CH631534A5 - Dispositif de raccordement et procede pour sa fabrication. - Google Patents

Dispositif de raccordement et procede pour sa fabrication. Download PDF

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Description

La présente invention est relative à un dispositif de raccordement résistant à la fatigue. Un tel dispositif agit à la fois à titre d'élément de prise ou de branchement pour instruments et à titre d'élément d'étanchéité et de jonction se disposant entre des sections à bride de tubes ou canalisations à haute pression.
La rupture due à la fatigue dans des installations à haute pression est un problème classique qui devient particulièrement important lorsqu'il existe de fréquentes variations de pression. Un exemple de domaine industriel, dans lequel des variations cycliques importantes de pression se présentent, est la polymérisation d'éthylène à haute pression.
La forme d'installation la plus courante que l'on utilise pour une polymérisation d'éthylène à haute pression est le réacteur tubulaire consistant en longues sections reliées en série de tubes à paroi épaisse. Pour permettre une entrée intermédiaire et un accès latéral à la zone de réaction, en des points se situant suivant la longueur de celle-ci, sans endommager ces tubes à paroi épaisse, il est de pratique traditionnelle de prévoir, entre les extrémités à bride de sections adjacentes de tube, des blocs de connexion assez massifs, illustrés par la fig. 2 du brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4008049. En raison des effets de concentration d'efforts résultant de lumières d'accès pour thermocouple ou autres trous perforés dans la paroi latérale des tubes de ce genre, ces blocs de connexion connus doivent être fabriqués de manière à présenter des parois exceptionnellement épaisses afin d'empêcher le développement de fissures dues à la fatigue dans ces blocs durant leur utilisation.
Le but de la présente invention est de prévoir un dispositif assurant les fonctions combinées d'élément de branchement pour instruments et de dispositif d'étanchéité et de connexion à la jonction existant entre deux sections de tube à bride.
Suivant la présente invention, le dispositif est conforme à la revendication 1. Une ouverture radiale taraudée peut être prévue de manière contiguë à chaque trou radial et en alignement concentrique avec celui-ci, et ce à travers le manchon externe pour l'adaptation de dispositifs latéraux de connexion ou de fixation, le diamètre de cette ouverture taraudée étant sensiblement plus grand que celui du trou radial contigu mais n'étant qu'une petite fraction, c'est-à-dire essentiellement moins de la moitié, de la longueur de ce manchon externe.
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Un procédé pour la fabrication du dispositif selon l'invention est conforme à la revendication 11. On peut arriver à des améliorations supplémentaires de la résistance à la fatigue d'un tel ensemble à deux manchons assemblés à retrait, en le soumettant à un traitement par pression interne réalisant un autofrettage.
L'invention sera mieux comprise encore grâce à la description suivante donnée, à titre d'exemple, avec référence aux dessins non limitatifs annexés.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un raccord élémentaire constituant le dispositif suivant l'invention, comportant deux branchements latéraux d'accès.
La fig. 2 est une vue similaire d'un autre raccord comportant des surfaces d'étanchéité spécialement conformées à chaque extrémité et à l'endroit des branchements latéraux d'accès.
La fig. 3 est une vue semblable d'un raccord dont la construction correspond essentiellement à celle du raccord de la fig. 2, sauf que le manchon interne s'étend au-delà de chacune des extrémités du manchon externe.
La fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 3.
La fig. 5 est une vue en coupe axiale d'un raccord ayant à peu près la même conformation finale que celle du raccord des fig. 3 et 4, mais qui est réalisé en enlevant une proportion externe importante du manchon externe sur une courte distance, et ce à chaque extrémité.
La fig. 6 est une vue semblable d'un raccord du même type général que celui de la fig. 5, sauf qu'il ne comporte qu'un seul branchement latéral d'accès et que l'épaisseur réduite du manchon externe est plus grande à une extrémité qu'à l'autre.
La fig. 7 est une vue en coupe axiale d'un cylindre à paroi épaisse, présentant une longueur suffisante pour pouvoir être subdivisé en plusieurs raccords individuels, cette vue montrant un exemple de répartition d'ouvertures radiales taraudées, localisées de façon appropriée afin de servir de branchements d'accès dans les raccords terminés.
