FR2772872A1 - Raccords amovibles etanches a haute temperature pour tubes, procede de raccordement des tubes et utilisation - Google Patents
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Abstract
Raccord (1) de deux tubes (5, 6) par coopération d'un premier élément (3) solidaire d'un premier tube (6), et d'un second élément (2) formant une couronne pour un second tube (5) muni à son extrémité d'une partie expansée (50, 51, 52, 53), à l'aide d'un crabot (4) comprenant un ressort (44) assurant la compression de ladite partie expansée caractérisé en ce que ledit crabot (4) forme une première bague cylindrique de guidage (40) coulissant sur ladite paroi extérieure cylindrique (32) dudit premier élément (3), avec un évidement (41) formant cage pour ledit ressort (44), une seconde bague cylindrique de guidage (42) solidaire de ladite première bague (40) et coulissant sur ladite paroi externe (21) dudit second élément (2), et comprend un moyen de verrouillage / déverrouillage (43) dudit second élément (2) avec ladite seconde bague cylindrique (42).
Description
RACCORDS AMOVIBLES ETANCHES A HAUTE TEMPERATURE POUR
TUBES, PROCEDE DE RACCORDEMENT DES TUBES ET UTILISATION
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine des raccords amovibles étanches à haute température assurant la mise en communication de deux tubes, I'un étant typiquement qualifié de o fixe > , et l'autre de mobile , de maniére à assurer la circulation d'un fluide sous pression d'un tube à l'autre.
TUBES, PROCEDE DE RACCORDEMENT DES TUBES ET UTILISATION
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine des raccords amovibles étanches à haute température assurant la mise en communication de deux tubes, I'un étant typiquement qualifié de o fixe > , et l'autre de mobile , de maniére à assurer la circulation d'un fluide sous pression d'un tube à l'autre.
L'invention concerne soit des équipements industriels ou de laboratoire comprenant des tubes devant etre raccordés, et dont une partie doit, pour des raisons diverses, être
déconnectée de l'ensemble, soit des unités de traitement de lots de tubes nécessitant un raccordement provisoire.
déconnectée de l'ensemble, soit des unités de traitement de lots de tubes nécessitant un raccordement provisoire.
ETAT DE LA TECHNIQUE
A titre d'exemple d'unités de traitements de lots de tubes, on peut citer le traitement de
couronnes de tubes de cuivre utilisés dans les appareils de conditionnement d'air et de
réfrigération, couronnes qui se présentent sous forme de tourets de 130-140 Kg et même jusqu'à 220 Kg. Ces couronnes subissent une dernière opération avant emballage, qui
consiste en un recuit à 600"C, sous atmosphère neutre ou réductrice. afin, notamment, d'améliorer les caractéristiques mécaniques, d'augmenter le brillant de la surface des tubes et d'éviter l'oxydation interne des tubes.
A titre d'exemple d'unités de traitements de lots de tubes, on peut citer le traitement de
couronnes de tubes de cuivre utilisés dans les appareils de conditionnement d'air et de
réfrigération, couronnes qui se présentent sous forme de tourets de 130-140 Kg et même jusqu'à 220 Kg. Ces couronnes subissent une dernière opération avant emballage, qui
consiste en un recuit à 600"C, sous atmosphère neutre ou réductrice. afin, notamment, d'améliorer les caractéristiques mécaniques, d'augmenter le brillant de la surface des tubes et d'éviter l'oxydation interne des tubes.
Le traitement précité vise en outre à améliorer la propreté intenle des tubes, afin de réduire la teneur en résidus d'huile qui pourraient se trouver incompatibles avec les huiles lubrifiantes utilisées ultérieurement dans les compresseurs ou qui pourraient dégrader la qualité des brasures.
A ce jour, ces traitements sont effectués de la manière suivante - les couronnes, placées sur claies, sont empilées à l'entrée d'un four à passage (4 à 5 tourets par pile). Chaque couronne correspond à un tube pesant de 50 à 300 g/m, et donc d'une longueur allant typiquement de 1000 m à plus de 4000 m.
