FR2467347A1 - Tuyau flexible et procede de sa fabrication - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un tuyau flexible et son procédé de fabrication. Ce tuyau comprend un tube noyau 1 en matière élastique, une bande de renforcement 2 présentant en section transversale un profil en Z dont les deux ailes sont conjuguées en gradin, cette bande étant enroulée en spirale autour du tube de telle sorte que l'aile supérieure de chaque spire s'appuie sur l'aile inférieure de la spire voisine, une couche intermédiaire 5 en une matière élastique, au moins une paire d'armatures 6, 7 formées par des fibres renforçantes 8, 9 parallèles et une enveloppe protectrice en matière élastique 10, la section transversale de la bande 2 se présentant sous forme d'un parallélogramme. Le tube selon l'invention peut être utilisé pour amener des fluides dans des conditions de grandes différences de pression. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention se rapporte aux éléments de machines et, plus précisément, à un tuyau flexible et a son procédé de fabrication.

Le tuyau flexible de l'invention présente le plus d'intérêt pour le transport de fluides moteurs soumis a des charges élevées, intérieures et extérieures, qui prévalent, par exemple, dans les industries pétrolière et chimique, dans celles du ga et du charbon ainsi que dans la technique aérospatiale et dans les installations hydrauliques marines.

Parmi les charges en question sont à mentionner en premier lieu la force axiale, les pressions excessives intérieure et extérieure ainsi que le couple de torsion. Il est important que, soumis à de telles charges, le tuyau flexible garde la forme de sa section transversale et sa souplesse, sans qu'il soit pour autant nécessaire de recourir à des techniques complexes et impliquant une fabrication onéreuse.

Les tuyaux flexibles de ce type sont depuis relativement longtemps devenus l'objet de nombreuses recherches dans l'aviation et dans la technique marine, ce qui n'empêche pas le problème de prendre, ces dernières années, de l'ampleur, en raison même d'une large expérimentation spatiale et de la mise en valeur des hauts fonds continentaux.

L'analyse des techniques antérieures indique que le problème en question n'a pas été résolu jusqu'ici de manière tout a fait satisfaisante.

On connaît, par exemple, un tuyau flexible conçu pour transporter les fluides moteurs sous des pressions élevés et, en même temps, pour bien résister a la traction (cf. le brevet français No. 21 42764 publié le 9 mars 1973).

Ce tuyau flexible comprend un tube noyau en caoutchouc, renforce par plusieurs couches de fibres métalliques enroulées en hélice par rapport à l'axe du tuyau.

La couche intérieure et la couche extérieure sont enroulées, par rapport a l'axe dudit tuyau, suivant des angles dont la différence est de 6 a 800.

Les fibres métalliques de toutes les couches résistent a la traction et permettent de conserver la forme de la section transversale du tuyau lorsque celui-ci est faiblement courbé dans les conditions où se font sentir simultanement une pression excessive intérieure et un faible effort axial de traction.

Le tuyau flexible en question est cependant inutilisable dans le cas d'une charge extérieure, répartie ou localisée, par exemple, lorsqu'il se produit une pression exessive extérieure. Serré radialement, le tuyau flexible de ce type ne bénéficie plus de la stabilité de sa section transversale car les couches de fibres métalliques ne peuvent s'opposer à la pression radiale.

On connaît un autre tuyau flexible qui, de par sa conception, devrait supporter sans se déformer une pression excédante intérieure et un effort axial de traction aussi bien qu'une pression excessive extérieure (cf. le brevet d'U.R.S.S. No. 668625 publié le 15 octobre 1979).

Selon la description, ce tuyau flexible comprend un tube noyau en matériau élastique sur lequel est enroulée en spirale une bande plate en matériau rigide (par exemple en métal). Cette bande forme une ossature de renforcement de forme cylindrique revêtue d'une couche intermédiaire de matériau élastique. Ladite couche intermédiaire porte enroulées en croix deux couches de tiges profilées. Chacune desdites tiges est enroulée de telle manière que la dimension maximale de sa section transversale soit celle mesurée radialement. Ces tiges sont enroulées symétrîquerient sous un angle allant jusqu'à 400.

Bien entendu, la présence des tiges enroulées sous de tels angles permet au tuyau de supporter, sans se rompre, des efforts axiaux de traction et des pressions excessives intérieures. Cependant, si l'on met un tel tuyau dans un milieu dont la pression dépasse celle de l'intérieur du tuyau, un gradient de pression de 4 à 5 kg/cm2 peut déjà être la cause d'une déformation dudit tuyau flexible et, par là-même, provoquer la déstabilisation de sa section transversale. Ce phénomène est dû à ce que la pression ambiante agit librement,par les espaces séparant les tiges profilées (surtout lorsque le tuyau subit une traction), sur la couche intermédiaire de matériau élastique et, ainsi, sur l'ossature de renforcement formée par une bande plate.

