Presse pour l'essai hydraulique des tuyaux à emboîtement
La présente invention a pour objet une presse pour l'essai hydraulique des tuyaux à emboîtement.
Comme on le sait, les tuyaux métalliques à emboîtement, par exemple les tuyaux en fonte sont, au cours d'essais soumis à de fortes pressions hydrauliques, dépassant largement leur pression de service, en vue de détecter des défauts éventuels et d'éliminer les tuyaux qui ne résistent pas à ces pressions d'essais ou présentent des fuites.
Les presses connues comportent un obturateur fixe sur lequel est plaquée une extrémité du tuyau à essayer et un obturateur mobile appliqué fortement sur l'autre extrémité du tuyau par un vérin de poussée. L'eau sous pression est introduite par l'un des deux obturateurs.
De telles presses sont équipées d'un vérin de force très importante afin d'appliquer de manière étanche les obturateurs contre les extrémités des tuyaux et de résister aux fortes pressions hydrauliques d'essais. Ces presses sont donc équipées de gros vérins d'un prix de revient élevé.
Par ailleurs, du fait de la poussée énorme du vérin sur l'une des extrémités du tuyau essayé, l'autre extrémité venant buter contre l'obturateur fixe, le tuyau est soumis à des efforts de flambage importants qui tendent à le déformer élastiquement. I1 en résulte que certaines criques que peut comporter la paroi des tuyaux sont resserrées élastiquement pendant l'essai de pression et s'opposent aux fuites, de telle sorte qu'elles peuvent ainsi échapper à la vérification et s'ouvrir à nouveau dès que le tuyau est dégagé de la presse et que rien ne s'oppose plus aux fuites.
Enfin, du fait que les presses connues sont actionnées par des vérins de grande force, leur bâti doit être renforcé par de forts tirants longitudinaux. De telles presses sont donc de dimensions importantes, lourdes et coûteuses.
L'invention a pour objet une presse pour l'essai hydraulique des tuyaux à emboîtement, laquelle présente, portés par un bâti, des organes d'obturation étanche des extrémités du tuyau à essayer, l'un fixe et consistant en un cylindre dans lequel est introduit le bout mâle de ce tuyau sans toucher le fond du cylindre au cours de l'essai, l'autre mobile destiné à s'appliquer sur la tranche d'extrémité de l'emboîtement, et des moyens d'amenée d'eau sous forte pression à travers l'un au moins de ces organes d'obturation, et étant caractérisée en ce que l'organe mobile d'obturation de la tranche d'emboîtement est combiné avec un dispositif de contre-appui destiné à servir d'appui à la surface externe arrière de l'emboîtement du tuyau pour retenir axialement ledit emboîtement à l'encontre de la poussée de l'organe mobile d'obturation,
en prenant lui-même appui sur le bâti.
Grâce à cet agencement, non seulement la presse allégée est d'un prix de revient moins élevé, mais encore les tuyaux essayés ne subissent plus de déformation par flambage, et les essais sont plus sûrs.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la presse selon l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique en élévation, avec coupes partielles, de la presse représentée au cours de l'essai d'un tuyau;
la fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1
la fig. 3 est une vue analogue à celle de la fig. 1 de la presse avant obturation étanche du tuyau;
la fig. 4 est une vue schématique correspondant à la fig. 3, mais à plus grande échelle, d'une partie du mécanisme d'obturation étanche du tuyau, en position avant obturation;
la fig. 5 est une vue analogue à celle de la fig. 4 de ce mécanisme en position d'obturation étanche d'un tuyau, et celle correspondant à la fig. 1.
La presse représentée est appliquée à l'essai de tuyaux en fonte T à extrémité à tulipe d'emboîtement E et à bout mâle cylindrique et uni U. Cette presse présente: un bâti A ;
des moyens Bt et B2 d'obturation des extrémités du tuyau T;
un mécanisme C de poussée sur l'extrémité à emboîtement du tuyau;
et un dispositif D de contre-appui de l'extrémité à emboîtement du tuyau, ce dispositif faisant l'originalité principale de la machine.
