FR2728051A1 - Dispositif de raccordement pour tubes hautes pressions - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de raccordement d'une extrémité d'un tube (1, 2) en matière thermoplastique ayant une face terminale libre (3, 4), ledit tube comprenant, de l'intérieur vers l'extérieur, une couche interne (3), une armature (5) constituée par des fils assemblés dans une matrice et une couche externe d'enrobage (7) de l'armature, le dispositif comportant un manchon de liaison (17) et un joint d'étanchéité annulaire (23) disposé à l'intérieur du manchon de liaison (17). Le manchon de liaison (17) présente au moins un taraudage axial (19, 21) coopérant avec un filetage extérieur associé (13, 15) du tube (1, 2) sur une longueur axiale au moins trente fois supérieure au diamètre des fils constituant l'armature dudit tube et que ledit joint d'étanchéité (23) est compressible et est adjacent à une extrémité dudit taraudage axial.

Description

La présente invention concerne un dispositif de raccordement pour tubes en matière thermoplastique renforcée par une armature constituée par des fils assemblés dans une matrice et en particulier pour tubes véhiculant des fluides à hautes pressions.

Jusqu'à présent les canalisations pour le transport à haute pression des gaz et liquides ont été réalisées en acier ou en fonte.

Au cours de ces dernières années, un intérêt grandissant pour les canalisations en matière plastique s'est développé. Mais leur usage s'avérait inadapté pour les hautes pressions du fait de leur faible résistance. Ainsi, des bandes en matière thermoplastique, armées de fils d'aramide, destinées à renforcer des tubes en matière thermoplastique et notamment en polyéthylène haute densité ont été développées.

Ces bandes de très haute résistance à la rupture et à très faible allongement sont enroulées et soudées autour d'un tube primaire. Chaque couche de bande augmente la résistance du tube et le banderollage s'effectue de manière hélicoidale en couches croisées. Les bandes sont réalisées de préférence dans la même matière thermoplastique que le tube.

Il est donc maintenant possible de produire des tubes de gros diamètres (100 à 1000 mm) en matière thermoplastique, renforcés pour des utilisations à très haute pression (70 bars par exemple pour le transport du gaz).

Toutefois, le problème du raccordement d'une extrémité d'un tube à celle d'un autre tube ou à un élément métallique tel que vanne ou pompe s'avère délicat. En particulier, l'extrémité du tube à raccorder présente un risque important d'effilochage de son armature en cas de modification de la géométrie du tube sous l'effet d'une forte pression intérieure.

On connaît par exemple le système de raccordement qui prévoit le banderollage des extrémités de deux tubes par une bande d'armature de même nature que celle utilisée pour le renfort de ces tubes, l'ensemble étant ensuite chauffé afin de réaliser une soudure. Ce type de raccordement requiert une mise en oeuvre précise, difficilement réalisable sur un chantier. De plus, le procédé est inopérant lorsqu'il s'agit de raccorder un tuyau à un élément métallique.

On connaît également des raccords pour tubes en matière thermoplastique, constitués d'un insert tubulaire denté s'emmanchant à l'intérieur de l'extrémité du tube et, éventuellement, d'un collier de cerclage assurant un serrage du tube sur l'insert. Ce type de raccord présente l'inconvénient majeur de créer un col d'étranglement au niveau de l'insert, engendrant une perte de charge du fluide dans le tube. De plus, la fiabilité d'un tel raccord diminue pour les très hautes pressions sous l'effet desquelles le diamètre du tube à raccorder a tendance à augmenter.

L'objectif principal de l'invention est de réaliser un dispositif de raccordement pour tubes en matière thermoplastique renforcés par une armature constituée par des fils assemblés dans une matrice, lequel dispositif permette de raccorder l'extrémité d'un tube à celle d'un autre tube ou à un élément métallique sans diminution de la résistance et de l'étanchéité du raccord à haute pression ni perte de charge.

Un autre objectif de l'invention est de réaliser un dispositif de raccordement qui soit d'une mise en oeuvre simple sur un chantier.

Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de raccordement dune extrémité d'un tube en matière thermoplastique ayant une face terminale libre, ledit tube comprenant, de l'intérieur vers l'extérieur, une couche interne, une armature constituée par des fils assemblés dans une matrice et une couche externe d'enrobage de cette armature.

Selon l'invention, le dispositif comporte un manchon de liaison présentant au moins un taraudage axial coopérant avec un filetage extérieur du tube ménagé dans la couche externe d'enrobage, ce taraudage s'étendant sur une longueur axiale au moins trente fois supérieure au diamètre des fils constituant l'armature dudit tube, et un organe d'étanchéité annulaire compressible disposé à l'intérieur du manchon en un emplacement adjacent à une extrémité dudit taraudage axial.