La fig. 8 est une vue en coupe axiale d'un autre cylindre à paroi épaisse, essentiellement de la même longueur que celle du cylindre de la fig. 7 et présentant un diamètre externe qui n'est que légèrement supérieur au diamètre interne du cylindre de la fig. 7.
La fig. 9 est une vue en coupe de l'ensemble obtenu par un montage à retrait du cylindre de la fig. 7 sur le cylindre de la fig. 8, et ensuite par perforation de petits trous radiaux dans la paroi du cylindre interne, ces trous étant en alignement axial avec les ouvertures radiales taraudées du cylindre de la fig. 7.
La fig. 1 présente la construction à manchons combinés d'un raccord simple comportant deux branchements latéraux d'accès. Ce raccord comprend un manchon externe à paroi épaisse 12, monté à retrait de manière concentrique sur un manchon interne à paroi épaisse 10. Bien que l'expression à paroi épaisse puisse désigner des manchons ayant une épaisseur de paroi supérieure à environ 10% de leur diamètre interne, il est préférable d'utiliser des manchons dont le diamètre externe est d'au moins 40% supérieur à leur diamètre interne. Ce manchon interne 10 ne comporte ni parties taraudées ni d'autres points de concentration d'efforts, à part des trous radiaux 14. De manière contiguë à ces trous 14 et en alignement axial avec eux, des ouvertures taraudées de façon précise 16, d'un diamètre sensiblement plus grand, sont prévues dans le manchon externe 12 pour permettre la fixation d'accessoires d'accès ou de dispositifs à instruments de mesure et autres, et pour leur maintien en contact d'étanchéité avec le manchon interne 10.
Le raccord illustré par la fig. 2 est essentiellement de la même construction générale. Toutefois, on a prévu de légères modifications de forme pour assurer une étanchéité plus efficace à chaque extrémité du raccord et à l'endroit de chaque branchement latéral d'accès.
C'est ainsi qu'un siège conique 15 peu profond et formant un angle obtus (c'est-à-dire de plus de 100°, de préférence de 120 à 150°) est créé dans la périphérie extérieure du manchon interne 10, concentri-quement à chaque trou radial 14, et en outre chaque extrémité 11 du corps cylindrique composé présente une conicité légère pour que ce corps prenne une allure tronconique convexe correspondant de préférence à un angle de cône de révolution compris entre 120 et 170°.
Les fig. 3 et 4 présentent à nouveau un raccord comprenant le même agencement d'éléments fondamentaux. La modification principale de ce raccord particulier consiste en ce que le manchon externe à paroi épaisse 12 n'est pas aussi long que le manchon interne 10, ce qui laisse ainsi de courtes extensions formant moyeux de ce manchon interne, à chaque extrémité du raccord. Ces extensions s'utilisent comme guides d'alignement dans l'assemblage de tels raccords entre des sections de tube à bride pour haute pression, sections qui sont reliées entre elles grâce à ces raccords. Même en les considérant ensemble, ces extensions ne représentent qu'une petite fraction de la longueur totale du raccord, normalement pas plus d'environ 1/3 de cette longueur. En tout cas, pour assurer que le raccord combiné résultant à paroi épaisse présente une bonne répartition des efforts et une bonne résistance à la fatigue, le rapport entre la longueur du manchon externe 12 et le diamètre des trous radiaux 14 devrait toujours être d'au moins environ 6/1, de préférence d'au moins 8/1. Des bords légèrement arrondis 13 sont prévus pour les trous radiaux 14 à la périphérie intérieure du manchon interne 10, ainsi que de petits trous isolés d'échappement ou fentes 17 sont prévus verticalement dans le pas de vis des ouvertures 16, et ce afin de constituer une voie de purge pour toute fuite quelconque de fluide passant au-delà des sièges 15.
Les formes de réalisation des fig. 5 et 6 montrent comment le diamètre externe des extensions en forme de moyeu 18 peut être facilement modifié en réduisant l'épaisseur de paroi du manchon externe à l'une et l'autre extrémité de celui-ci. Comme illustré par la fig. 6, le diamètre externe de l'extension résultante formant moyeu peut ainsi être plus grand à une extrémité 18' qu'à l'extrémité opposée 18", de manière à adapter ainsi le raccord à la jonction de sections de tube de diamètres différents. En outre, on notera que la fig. 6 présente une autre variante, à savoir la prévision d'une seule ouverture latérale d'accès au lieu de deux.