Bâti. - Il présente un socle 1 de grande longueur, supérieure à celle des tuyaux à essayer, des montants 2 vers les extrémités du socle, et des tirants longitudinaux 3 tendus entre les montants 2 d'extrémité. Sur ce bâti
A sont montés une paire de rouleaux 4 de guidage du fût des tuyaux T. Ces rouleaux 4 portés respectivement par les parties inférieure et supérieure du bâti se font vis-à-vis et sont espacés d'une distance correspondant au diamètre du tuyau. Chaque tuyau à essayer est amené à la presse par exemple sur un chemin de roulement R suivant une direction perpendiculaire à leur axe longitudinal.
Moyens d'obturation des extrémités du tuyau B1 et
B2 (fig. 1). - Le moyen B1 applicable à l'extrémité mâle U du tuyau T est fixé sur un montant 2 du bâti, il est constitué par un cylindre 5 d'axe XX, dans le fond duquel débouche un conduit 6 d'amenée d'eau sous forte pression pour l'essai du tuyau. Le cylindre 6 dont le diamètre interne correspond à celui externe des bouts mâles des tuyaux à essayer porte un joint d'étanchéité automatique, par exemple torique, 7 en saillie par rapport à sa surface interne. La profondeur du cylindre 5 doit être suffisante pour que l'extrémité U du tuyau T soit engagée et maintenue de manière étanche par le cylindre 5, sans buter contre le fond.
Le cylindre 5 porte un conduit de purge d'air contenu dans les tuyaux. Ce conduit de purge n'a pas été représenté.
Le moyen B2, constitué par un plateau obturateur 8 ou plateau de poussée, coaxial au cylindre 5 (axe XX) est applicable de l'autre extrémité, du côté de l'emboîtement du tuyau T. Ce plateau 8 a un diamètre correspondant à celui de la tranche de l'emboîtement E et est garni d'un joint torique 8a d'étanchéité. Dans ce plateau se trouve un orifice de purge d'air qui, pour des raisons de simplification, n'a pas été représenté.
Mécanisme C de poussée du plateau 8 (fig. 1).
Ce plateau 8 est monté sur une tige 9 d'axe XX prolongée par une vis 10, destinée à l'entraînement en translation axiale du plateau 8.
Cette vis 10 coopère avec un manchon 1 1 qui forme écrou, peut tourner dans des paliers 12 portes par des montants 2 du bâti et peut être immobilisé en translation par exemple par une bague 13. Une roue dentée 14 d'entraînement en rotation du manchon 1 1 est fixée sur celui-ci par exemple sur sa tranche d'extrémité. Cette roue dentée engrène avec une vis tangente 15 entraînée par un moteur M. Ce mécanisme à roue et vis est équipé d'un dispositif limiteur de couple L d'un type bien connu destiné à provoquer automatiquement l'arrêt du moteur M et par conséquent l'arrêt du déplacement du plateau obturateur 8 dès que le couple d'entraînement du manchon-écrou 1 1 dépasse une valeur prédéterminée correspondant à une certaine force de poussée sur la tranche d'emboîtement du tuyau T.
Dispositif E de contre-appui de l'emboitement du tuyau T (fig.l, 2 et 5). - Ce dispositif permet de réaliser une contre-poussée de l'emboîtement sur le plateau obturateur 8, indépendamment de la poussée exercée par la pression hydraulique. Ce dispositif permet en outre l'engagement du tuyau T dans le cylindre 5 et son extraction de ce cylindre.
I1 comporte quatre leviers ou crochets 16 de retenue ou de contre-appui répartis circulairement autour de l'axe XX (autour de l'emboîtement du tuyau T à essayer) sur un plateau support décrit plus loin, avec un écartement variable qui peut être inférieur ou supérieur au diamètre de la tranche d'emboîtement des tuyaux T.
D'une extrémité à l'autre, chaque levier 16 présente:
un bec 17 d'appui destiné à prendre appui sur un épaulement circulaire e de la tulipe d'emboîtement du tuyau,
des ailes ou nervures 18 de guidage susceptibles de coopérer avec des rampes de guidage décrites plus loin pour provoquer l'écartement ou le rapprochement des crochets 16 en vue de leur accrochage sur l'emboîtement du tuyau ou leur dégagement,
et un ressaut 19 de retenue destiné à prendre appui sur le bâti comme cela est précisé plus loin.