La rigidité d'une telle ossature est faible dans le sens radial, et n'est aucunement renforcée par les tiges profilées qui ne résistent individuellement qu'à la traction. Dépourvuedesoutien, l'ossature de renforcement est sollicitée localement à l'intérieur du tuyau flexible. Les spires de la bande plate s'écartent alors les unes des autres, ce qui peut aboutir à rompre 1' étanchéité du tuyau. Naturellement, ces inconvénients ne se font sentir qu'à un gradient de pression supérieur à 4 ou 5 kg/cm2.

On peut considérer la conception du tuyau flexible lancé par la Société "Cofelxip S-.A." comme plus avantageuse (cf. le prospectus "Coflexip flexible pipe for offshore industry", 1979).

Le tuyau flexible considéré comprend un tube noyau fait en matériau élastique, une bande profilée présentant en section transversale un profil en Z, ladite bande étant enroulée en spirale sur ledit tube.

Le profil en Z de la bande est dû à deux ailes conjuguées en gradin par un élément montant. Chacune des ailes se présente sous la forme d'une cornière par le bord de laquelle elle vient s'appuyer contre l'aile opposée de la spire voisine de la bande. L'épaisseur de chacune des ailes est sensiblement inférieure (de cinq à dix fois) à la hauteur du profil de la bande.

(Cette forme de réalisation de la bande n'est qu'une des versions du profil en S).

Les cornières des spires voisines de la bande étant associées comme décrit, on arrive à limiter la voie d'allongement de l'ossature de renforcement formée par la bande dans la direction axiale.

L'ossature de renforcement formée par la bande profilée est revêtue par une couche intermédiaire de matériau élastique. Cette couche intermédiaire porte au moins une paire d'armatures constituées par des ensembles de fibres renforçantes parallèles les unes aux autres et enroulées de manière sensiblement symétrique. Les fibres renforçantes sont, en l'occurrence, des fils en acier enroulés, par rapport à l'axe du tuyau flexible, suivant un angle de 40 à 600.

Le tuyau flexible est pourvu par ailleurs d'une enveloppe protectrice faite, elle aussi, en matériau élastique.

L'avantage Incontestable du tuyau flexible considéré est celui d'être adapté pour résister à trois types de charges: - effort axial de traction, - pression excessive intérieure, et - pression excessive extérieure.

La résistance suffisante que le tuyau flexible oppose à la pression excessive intérieure est due au fait que l'ossature de renforcement comporte une bande profilée et que toute la garniture du tuyau flexible est rendue étanche par une enveloppe protectrice. Tout en présentant les avantages sus-mentionnés,
le tuyau flexible considéré garde sa souplesse également.

Cependant, la fabrication de ce tuyau exige que l'on recoure à des matériaux de premier choix et, de ce fait, chers,tels que: aciers alliés, titane, etc. Cela s'explique par le fait que l'épaisseur relativement faible des ailes est nécessaire pour assurer un accouplement fiable de leurs cornières car les angles d'enroulement des fibres renforçantes étant comme indiqué plus haut, lesdites fibres ne sont pas susceptibles de parer à tout l'effort axial de traction souhaité. Par conséquent, les cornières raccrocheuses sont surtout indispensables pour préserver le caractère continu de l'ossature de renforcement, c'est-à-dire éviter tout risque d'écartement des spires de la bande l'une de l'autre sous l'effet de la traction.

Pour cette raison et du fait que la technique de profilage de la bande est assez compliquée, le renforcement de ladite bande par accroissement de l'épaisseur de ses ailes s'avère pratiquement impossible.

Par ailleurs, l'aile supérieure de chacune des spires ne s'appuie contre l'aile inférieure de la spire voisine que par une partie étroite de la cornière, d'où les caractéristiques physiques et mécaniques élevées, y compris la dureté parfaite, que doit présenter le matériau à partir duquel on produit la bande profilée. Et ce n'est pas par hasard que l'ossature de renforcement est renforcée à son tour par des armatures comprenant des fibres renforçantes composées de fils en acier à haute résistance.

il y a lieu maintenant de faire remarquer que la robustesse de l'ensemble de l'ossature de renforcement est sensiblement fonction de la solidité d'un seul accouplement, le plus faible, des spires voisines de la bande constituant ladite ossature. C'est justementlaraison pour laquelle la technique de fabrication de la bande profilée etdel'ossature de renforcement elle-meme doit satisfaire à des normes très sévères.

L'invention vise donc un tuyau flexible dont les armatures sont structurées et l'ossature de renforcement conçue de telle sorte que l'on puisse recourir pour sa fabrication à des matériaux non-onéreux, sans pour autant nuire a la solidité dudit tuyau.