Ainsi, en absence de pression ou pour les très basses pressions, le filetage du tube coopère avec le taraudage axial du manchon de liaison pour maintenir la face terminale du tube en pression contre le joint et assurer ainsi l'étanchéité. Lorsque la pression augmente, le tube (qui possède une capacité d'allongement circonférentielle plus élevée que celle du manchon) subit une augmentation de diamètre sous l'effet de la pression intérieure, de sorte que sa paroi extérieure est serrée contre le manchon qui, quant à lui, ne subit qu'une augmentation de diamètre très faible.

Ainsi, plus la pression à l'intérieur du tube augmente, plus le serrage du tube dans le manchon de liaison augmente lui aussi pour renforcer l'ancrage de la couche d'enrobage du tube sur le manchon.

Par ailleurs, bien que la liaison entre le manchon de liaison et les fils d'armature du tube ne soit pas positive, c'est-à-dire que la reprise des efforts ne soit pas assurée par les fils d'armature du tube mais fasse intervenir la matière plastique d'enrobage, qui est de faibles caractéristiques mécaniques, un arrimage efficace de toute l'armature et de sa couche d'enrobage est obtenu en raison de l'importance de l'étendue longitudinale du cerclage réalisé par le manchon autour du tube. On a en effet constaté par l'expérience qu'en réalisant un serrage du tube sur une surface s'étendant longitudinalement sur une longueur d'au moins trente fois supérieure au diamètre des fils d'armature du tube, on obtient une liaison par friction dont la résistance à l'arrachement est supérieure à la résistance à la rupture de l'armature.

On a donc réalisé un raccordement mécanique étanche, simple et particulièrement efficace aux hautes pressions du tube avec le manchon rigide. En outre, le dispositif ne crée aucun rétrécissement intérieur au niveau du raccordement qui peut donc être effectué sans perte de charge.

Avantageusement, le taraudage du manchon de liaison et le filetage extérieur du tube comportent plusieurs filets parallèles.

Pour un dispositif spécifiquement adapté au raccordement des extrémités de deux tubes, le manchon de liaison présente deux taraudages coaxiaux, séparés par une gorge intérieure à l'intérieure de laquelle est disposé l'organe d'étanchéité. Avantageusement alors, la gorge dans laquelle est disposée le joint d'étanchéité est sensiblement plus large que ce joint. Avantageusement encore, les taraudages axiaux du manchon de liaison sont réalisés en sens inverses l'un de l'autre.

Selon un autre mode de réalisation, le manchon de liaison est pourvu, au voisinage d'une de ses extrémités axiales, d'une collerette radiale de raccordement. Ce mode de réalisation est particulièrement bien adapté au raccordement d'une extrémité de tube à un élément métallique tel qu'une vanne ou pompe.

Selon un mode de réalisation avantageux de l'organe d'étanchéité annulaire, celui-ci comporte une bague d'étanchéité dont le diamètre intérieur est voisin du diamètre intérieur du tube et dont les flancs présentent chacun une gorge annulaire à l'intérieur de laquelle est logée un joint torique compressible ayant une section de diamètre supérieur à la profondeur de la gorge.

Avantageusement alors, le manchon de liaison comporte un épaulement intérieur dont le diamètre intérieur est voisin du diamètre intérieur du tube et l'organe d'étanchéité est disposé dans une gorge circulaire ménagée inté rieurement dans le manchon de liaison entre l'épaulement précité et le taraudage axial.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatif en relation avec les figures ci-jointes, parmi lesquelles
- la figure 1 est une vue extérieure montrant un tube renforcé par deux bandes en matière thermoplastique armées de fils d'aramide et enrobées d'une couche externe
- la figure 2 est une vue suivant la flèche F de la figure 1
- la figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'invention, illustrant le raccordement de deux tubes semblables à celui des figures 1 et 2
- la figure 4 est une vue en coupe par un plan axial du dispositif de la figure 3
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, illustrant le raccordement d'un tube à un élément métallique;;
- les figures 6 et 7 sont des vues analogues à la figure 4, illustrant une variante de réalisation de l'organe d'étanchéité annulaire.

Aux figures 1 et 2 on a représenté un tube 1 comprenant, de l'intérieur vers l'extérieur, une couche interne 3 en matière thermoplastique, telle que du polyéthylène haute densité, renforcée par une couche d'armature 5.