A leurs autres extrémités, les leviers 16 sont articulés par les axes 20 sur le plateau support mobile 21 pourvu à cet effet de nervures radiales 22 (fig. 2). Ces nervures sont par exemple au nombre de 4 paires disposées en croix et portant les axes d'articulation 20. Le plateau support 21 est solidaire d'un moyeu 23 susceptible de coulisser sur la tige 9 qui porte le plateau obturateur 8.
Cette tige 9 est clavetée coulissante en 23a dans le moyeu 23 pour empêcher sa rotation par rapport audit moyeu. Par ailleurs, ce moyeu 23 peut être solidarisé en translation avec la tige 9 par un système de verrouillage à bille 24. Le plateau support 21 est guidé dans ses déplacements axiaux par des barres de guidage 25, par exemple au nombre de deux, coulissant dans des manchons 26 portés par des montants 2 du bâti A.
Ce bâti est complété par un plateau 27 de contreappui fixé au socle 1 et aux tirants 2. Ce plateau est parallèle aux plateaux 8 et 21. Il comporte < fig. 1 et 5) un évidement central 28 destiné à être traversé par le plateau de poussée 8 et par les leviers 16, et quatre nervures 27a disposées en croix en saillie interne sur l'évidement central 28
d'une part, par un épaulement 29 de butée du ressaut 19 de l'un des crochets 16, les épaulements 29 étant orientés vers le plateau support 21 ;
et d'autre part, par des rampes de guidage des ailes 18 des crochets 16.
Ces rampes, au nombre de quatre groupes, sont doubles ; il est prévu
des rampes 30 de grand diamètre, de courbure convexe orientée vers l'axe XX, ces rampes servent de guidage à la face externe ou face périphérique des ailes 18 des crochets 16 ainsi qu'à la tranche externe des leviers 16 dans le prolongement des ailes 18
et des rampes 31 de petit diamètre, de courbure convexe orientée vers l'extérieur; elles servent de guidage à la face interne des ailes 18 des crochets 16.
Les rampes 30 et 31 ménagent entre elles un passage 32 de profil en T (fig. 2) correspondant à celui des crochets 16 au droit des ailes 18. Ce passage a dans le sens axial, c'est-à-dire dans un plan de coupe passant par l'axe XX, une section étranglée en venturi.
Le fonctionnement est le suivant: au départ, on supposera que la presse est dans la position de la fig. 3, le plateau de poussée 8 étant en position rentrée vers le mécanisme de poussée C et les crochets 16 opposés deux à deux étant écartés d'une distance supérieure au diamètre de la tranche d'emboîtement des tuyaux (fig. 4). La presse livre ainsi passage à un tuyau T à essayer qui est amené sur le chemin de roulement C transversal par rapport à elle.
Dans cette position d'effacement du plateau 8 et des crochets 16, le moyeu 23 du plateau support mobile 21 est en prise sur la tige 9 du plateau 8 par son dispositif de verrouillage 24. Les crochets 16 sont écartés par les rampes 30 et 31.
En particulier, les rampes 31 de petit diamètre empêchent le levier 16 qui se trouve au-dessus de l'axe XX de retomber vers celui-ci par gravité tandis que les rampes de grand diamètre 30 coopérant avec la face externe des ailes 18 limitent l'écartement des autres leviers.
Un tuyau est donc amené sur le chemin de roulement
C entre les rouleaux de guidage 4, dans l'axe XX du cylindre 5 et du plateau de poussée 8.
Le moteur M est mis en marche, le plateau obturateur 8 s'avance vers la tranche de l'emboîtement E du tuyau T en entraînant le plateau 21 des crochets 16 grâce au verrouillage à bille 24. Le plateau 8 atteint la tranche de l'emboîtement du tuyau T puis pousse celui-ci axialement et introduit son bout mâle U dans le cylindre 5.