Le problème posé est résolu en ce que dans un tuyau flexible du type comprenant: un tube noyau en matériau élastique, une ossature de renforcement formée par une bande profilée présentant en section transversale un profil en
Z dont les deux ailes sont conjuguées en gradin, cette bande étant enroulée en spirale sur ledit tube de telle sorte que l'aile supérieure de chacune des spires soit disposée au-dessus de l'aile inférieure de la spire voisine, une couche intermédiaire de matériau élastique appliquée sur l'ossature de renforcement, au moins une paire d'armatures formées par des ensembles de fibres renforçantes parallèles les unes aux autres et enroulées en opposition sur ladite couche intermédiaire, ainsi qu'une enveloppe protectrice faite, elle aussi, en matériau élastique, selon l'invention, chacune des ailes susmentionnées présente la section transversale d'un quadrilatère ou parallélo- gramme dont la hauteur est égale à la demi-hauteur du profil de la bande, l'aile superieure de chacune des spires repose directement sur l'aile inférieure de la spire voisine, les faces terminales des ailes supérieures de même que celles des ailes inférieures sont orientées de manière à se regarder, tandis que les fibres renforçantes de chacune des armatures sont enroulées, par rapport à l'axe du tuyau, suivant un angle de O à 200.

On a constaté que, le tuyau flexible étant conçu comme décrit, tout l'effort axial de traction est reçu par les fibres renforçantes constituant les armatures. C'est pourquoi on n'a plus besoin de cornières ou analogues pour réunir les spires de la bande profilée formant l'ossature de renforcement et pour limiter le déplacement des spires les unes par rapport aux autres dans le sens axial. Ainsi, l'absence de tout effort axial de traction agissant sur l'ossature de renforcement permet de se débarrasser de l'élé- ment le plus délicat constitué par les cornières accouplant les spires de la bande les unes aux autres. Cela simplifie sensiblement la technique de fabrication de la bande profilée et permet de recourir à cet effet à des matériaux bon marché tels que aciers de construction à faible teneur en carbone et aciers à outils.

D'autre part, les ailes supérieures de la bande profilée sont placées sur les ailes inférieures sur à peu près toute leur surface.

Par conséquent, il n'y a pas motif à une usure localisée de la bande,analogue à celle qui est constatée dans le flexible conçu antérieurement.

Cela permet de recourir pour la fabrication de la bande profilée à des ma tériaux présentant une dureté sensiblement plus faible.

Tous ces facteurs permettent de prolonger la longévité et d'améliorer la fiabilité du tuyau flexible en diminuant par la même occasion son prix de revient.

Lorsqu'il s'agit d'un tuyau flexible prévu pour le fonctionnement sous l'action continue d'une charge de traction axiale dynamique, il est avantageux que la couche intermédiaire de matériau élastique présente un bourrelet en spirale disposé au-dessus du joint des faces terminales des ailes supérieures des spires de la bande. Dans le cas d'un brusque effort axial de traction, on voit d'abord se déformer le tube noyau et ensuite la couche intermédiaire, d'où s'ensuit le redressement du bourrelet en spirale, et c'est alors seulement qu' entrent en jeu les fibres renforçantes.

Pour le travail à de très grandes profondeurs, il est avantageux d'utili
ser une version caractérisée en ce qu'entre l'ossature de renforcement et l'armature inférieure constituée par des fibres renforçantes enroulées suivant un angle de O à 200 est intercalée au moins une couche de bande profilée analogue enroulée dans le sens opposé.

Une forme préférée de réalisation du tuyau flexible est caractérisée en ce qu'entre la couche intermédiaire de matériau élastique et la paire d'armatures constituées par des fibres renforçantes enroulées suivant un angle de 0 à 20 , est placée une couche de fibres renforçantes enroulées suivant un angle de 30 à 600.

Cette forme de réalisation du tuyau flexible est susceptible de résister au couple de torsion et à l'effort axial de compression. Dans ce cas, la rigidité du tuyau flexible est proportionnelle à la grandeur du couple de torsion.

Soumises aux charges mentionnées ci-dessus, les fibres renforçantes enroulées suivant un angle de 30 à 600 et qui, de ce fait, voient augmenter leur angle d'enroulement, enserrent davantage l'ossature de renforcement en faisant se serrer les spires de la bande et en rendant par là-même très rigide ladite ossature.

Afin d'assurer le travail concerte de toutes les couches et parer au risque d'usure par frottement des fibres renforçantes, il est avantageux que la couche sus-mentionnée, constituée par des fibres renforçatrices enroulées suivant un angle de 30 à 60 , soit revêtue d'une couche intermédiaire sup plementaire de matériau élastique.

Les meilleures caractéristiques du point de vue de l'exploitation, sont pré~ sentées par un mode de réalisation du tuyau flexible, selon lequel les faces terminales des ailes de la bande profilée portent des saillies longitudinales, et des rainures correspondantes dans lesquelles ces saillies s'introduisent lors du rapprochement des spires de la bande les unes par rapport aux autres.

Ce tuyau flexible est bien souple à l'état non-chargé et aussi lorsqu'il est soumis à une charge axiale de traction. Pourtant, une fois soumis à l'effet d'un effort axial de compression ou d'un couple de torsion, le tuyau flexible en question devient un tube rigide, les rainures et les saillies qui sont pre- vues sur les faces terminales des ailes assurant un accouplement fiable des spires.

