Culotte pour conduite de fluide sous pression Dans les constructions, on rencontre fréquemment des éléments destinés à répartir un débit total en plu sieurs débits partiels et inversement, destinés à rassem bler des débits partiels en un débit total. Par exemple, dans le domaine des centrales hydro électriques, il est fréquent qu'une seule conduite for cée amène l'eau sous pression d'un barrage ou d'un bassin amont à deux machines ou plus. Cette réparti tion des débits se fait dans un organe dénommé culotte ou, suivant la disposition, collecteur ou répartiteur. Ces organes raccordent une conduite principale reliée à un réservoir et au moins deux conduites secondaires amenant le fluide aux machines qui le consomment, cas des turbines hydrauliques.
Réciproquement, ces organes peuvent raccorder une conduite principale, reliée à un réservoir, à au moins deux conduites se condaires auxquelles des pompes fournissent le fluide à accumuler dans le réservoir. Le collecteur ou le répartiteur est, dans les grandes lignes, constitué par une conduite d'une certaine longueur, de diamètre qui peut être variable, de laquelle partent en des endroits bien déterminés des embranchements pour relier ce collecteur à différentes machines disposées le long du collecteur.
La division d'un débit principal en plusieurs dé bits partiels, respectivement le rassemblement de débits partiels en un débit principal, pose au cons tructeur différents problèmes. Un des principaux est celui de la résistance des matériaux. En général, les parties extrêmes d'une culotte sont constituées par des surfaces de révolution, cylindres et cônes. Elles sont soumises à des tensions essentiellement de traction. Par contre, la partie médiane est, du fait de la forme, soumise à des tensions de flexion qui peuvent être extrêmement élevées. Cette partie doit donc être judi cieusement renforcée.
L'invention a pour objet une culotte pour conduite de fluide sous pression comprenant au moins trois éléments de conduite assemblés, dont au moins un élément d'entrée et au moins un élément de sortie, caractérisée par le fait qu'au moins un élément de traction est monté transversalement à l'intérieur de cette culotte sensiblement dans le plan de jonction des éléments de l'embranchement.
Les dessins annexés représentent, schématique ment et à titre d'exemple, à la fig. 1 une construction de culotte conventionnelle, et aux autres figures plu sieurs formes d'exécution de culottes selon l'inven tion La fig. 1 représente une culotte de répartition exé cutée selon une solution conventionnelle.
La fig. 2 représente une première forme d'exécu tion de la culotte selon l'invention.
La fig. 3 est une coupe selon l'axe III-III de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe selon IV-IV de la fig. 2. La fig. 5 représente une culotte munie d'un dispo sitif d'amélioration d'écoulement.
La fig. 6 représente le dispositif d'amélioration d'écoulement proprement dit.
La fig. 7 représente une culotte ayant une entrée et trois sorties disposées asymétriquement.
La fig. 8 représente un tronçon d'un collecteur avec un embranchement.
La fig. 9 représente un détail d'une exécution avec commande de la position d'une aube directrice interne depuis l'extérieur.
La fig. 10 montre une autre forme d'exécution de culotte, vue en plan, la fig. 11 étant une coupe selon XI-XI, et la fig. 12, une coupe selon XII-XII de la fig. 10. La fig. 1 représente une solution conventionnelle pour le renforcement d'une culotte. Le débit d'ame- née arrive dans, respectivement sort de, la section 1, se répartit dans, respectivement arrive par, les sections 2 et 3 qui, dans ce cas, sont égales et disposées symé triquement par rapport à l'axe de la culotte.
Celle-ci est constituée par un élément de conduite cylindrique 4, deux éléments de conduite coniques de révolution 5a et 5b, deux éléments coniques 6a, respectivement <I>6b</I> qui sont chacun constitués par l'intersection d'un prolongement des éléments coniques<I>5a, 5b</I> avec le cylindre 4.
Le cylindre 4, les cônes 5a et<I>5b</I> étant de révolu tion, ne posent pas de problèmes particuliers quant à leur résistance, mais les éléments intermédiaires 6a et 6b ne sont pas de révolution et leur section com mune doit être renforcée, ce qui est réalisé par une grande nervure 7 disposée dans l'axe de la culotte et prenant appui sur une nervure 8 sensiblement annu laire.
