainure.
La fig. 8 est une coupe d'une partie d'une tête modifiée.
La fig. 9 est une vue plane de face de l'assemblage représenté à la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe suivant la ligne 10-10 de la fig. 8, et
da fig. 11 est une vue détaillée d'une partie de l'assemblage représenté à la fig. 9.
La machine représentée aux fig. 1 à 4 présente deux têtes distinctes 10 et 11 qui comportent chacune un cadre 1 0a et 1 la, et un dispositif d'étanchéité, 10b et llb. C'est entre les dispositifs d'étanchéité 10b et llb que se place le tronçon de tube 12 qui doit être soumis aux essais. Le tube représenté peut avoir, par exemple, une longueur de 15,24 m et un diamètre de 20,12 cm, bien que des tubes de différentes longueurs et de différents diamètres peuvent être fixés sur la machine.
En se reportant à la fig. 4, on voit que la machine est montée sur un socle 13 en béton. Des poutrelles 14 et 15, parallèles, comportant des rails 16, 17, sont disposées entre les têtes 10 et 11. Des brides 18, situées de part et d'autre du cadre 1 0a de la tête, s'détendent au-dessus des rails 16 et 17, chacune de ces brides comportant des rouleaux 1 8a qui supportent le poids de la tête et en facilitent le déplacement sur les rails. Des trous 20 sont répartis, en face les uns des autres, le long des rails 16 et 17, à des intervalles égaux, comme le montrent les fig. la et lb.
Le cadre 10a de la tête comporte des chevilles 21 mises à la main dans des trous pratiqués dans les brides 18 à des intervalles qui correspondent à ceux des trous 20. I1 suffit en général de quatre de ces chevilles pour maintenir la tête en place.
De même, le cadre 1 la comporte des chevilles 22 dont le mouvement est commandé par des cylindres pneumatiques 23 et qui passent dans des trous 20 pour maintenir la tête 1 1 en place sur les rails. Les chevilles traversent les brides 18, qui sont supportées par les rouleaux 18a'de la même manière que la tête 10 est supportée par les rouleaux 18a.
Les rails 16 et 17 comportent, à leur partie supérieure, deux segments dentés 24. Ces segments dentés vont depuis l'extrémité de la machine qui porte la tête Il jusqu'à un point situé au-delà du milieu de la machine, la longueur de cette partie dentée dépendant des différences de longueur des tubes qui doivent être soumis aux essais. Engrenant sur les segments dentés, deux pignons 25, situés des deux côtés de la tête 11, sont reliés l'un à l'autre par un arbre et commandés par un moteur 26 par l'intermédiaire d'une chaîne 27 et d'une roue dentée 28.
La tête 1 1 représentée à la fig. 3, désignée comme étant la tête mécanique, comprend un dispositif de maintien à douille 31 comportant un arbre 32 qui pénètre dans le cadre 1 la de manière que le dispositif d'étanchéité 11b puisse se déplacer axialement par rapport au cadre.
Comme on le voit, l'arbre 32 est monté de manière à se trouver dans l'axe du dispositif d'étanchéité et du côté de la tête 10. L'arbre est fileté et maintenu partiellement, dans le cadre 1 la, par une pièce formant écrou 33a qui comporte un filet intérieur correspondant au filet de l'arbre 32. La pièce formant écrou 33 peut tourner et son mouvement est commandé par une roue dentée coaxiale 34 située à sa périphérie et qui engrène sur une roue dentée motrice 35 commandée par un moteur 36.
La tête représentée à la fig. 2 est hydraulique et comprend un dispositif d'étanchéité constitué par un dispositif de maintien 37 à douille comportant un arbre 38 qui se trouve dans l'axe de la tête et du côté de la tête 11. Le dispositif de maintien 37 porte une douille 39 qui reçoit l'extrémité du tube 12 en réalisant un joint étanche comme on le verra cidessous.
En se reportant maintenant à la fig. 4, ainsi qu'aux fig. la et lb, on voit que, entre les têtes, se trouvent des supports à berceau 41 qui comportent des brides de fixation aux rails 16 et 17. Chacun des supports à berceau est associé à une pièce amovible 42 qui correspond au diamètre du tube qui doit être soumis aux essais. La pièce 42 peut être remplacée par des pièces de dimensions différentes suivant le diamètre des tubes. Les supports 41 sont répartis le long des rails, entre les têtes, de telle manière que le tube ne fléchisse pas sous son propre poids, notamment lorsqu'il est rempli d'eau ou de tout autre fluide employé pour les essais. Le tube est maintenu contre la pièce 42 par un coussinet 43 qui se place sur lui et qui est porté par un bras 44 supporté et mû par un piston 45.
Le piston 45 se déplace à l'intérieur d'un cylindre 46 et son mouvement s'effectue verticalement (c'est-à-dire suivant l'axe) aussi bien que par rotation, de sorte que le bras 44 et le coussinet 43 peuvent se soulever et s'écarter au-dessus du tube.
La rotation du cylindre 46 est assurée par un cylindre hydraulique 47. Disposés sur une ligne parallèle à l'axe du tube 12, plusieurs rouleaux 50, dont les axes sont tous parallèles, sont portés par des coussinets 51 montés sur des supports 52 qui sont fixés à leur tour au socle. Tous ces rouleaux, ou certains d'entre eux, sont commandés par des moteurs 53 par l'intermédiaire de trains d'engrenages. Le profil des rouleaux est tel qu'il tente de centrer et de redresser les tubes. Entre la ligne des supports 41 sur le socle de la machine et la ligne des rouleaux 50, plusieurs appareils 55 sont disposés parallèlement les uns aux autres et comportent des bras présentant aux deux extrémités des parties coudées 55a et 55b qui s'adaptent au tube.