Il est avantageux que les ailes formant le profil de la section transversale de la bande présentent la forme de parallélogramme. De cette façon, les faces terminales des ailes considérées par spire ontuneforme conique, ce qui contribue à l'autocentrage des spires au rapprochement.

Le même effet est obtenu dans le mode de réalisation du tuyau flexible caractérisé en ce que les faces terminales des ailes,dont la section transversale présente la forme d'un parallélogramme, sont arrondies et présentent des rayons de courbure égaux. La forme arrondie des faces terminales rend le tuyau flexible plus souple à l'état non-chargé.

Le problème posé est également résolu en ce que, dans un procédé de fabrication de tuyau flexible, du type consistant à appliquer sur un tube noyau une bande profiléeenrouléeau préalable en spirale, à revêtir l'ossature de renforcement formée par la bande profilée par une couche intermédiaire de matériau élastique en fixant simultanément ladite couche à la bande, à enrouler des armatures et à appliquer une enveloppe protectrice, selon l'invention, avant de procéder à l'application de la couche intermédiaire, le tube noyau est fixé à la bande profilée et étiré axialement et maintenu ainsi jusqu'à ce que l'enveloppe protectrice soit appliquée, après quoi, on libère le tube en question de la charge de traction.Cela permet d'enrouler les armatures sur la surface cylindrique uniforme de la couche intermédiaire et d'obtenir un bourrelet en spirale sur ladite couche intermédiaire des que la charge axiale de traction est supprimée.

il est a souligner que, l'état initial étant repris, le tube noyau intérieur ne présente aucun gaufrage, ni d'autres irrèoularités.

D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non-limitatif.

La Figure 1 représente le tuyau flexible, objet de l'invention, en coupe axiale partielle.

La Figure 2 représente en coupe un fragment du tube noyau et de l'ossature de renforcement formée par la bande profilée.

La Figure 3 représente la version du tuyau flexible renforcé pour résister aux pressions excessives intérieures.

La Figure 4 représente la version du tuyau flexible muni d'une couche intermédiaire façonnée selon l'invention.

La Figure 5 représente, en coupe axiale, un fragment du tube noyau, de l'ossature de renforcement et de la couche intermédiaire façonnée a l'état étiré avant la vulcanisation.

La Figure 6 représente le même fragment que la Figure 5 lorsque le tuyau reprend son état initial.

La Figure 7 représente la version du tuyau flexible où l'ossature de renforcement est formée selon l'invention par deux couches de bande profilée.

La Figure 8 représente la version du tuyau flexible muni selon l'invention d'une armature supplémentaire.

La Figure 9 représente, à échelle agrandie, un fragment du tube noyau et de la bande profilée présentant des saillies et des rainures selon l'invention.

La Figure 10 représente la bande profilée selon la version où ses ailes ont en section transversale une forme de parallélogramme conformément à l'invention.

La Figure 11 représente une version du tuyau flexible analogue à celle donnée par la Figure 10, exception faite des faces terminales des ailes de la bande profilée qui, selon l'invention, sont arrondies, ici.

Le tuyau flexible conforme â l'invention comprend un tube noyau 1 (cf.

la Figure 1), réalisé à partir d'un matériau élastique. En tant que matériau élastique, on peut employer des élastomères tels que caoutchoucs naturel ou synthétique, polyamides, polyuréthanes, etc. On peut voir enroulée en spirale sur le tube noyau 1 une bande profilée 2 réalisée à partir d'un matériau dont le module d'élasticité va de 6-104 a 4,5.106 kg/cm2.

En particulier, on peut réaliser la bande profilée 2 a l'aide de mentaux et leurs alliages, ainsi que de certaines matières plastiques dures telles que le polypropylène et similaires.

La bande profilée 2 est enroulée par rapport a l'axe géométrique du tuyau flexible suivant un angle pris dans une gamme de 60 a 850.

En section transversale, la bande profilée 2 présente un profil en Z dû à la conjugaison de deux ailes 3 et 4 profilées en rectangle. La hauteur de chacune des ailes 3 et 4 est égale à la moitié de la hauteur h du profil de la bande 2 (cf. la Figure 2). La bande profilée 2 est enroulée d'une manière telle que les spires voisines se recouvrent en partie, comme il ressort bien des Figure#s 1 et ?. L'aile supérieure 3 de chacune des spires de la bande 2 repose sur l'aile inférieure 4 de la spire voisine. Les faces terminales des ailes supérieures 3, de même que les faces terminales des ailes inférieures 4, sont orientées de manière à se faire face.Enroulée comme décrit, la bande profilée 2 donne naissance à une ossature de renforcement de forme cylindrique qui permet de préserver la forme de la section transversale du tuyau, lorsque celui-ci est soumis à la flexion ou bien lorsque se font sentir des charges radiales importantes, par exemple, les pressions excessivesà partir de l'intérieur ou de l'extérieur.