- afin de chasser l'air présent dans les tubes avant l'entrée des couronnes dans le four, ils sont purgés avec une atmosphère neutre ou réductrice, par exemple de l'azote hydrogéné, des embouts d'introduction étant placés à une extrémité de tube pour chaque couronne.
- les embouts d'introduction une fois retirés et sans que les extrémités du tube soient obturées, les claies empilées sont introduites dans le sas d'un four à passage dans lequel le vide est fait, et dans lequel une atmosphère neutre ou légèrement réductrice, telle que de l'azote hydrogéné, est ensuite introduite - les empilements de claies sont introduits ensuite dans la zone de chauffe du four à passage ou la température atteint 600"C. Toutes les huiles présentes dans les tubes sont carbonisées, mais restent sous forme de particules ou de films à la surface, notamment interne, du tube.
- les empilements de claies passent ensuite dans la zone de refroidissement.
PROBLEME POSE
Le procédé de traitement de tubes de l'état de la technique présente un inconvénient : les produits de dégradation thermiques des résidus organiques - résidus d'huiles utilisés durant la fabrication du tubes déposent sur place, notamment sur la paroi intérieure du tube, ce qui peut nécessiter éventuellement un traitement complémentaire de dégraissage.
Le procédé de traitement de tubes de l'état de la technique présente un inconvénient : les produits de dégradation thermiques des résidus organiques - résidus d'huiles utilisés durant la fabrication du tubes déposent sur place, notamment sur la paroi intérieure du tube, ce qui peut nécessiter éventuellement un traitement complémentaire de dégraissage.
L'homme du métier a déjà songé à utiliser un flux gazeux pour entraîner ces produits de dégradation durant le déplacement des claies dans le four à passage, mais il s'est heurté notamment au problème de l'étanchéité du raccordement de tubes, compte tenu d'une part des températures élevées (typiquement 600"C), d'autre part des écart de températures et des problèmes de dilatation qui en résultent, et enfin de la haute pression nécessaire (typiquement 6 à 7 atmosphères - soit 0,6 à 0,7 Mpa) due à la longueur des tubes et à la perte de charge correspondante.
En effet, les raccords selon l'état de la technique assurent bien l'étanchéité au moment de la connextion, c'est à dire à froid, mais la dilatation différentielle des pièces constituant le raccord, même minime, suffit pour que l'étanchéité devienne aléatoire et ne soit plus garantie à haute température.
La demanderesse a donc recherché des moyens fiables de raccordement étanche. sous pression et à haute température, permettant de déplacer ces produits de dégradation par un flux gazeux, et cela, sans polluer le four à passage.
Par ailleurs, la demanderesse a recherché des raccords aisément amovibles
Par amovible, on entend par là amovible manuellement en un court instant, typiquement à la manière et dans le délai usuel pour faire coopérer deux objets entre eux, par exemple une clé et une serrure, c'est à dire quelques secondes.
Par amovible, on entend par là amovible manuellement en un court instant, typiquement à la manière et dans le délai usuel pour faire coopérer deux objets entre eux, par exemple une clé et une serrure, c'est à dire quelques secondes.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Selon un premier objet de l'invention, un raccord étanche de deux tubes, de la température ambiante jusqu'à une température d'utilisation d'au moins 600"C, par coopération d'un premier élément solidaire d'un premier tube, et d'un second élément formant une couronne pour un second tube muni à son extrémité d'une partie expansée, à l'aide d'un système de verrouillage / déverrouillage desdits premier et second éléments comprenant un ressort assurant la compression de ladite partie expansée contre ladite paroi d'étanchéité dudit premier élément, à l'aide d'un élément d'étanchéité dudit second élément, est caractérisé en ce que, a) ledit élément d'étanchéité dudit second élément présente un diamètre variant avec celui dudit second tube, alors que ladite paroi d'étanchéité dudit premier élément reste inchangée quel que soit le diamètre dudit second tube, b) la surface de contact assurant ladite étanchéité par compression de ladite partie expansée comprend au moins un cercle d'étanchéité formé par un contact tangentiel arc sur plan , de diamètre variable selon le diamètre dudit second tube, entre ladite partie expansée et ladite paroi d'étanchéité, de manière à assurer l'étanchéité dudit raccord quelle que soit la température et la dilatation correspondante dudit raccord, c) les matériaux constituant ledit raccord sont choisis parmi ceux qui, à ladite température d'utilisation, présentent des caractéristiques mécaniques au moins égales à celles dudit second tube à cette même température.