Les raccords décrits seront normalement fabriqués en métaux à haute résistance, par exemple en aciers alliés de haute qualité. Une étape vitale du procédé de fabrication consiste en l'obtention d'un montage serré uniforme entre le manchon interne et le manchon externe qui est adapté à retrait sur le précédent. Cela exige, à son tour, que l'extrémité du manchon interne et l'intérieur du manchon externe soient réellement concentriques et lisses, le diamètre extérieur du cylindre interne étant supérieur, à une température donnée, au diamètre intérieur du manchon externe, et ce suivant une petite fraction de pour-cent. Pour les métaux particulièrement intéressants, la différence effective des diamètres en vue d'obtenir un montage serré solide se situera dans l'intervalle de 0,1 à 0,3%, car une telle différence crée une force de compression appropriée entre les manchons, tout en n'exigeant pas de chauffage excessif du manchon externe pour le dilater suffisamment afin d'y glisser intérieurement le manchon interne.
Le procédé général de fabrication est fortement simplifié en forant et en taraudant toutes les ouvertures radiales envisagées traversant la paroi latérale du manchon externe, avant le montage de celui-ci à retrait sur le manchon interne, tout en retardant le forage des trous radiaux et l'usinage s'y rapportant dans la paroi latérale du manchon interne, et ce jusqu'après la réalisation de la phase de montage à retrait. La prévision d'une telle séquence d'opérations assure l'obtention de la disposition coaxiale désirée entre les ouvertures taraudées du manchon externe et les trous radiaux contigus du manchon interne, et ce avec un minimum de difficulté.
En utilisant des aciers alliés de haute résistance et en suivant le procédé de fabrication décrit ci-dessus, on produit d'excellents raccords résistant à la fatigue, de diverses dimensions, c'est-à-dire d'un diamètre intérieur de 2,5 à 5 cm. Le diamètre extérieur correspondant du manchon interne utilisé dans de tels raccords sera généralement de 3,8 à 10 cm, ce qui suppose une différence de diamètre de 0,5 à 0,25 mm pour obtenir le montage serré désiré avec le manchon externe. Sous ce rapport, on a obtenu de meilleurs
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résultats lorsque la surface extérieure du manchon interne et la surface intérieure du manchon externe sont plus lisses que ce que l'on obtient lors d'un finissage traditionnel à la machine. En conséquence, il est préférable d'utiliser des techniques de meulage et de rectification intérieures pour réaliser l'ajustage final des dimensions de ces surfaces afin de leur donner un fini d'une rugosité maximale d'environ 400 [i.
Bien que l'on obtienne des raccords robustes et durables présentant une excellente résistance à la fatigue grâce aux techniques de fabrication à double manchon décrites ci-dessus, on peut encore améliorer la durée de vie utile des manchons sous des conditions de pressions élevées et variant fortement, créant des fatigues extrêmes, en soumettant les raccords à manchons combinés à un traitement d'autofrettage qui consiste en l'application d'une pression interne suffisante pour amorcer une déformation élastique ou un écrouissage partiel de la structure d'ensemble.
Lorsqu'on doit appliquer un tel traitement d'autofrettage, il est à conseiller de fabriquer les raccords au départ de pièces cylindriques plus longues que le raccord désiré afin de créer des parties extrêmes dilatables que l'on peut utiliser pour permettre les connexions nécessaires à une application interne des pressions d'autofrettage. Ces parties extrêmes peuvent ensuite être découpées et jetées, ce qui laisse le raccord ayant subi l'autofrettage sans rayures et sans défauts ou dégâts structuraux.
Toutefois, au lieu de fabriquer un seul raccord à la fois, il est évidemment très avantageux du point de vue économique d'utiliser, dans les procédés décrits ci-dessus, des éléments cylindriques à paroi épaisse d'une longueur suffisante pour qu'on puisse les subdiviser finalement en plusieurs raccords individuels, cela étant particulièrement vrai lorsqu'on utilise le traitement d'autofrettage, car on réduit ainsi la perte de matière sous la forme des parties extrêmes dilatables utilisées pour réaliser les connexions étanches à la pression d'autofrettage.