Les pièces 7 et 8 travaillent à la flexion, du fait de la pression interne à laquelle la culotte est soumise. En ce qui concerne l'écoulement, les pertes dans une culotte de ce genre sont dépendantes des déviations subies par le fluide ainsi que du tracé.
Les fia. 2, 3 et 4 représentent une culotte sembla ble, mais étudiée pour résoudre plus particulièrement le problème de résistance des matériaux. La disposi tion de cette culotte est la même que celle de la fig. 1. Cette culotte comprend également un élément cylin drique 10 et des éléments tronconiques 11 et 12.
La fig. 2 représente une coupe en plan. On cons tate qu'elle prévoit un élément supplémentaire 20 disposé perpendiculairement au plan constitué par les axes d'entrée et de sortie des écoulements. Cette pièce 20 est un tirant disposé transversalement à la culotte, sensiblement dans le plan de jonction des élé ments de l'embranchement et qui travaille unique ment à la traction et remplace les nervures 7 et 8 de la fig. 1 travaillant à la flexion.
Les fig. 3 et 4 montrent d'autres vues de ce tirant 20. Dans le cas particulier, il est représenté comme une tige cylindrique aux extrémités de laquelle sont montés deux écrous 13. On pourrait très bien conce voir que ce tirant 20 soit constitué par un élément dont la section est rectangulaire, par exemple une tôle située dans le plan de symétrie de la culotte.
A la limite, on peut concevoir que ce tirant 20 soit constitué par une tôle pleine ou ajourée, située dans le plan commun à deux raccordements. Une telle solution a été illustrée aux fig. 10 à 12 montrant une culotte semblable à celle représentée aux fig. 2 à 4, c'est-à-dire comprenant un élément cylindrique 10 et des éléments tronconiques 11 et 12. Dans la forme d'exécution selon les fig. 10 à 12, le tirant est consti tué par une tôle 15 située dans le plan commun aux deux raccordements 11 et 12. Cette tôle 15 peut être pleine ou ajourée.
La fig. 5 représente une même solution de cette culotte, mais cette fois avec un dispositif améliorant l'écoulement hydraulique, de manière à réduire les pertes de charge consécutives à la présence du tirant 64 qui occasionne des tourbillons. Cette solution est représentée en détail sur la fig. 6. Elle comprend un cylindre 60 sur lequel sont soudées deux tôles 61a et 61b, de manière à former une aube mobile. Les tôles 61a et 61b peuvent être perforées en 65, de manière à équilibrer les pressions. Ce cylindre 60 est coaxial avec l'axe du tirant 64. L'aube mobile peut osciller autour de l'axe du tirant 64.
Lorsque l'écoulement est symétrique, à savoir lorsque les deux dérivations absorbent le même débit, l'aube mobile 60, 61a, 61b occupe une position sy métrique. En effet, les vitesses dans les deux conduits sont égales et les forces de nature hydraulique sont telles qu'elles exercent une poussée sur cet organe, de manière qu'il occupe la position représentée à la fig. 5. Si, par contre, le débit s'annule dans une bran che de la culotte, par exemple dans la branche 52 de la fig. 5, la pression sur la face 50 de cette aube a ten dance à décroître du fait de la vitesse du fluide qui passe dans le conduit 51 à 53, tandis qu'elle a ten dance à croître sur la face 54 de cette même aube lorsque le débit en 52 est nul.
Il en résulte un dés équilibre des poussées hydrauliques sur l'aube qui ont tendance à lui donner une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. L'aube vient occuper une position nouvelle représentée en pointillé en 55 pour laquelle les forces hydrauliques s'équilibrent.
La fig. 9 représente un détail de la fig. 4 mon trant, à plus grande échelle, une construction possible de la sortie d'un tirant hors de la culotte, dans le cas où la position de l'aube qui entoure le tirant et amé liore l'écoulement autour de lui est commandée depuis l'extérieur.