Selon un premier objet de l'invention, un raccord étanche de deux tubes, de la température ambiante jusqu'à une température d'utilisation d'au moins 600"C, par coopération d'un premier élément solidaire d'un premier tube, et d'un second élément formant une couronne pour un second tube muni à son extrémité d'une partie expansée, à l'aide d'un système de verrouillage / déverrouillage desdits premier et second éléments comprenant un ressort assurant la compression de ladite partie expansée contre ladite paroi d'étanchéité dudit premier élément, à l'aide d'un élément d'étanchéité dudit second élément, est caractérisé en ce que, a) ledit élément d'étanchéité dudit second élément présente un diamètre variant avec celui dudit second tube, alors que ladite paroi d'étanchéité dudit premier élément reste inchangée quel que soit le diamètre dudit second tube, b) la surface de contact assurant ladite étanchéité par compression de ladite partie expansée comprend au moins un cercle d'étanchéité formé par un contact tangentiel arc sur plan , de diamètre variable selon le diamètre dudit second tube, entre ladite partie expansée et ladite paroi d'étanchéité, de manière à assurer l'étanchéité dudit raccord quelle que soit la température et la dilatation correspondante dudit raccord, c) les matériaux constituant ledit raccord sont choisis parmi ceux qui, à ladite température d'utilisation, présentent des caractéristiques mécaniques au moins égales à celles dudit second tube à cette même température.
Les raccords selon l'invention assurent une liaison amovible et étanche entre deux tubes à haute température.
Pour cela, audit premier élément est fixé ledit premier tube. de manière étanche connue en elle-meme.
Audit second élément est solidarisé ledit second tube. typiquement par une simple opération d'expansion de l'extrémité dudit tube, élargissant son diamètre au-delà du diamètre de la couronne formée par ledit second élément, et formant ainsi ladite partie expansée.
Ledit premier élément et ledit second élément présentent des surfaces d'étanchéité qui sont en regard et qui donc, par leur géométrie, coopèrent. Ces surfaces, désignées par paroi d'étanchéité pour ledit premier élément et par élément d'étanchéité pour ledit second élément, assurent la compression de ladite partie expansée contre ladite paroi d'étanchéité et ainsi l'étanchéité entre ledit second tube à raccorder et ledit raccord.
Ledit système de verrouillage/déverrouillage, grâce à un ressort, permet de maintenir en regard lesdites surfaces d'étanchéité, et permet de comprimer ladite partie expansée contre ladite paroi d'étanchéité selon un cercle d'étanchéité formé par une ligne de contact tangentiel de type arc sur plan , et cela avec une pression, liée aux caractéristiques dudit ressort, suffisante pour assurer l'étanchéité recherchée. Par contact arc sur plan , on entend, par opposition à un contact plan plan sur plan , tout contact tangentiel entre deux surfaces de rayons de courbure différents, contact qui au moins en théorie, s'effectue selon une ligne de tangence circulaire compte tenu de la symétrie axiale de ladite partie expansée.
En effet. la demanderesse a observé que dans ces conditions. il était possible d'assurer l'étanchéité à toute température en dépit de la dilatation des pièces constituant ledit raccord. Elle en a conclu que, partant d'une ligne de contact étanche à froid, et quelle que soit la dilatation des pièces constituant ledit raccord, la partie arc > > devait glisser de manière étanche sur la partie plan plan . et cela quelle que soit la température ou les cycles thermiques de chauffage et refroidissement, et, par ailleurs, tout en conservant la facilité de connexionidéconnexion dudit second tube à raccorder, par mise en oeuvre dudit système de verrouillage / déverrouillage.
L'invention permet donc bien de résoudre le problème posé et, de ce fait, ouvre des perspectives nouvelles notamment en matière de traitement de tubes.
Ainsi. les raccords selon l'invention assurant une étanchéité quasi-parfaite permet des traitements totalement irréalisables avec l'état de la technique. notamment avec des gaz différents à l'intérieur des tubes et dans l'enceinte du four de traitement.