Ces bras coudés sont tous montés sur un même arbre 56, de sorte que le mouvement de l'un d'entre eux provoque le mouvement de tous les autres. L'arbre pivote sur plusieurs paliers 57 qui sont à leur tour fixés au socle. Le coude situé à l'une des extrémités 55a est conçu de manière à pouvoir prendre, du côté le plus éloigné de la machine, le tube ayant le diamètre le plus grand. De même, le coude 55b est conçu de manière à pouvoir porter du côté le plus éloigné des rouleaux 50 un tube quelconque se trouvant sur la machine. Un cylindre 59 contenant un piston 60 est relié, à l'une de ses extrémités, au bras 55 par une cheville 61, parallèle à l'arbre 56 et, à son autre extrémité, par une cheville 62, parallèle à un support fixé au socle.
Ce cylindre permet de faire basculer l'appareil 55 dans les deux sens pour prendre le tube sur la machine et le faire rouler sur les rouleaux ou pour le prendre sur les rouleaux et le faire rouler sur la machine. Un bras 64 qui comporte à l'une de ses extrémités un coude 64a, s'écarte suffisamment des rouleaux sur le côté de la machine pour pouvoir prendre sur les rouleaux un tube d'un diamètre quelconque. Ce bras pivote autour d'un arbre 65 auquel des bras analogues au bras 64 et qui lui sont parallèles sont fixés à différents intervalles sur toute la longueur de la machine. Un bras 66 agit comme levier pour commander le bras 64. Ce bras 66 est relié à un piston 67 par une cheville 68 parallèle à l'arbre 65. Le piston 67 se déplace dans un cylindre 69 et le cylindre 69 est relié à son tour par une cheville 70 à un support 71 fixé au socle.
Le fonctionnement de la machine représentée aux fig. 1 à 4 est le suivant:
La position de la tête mécanique 1 1 par rapport à la tête hydraulique 10 est réglée pour la longueur du tube choisie. Comme on l'a vu, le déplacement s'effectue en enlevant les chevilles 22 et en mettant en marche le moteur 26 qui commande les pignons 25. Dans certains cas, il peut être nécessaire de régler la position de la tête 10, mais on le fait rarement.
Après avoir réglé la position des têtes 10 et 1 1 de manière que leurs dispositifs d'étanchéité 10b et 1 lb soient assez écartés l'un de l'autre pour que l'on puisse mettre en place le tronçon de tube qui doit être soumis aux essais et après avoir remis les chevilles 22 dans d'autres trous 20, on peut effectuer le réglage définitif des dispositifs d'étanchéité pour réaliser l'adaptation à la longueur du tube qui doit être soumis aux essais.
Cependant, avant d'effectuer l'essai, on peut avoir à changer ou à régler, comme on l'indiquera ultérieurement, les dispositifs de maintien à douille pour réaliser l'adaptation aux diamètres des tubes qui doivent être soumis aux essais et si le remplacement des dispositifs de maintien à douille n'a pas été effectué auparavant, on peut le faire à ce moment-là. On fait tourner ensuite les rouleaux 50 dans le sens des aiguilles d'une montre pour provoquer le déplacement axial du tube (de gauche à droite sur la fig. la) sur la ligne des rouleaux jusqu'à ce qu'il se trouve, en face de la machine, entre les dispositifs d'étanchéité 10b et llb, puis l'on arrête les rouleaux.
On peut réaliser également cette opération en ne faisant tourner que les rouleaux qui se trouvent loin de ceux qui sont places en face de la première tête devant laquelle le tube passe et non pas ceux qui se trouvent entre les têtes. Lorsque les tubes sont dans cette position, l'appareil 55, dont t la position est telle qu'il se trouve au-dessous du tube porté par les rouleaux 50, est amené progressivement à la position indiquée par la fig. 4. En remontant, le coude 55a entraîne le tube et, lorsque l'appareil 55 prend une position inclinée, le tube roule jusqu'au support 41 et dans la pièce amovible 42. Ensuite, l'appareil continue à descendre jusqu'à la position indiquée à la fig.
4, de manière qu'il ne puisse pas se trouver en contact avec le tube soumis aux essais. Le bras 44 peut ensuite se soulever et tourner audessus du tube et le coussinet 43 venir se placer sur le tube en face de la pièce amovible 42. On introduit les extrémités du tube dans les dispositifs d'étanchéité des têtes 10 et 1 1 et les essais s'effectuent comme on l'indiquera ultérieurement.
Après l'exécution des essais, le coussinet 43 se détache du tube et le bras 44 tourne pour s'écarter du tube lorsque les dispositifs d'étanchéité sont séparés des extrémités du tube. L'appareil 55 se relève ensuite jusqu'à la position pour laquelle le coude 55h prend le tube. Ensuite, l'appareil 55 bascule en sens inverse, de sorte que le tube descend en roulant sur les rouleaux 50. Le cylindre 69 est ensuite mis en marche, ce qui provoque le.retrait du piston 67 et fait que les bras 64 soulèvent le tube qui est entraîné par le coude 64a de manière à être enlevé des rouleaux et à être transporté, le cas échéant, sur une autre ligne de rouleaux destinée au transport du tube dans le sens inverse.
En se reportant maintenant à la fig. 5, on voit que la tête hydraulique 10 est représentée avec les détails indiqués par les fig. 6 et 7. On remarquera sur la fig. 5 que l'arbre 38 qui supporte le logement d'étanchéité sert à plusieurs fins, y compris à transmettre l'action d'un piston 92 et à amener jusqu'au logement d'étanchéité le fluide utilisé pour les essais.
L'arbre 38 comporte une partie de diamètre réduit 75 éloignée du logement d'étanchéité et qui, à son tour, se raccorde à une partie terminale 76 de diamètre encore plus réduit qui comprend une partie filetée 76a. La partie de la tête qui sert de support est constituée par le cadre 1 0a comportant des alésages cylindriques pour les différents diamètres du piston, le diamètre minimum se situant au niveau d'une ouverture 77. Un alésage de plus grand diamètre 78 dont la largeur correspond avec un certain jeu à celle de l'arbre 38, sert de support à sa partie de plus grand diamètre. L'extrémité de l'alésage 78 est usinée de manière à réaliser une partie de plus grand diamètre 79 destinée à recevoir des anneaux de bourrage 80.