L'ossature de renforcement formée par la bande profilée 2 est recouverte par une couche intermédiaire 5 de matériau-élastique. On voit, enroulée, sur la couche intermédiaire 5, au moins une paire d'armatures 6 et 7.

L'armature 6 est constituée par un ensemble de fibres renforçantes parallèles 8.

Les fibres renforçantes 8 sont enroulées suivant un angle a par rapport à l'axe géométrique du tuyau flexible, lequel angle a est choisi dans une gamme de O à 200. La deuxième armature 7, est enroulée en opposition par rapport a l'armature 6. L'armature 7 est constituée par un ensemble de fibres renforçantes parallèles 9, enroulées suivant un angle a1 par rapport à l'axe du tuyau flexible. Les valeurs des angles al et a sont égales et choisies dans une gamme allant de O à 200.

L'armature 7 est recouverte d'une enveloppe protectrice 10. Ladite enveloppe protectrice 10 est réalisée, elle aussi, a partir d'un matériau élastique.

Il est bien évident que le tuyau flexible conforme à l'invention peut comprendre, outre les éléments constituants décrits, d'autres éléments flexibles de renforcement. Le nombre d'armatures n'est pas, lui non plus, limité au nombre donné plus haut. Par exemple, la Figure 3 représente le tuyau flexible en version renforcée pour mieux résister à une pression excessive régnant à l'intérieur. Selon cette forme de réalisation, le tuyau flexible présente, entre la couche intermédiaire 5 et l'armature 6, deux autres armatures 11 et 12 enroulées symétriquement. Les armatures 11 et 12 supplémentaires sont constituées par des ensembles de fibres renforçantes, respectivement 13 et 14, lesquelles fibres sont enroulées suivant des angles t3 et ss, par rapport à l'axe géométrique du tuyau flexible.Les valeurs des angles ss et ssl sont égales et choisies dans une gamme allant de 75 à 900.

La couche intermédiaire 5, appliquée sur la bande profilée 2, peut présenter une même épaisseur sur toute la longueur du tuyau flexible.

Pourtant, on préfère le tuyau flexible selon la version représentée dans la Figure 4. Selon cette forme de réalisation, la couche intermédiaire 5 de matériau élastique présente un bourrelet 15 en spirale, située au-dessus du joint entre les faces terminales des ailes supérieures 3 des spires de la bande 2.

Pour plus de détails sur la géométrie du bourrelet 15 présenté par la couche intermédiaire 5 et sa disposition, on peut se référer à la Figure 6.

Lors de la mise au point de cette forme de réalisation du tuyau flexible, on s'est rendu compte de l'impossibilité d'y aboutir à l'aide des procédés connus, du fait que ceux-ci ne permettaient pas de munir la couche intermédiaire 5 d'un bourrelet en spirale 15 disposé exactement au-dessus du joint entre les faces terminales des ailes supérieures 3 de la bande 2.

Il y a lieu ici de remarquer que tout écartement, même minime, du bourrelet 15 vis-à-vis du joint, réduisait à zéro l'effet attendu.

Par ailleurs, il était pratiquement impossible d'enrouler uniformement les fibres renforçantes 8 et 9 (cf. la Figure 4) sur la couche inrermêdiaire 5 lorsqu'un bourrelet 15 y figurait. C'est pourquoi, on a mis au point un procédé de fabrication du tuyau flexible conforme au mode de réalisation objet de la Figure 4.

Le procédé en question comprend l'exécution des opérations suivantes:
Selon l'invention, on recouvre le tube noyau 1 d'une bande profilée 2 courbée au préalable en spirale. La bande 2 est fixée ensuite audit tube noyau 1, après quoi on le soumet à un étirement axial. Puis, sur l'ossature de renforcement qui est formée par la bande profilée 2, on emmanche une ébauche tubulaire 16 en matériau élastique (cf. la Figure 5). On fixe ensuite l'ébauche tubulaire 16 à la bande profilée 2.

Les parois de l'ébauche tubulaire 16 présentent une même épaisseur sur toute la longueur du tuyau flexible. On enroule sur l'ébauche tubulaire 16 des armatures 6 et 7 (cf. la Figure 5). Le tout étant revêtu d'une enveloppe protectrice 10, le-tuyau ainsi confectionné est soumis au chauffage en vue de ramollir le matériau élastique et de lui conférer des propriétés mécaniques voulues (par exemple, en vue de la vulcanisation). Ensuite, on libère le tube noyau 1 et l'ossature de renforcement formée par la bande profilée 2 de la charge axiale de traction. Sous l'effet de leur propre élasticité, le tube noyau 1 et l'ossature de renforcement reprennent leur état initial.