Cette couche est constituée de fils d'aramide assemblés dans une matrice en matière thermoplastique sous forme de deux bandes 5a et 5b enroulées selon un banderollage hélicoidal et croisées. Ces deux bandes d'armature sont soudées autour de la couche interne 3 et enrobées d'une couche externe 7. Cette couche d'enrobage protège les bandes de renfort du tube et offre une surface extérieure sensiblement lisse.

Aux figures 3 et 4, on a représenté un dispositif de raccordement selon l'invention, conçu pour raccorder les extrémités de deux tubes 1 et 2 semblables à celui qui vient d'être décrit. Ces tubes 1 et 2 comportent des faces termina- les libres respectivement référencées 9 et 11. Aux extrémités à raccorder de chacun des tubes 1 et 2 sont respectivement ménagés dans la couche d'enrobage 7 des filetages extérieurs 13 et 15, l'un de ces filetages étant réalisé à droite, c'est-à-dire à vissage dans le sens horaire, tandis que l'autre est réalisé à gauche, c'est-à-dire à vissage dans le sens anti-horaire. La profondeur du filetage réalisé devra être inférieure à l'épaisseur de la couche d'enrobage 7 afin de ne pas affaiblir la couche d'armature 5.

Les extrémités à raccorder des tubes 1 et 2 sont disposées à l'intérieur d'un manchon de liaison 17 qui enveloppe les tubes 1 et 2. Ce manchon de liaison, qui est ici réalisé en une seule pièce métallique, possède une résistance à l'allongement circonférentiel plus élevée que celle des tubes 1 et 2. Autrement dit, sa capacité d'allongement circonférentiel sous l'effet d'une pression interne, exercée par les tubes 1 et 2 sous pression, est inférieure à celle de ces tubes.

Le manchon de liaison 17 présente deux taraudages coaxiaux 19 et 21 qui coopèrent respectivement avec les filetages 13 et 14 des tubes 1 et 2. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les taraudages 19 et 21 s'étendent tous deux sur une longueur axiale au moins trente fois supérieure au diamètre des fils d'armature. Dans l'exemple illustré, le filetage 13 est un filetage à droite et le taraudage 19 du manchon 17 est lui aussi à droite, tandis que le filetage 14 et le taraudage 21 sont tous les deux à gauche. Inversement, il serait également possible de réaliser le filetage 13 et le taraudage 19 à gauche tandis que le filetage 14 et le taraudage 21 seraient alors réalisés à droite.

Un joint d'étanchéité annulaire 23 est disposé entre les faces terminales 9 et 11 des tubes 1 et 2. Ce joint, qui est compressible, est logé dans une gorge circu laire 25 qui est ménagée intérieurement dans le manchon de liaison 17 en séparant les taraudages 19 et 21 de ce manchon.

La gorge 25 est sensiblement plus large que le joint 23, ce qui permet à ce joint de conserver une mobilité axiale lors du montage, tout en étant maintenu à l'intérieur du manchon 17 lorsque les tubes 1 et 2 ne sont pas encore en place.

Pour raccorder les tubes 1 et 2 à l'aide du dispositif de raccordement selon l'invention, il suffit de placer les extrémités à raccorder des tubes 1 et 2 en contact avec chacune des extrémités du manchon de liaison 17 et de faire tourner ce manchon dans un sens de vissage prédéterminé. Comme les taraudages axiaux 19 et 21 du manchon de liaison 17 sont réalisés en sens inverses l'un de l'autre, les filetages 13 et 15 sont alors vissés simultanément dans les taraudages 19 et 21. Ce vissage se poursuit jusqu'à ce que le joint annulaire 23 soit convenablement comprimé par les faces terminales libres 9 et 11 des tubes. La mobilité axiale du joint 23 à l'intérieur du manchon 17 permet de tolérer d'éventuelles imperfections de symétrie des positions des faces terminales 9 et 11 des tubes 1 et 2 à l'intérieur du manchon 17 en fin de vissage.Afin de faciliter ce vissage, on peut avantageusement réaliser des filetages et des taraudages comportant plusieurs filets hélicoidaux parallèles. On comprend qu'avec de tels taraudages à filets multiples, le pas de chaque filet hélicoidal, est multiplié, en comparaison à un taraudage à filet simple, par le nombre de filets. Le vissage du manchon sur les tubes est ainsi accéléré, ce qui diminue encore le temps de montage nécessaire au raccordement.