Ces anneaux 80 sont maintenus en place par une bague 81 fixée par des boulons au cadre 10a. La bague 81, à son tour, reçoit une pièce amovible 82 qui maintient l'arbre 38.
De l'autre côté de l'ouverture 77 et immédiatement contre cette ouverture est usiné un alésage de plus grand diamètre 84, rempli par des anneaux de bourrage 85. Ces anneaux sont maintenus en place par une plaque annulaire 86 ayant à peu près le même diamètre que le cylindre 87 destiné à recevoir un piston mû par le fluide. La plaque 86 est maintenue en place par des boulons et comporte une rainure contenant un joint torique 88 qui réalise l'étanchéité entre la surface plane de la plaque 86 et la paroi terminale formée par un épaulement situé entre les parties 84 et 87 de l'évidement axial qui traverse le cadre 10b.
La plaque 86 présente une partie en retrait 89 destinée à recevoir des anneaux de bourrage 90 qui sont maintenus en place par un anneau de petites dimensions 91 qui constitue également une surface d'appui pour les parties 75 de l'arbre et qui est fixé par des boulons à la plaque 86 comme l'indique la figure. A la partie terminale 76 de la partie 75 de l'arbre, se trouve fixé un piston 92. Ce piston est maintenu contre la partie 75 de l'arbre par un écrou 93 qui se visse sur la partie filetée 76a. Le piston luimême comporte sur ses bords des parties en retrait pour recevoir des anneaux de bourrage 193 et 94.
Ces anneaux de bourrage sont maintenus en place par des bagues 95 et 96 fixées par des boulons au piston. L'obturation de l'extrémité du cylindre est assurée par une plaque 97 qui est maintenue en place par des boulons et qui comporte un joint d'étanchéité 98.
Des orifices pour l'entrée et la sortie du fluide sont percés dans la plaque terminale 97 et un conduit 99 qui permet de remplir et de vider le cylindre sur l'une des faces du piston, cette double opération pouvant s'effectuer au moyen d'un robinet à trois voies (non représenté sur la figure). Un orifice commun d'entrée et de sortie du fluide est également usiné de l'autre côté du piston 92 et peut être relié à un robinet à trois voies par l'intermédiaire d'un conduit 101. Un conduit 100 permet l'envoi constant de fluide pour maintenir la pression constante.
Les logements étanches des dispositifs de maintien situés aux deux extrémités de la machine peuvent avoir la même forme, de sorte qu'il suffit de décrire le logement de l'une des extrémités. Les parois latérales du dispositif de maintien 37 permettent l'introduction et le maintien mécanique des parois latérales extérieures de l'extrémité du tube. Son fond constitue un dispositif d'obturation de l'extrémité du tube et comporte de préférence une surface extérieure plane pour s'adapter à son support. Ce dispositif d'obturation étanche est monté sur le dispositif de maintien 37 au moyen d'un support annulaire 105 comportant une bride tubulaire 106 et des raccords entre la partie plane et la partie tubulaire pour augmenter la solidité.
Le dispositif de maintien s'emboîte dans la bride tubulaire et est constitué par une cuvette amovible 108 comportant un bord tronconique qui reçoit l'extrémité du tube 12. I1 est facile d'enlever la cuvette en desserrant l'ensemble des vis 109. Le fond comporte, dans son axe, un orifice 110. Cet orifice se trouve dans le prolongement d'un conduit axial 111 qui traverse l'arbre 38. Ce conduit se termine approximativement au point où le diamètre de l'arbre diminue pour former la partie de diamètre réduit 75 et en ce point un conduit transversal 112 se dirige vers le haut, aboutit à une chambre annulaire 113 qui entoure l'arbre dans cette zone. Dans cette chambre annulaire pénètre, à travers le cadre 1 0a, un conduit 114 qui se divise, dans une pièce 115, en deux branches.
L'une de ces branches est prolongée par une conduite d'assez grand diamètre 116 qui conduit à un robinet d'arrêt 117 auquel le fluide arrive par un conduit 118. L'autre branche de la pièce 115 se prolonge dans une conduite à haute pression 119 de plus petit diamètre.
Le fond du logement étanche est traversé également par un conduit 121 qui est disposé de manière à se trouver au point le plus élevé à l'intérieur du tube soumis aux essais. La face du fond qui se trouve du côté opposé au tube est en retrait de manière à former un conduit vertical 122 qui relie le conduit 121 à un conduit 123 qui traverse l'arbre 38. Ce conduit 123 aboutit à un conduit transversal 124 qui mène à une partie en retrait 125 située entre l'arbre et les parois latérales de l'évidement ménagé à travers le cadre 10jazz Communiquant avec cette cavité, un conduit 126 traverse le cadre 10a et se raccorde à un conduit 127 qui traverse une vanne de réglage 128 et aboutit à un conduit d'évacuation d'air 129.
Engagés partiellement dans des rainures annulaires et de même axe pratiquées dans le fond de la cuvette 108, des joints toriques 131 et 132 font face au dispositif de maintien 37. Sur l'autre face, en contact avec la paroi du tube, une rainure reçoit la plus grande partie d'un joint torique 133 que l'on voit sur la fig. 7.
Les parois latérales interne et externe 135 et 136 de cette rainure annulaire sont généralement coaxiales et perpendiculaires au fond de la rainure, ce qui réalise une section en U. A son bord supérieur, la paroi latérale externe comporte une arête 137 qui dépasse vers l'intérieur le bord externe du joint torique 133 qu'il tend, par conséquent, à maintenir en place dans la rainure.