Un tirant cylindrique 64 est entouré d'une douille 60 qui porte l'aube directrice constituée par les tôles 61a et 61b. Cette douille se prolonge vers le haut en 90 et sort de la culotte en passant par des éléments d'étanchéité 91. Un levier 93 est fixé à l'extrémité de cette douille 60 par une clavette 92. L'extrémité 97 de ce levier est attachée à un dispositif mécanique (non représenté sur le dessin) qui permet de faire tourner la douille 60 et son prolongement 90 dans ses paliers et, par conséquent, d'entraîner l'aube direc trice 60, 61 en rotation.
Le tirant 64 se prolonge encore et traverse un fer plat rigide 94 qui s'appuie sur une collerette 95 soli daire de la culotte. A l'endroit où le levier 93 est atta ché au dispositif de commande extérieure, une ouver ture est prévue dans cette collerette 95 pour permet tre les déplacements de ce levier 93. Un écrou 96 transmet l'effort de traction qui provient du tirant 64 par l'intermédiaire de la rondelle 94, puis de la col lerette 95 à la culotte proprement dite.
Sur la fig. 6, un dispositif particulier a été repré senté permettant d'éviter que cette aube soit sujette à des vibrations. L'axe du tirant 64, au lieu d'être constitué par une barre cylindrique simple, présente plusieurs dents 62, tandis que l'intérieur de la douille 60, au lieu d'être constitué par un cylindre, présente également un nombre correspondant d'alvéoles 63. Le tout est disposé de manière que les dents de l'axe soient logées dans les alvéoles 63. Des jeux sont maintenus entre la douille 60 et l'axe 64.
Les cham bres comprises entre la douille et l'axe, de part et d'autre de chaque dent 62, qui sont à volume varia ble, sont remplies d'un liquide qui peut être le même que celui conduit par la culotte. Il est aisé de com prendre que des mouvements de vibration rapides de l'aube sont rendus impossibles par la présence de ce fluide freinant toute variation brusque du volume des chambres. Les mouvements lents par contre sont per mis. La fréquence admise dépend de la vitesse avec laquelle le fluide, par exemple de l'eau, peut passer d'une à l'autre des chambres existant entre l'axe 64 et la douille 60.
Sur le dessin, il a été représenté trois dents 62 et alvéoles 63, ce qui permet à l'aube de pivoter d'un angle de rotation légèrement inférieur à 120o. D'autres réalisations ayant au moins deux dents 62 et alvéoles 63 sont possibles, l'angle de pivotement maximum possible de l'aube dépendant du nombre de dents 62 et alvéoles 63. Ce système constitue un dis positif d'amortissement des mouvements de l'aube mobile.
En outre, au lieu de prévoir un seul tirant par culotte, il est possible d'en prévoir plusieurs. Cette même solution pourrait également s'appliquer à une culotte ayant une entrée 71 et plus de deux sorties, par exemple trois sorties 72, 73, 74 ainsi que le mon tre la fig. 7, et inversement. Sur cette figure, il a été prévu deux tirants 75, 76, respectivement 77, 78, situés dans le plan de symétrie de deux raccordements voisins.
La fig. 8 représente un élément de collecteur, res pectivement répartiteur. La conduite 82 constitue un embranchement dans la conduite principale 80, 81.
La présence de cet embranchement 82 provoque une ouverture latérale de forme sensiblement elliptique de la conduite principale 80, 81. Cette ouverture affai blit considérablement la section de raccordement. Pour résoudre ce problème, on utilise conventionnelle ment un collier de renforcement disposé selon le prin cipe de la fig. 1. En appliquant la solution énoncée ci-dessus à ce problème, ce renforcement est réalisé par la présence d'au moins un tirant 83 disposé dans l'embranchement et qui peut être profilé de manière à réduire les pertes de charge dans l'élément.
Ce tirant 83 peut donc être du même genre que le tirant 20 des fig. 2 à 4 ou que le tirant 64 des fig. 5 et 6 avec profilage en forme d'aube directrice. Toutefois, ce tirant 83 pourrait aussi être constitué par une tôle profilée ou incurvée du même genre que le tirant 15 des fig. 10 à 12.