Simultanément, et avant que le bout mâle n'ait atteint le fond du cylindre 5, les ailes 18 des crochets 16 franchissent le passage 32 entre les rampes 30 et 31 et les becs 17 des crochets 16 qui dépassent l'épaulement circulaire e de la tulipe d'emboîtement se rapprochent grâce aux rampes 30 pour servir de retenue audit épaulement de la tulipe. Lorsque les ressauts 19 des crochets 16 butent contre les épaulements de retenue 29 des nervures 27a du plateau de contre-appui 27 (fig. 1 et 5), les crochets 16 et leur plateau support 21 cessent d'avancer.
Les crochets 16 se trouvent alors en position refermée sur l'épaulement e de la tulipe d'emboîtement et empêchent de pousser le tuyau jusqu'au fond du cylindre 5.
Cependant, lorsque l'arrêt du déplacement axial du tuyau se produit, le plateau obturateur 8 n'est pas encore en contact étanche avec la tranche de l'emboîtement E.
Le moteur M continuant de tourner, la tige 9 du plateau 8 se désolidarise du moyeu 23 du plateau support 21 par effacement élastique de la bille du dispositif de verrouillage 24 et le plateau 8 poursuit son avance vers la tranche de l'emboîtement du tuyau. I1 n'a d'ailleurs qu'une très faible course à accomplir pour assurer l'étanchéité sur la tranche de l'emboîtement. En effet, après l'arrêt du plateau 21, le plateau de poussée 8 ne tarde pas à subir une réaction de contre-poussée de la tranche de l'emboîtement retenue par les becs 17 des crochets 16. Lorsque cette réaction est telle que le couple de rotation du mécanisme réducteur à roue 14 et vis sans fin 15 dépasse la limite pour laquelle le limiteur de couple L est réglé, le moteur M s'arrête automatiquement.
Le plateau obturateur 8 est alors en contact étanche avec la tranche d'emboîtement du tuyau.
Le tuyau est alors prêt à l'essai. Il est purgé d'air comme connu en soi, puis de l'eau sous forte pression est introduite par le conduit 6. L'étanchéité est parfaitement assurée du côté du bout mâle U par le cylindre 5 et son joint 7 et du côté de l'emboîtement par le plateau obturateur 8 pourvu également du joint d'étanchéité torique 8a.
Le comportement du tuyau sous forte pression est soigneusement étudié; après l'essai le conduit 6 est mis à la décharge et par conséquent le tuyau T vidé de son eau. Puis le moteur M est mis en rotation en sens inverse du sens précédent. Le plateau de poussée 8 recule alors sans toutefois entraîner le plateau 21 ni les crochets 16 étant donné que le moyeu 23 est désolidarisé de la tige 9 du plateau 8. Après une faible course de recul de plateau 8, le dispositif de verrouillage à bille 24 revient en prise sur la tige 9 sous l'action de son ressort. Le plateau 8 continuant de reculer entraîne alors le plateau 21 et les crochets 16. En reculant, ces crochets en prise sur l'épaulement e de la tulipe d'emboîtement exercent une traction sur cet épaulement et retirent du cylindre 5 le bout mâle du tuyau T.
Au fur et à mesure de ce recul, les ailes 18 des leviers 16 s'engagent de nouveau dans le passage 32 entre les rampes 30 et 31. Les crochets 16 s'écartent donc progressivement et finissent par libérer complètement le tuyau. Celui-ci dégagé peut alors être évacué sur le chemin de roulement R.
Les principaux avantages de la presse décrite sont les suivants:
Grâce au dispositif de contre-appui (plateau 27, crochets 16, plateau support mobile 21, moyeu 23 et dispositif de verrouillage à bille 24) la poussée sur la tranche d'emboîtement est encaissée directement par le bâti par l'intermédiaire des crochets 16 et du plateau 27 de sorte que seule la couronne externe de l'emboîtement se trouve comprimée, le reste du corps du tuyau n'étant soumis à aucune contrainte de compression longitudinale.
Il en résulte que le tuyau T ne subit aucun effort de flambage et que, de plus, les criques ou microretassures éventuelles ne subissent pas de déformations élastiques tendant à les refermer provisoirement pendant l'essai, ce qui risquerait de les faire échapper à la vérification.