Les raccords selon l'invention autorisent un grand nombre de cycles de montées en température et refroidissement sans que se dégrade leur étanchéité.
DESCRLPTION DES FIGURES
Toutes les figures sont spécifiquement relatives à l'invention, à l'exception de la figure 7 qui est également relative à l'état de la technique.
Toutes les figures sont spécifiquement relatives à l'invention, à l'exception de la figure 7 qui est également relative à l'état de la technique.
Les figures 1 à 5 sont des coupes axiales, selon l'axe (10), de raccords (1) selon l'invention.
On a représenté, sur la partie droite de ces figures, deux cas de figures correspondant à deux seconds éléments (2) différents, donc à deux diamètres différents desdits seconds tubes à raccorder (5), la partie haute de la figure correspondant au plus petit diamètre, et la partie basse au plus grand.
Les figures 1 et 2 représentent une modalité de l'invention, ledit moyen de verrouillage / déverrouillage (43) étant en position déverrouillé à la figure 1 et verrouillé à la figure 2.
Les figures 3, 4 et 5 représentent chacune d'autres modalités de l'invention, représentées seulement en position verrouillé .
La figure 3a est une vue de dessus de l'extrémité de la deuxième bague cylindrique de guidage (42) dudit système de verrouillage (4) présentant trois marches d'escalier, un ergot (221) solidaire dudit second élément (2) étant comprimé par l'une d'entre elles.
La figure 3b est une variante de la figure 3a avec encoches au lieu de marches d'escalier.
La figure 6 est une vue en perspective d'un dispositif(8) d'empilement de couronnes (7), chacune étant sur une claie (85) - dont une seule est représentée en pointillés. Chaque extrémité du tube formant la couronne (7) est munie d'un raccord (1) selon l'invention pour mise en communication étanche avec une nourrice d'alimentation (80) et une nourrice d'évacuation (81), via un tube flexible (6,61).
La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un four à passage utilisé pour le traitement d'empilements de couronnes de tubes de cuivre.
Les figures 8 à 14 sont des coupes axiales de ladite partie expansée (50.51,52,53.54) et desdites surfaces d'étnchéité variant selon la forme de ladite partie expansée et desdites surfaces d'étanchéité.
La partie expansée (51) de la figure 8 correspond à celle des figures I à 3, le repère (11) correspondant au cercle d'étanchéité.
La partie expansée (52) de la figure 9 et de la figure 14 correspond à celle de la figure 5.
La partie expansée (53) de la figure 10 et celle des figures 12 et 13 correspondent à celle de la figure 4.
Sur les figures 9 à 11, le repère (38) désigne un cordon circulaire de faible rayon de courbure, typiquement de 1 à 5 mm, formé par ladite paroi d'étanchéité (3 1, 310,311,312) et assurant lesdit contact tangentiel arc sur plan , alors que le repère (24) désigne un cordon circulaire de faible rayon de courbure, typiquement de I à 5 mm, formé par ledit élément d'étanchéité (20,201,202,203), les cercles d'étanchéité étant désignés par le repère (11), sauf a la figure ll ou les repères (110) et (111) ont été utilisés, le cordon (24) dudit élément d'étanchéité (202) étant compris entre les cercles (110,111) formés par les cordons (38) de la paroi d'étanchéité (311).
Sur les figures 12 à 14, ledit cordon circulaire de faible rayon de courbure (38) est remplacé par la courbure propre de ladite paroi d'étanchéité (313,3 14) selon un rayon de courbure R1 (figures 12 et 13) ou R2 (figure 14) nettement supérieur à celui dudit cordon (38).
A la figure 12, l'élément d'étanchéité (203) forme un plan, alors qu'il forme un arc (204) à la figure 13, ladite paroi d'étanchéité (313) formant une courbe ayant un rayon de courbure R1 au point de tangence avec ladite partie expansée tronconique (53) (à la figure 12) ou ladite partie expansée courbe (54) (à la figure 13).
A la figure 14, la paroi d'étanchéité (3 14) et l'élément d'étanchéité présentent des courbures de surface qui coopèrent, le rayon de courbure R2 étant plus petit que le rayon de courbure R1 des figures 12 et 13.