Les fig. 7, 8 et 9 illustrent cette technique de fabrication d'unités multiples.
La fig. 7 présente un manchon externe à paroi épaisse 24, dont la longueur est supérieure à celle de quatre raccords individuels, et ce d'une quantité suffisante pour donner des parties extrêmes dilatables désignées par les dimensions linéaires Ej et E2.
La zone centrale de ce manchon externe 24 comporte quatre ouvertures radiales taraudées 16 et 16' dans la paroi latérale supérieure, ces ouvertures étant espacées de manière uniforme les unes des autres et comportant des fentes ou trous d'échappement 17 et 17' prévus verticalement dans le pas de vis de ces ouvertures.
Diamétralement à l'opposé de chacune des deux ouvertures centrales 16', on a prévu des ouvertures radiales taraudées similaires 16" dans la paroi latérale inférieure, ces ouvertures comportant également des trous ou fentes d'échappement 17" dans leur pas de vis. 5, La fig. 8 présente un manchon interne à paroi épaisse 22 sur lequel le manchon externe 24 précédent doit être monté à retrait. En conséquence, le manchon 22 est essentiellement de la même longueur que le manchon 24 et il a un diamètre extérieur uniforme qui n'est que de quelques dixièmes de millimètre plus grand que le diamètre io intérieur du manchon 24, lorsque ces deux manchons se trouvent à la même température. En outre, la surface intérieure du manchon 24 et la surface extérieure du manchon 22 présentent un fini lisse, c'est-à-dire d'une rugosité qui n'est pas supérieure à environ 400 (t.
Finalement, la fig. 9 présente l'ensemble que l'on obtient en 15 provoquant la dilatation thermique du manchon 24 d'une manière suffisante pour y glisser intérieurement le manchon 22 et en assurant ensuite le retrait thermique du manchon 24 pour que ce dernier s'applique à retrait et à compression sur le manchon 22, ces opérations étant suivies par l'usinage des trous radiaux 14,14' et 14" 20 et des sièges coniques peu profonds associés 15,15' et 15" dans le manchon interne 22.
Si on le désire, le traitement d'autofrettage facultatif est réalisé de manière idéale sur l'ensemble terminé de la fig. 9,.grâce à des accessoires de connexion assurant une étanchéité à la pression et 25 appliqués aux sections dilatables Ex et E2, tandis que les ouvertures latérales d'accès sont obturées grâce à des bouchons amovibles maintenus en place par des écrous creux vissés dans les ouvertures 16, 16' et 16".
A titre de phase terminale de cette technique de fabrication 30 d'unités multiples, l'ensemble tel qu'illustré par la fig. 9 est découpé suivant les lignes en trait interrompu pour obtenir, après élimination des sections terminales dilatables Et et E2, quatre raccords individuels, c'est-à-dire deux raccords comportant un seul branchement latéral d'accès et deux raccords comportant deux branchements de ce 35 genre. La conception de chaque raccord est évidemment variable à volonté et le nombre des unités individuelles par ensemble peut évidemment varier considérablement aussi, par exemple depuis deux unités jusqu'à un nombre maximal déterminé par les dimensions des unités individuelles par rapport à la longueur globale des manchons .40 que l'on peut traiter dans les opérations de montage à retrait et les autres techniques de fabrication décrites. Dans la gamme la plus favorable de dimensions, on peut généralement arriver jusqu'à une longueur d'ensemble donnant six raccords individuels avant que l'on rencontre des difficultés indésirables d'alignement.
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1 feuille dessins

Claims (14)

631 534 REVENDICATIONS
1. Dispositif de raccordement résistant à la fatigue, destiné à servir d'élément de connexion de sections de tube subissant de hautes pressions et présentant des branchements, notamment pour instruments de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend un manchon externe monté à retrait sur un manchon interne, le manchon interne concentrique ne comportant pas de partie filetée et autres points de concentration d'efforts, sauf un ou deux trous radiaux prévus à peu près à mi-longueur de ce manchon, le manchon externe comportant une ouverture radiale taraudée, contiguë à chacun des trous radiaux et en alignement axial avec celui-ci, le diamètre de cette ouverture taraudée étant supérieur à celui du trou radial, mais n'étant qu'une fraction de la longueur de ce manchon externe.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un siège conique est formé à la périphérie extérieure du manchon interne, concentriquement à chacun des trous radiaux.