Par ailleurs, grâce à l'emploi pour l'avance du plateau mobile d'un mécanisme de poussée à vis et écrou, le plateau mobile est bloqué par l'irréversibilité du système et ne peut donc reculer sous l'effet de la pression hydraulique élevée régnant dans le tuyau. Il suffit donc que le plateau mobile 8 exerce contre la tranche de l'emboîtement la poussée strictement nécessaire pour assurer l'étanchéité du joint d'emboîtement. Cette poussée varie suivant le diamètre du tuyau et est de l'ordre de 25 à 30 X 103 newton (environ 2,5 à 3 tonnes) pour un tuyau d'un diamètre nominal de 300 mm.
L'emploi du limiteur de couple permet d'ailleurs de régler cet effort de poussée à celui juste nécessaire compte tenu du diamètre nominal des tuyaux à essayer.
L'effort de poussée engendré sur les fonds par la pression à laquelle est soumis le tuyau et qui se trouve bien entendu proportionnel à la surface de l'orifice du tuyau est encaissé par les tirants du bâti qui doivent être calculés en conséquence. Par exemple, pour un tuyau d'un diamètre nominal de 300 mm, soumis à une pression d'épreuve de l'ordre de 80 bars (environ 80 kg/cm2), cet effort de poussée est de l'ordre de 800 X 103 newton (environ 80 tonnes).
Avec une presse d'un type classique dans laquelle l'ensemble du tuyau est comprimé entre les deux fonds par un vérin hydraulique, celui-ci devrait non seulement pour résister aux efforts de poussée mais aussi pour éviter le recul du plateau mobile sous l'effet de cette poussée, compte tenu des fuites inévitables du vérin, développer un effort de poussée de l'ordre de 1100 X 103newton (environ 110tonnes). On voit que, grâce à l'invention, l'effort sur les tirants est réduit dans un rapport d'environ 4/1 à 10/1. Par ailleurs, le prix d'un mécanisme de poussée tel que décrit est incomparablement moins onéreux que celui d'un mécanisme de poussée par vérin avec pompe à haute pression fonctionnant pendant toute la durée de l'essai.
Les crochets 16 et leurs ressauts 19 ainsi que le dispositif de verrouillage 24, permettent de solidariser les crochets 16 avec le plateau de poussée 8, ce qui est indispensable pour permettre à ce dernier de s'appliquer de manière étanche sur la tranche d'emboîtement sans exercer de poussée de flambage sur le tuyau T.
Les rampes 30 et 31 et la forme des leviers 16 et de leurs ailes 18, permettent le rapprochement et l'écartement automatiques des crochets 16.
Le plateau de poussée 8, permet d'engager par son pont mâle U le tuyau T amené sur le chemin de roulement C dans le cylindre 5.
Après l'essai, le bout mâle U peut être dégagé du cylindre 5 sans utiliser d'appareils de manutention supplémentaires grâce aux crochets 16.
Le plateau de poussée 8 et les crochets 16 constituent donc avantageusement un dispositif de manutention axiale des tuyaux T.
Il est possible d'envisager un dispositif de poussée par vérin comme dans les presses usuelles; il ne subsiste plus que l'avantage d'absence de flambage pour le tuyau puisque, dans ce cas, c'est le vérin qui doit encaisser l'effort de poussée totale, ce qui impose l'emploi d'un vérin de fortes dimensions pourvu d'un dispositif d'alimentation à haute pression.
La presse est adaptable à différents diamètres de tuyaux en prévoyant des cylindres 5 et des plateaux 8 de poussée interchangeables suivant les différents diamètres et, sur les nervures radiales 22 du plateau support 21, différents trous de montage des articulations 20 des extrémités des crochets 16 espacés radialement.
Au lieu que les nervures 27a comportant les rampes 30 et 31 soient directement solidaires du plateau de contre-appui 27, les nervures 27a peuvent être rapportées sur le plateau 27 et être réglables radialement suivant les diamètres des tuyaux à essayer.
Enfin, la presse peut être adaptée à différentes longueurs de tuyaux en prévoyant, comme connu en soi, un manchon amovible de longueur appropriée, emboîté à une extrémité dans le cylindre 5 et dont l'autre extrémité de forme identique à celle du cylindre 5 reçoit l'extrémité du tuyau plus court.