Il en résulte une réduction du pas d'enroulement de la bande profilée 2 et, par là même, des espacements entre les faces terminales de ses ailes supérieures 3. Ainsi, l'ébauche tubulaire 16 solidement fixée à la bande profi lée 2, se contracte en donnant naissance à un bourrelet en spirale 15 qui remplit tout l'espace libre existant entre les faces terminales des ailes supérieures 3 (cf. la Figure 6). Dans ce cas,le bourrelet en spirale 15 se dispose exactement au-dessus du jo-int entre les faces terminales des ailes supérieures 3 de la bande 2.

En ce qui concerne l'ossature de renforcement, il n'est pas obligatoire qu'elle soit constituée par une seule couche de la bande profilée 2. Le nombre desdites couches peut être de deux et plus. Lorsque l'ossature de renforcement est formée par au moins deux couches des bandes profilées 2 et 17 (cf. la Figure 7), celles-ci doivent être enroulées en opposition l'une par rapport à l'autre. Lorsque l'ossature de renforcement comprend un nombre de couches supérieur à deux, une condition doit être remplie selon laquelle le sens d'enroulement des bandes dans les couches voisinés doit être oppose l'un à l'autre.

Examinons maintenant la version du tuyau flexible représentée Figure 8.

Comme il ressort bien de la figure considérée, le tuyau flexible conforme à ce mode de réalisation comprend tous les éléments constituants illustrés par la Figure 1. Le trait particulier de cette version est une armature 18 intercalée entre la couche intermédiaire 5 et la paire d'armatures 6 et 7.

L'armature 18 est due à l'enroulage de fibres renforçantes 19 suivant un angle y par rapport à l'axe géométrique du tuyau flexible. L'angle y est choisi dans une gamme allant de 30 à 600. Selon l'invention, l'armature 18 est recouverte d'une couche intermédiaire 20 supplémentaire, en matériau élastique, sur laquelle est enroulée directement l'armature 6.

Les meilleures caractéristiques au point de vue des possibilités d'exploitation sont propres au mode de réalisation du tuyau flexible représenté dans la Figure 9. Conformément a ce mode de réalisation, les faces terminales des ailes 3 et 4 de la bande profilée 2 présentent des saillies longitudinales 21 et des rainures correspondantes 22.

On conçoit bien que la section transversale des saillies 21 et des rainures 22 peut avoir des formes variées (par exemple, celle d'un quadrilatère).

La condition principale déterminant la forme de ladite section transversale se limite â la possibilité dont les saillies 21 doivent disposer de s'introduire facilement dans les rainures 22 avec un rapprochement des spires de bande les unes des autres.

Cette condition est largement remplie, par exemple, lorsque la bande profilée 2 se présente dans la version illustrée sur la Figure 10.

Selon cette forme de réalisation, les ailes supérieures et inférieures, respectivement 3 et 4, formant le profil de la section transversale de la bande 2, ont la forme de parallélogramme. Alors, les extrémités pointues des ailes 3et 4 jouent le rôle des saillies 21, tandis que les rainures 22 sont délimitées par les extrémités pointues des ailes inférieures 4 et par le tube d'appui 1 ainsi que par les extrémités pointues des ailes supérieures 3 et par les surfaces, voisines de celles-ci, des ailes inférieures 4.

il n'est pas obligatoire que les faces terminales des ailes 3 et 4 soient plates, elles peuvent être formées, aussi bien, par des surfaces curvilignes. Par exemple, la Figure 11 représente un mode de réalisation de la bande profilée avec des courbures des faces terminales des ailes 3-et 4.

Tout en présentant la forme de parallélogramme, les ailes 3 et 4 sont réalisées d'une manière telle que les rayons de courbure de leurs faces terminales soient égaux.

Lors du transport des fluides moteurs dans les conditions où se manifestentdes charges intérieures et extérieures, le tuyau flexible, faisant l'objet de l'invention, fonctionne de la manière suivante:
Réalisé comme représenté sur la Figure 1, il peut être mis en service dans les conditions où se manifestent, simultanément ou alternativement, des facteurs tels que pressions excessives intérieure et extérieure ainsi qu'un effort axial de traction. En état de fonctionnement ou non, le tuyau flexible en question est toujours bien souple.L'effort axial de traction qui s'exerce est paré normalement par les fibres renforçantes 8 et 9 des armatures 6 et 7..deme sous l'action d'une pression excessive extérieure, la forme de la section transversale du tuyau flexible reste invariable grâce à la présence de l'ossature de renforcement constituée par la bande profilée 2.