En ce qui concerne le fonctionnement de la tête hydraulique représentée à la fig. 5, le dispositif d'étanchéité est déplacé vers la droite pour recevoir l'une des extrémités du tube, qui doit être soumis aux essais, dans le dispositif de maintien. Ce déplacement est réalisé en faisant entrer le fluide par le conduit 99 dans l'espace libre compris entre le piston 92 et la plaque 97, de manière à pousser le piston en avant.
Le fluide qui se trouve sur l'autre face du piston est évacué par le conduit 101. Le fluide pouvant être introduit sous une forte pression, les anneaux de bourrage 94 et 193 sont nécessaires pour éviter l'écoulement du fluide d'un des côtés du piston à l'autre et les anneaux de bourrage 98, 88 et 85 évitent l'écoulement du fluide hors du cylindre. On remarquera que l'opération inverse est utile pour la séparation du tube d'avec le dispositif de maintien.
Lorsque l'extrémité du tube entre dans le dispositif de maintien, le mouvement du piston 92 qui avance lentement provoque la compression du joint torique 133 entre l'extrémité du tube et le fond 134 de la rainure pratiquée dans la partie terminale de la cuvette 108 jusqu'à ce qu'un joint étanche se trouve réalisé entre l'extrémité du tube et le dispositif de maintien par suite de la déformation du joint torique
133. Comme on l'a déjà vu, un dispositif de maintien analogue existe également dans la tête 11, de sorte qu'un joint étanche excellent est réalisé à chacune des extrémités du tube. Ensuite, le fluide d'essai pénètre par le conduit d'alimentation 118, le robinet d'arrêt 117, le conduit 116, la pièce 115 et le conduit
114 jusque dans la chambre 113 et, de là, par les conduits 112 et 111, dans l'orifice 110 et à l'intérieur du tube.
Pendant le remplissage du tube, l'air est obligé de sortir par le conduit 121, par les conduits
122, 123 et 124 dans la partie en retrait 125 et, de là, par les conduits 126 et 127, par la vanne 128 et le conduit d'évacuation 129. La raison pour laquelle le conduit 121 se trouve situé au point le plus élevé est que l'évacuation de l'air chassé du tube s'en trouve facilitée et que l'écoulement de l'air à l'extérieur se poursuit jusqu'à ce que le tube se trouve rempli d'eau et que l'eau soit expulsée par le conduit d'évacuation de l'air. La vanne 128 doit être telle que, au moment où l'eau y arrive, elle se ferme automatiquement. A ce moment ou un peu avant, le remplissage rapide du tube par l'intermédiaire de la conduite 116 est interrompu et l'on augmente la pression du fluide en faisant pénétrer le fluide sous pression par la conduite 119.
On comprend que, puisque les pressions exercées sur les deux faces du joint 83 formant barrière qui sépare les zones d'entrée et de sortie du fluide sont égales, un bourrage ne soit pas nécessaire à cet endroit. Cependant, les anneaux 80 et 85 sont nécessaires pour éviter l'écoulement du fluide sous pression à partir de la cavité qui entoure l'arbre 38. De même, le joint torique 132 empêche le fluide de sortir de l'ensemble dans lequel il doit circuler, tandis que le joint torique 131 constitue une barrière entre les zones d'entrée et de sortie du fluide.
Pendant que la pression augmente après le remplissage, le tube tend à se dilater radialement et à se raccourcir longitudinalement. Pour éviter la rupture du joint au niveau du joint torique 133 et celle du joint correspondant à l'autre extrémité du tube, on maintient à une valeur élevée la pression du fluide exercée sur le piston 92. On y parvient en réalisant une pression de fluide constante par le conduit 100.
Lorsque le diamètre du tube augmente et que la longueur du tube diminue, la pression du tube contre le dispositif d'étanchéité pourrait diminuer. Cependant, sous l'action de la pression constante réalisée au moyen du conduit 100, le piston avance et maintient l'effort du dispositif d'étanchéité contre le tube ; par conséquent, le joint reste étanche au fluide. Le déplacement du dispositif d'étanchéité permet d'effectuer des essais à des pressions beaucoup plus élevées que celles que l'on a pu réaliser jusqu'à présent. Lorsque l'essai est terminé, on peut réduire la pression du fluide en ouvrant la vanne 128. En inversant les mouvements du piston 92 (fig. 5) et de l'arbre 32 (fig. 3), on provoque le retrait des dispositifs d'étanchéité, ce qui permet au fluide employé pour les essais de couler dans une rigole d'évacuation.
Bien que le dispositif de maintien représenté par les fig. 5 et 6 donne des résultats satisfaisants, son remplacement exige un travail considérable, car il oblige à séparer à la fois la bride-support 105, 106 et le dispositif de maintien 37. Bien que l'assemblage représenté, à titre de variante, par les fig. 8 à 12, comporte davantage de pièces, il est en fait d'un emploi plus facile et demande moins de temps car il suffit, dans ce cas, de remplacer le dispositif d'étanchéité sans remplacer le dispositif de maintien.
L'assemblage représenté aux fig. 8 à 10 étant constitué en partie par des pièces qui sont les mêmes que des pièces qui ont déjà été décrites, les mêmes références avec adjonction d'indices primes seront utilisées. C'est ainsi, par exemple, que le dispositif de maintien 37' porte une bride-support annulaire 105' et 106' et que le dispositif de maintien est maintenu en place par un ensemble de boulons 109'. Cependant, la description qui a été faite précédemment ne mentionnait pas une plaque circulaire 140 comportant, sur l'une de ses faces, plusieurs rainures annulaires coaxiales 141 ayant une section en U. Ces rainures 141 sont semblables à la rainure représentée à la fig. 7 et l'on peut utiliser des joints toriques dans chacune de ces rainures.