Lors de l'établissement de la pression à l'intérieur des tubes 1 et 2, l'étanchéité du raccord est assurée dans un premier temps grâce aux taraudages 19 et 21 qui coopèrent avec les filetages 13 et 14 pour maintenir les tubes 1 et 2 l'un vers l'autre avec leur face terminale 9 et 11 en appui contre le joint 23 qui est ainsi comprimé entre elles. Aux figures 4 et 5, on a symbolisé par des flèches P la pression qui s'exerce contre les parois internes des tubes 1 et 2. Lorsque cette pression augmente, le diamètre des tubes augmente sensiblement. Les tubes 1 et 2 exercent donc un effort de poussée radial sur le manchon de liaison 17.

Comme ce dernier possède une capacité d'allongement circonférentiel inférieure à celle des tubes 1 et 2, il subit une augmentation de diamètre beaucoup moins importante que celle des tubes. I1 se produit par conséquent un serrage radial des tubes 1 et 2 dans le manchon 17. Ce serrage radial tend à contrer un effort d'arrachement des tubes accompagnant leur augmentation de diamètre sous l'effet de la pression. Plus la pression à l'intérieur des tubes augmente, plus le serrage augmente lui aussi. On comprend que l'ancrage réalisé entre les filetages 15 et 19 et les taraudages 19 et 21 n'interne vient que lors de la montée en pression à l'intérieur des tubes, pour assurer un contact étanche entre les faces terminales 9 et 11 des tubes 1 et 2 et le joint d'étanchéité 23.Lorsque la pression est établie, les taraudages 19 et 21 et les filetages 15 et 19 ne constituent plus que des aspérités renforçant l'ancrage des tubes dans le manchon.

Par ailleurs, lorsque le serrage est établi, la reprise des efforts de retrait longitudinaux fait intervenir la matière plastique de la couche externe 7 qui est de faibles caractéristiques mécaniques. Néanmoins, on a établi aux essais qu'avec une étendue du cerclage réalisé par le manchon 17 sur les tubes 1 et 2 suffisante, on obtient une liaison par friction dont la résistance à l'arrachement est supérieure à la résistance à la rupture de l'armature des tubes. On peut rapporter cette étendue longitudinale au diamètre des fils d'armature. Le rapport obtenu dépend bien entendu des matériaux employés pour les fils d'armature et la couche d'enrobage. Pour des fils en polyester et une couche d'enrobage en polyéthylène haute densité, ce rapport varie de 30 à 100.

Ainsi, contrairement à toute attente, cette liaison par vissage de tubes en matière plastique dans un simple manchon rigide est tout à fait satisfaisante, notamment pour les hautes pressions.

A la figure 5, on a représenté le cas du raccordement d'un tube 1 à un élément métallique 31. Ce raccordement est assuré au moyen d'un manchon de liaison 33 qui présente un taraudage axial 35 coopérant avec un filetage extérieur 13 ménagé sur l'extrémité à raccorder du tube 1. Ce manchon comporte en outre, au voisinage d'une de ses extrémités axiales, une collerette radiale de raccordement 37 qui s'étend en regard d'une collerette analogue 39 de l'élément métallique 31 pour son raccordement à celle-ci au moyen de vis 41, avec un joint d'étanchéité intercalaire (non représenté). Le manchon 33 comporte en outre un épaulement intérieur 43 dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur du tube 1. Un joint annulaire élastique 45 est disposé dans une gorge circulaire 47 ménagée intérieurement dans le manchon 33 entre l'épaulement 43 et la face terminale 9 du tube 1.

On a ainsi pour réaliser un dispositif de raccordement dont la résistance à l'arrachement et l'étanchéité ne diminuent pas pour les hautes pressions. Ce résultat est obtenu en utilisant la pression interne pour assurer un serrage radial du tube dans le manchon, en remplacement des pièces mâles habituellement utilisées. Cette disposition constructive permet en outre d'éviter toute perte de charge du fluide ou du gaz véhiculé dans la zone de raccordement.

Par ailleurs, le dispositif ne requiert ni l'utilisation de colle, de filasse, de pâte ou de téflon comme cela se pratique pour le raccordement de tubes métalliques sur un manchon métallique, ni le soudage par chauffage des éléments raccordés comme cela se pratique pour le raccordement de tubes thermoplastiques.

Enfin, les extrémités des fils d'armature, qui affleurent la face terminale libre du tube, sont protégées d'éventuelles agressions extérieures ou intérieures au tube par le joint d'étanchéité qui est en contacte permanent avec la face terminale du tube.