3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur du manchon externe à paroi épaisse est inférieure à la longueur du manchon interne, mais est égale à au moins six fois le diamètre du trou radial le plus grand pratiqué dans ce manchon interne.
4. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que deux trous radiaux sont prévus dans le manchon interne en étant localisés diamétralement à l'opposé l'un de l'autre.
5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de chacun des manchons est d'au moins 40% supérieur à son diamètre intérieur.
6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque extrémité du manchon interne présente une forme tronconique correspondant à un angle de cône de révolution, compris entre 120 et 170°.
7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le manchon externe est de la même longueur que le manchon interne.
8. Dispositif suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les extrémités du manchon externe présente également une forme tronconique constituant un prolongement de la forme tronconique des extrémités du manchon interne.
9. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le manchon externe est plus court que le manchon interne, en laissant un prolongement formant moyeu, de diamètre extérieur réduit, à chaque extrémité du dispositif.
10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les prolongements en forme de moyeux existant à chaque extrémité du manchon externe ont des diamètres extérieurs différents.
11. Procédé de fabrication du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'usinage de l'une ou des deux surfaces constituées par la surface intérieure d'un manchon plus grand et la surface extérieure d'un manchon plus petit, en vue de donner à ces manchons des dimensions diamétrales uniformes, de manière que le diamètre extérieur du plus petit manchon n'excède le diamètre intérieur du plus grand manchon que d'une fraction de pour-cent, le forage et le taraudage de toutes les ouvertures radiales taraudées envisagées dans la paroi latérale du plus grand manchon, la rectification de la surface intérieure du plus grand manchon et de la surface extérieure du plus petit manchon jusqu'à un fini d'au moins 400 jx, tout en prévoyant, pour assurer un montage serré, une différence de 1/10 à 3/10 de pour-cent entre l'intérieur du plus grand manchon et l'extérieur du manchon interne, le chauffage du plus grand manchon jusqu'à ce que son diamètre intérieur soit supérieur au diamètre extérieur du plus petit manchon, l'introduction du plus petit manchon dans le plus grand manchon chauffé, le refroidissement de ce plus grand manchon de manière qu'il s'adapte à retrait sur l'extérieur du plus petit manchon, et l'usinage, en alignement axial avec chaque ouverture forée et taraudée du plus grand manchon, d'un plus petit trou lisse dans la paroi du plus petit manchon, avec prévision d'un siège conique tout autour de la périphérie extérieure du trou.
12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'on choisit la longueur des manchons suffisamment supérieure à celle désirée pour le raccord terminé afin de prévoir ainsi, à chaque extrémité, des parties dilatables pouvant s'utiliser pour constituer des joints temporaires étanches à la pression et, après que le plus grand manchon a été adapté à retrait sur le plus petit manchon et que l'usinage de toutes les ouvertures a été réalisé, on réalise un traitement d'autofrettage de l'ensemble en appliquant des pressions internes à l'intérieur d'un tel ensemble, tout en maintenant temporairement des joints étanches à la pression aux deux extrémités et dans les ouvertures de paroi, les parties extrêmes dilatables étant découpées par la suite.
13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la pression interne appliquée durant le traitement d'autofrettage est suffisante pour amorcer une déformation élastique partielle ou un écrouissage de la structure combinée.
14. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la longueur des manchons, entre les parties extrêmes dilatables, est égale à au moins deux fois, de préférence à plus de deux fois, la longueur désirée pour un dispositif individuel terminé, de manière à pouvoir obtenir deux dispositifs individuels ou plus par enlèvement des parties extrêmes dilatables et découpage transversal du restant de l'ensemble en des points se situant à peu près à mi-chemin entre des ouvertures adjacentes de paroi.
CH744379A 1978-08-15 1979-08-14 Dispositif de raccordement et procede pour sa fabrication. CH631534A5 (fr)

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