Un orifice central axial situé dans le prolongement du conduit 111' permet l'introduction du fluide. L'accès au conduit d'évacuation 123' est assuré par un orifice 142 qui se trouve plus près du centre de la plaque 140 que le conduit 123', mais sans qu'il y ait superposition, l'orifice 142 et le conduit 123'étant reliés par un canal 143 situé à l'arrière de la plaque 140, du côté opposé à la face qui porte les rainures coaxiales. Un joint torique 144 faisant saillie en dehors d'une rainure en U sur la face arrière de la plaque 140 réalise un joint étanche entre la plaque et le dispositif de maintien 37'. Un joint torique 145 faisant saillie en dehors d'une rainure annulaire constitue une barrière entre la zone d'entrée de l'air et la zone de sortie de l'air.
La plaque 140 est montée dans un logement annulaire et peut être fixée au support 105' et 106' par soudage ou autrement ou peut être laissée séparée.
Dans ce cas, le logement réalisé pour l'extrémité du tube a encore la forme d'une cuvette dont le fond 146 et les parois latérales 147 peuvent être fabriqués séparément. Le fond 146 assure l'obturation de l'ex trémité du tube 12' et les parois latérales maintiennent l'extrémité du tube en s'adaptant à sa surface externe. I1 sert également à guider et maintenir en place un joint torique 149 et comme il s'adapte étroitement à l'extrémité du tube, son bord 147a est évasé pour faciliter l'introduction de l'extrémité du tube.
Les parois latérales 147 comportent des brides radiales qui rejoignent la surface interne de la partie tubulaire de la bride de support 105' et 106' et les boulons 109' sont mis en place pour maintenir ces brides. Le fond 146 peut être fixé aux parois latérales ou laissé à l'état de pièce séparée. Dans les deux cas, une surface est prévue sur la face extérieure du fond pour s'adapter à un joint torique 148 et une autre surface est prévue pour s'adapter au joint torique 149, ces deux joints se trouvant dans les rainures coaxiales 141. Le joint 149 constitue une barrière entre la zone d'entrée du fluide et la zone de sortie de l'air, tandis que le joint 148 empêche l'écoulement du fluide sous pression.
Au point le plus élevé, un orifice 151 est usiné dans le fond qui assure l'obturation de l'extrémité du tube et permet l'évacuation complète de l'air.
Un canal 152 orienté radialement et situé sur
Testing machine for the determination of the resistance of the walls of a tube by means of a pressurized fluid
The subject of the invention is a test machine for determining the resistance of the walls of a tube by means of a pressurized fluid, in which the tube is placed between two pot heads by a frame, the pressurized fluid being t introduced by one of the heads.
Many machines used for testing tubes have two heads that face each other and are attached to a very long frame on which also supports are installed between the heads. In most of these machines, the introduction of the pressurized fluid into the tube is effected by one of the heads. This introduction causes expansion of the tube radially and, consequently, a longitudinal decrease. Although the expansion which occurs radially is small, the cumulative effect which occurs longitudinally is often sufficient to cause the joint between the tube and the machine to break at one or both ends of the tube, which is resulting in a loss of fluid.
It follows that, under the most favorable conditions, the use of these machines for carrying out the tests constitutes a difficult and tedious operation and that, in order to avoid the destruction of the seals, it is necessary to use only fairly low pressures.
The machine according to the invention allows the rapid and efficient execution of these tests. This machine is characterized in that it comprises a sealing device mounted on each of the heads and arranged coaxially with the tube of which it receives one of the ends, this device having means for exerting pressure on this end of the tube in order to achieve a tight seal, fluid supply means for introducing the fluid inside the tube, and a hydraulic mechanism exerting pressure on the sealing device of one of the heads against the end of the tube, so as to compensate for any axial shortening of the tube, and to maintain a fluid-tight seal.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the machine forming the subject of the present invention.
Fig. 1a is a plan view of one of the ends of the machine showing the ancillary installations used with the machine.
Fig. lb is a plan view, similar to FIG. la, on the other end of the machine.
Fig. 2 is a side elevational view of a head located at the end of the machine shown in FIG. the.
Fig. 3 is a side elevational view, partially in section, of a head located at the end of the machine shown in FIG. lb.
Fig. 4 is a section taken along line 4-4 of FIG. 1 and showing the details of the mechanism which allows the positioning of the tube on the machine for the execution of the tests.
Fig. 5 is a vertical sectional elevation of the sealing devices of the head shown in FIG. 2 showing the ducts for supplying the fluid and for discharging the air.
Fig. 6 is a detailed view of part of the sealing device shown in FIG. 5.
Fig. 7 shows a seal, the position of which is shown in FIG. 6 and which bears against the end of the tube in its groove.
Fig. 8 is a sectional view of part of a modified head.
Fig. 9 is a front plan view of the assembly shown in FIG. 8.
Fig. 10 is a section taken along line 10-10 of FIG. 8, and
da fig. 11 is a detailed view of part of the assembly shown in FIG. 9.
The machine shown in fig. 1 to 4 has two separate heads 10 and 11 which each comprise a frame 1 0a and 1a, and a sealing device, 10b and 11b. It is between the sealing devices 10b and 11b that the tube section 12 is placed which is to be subjected to the tests. The tube shown may have, for example, a length of 15.24 m and a diameter of 20.12 cm, although tubes of different lengths and different diameters can be attached to the machine.
Referring to fig. 4, it can be seen that the machine is mounted on a concrete base 13. Beams 14 and 15, parallel, comprising rails 16, 17, are arranged between the heads 10 and 11. Flanges 18, located on either side of the frame 1 0a of the head, extend above the heads. rails 16 and 17, each of these flanges comprising rollers 18a which support the weight of the head and facilitate its movement on the rails. Holes 20 are distributed, opposite each other, along the rails 16 and 17, at equal intervals, as shown in FIGS. la and lb.
The frame 10a of the head has pegs 21 placed by hand in holes made in the flanges 18 at intervals which correspond to those of the holes 20. In general, four of these pegs are sufficient to hold the head in place.