Lorsque le tuyau est soumis à la flexion, on voit les jeux, dans les joints entre les ailes supérieures 3, augmenter d'un côté du tuyau et diminuer de l'autre. C'est-à-dire que les spires de la bande profilée 2 s'écartent les unes des autres sur la surface de grand rayon de courbure (tout en continuant cependant à se chevauche# et se serrent les unes aux autres sur la surface de petit rayon de courbure.Un agrandissement dangereux du jeu, dans le joint entre les ailes supérieures 3, est empêché par les fibres renforçantes 8 et 9 des armatures 6 et 7. Etant donné que les fibres renforçantes 8 et 9 sont enroulées par rapport à l'axe du tuyau flexible, suivant un angle de O à 200 et forment des éléments axialement tout à fait rigides, elles limitent la voie d'allongement du tuyau sans supprimer cependant sa souplesse.La pression excessive intérieure agit sur le tube noyau 1, lequel la transmet, en se déformant, sur l'ossature de renforcement formée par la bande profilée 2 que l'on voit revêtue plus,par les armatures 6 et 7 constituées des fibres renforçantes 8 et 9, d'où la forme invariable du tuyau en section transversale.

Le mode de réalisation du tuyau flexible, objet de l'invention, représente sur la Figure 3, est adapté pour résister à une pression excessive intérieure plus importante. Dans le cas considéré, la plus grande partie de la charge radiale, qui se fait sentir sous l'effet de la pression excessive agissant àl'intérieur, est supportée par les fibres renforçantes 13 et 14 des armatures supplémentaires 11 et 12.

Concernant tous les avantages décrits ci-dessus, le mode de réalisation du tuyau flexible représenté sur la Figure 4 permet, en outre, d'amortir des charges dynamiques (par exemple, efforts axiaux violents,chocs hydrauliques, etc.). Le tuyau flexible étant soumis à un effort axial de traction, qui se manifeste dynamiquement, ce sont le tube noyau 1, la couche intermédiaire 5 et l'enveloppe protectrice 10 qui sont exposés en premier lieu à une déformation élastique. Il en résulte une absorption partielle de l'énergie de la charge axiale. Selon le degré de la déformation axiale, le bourrelet 15 de la couche intermédiaire 5 disparaît, les fibres renforçantes 8 et 9 se dressent et commencent à résister à l'effort principal de traction. Ainsi, en cas de charge axiale dynamique, les armatures 6 et 7 se mettent en jeu progressivement, ce qui permet d'améliorer sensiblement la fiabilité et la longévité du tuyau flexible.

Soumis à la traction et aux pressions excessives,intèrieure ou extérieure, le tuyau flexible selon la version représentée sur la Figure 7 fonctionne d'une manière en principe analogue à celle qui vient d'être décrite.

Cependant, la pression excédante intérieure ou extérieure est parée, le moment venu, par la bande profilée 2 aussi bien que par la couche cons tituée par la bande profilée analogue 17. Ceci permet l'exploitation du mode de réalisation considéré dans des conditions plus dures de fonctionnement, par exemple, dans de grandes profondeurs.

Le mode de réalisation du tuyau flexible, objet de l'invention, represente sur la Figure 8 peut résister parfaitement, non seulement à la traction axiale ou à une pression excessive, intérieure ou extérieure, mais aussi à la compression exercée axialement et aux couples de torsion
Ce mode de réalisation est susceptible de résister à la compression axiale, en présentant alors les propriétés d'un tube rigide, il peut en même temps être bien souple en l'absence d'un couple de torsion et d'une charge de compression axiale. Cela s'obtient à l'aide de l'armature 18 dont les fibres renforçantes 19 sont enroulées, par rapport à l'axe du tuyau flexible, suivant un angle de 30 à 600.

En l'absence d'une charge quelconque agissantdel'extérieur, les je#ux existant normalement entre les ailes supérieures 3 de la bande profilée 2 assurent la souplesse du tuyau flexible. il en résulte que le tuyau flexible, objet de l'invention, peut être enroulé sur une bobine en vue du stockage ou du transport. En présence d'une pression excessive intérieure et/ou extérieure ainsi que d'une charge axiale de traction, le mode de réalisation considéré fonctionne de manière analogue, dans les grandes lignes,à celle décrite plus haut.Mais, lors de la compression axiale du tuyau flexible, les ailes su périeures 3 de la bande profilée 2 se rapprochent les unes des autres, les jeux les séparant disparaissent, tandis que l'angle d'enroulement des fibres renforçantes 19 augmente et s'approche de la limite supérieure qui, en l'occurrence, est de 600. Ceci aboutit à ce que le tuyau flexible devient une structure rigide.Lamêmetransfo?mation du tuyau flexible peut être observée lorsque celui-ci est soumis à un couple de torsion. Sous l'effet dudit couple, l'angle d'enroulement des fibres renforçantes 19 augmente également.

Alors, l'armature 18 serre sur l'ossature de renforcement formée par la bande profilée 2 et, par là-même, contribue à augmenter sa rigidité et sa stabilité. Il est bien évident que plus grande est la valeur du couple de torsion, plus grandes sont la rigidité et la stabilité du tuyau flexible.

Une rigidité et une stabilité en fonctionnement nettement plus grandes caractérisent le mode de réalisation du tuyau flexible, objet de l'invention, représenté par les Figures 9 et 11 des dessins annexés.

Lors d'une compression axiale, de même que sous l'action d'un couple de torsion, les spires de la bande profilée 2 se rapprochent les unes des autres.