Aux figures 6 et 7, on a représenté une variante de réalisation du joint d'étanchéité illustré aux figures 4 et 5. Ce dernier est ici remplacé par une bague d'étanchéité 51.

Cette bague possède un diamètre intérieur voisin du diamètre intérieur des tubes 1 et 2, ce qui permet un écoulement sans perte de charge ni perturbation dans la zone de raccordement.

L'étanchéité entre la bague 51 et les faces terminales 9 et 11 des tubes 1 et 2 est assurée par deux joints toriques 53 logés dans des gorges annulaires 55 ménagées dans les flancs 57 et 59 de la bague 51. Les joints 53 présentent une section dont le diamètre est supérieur à la profondeur des gorges 55, de sorte que ces joints font saillie par rapport aux flancs 57 et 59, conformément à la figure 6.

Lorsque les tubes 1 et 2 sont vissés à l'intérieur du manchon 17, leurs faces terminales 9 et 11 entrent en contact avec les joints 55 et compriment ces derniers pour venir en butée contre les flancs 57 et 59 de la bague 51.

Ainsi, les joints 55 ne sont pas directement au contact de l'écoulement de liquide ou de gaz à l'intérieur des tubes 1 et 2.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, et englobe toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées ci-dessus.

En particulier, bien qu'il ait été décrit un dispositif de raccordement comportant un manchon de liaison métallique, il est également possible de réaliser un dispositif mettant en oeuvre un manchon en matériau non métallique, tel qu'une matière thermoplastique armée par des fils d'aramide disposés circonférentiellement, dont la capacité d'allongement circonférentiel sous pression interne est inférieur à celle des tubes à raccorder.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de raccordement d'une extrémité d'un tube (1, 2) en matière thermoplastique ayant une face terminale libre (3, 4), ledit tube comprenant, de l'intérieur vers l'extérieur, une couche interne (3), une armature (5) constituée par des fils assemblés dans une matrice et une couche externe d'enrobage (7) de l'armature (5), le dispositif comportant un manchon de liaison (17 ; 33) et un organe d'étanchéité annulaire (23 ; 45 ; 51) disposé à l'intérieur du manchon de liaison (17 ; 33), caractérisé en ce que le manchon de liaison (17 ; 33) présente au moins un taraudage axial (19, 21) coopérant avec un filetage extérieur (13, 15) du tube (1, 2) ménagé dans la couche externe d'enrobage (3), ce taraudage s'étendant sur une longueur axiale au moins trente fois supérieure au diamètre des fils constituant l'armature dudit tube et en ce que l'organe d'étanchéité (23; 45 ; 51) est compressible et est adjacent à une extrémité dudit taraudage axial.

2. Dispositif de raccordement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taraudage axial (19, 21) du manchon de liaison (17 ; 33) et le filetage extérieur (13, 15) du tube (1, 2) comportent plusieurs filets parallèles.

3. Dispositif de raccordement selon la revendication 1 ou la revendication 2, adapté au raccordement des extrémités de deux tubes (1, 2), caractérisé en ce que le manchon de liaison (17) présente deux taraudages coaxiaux (19, 21), séparés par une gorge intérieure (25) à l'intérieure de laquelle est disposé l'organe d'étanchéité (23).

4. Dispositif de raccordement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gorge (25) dans laquelle est disposée l'organe d'étanchéité (23) est sensiblement plus large que cet organe.

5. Dispositif de raccordement selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que les taraudages axiaux (19, 21) du manchon de liaison (17) sont réalisés en sens inverses l'un de l'autre.

6. Dispositif de raccordement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le manchon de liaison (33) est pourvu, au voisinage d'une de ses extrémités axiales, d'une collerette radiale de raccordement (37)

7. Dispositif de raccordement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le manchon de liaison (33) comporte un épaulement intérieur (43) dont le diamètre intérieur est voisin du diamètre intérieur du tube (1) et en ce que l'organe d'étanchéité (45) est disposé dans une gorge circulaire (47) ménagée intérieurement dans le manchon de liaison (33) entre l'épaulement (43) précité et le taraudage axial (35)

8. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon de liaison (33) est réalisé en un matériau dont la capacité à l'allongement circonférentiel sous pression interne est inférieure à celle des tubes à raccorder.

9. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe d'étanchéité annulaire comporte une bague d'étanchéité (51) dont le diamètre intérieur est voisin du diamètre intérieur du tube (1, 2) et dont les flancs (57, 59) présentent chacun une gorge annulaire (55) à l'intérieur de laquelle est logée un joint torique compressible (53) ayant une section de diamètre supérieur à la profondeur de la gorge (55).