Likewise, the frame 1 la comprises pegs 22, the movement of which is controlled by pneumatic cylinders 23 and which pass through holes 20 to hold the head 11 in place on the rails. The pegs pass through the flanges 18, which are supported by rollers 18a 'in the same way that head 10 is supported by rollers 18a.
The rails 16 and 17 have, at their upper part, two toothed segments 24. These toothed segments go from the end of the machine which carries the head II to a point located beyond the center of the machine, the length of this toothed part depending on the differences in length of the tubes which must be subjected to the tests. Meshing on the toothed segments, two pinions 25, located on both sides of the head 11, are connected to each other by a shaft and controlled by a motor 26 via a chain 27 and a toothed wheel 28.
The head 1 1 shown in FIG. 3, designated as being the mechanical head, comprises a sleeve holder 31 comprising a shaft 32 which penetrates the frame 11a so that the sealing device 11b can move axially relative to the frame.
As can be seen, the shaft 32 is mounted so as to be located in the axis of the sealing device and on the side of the head 10. The shaft is threaded and partially held, in the frame 1 la, by a part forming a nut 33a which has an internal thread corresponding to the thread of the shaft 32. The part forming a nut 33 can rotate and its movement is controlled by a coaxial toothed wheel 34 located at its periphery and which meshes with a driven toothed wheel 35 controlled by a motor 36.
The head shown in FIG. 2 is hydraulic and comprises a sealing device consisting of a holder 37 with a sleeve comprising a shaft 38 which is located in the axis of the head and on the side of the head 11. The holding device 37 carries a sleeve 39 which receives the end of the tube 12 by making a tight seal as will be seen below.
Referring now to fig. 4, as well as in fig. 1a and 1b, it can be seen that, between the heads, there are cradle supports 41 which include brackets for fixing to the rails 16 and 17. Each of the cradle supports is associated with a removable part 42 which corresponds to the diameter of the tube which must be submitted for testing. The part 42 can be replaced by parts of different dimensions depending on the diameter of the tubes. The supports 41 are distributed along the rails, between the heads, in such a way that the tube does not flex under its own weight, in particular when it is filled with water or any other fluid used for the tests. The tube is held against part 42 by a pad 43 which is placed on it and which is carried by an arm 44 supported and moved by a piston 45.
The piston 45 moves inside a cylinder 46 and its movement is vertically (i.e. along the axis) as well as by rotation, so that the arm 44 and the bearing 43 can lift up and out of the way above the tube.
The rotation of the cylinder 46 is ensured by a hydraulic cylinder 47. Arranged on a line parallel to the axis of the tube 12, several rollers 50, the axes of which are all parallel, are carried by bearings 51 mounted on supports 52 which are fixed in turn to the base. All of these rollers, or some of them, are controlled by motors 53 via gear trains. The profile of the rollers is such that it attempts to center and straighten the tubes. Between the line of supports 41 on the base of the machine and the line of rollers 50, several devices 55 are arranged parallel to each other and comprise arms having at both ends bent parts 55a and 55b which adapt to the tube.
These bent arms are all mounted on the same shaft 56, so that the movement of one of them causes the movement of all the others. The shaft pivots on several bearings 57 which are in turn fixed to the base. The elbow located at one of the ends 55a is designed so as to be able to take, from the side furthest from the machine, the tube having the largest diameter. Likewise, the elbow 55b is designed so as to be able to carry on the side furthest from the rollers 50 any tube which is on the machine. A cylinder 59 containing a piston 60 is connected, at one of its ends, to the arm 55 by a pin 61, parallel to the shaft 56 and, at its other end, by a pin 62, parallel to a support fixed to the basement.
This cylinder makes it possible to tilt the device 55 in both directions to take the tube on the machine and make it roll on the rollers or to take it on the rollers and make it roll on the machine. An arm 64 which has at one of its ends an elbow 64a, moves away sufficiently from the rollers on the side of the machine to be able to take on the rollers a tube of any diameter. This arm pivots around a shaft 65 to which arms similar to the arm 64 and which are parallel to it are attached at different intervals along the entire length of the machine. An arm 66 acts as a lever to control the arm 64. This arm 66 is connected to a piston 67 by a pin 68 parallel to the shaft 65. The piston 67 moves in a cylinder 69 and the cylinder 69 is in turn connected. by an ankle 70 to a support 71 fixed to the base.
The operation of the machine shown in fig. 1 to 4 is as follows:
The position of the mechanical head 1 1 relative to the hydraulic head 10 is adjusted for the length of the tube chosen. As we have seen, the movement is effected by removing the pins 22 and starting the motor 26 which controls the pinions 25. In certain cases, it may be necessary to adjust the position of the head 10, but it is necessary to adjust the position of the head 10. rarely does.
After having adjusted the position of the heads 10 and 11 so that their sealing devices 10b and 1 lb are far enough apart from each other so that we can put in place the section of tube which is to be subjected the tests and after replacing the plugs 22 in other holes 20, the final adjustment of the sealing devices can be carried out to achieve the adaptation to the length of the tube which is to be subjected to the tests.
However, before carrying out the test, it may be necessary to change or adjust, as will be indicated later, the socket retainers to achieve the adaptation to the diameters of the tubes to be tested and whether the replacement of socket retainers has not been done before, it can be done at this time. The rollers 50 are then rotated clockwise to cause the axial displacement of the tube (from left to right in fig. La) on the row of the rollers until it is, in face of the machine, between the sealing devices 10b and 11b, then the rollers are stopped.
This operation can also be carried out by rotating only the rollers which are located far from those which are placed in front of the first head in front of which the tube passes and not those which are located between the heads. When the tubes are in this position, the apparatus 55, whose position t is such that it is located below the tube carried by the rollers 50, is gradually brought to the position indicated by FIG. 4. Going up, the elbow 55a drives the tube and, when the apparatus 55 assumes an inclined position, the tube rolls up to the support 41 and into the removable part 42. Then, the apparatus continues to descend to the position shown in fig.