Les saillies 21 s'introduisent dans les rainures 22 en limitant ainsi les risques de déplacement relatif des spires de la bande 2 les unes par rapport aux autres dans le sens radial. Il en résulte une augmentation sensible de la stabilité du tuyau flexible.

Les particularités de ce mode de réalisation qui viennent d'être mentionnées, permettent son utilisation en tant que tube de forage. L'autocentrage des spires de la bande profilée 2 est dû, en l'occurrence, à la configuration des ailes 3 et 4 donnée sur les Figures 10 et 11. Dans ces cas, les saillies 21 et les rainures 22, considérées par spire, présentent la forme d'un cône et d'un solide de révolution sphérique, respectivement, ce qui aboutit, lors du rapprochement réciproque des spires de la bande,2, de leur centrage.

On peut utiliser le tuyau flexible selon l'invention et ses variantes pour la'amenée de fluides moteurs dans des conditions de charges élevées externes et internes. Il est surtout avantageux d'utiliser ce tuyau dans les industries pétrôliére et chimique, dans celles du gaz et du charbon ainsi que dans la technique aérospatiale et dans les installations hydrauliques marines.

Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les appli#cations envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.

Claims (9)

REVEND ICAT IONS

1.- Tuyau flexible, du type comprenant un tube noyau en matériau élastique, une ossature de renforcement (2) formée par une bande profilée en Z dont la section transversale présente deux ailes (3, 4) conjuguées en gradin, ladite bande étant enroulée en spirale sur ledit tube (1) de telle sorte que l'aile supérieure (3) de chacune des spires soit disposée au-dessus de l'aile inférieure (4) de la spire voisine, une couche intermédiaire (5) de matériau élastique appliquée sur l'ossature de renforcement (2), au moins une paire d'armatures (6, 7) formées par des ensembles de fibres renforçantes paralleles les unes aux autres et enroulées en opposition sur ladite couche intermédiaire (5) ainsi qu'une enveloppe protectrice (10) faite également d'un matériau élastique, tuyau caractérisé en ce que chacune des ailes (3, 4) susmentionnées définît en section transversale un quadrilatère dont la hauteur est égale à la demihauteur du profil de la bande (2), en ce que l'aile supérieure (3) de chacune des spires repose directement sur l'aile inférieure (4) de la spire voisine, et en ce que les faces terminales des ailes supérieures, de même que les faces terminales des ailes inférieures, sont orientées de manie à se regarder tandis que les fibres renforçantes (8, 9) de chaque armature t6, 7) sont enroulées, par rapport à l'axe du tuyau, suivant un angle de O à 200.

2.- Tuyau flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (5) de matériau élastique présente un bourrelet (15) en spirale disposé au-dessus du joint des faces terminales des ailes supérieures (3) des spires de la bande (2).

3.- Tuyau flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente, intercalée entre l'ossature de renforcement (2) et l'armature inférieure (6) constituée par des fibres renforçantes enroulées suivant un angle de O à 20 , au moins une couche de bande profilée (17) analogue enroulée dans le sens opposé.

4.- Tuyau flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une couche de fibres renforçantes (18) enroulées, par rapport à l'axe du tuyau, suivant un angle de 30 à 600, ladite couche étant disposée entre la couche intermédiaire (5) de matériau élastique et la paire d'armatures (6, 7) susmentionnées constituées par des fibres renforçantes enroulées suivant un angle de O à 200.

5.- Tuyau flexible selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la couche (18) susmentionnée de fibres renforçantes enroulées suivant un angle de 30 à 600 est recouverte par urie couche intermédiaire supplémentaire (20) de matériau élastique.

6.- Tuyau flexible selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les faces terminales desailes (3,4) de la bande profilée (2) présentent des saillies (21) longitudinales etdes rainures (22)correspondantes, dans lesquelles les saillies (21) s'introduisent au rapprochement des spires de bande les unes des autres.

7.- Tuyau flexible selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ailes (3, 4)formant le profil de la section transversale de la bande (2) ont la forte de parallélogramme.

8.- Tuyau flexible selon la revendication 7, caractérisé en ce que les faces terminales des ailes (3, 4) ayant en section transversale la forme de parallélogramme sont arrondies et présentent des rayons de courbure égaux.

9.- Procédé de fabrication de tuyau flexible selon la revendication 2, du type consistant à appliquer sur un tube noyau une bande profilée déformée au préalable en spirale, à revêtir l'ossature de renforcement, formée par la bande profilée, par une couche -intermédiaire de matériau élastique en fixant simultanément ladite couche à la bande, à enrouler des armatures et à appliquer une enveloppe protectrice, caractérisé en ce que, avant de procéder à l'application de la couche intermédiaire, on fixe te tube noyau à la bande profilée et on l'etire axialement pour le maintenir ainsi jusqu'à ce que l'enveloppe protectrice soit appliquée, après quoi, on libère le tube de la charge axiale de traction.