4, so that it cannot come into contact with the tube under test. The arm 44 can then rise and rotate above the tube and the pad 43 come to be placed on the tube opposite the removable part 42. The ends of the tube are introduced into the sealing devices of the heads 10 and 11 and the tests are carried out as will be indicated later.
After performing the tests, the pad 43 detaches from the tube and the arm 44 rotates away from the tube when the seals are separated from the ends of the tube. The apparatus 55 then rises to the position for which the elbow 55h takes the tube. Then, the apparatus 55 is tilted in the opposite direction, so that the tube rolls down on the rollers 50. The cylinder 69 is then started, which causes the withdrawal of the piston 67 and causes the arms 64 to raise the cylinder. tube which is driven by the bend 64a so as to be removed from the rollers and to be transported, if necessary, on another line of rollers intended for transporting the tube in the reverse direction.
Referring now to fig. 5, it can be seen that the hydraulic head 10 is shown with the details indicated by FIGS. 6 and 7. It will be noted in FIG. 5 that the shaft 38 which supports the seal housing serves several purposes, including transmitting the action of a piston 92 and supplying the fluid used for testing to the seal housing.
The shaft 38 has a reduced diameter portion 75 remote from the sealing housing and which in turn connects to an even smaller diameter end portion 76 which includes a threaded portion 76a. The part of the head which serves as a support is formed by the frame 1 0a comprising cylindrical bores for the different diameters of the piston, the minimum diameter being located at an opening 77. A larger diameter bore 78 whose width corresponds with a certain clearance to that of the shaft 38, serves as a support for its part of larger diameter. The end of the bore 78 is machined so as to produce a portion of larger diameter 79 intended to receive packing rings 80.
These rings 80 are held in place by a ring 81 fixed by bolts to the frame 10a. The ring 81, in turn, receives a removable part 82 which holds the shaft 38.
On the other side of opening 77 and immediately against this opening is machined a larger diameter bore 84, filled with stuffing rings 85. These rings are held in place by an annular plate 86 having roughly the same. diameter that the cylinder 87 intended to receive a piston moved by the fluid. Plate 86 is held in place by bolts and has a groove containing an O-ring 88 which seals between the flat surface of plate 86 and the end wall formed by a shoulder located between parts 84 and 87 of the plate. axial recess which passes through the frame 10b.
The plate 86 has a recessed portion 89 intended to receive stuffing rings 90 which are held in place by a ring of small dimensions 91 which also constitutes a bearing surface for the parts 75 of the shaft and which is fixed by bolts to plate 86 as shown in the figure. A piston 92 is attached to the end portion 76 of the portion 75 of the shaft. This piston is held against the portion 75 of the shaft by a nut 93 which screws onto the threaded portion 76a. The piston itself has recessed portions on its edges to receive packing rings 193 and 94.
These tamping rings are held in place by rings 95 and 96 secured by bolts to the piston. The end of the cylinder is closed off by a plate 97 which is held in place by bolts and which has a seal 98.
Orifices for the inlet and outlet of the fluid are drilled in the end plate 97 and a duct 99 which makes it possible to fill and empty the cylinder on one of the faces of the piston, this double operation being able to be carried out by means of 'a three-way valve (not shown in the figure). A common fluid inlet and outlet port is also machined on the other side of the piston 92 and can be connected to a three-way valve through a conduit 101. A conduit 100 allows constant delivery. of fluid to maintain constant pressure.
The sealed housings of the holding devices located at both ends of the machine may have the same shape, so that it suffices to describe the housing of one of the ends. The side walls of the retaining device 37 allow the introduction and mechanical retention of the outer side walls of the end of the tube. Its bottom constitutes a device for closing the end of the tube and preferably comprises a flat outer surface to adapt to its support. This tight sealing device is mounted on the holding device 37 by means of an annular support 105 comprising a tubular flange 106 and connections between the flat part and the tubular part to increase the strength.
The retaining device fits into the tubular flange and is constituted by a removable bowl 108 having a frustoconical edge which receives the end of the tube 12. It is easy to remove the bowl by loosening all the screws 109. The bottom comprises, in its axis, an orifice 110. This orifice is located in the extension of an axial duct 111 which passes through the shaft 38. This duct ends approximately at the point where the diameter of the shaft decreases to form the part. of reduced diameter 75 and at this point a transverse duct 112 runs upwards, ending in an annular chamber 113 which surrounds the shaft in this zone. Into this annular chamber penetrates, through the frame 1 0a, a conduit 114 which divides, in a part 115, into two branches.
One of these branches is extended by a fairly large diameter pipe 116 which leads to a shut-off valve 117 to which the fluid arrives via a pipe 118. The other branch of the part 115 is extended into a high pipe. pressure 119 of smaller diameter.
The bottom of the sealed housing is also crossed by a duct 121 which is arranged so as to be located at the highest point inside the tube subjected to the tests. The bottom face which is on the side opposite the tube is set back so as to form a vertical duct 122 which connects the duct 121 to a duct 123 which passes through the shaft 38. This duct 123 ends in a transverse duct 124 which leads to a recessed portion 125 located between the shaft and the side walls of the recess formed through the frame 10jazz Communicating with this cavity, a duct 126 passes through the frame 10a and connects to a duct 127 which passes through a regulating valve 128 and ends in an air exhaust duct 129.
Partially engaged in annular grooves with the same axis made in the bottom of the bowl 108, O-rings 131 and 132 face the holding device 37. On the other face, in contact with the wall of the tube, a groove receives the greater part of an O-ring 133 which can be seen in FIG. 7.
The inner and outer side walls 135 and 136 of this annular groove are generally coaxial and perpendicular to the bottom of the groove, which provides a U-shaped section. At its upper edge, the outer side wall has a ridge 137 which projects towards the bottom. inside the outer edge of the O-ring 133 which it therefore tends to hold in place in the groove.
With regard to the operation of the hydraulic head shown in fig. 5, the sealing device is moved to the right to receive one of the ends of the tube, which is to be tested, in the holder. This movement is carried out by causing the fluid to enter through the duct 99 into the free space between the piston 92 and the plate 97, so as to push the piston forward.
The fluid which is on the other face of the piston is evacuated by the conduit 101. The fluid being able to be introduced under a strong pressure, the packing rings 94 and 193 are necessary to prevent the flow of the fluid from one side. piston to piston and the packing rings 98, 88 and 85 prevent fluid from flowing out of the cylinder. It will be noted that the reverse operation is useful for the separation of the tube from the holding device.
When the end of the tube enters the holder, the movement of the slowly advancing piston 92 causes the compression of the O-ring 133 between the end of the tube and the bottom 134 of the groove made in the end part of the cup 108 until a tight seal is formed between the end of the tube and the retainer due to deformation of the O-ring
133. As already seen, a similar retaining device also exists in the head 11, so that an excellent tight seal is produced at each of the ends of the tube. Then the test fluid enters through the supply line 118, the shut-off valve 117, the line 116, the part 115 and the line.
114 to chamber 113 and from there through conduits 112 and 111, into orifice 110 and inside the tube.
During the filling of the tube, the air is forced to exit through the duct 121, through the ducts
122, 123 and 124 in the recessed portion 125 and, from there, through the conduits 126 and 127, through the valve 128 and the discharge conduit 129. The reason why the conduit 121 is located at the highest point is that the evacuation of the air expelled from the tube is thereby facilitated and the air flow to the outside continues until the tube is filled with water and the water is expelled through the air exhaust duct. The valve 128 must be such that, when the water arrives there, it closes automatically. At this time or a little before, the rapid filling of the tube via the pipe 116 is interrupted and the pressure of the fluid is increased by causing the pressurized fluid to enter through the pipe 119.
It will be understood that, since the pressures exerted on the two faces of the seal 83 forming a barrier which separates the entry and exit areas of the fluid are equal, a jam is not necessary at this location. However, the rings 80 and 85 are necessary to prevent the flow of pressurized fluid from the cavity which surrounds the shaft 38. Likewise, the O-ring 132 prevents fluid from exiting the assembly in which it is to be. flow, while the O-ring 131 forms a barrier between the fluid inlet and outlet areas.
As the pressure increases after filling, the tube tends to expand radially and shorten longitudinally. In order to avoid the rupture of the seal at the level of the O-ring 133 and that of the seal corresponding to the other end of the tube, the fluid pressure exerted on the piston 92 is maintained at a high value. This is achieved by producing a fluid pressure. constant through line 100.
As the diameter of the tube increases and the length of the tube decreases, the pressure of the tube against the sealing device may decrease. However, under the action of the constant pressure produced by means of the conduit 100, the piston advances and maintains the force of the sealing device against the tube; therefore, the seal remains fluid tight. The displacement of the sealing device makes it possible to carry out tests at pressures much higher than those which have been possible to date. When the test is finished, the fluid pressure can be reduced by opening the valve 128. By reversing the movements of the piston 92 (fig. 5) and of the shaft 32 (fig. 3), the devices are removed. sealing, which allows the fluid used for the tests to flow into a drainage channel.
Although the holding device shown in FIGS. 5 and 6 gives satisfactory results, its replacement requires considerable work, since it requires separating both the support flange 105, 106 and the retaining device 37. Although the assembly shown, as an alternative, by figs. 8 to 12, has more parts, it is in fact easier to use and requires less time since it suffices, in this case, to replace the sealing device without replacing the retaining device.
The assembly shown in fig. 8 to 10 being formed in part by parts which are the same as parts which have already been described, the same references with the addition of prime indices will be used. Thus, for example, the retaining device 37 'carries an annular support flange 105' and 106 'and that the retaining device is held in place by a set of bolts 109'. However, the description which was given above did not mention a circular plate 140 comprising, on one of its faces, several coaxial annular grooves 141 having a U-shaped section. These grooves 141 are similar to the groove shown in FIG. 7 and O-rings can be used in each of these grooves.
An axial central orifice located in the extension of the conduit 111 'allows the introduction of the fluid. Access to the discharge duct 123 'is provided by an orifice 142 which is located closer to the center of the plate 140 than the duct 123', but without any overlapping, the orifice 142 and the duct 123 'being connected by a channel 143 located at the rear of the plate 140, on the side opposite to the face which carries the coaxial grooves. An O-ring 144 protruding out of a U-shaped groove on the rear face of plate 140 provides a tight seal between the plate and the retainer 37 '. An O-ring 145 projecting out of an annular groove forms a barrier between the air inlet area and the air outlet area.
Plate 140 is mounted in an annular housing and may be secured to support 105 'and 106' by welding or otherwise or may be left separate.
In this case, the housing made for the end of the tube still has the shape of a bowl, the bottom 146 of which and the side walls 147 can be manufactured separately. The bottom 146 closes the end of the tube 12 'and the side walls hold the end of the tube by adapting to its outer surface. It also serves to guide and hold in place an O-ring 149 and as it fits tightly to the end of the tube, its edge 147a is flared to facilitate insertion of the end of the tube.
The side walls 147 have radial flanges which meet the inner surface of the tubular portion of the support flange 105 'and 106' and the bolts 109 'are in place to hold these flanges. The bottom 146 can be attached to the side walls or left as a separate piece. In both cases, a surface is provided on the outer face of the bottom to accommodate an O-ring 148 and another surface is provided to accommodate the O-ring 149, these two seals being in the coaxial grooves 141. Seal 149 forms a barrier between the fluid inlet area and the air outlet area, while seal 148 prevents flow of pressurized fluid.
At the highest point, an orifice 151 is machined in the bottom which seals the end of the tube and allows the complete evacuation of the air.
A channel 152 oriented radially and located on