Les memes références ont été utilisées autant que possible dans toutes les figures, pour les éléments correspondants.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Selon une première modalité de l'invention, et, de manière à former un contact arc sur plan , la partie arc est celle de ladite partie expansée (50), et la partie ( < plan est celle de ladite paroi d'étanchéité (310), comme représenté aux figures 1 à 3 et à la figure 8. Dans ce cas, ladite partie expansée peut être formée par un renflement torique (51) en contact tangentiel étanche avec ladite paroi d'étanchéité plane (3 10).
Selon une première modalité de l'invention, et, de manière à former un contact arc sur plan , la partie arc est celle de ladite partie expansée (50), et la partie ( < plan est celle de ladite paroi d'étanchéité (310), comme représenté aux figures 1 à 3 et à la figure 8. Dans ce cas, ladite partie expansée peut être formée par un renflement torique (51) en contact tangentiel étanche avec ladite paroi d'étanchéité plane (3 10).
L'étanchéité se fait donc par le cercle d'étanchéité (I I), zone annulaire de tangence entre ladite partie expansée (51) et ladite paroi d'étanchéité (310).
Ces figures I à 3 et 8 illustrent un raccord (1) dans lequel ladite coopération est de type tronconique, dans lequel ledit premier élément (3) est un élément femelle comprenant comme paroi d'étanchéité une paroi intérieure tronconique (310), dans lequel ledit second élément (2) est un élément mâle comprenant un embout tronconique (200) à extrémité trapézoïdale (201) formant un élément d'étanchéité (20) s'emboîtant dans
ladite paroi intérieure tronconique (310), et dans lequel ladite partie expansée (50) est un renflement torique (51) formant un cercle d'étanchéité (11) à la zone de tangence avec ladite paroi intérieure tronconique (310).
ladite paroi intérieure tronconique (310), et dans lequel ladite partie expansée (50) est un renflement torique (51) formant un cercle d'étanchéité (11) à la zone de tangence avec ladite paroi intérieure tronconique (310).
Selon une seconde modalité de l'invention, et de manière à former un contact arc sur plan , la partie arc est celle de ladite paroi d'étanchéité, grâce typiquement soit à une paroi courbe (313,3 314) ou à un cordon circulaire (38), et la partie plan plan est celle de ladite partie expansée (52,53).
Cette modalité est illustrée aux figures 4, 5 , 9, 10, Il dans le cas de parois d'étanchéité munies d'au moins un cordon circulaire (38), et aux figures 12, 13 et 14 en ce qui concerne les parois d'étanchéité à paroi courbe (313,314), la différence entre ces variantes résidant principalement dans le rayon de courbure, typiquement inférieur à 5 mm dans le cas de cordons (38) et supérieur à 5 mm dans le cas de parois courbes (313,314).
Ladite paroi d'étanchéité peut comprendre deux cordons circulaires (38) formant deux arcs d'étanchéité (110, 111) et dans lequel ledit élément d'étanchéité comprend au moins un cordon circulaire (24) de rayon intermédiaire compris entre celui des deux arcs (110,111), comme illustré à la figure 11, et éventuellement deux autres cordons circulaires (24) inserrant intérieurement et extérieurement les deux arcs d'étanchéité. de manière à assurer une compression uniforme.
Les figures 4 et 10 illustrent un raccord (1) dans lequel ladite coopération est de type tronconique, dans lequel ledit premier élément (3) est un élément mâle comprenant comme paroi d'étanchéité une paroi extérieure tronconique (312) munie de cordons circulaires (38), dans lequel ledit second élément (2) est un élément femelle comprenant un embout tronconique (203) formant élément d'étanchéité (20) emboitant ladite paroi extérieure tronconique (312), et dans lequel ladite partie expansée (50) est une extrémité tronconique (53).
Les figures 5, 9 et Il illustrent un raccord (1) dans lequel ladite coopération est de type plan, dans lequel ledit premier élément (3) comprend comme paroi d'étanchéité une paroi d'étanchéité plane (311) munie de cordons circulaires (38), dans lequel ledit second élément (2) comprend un embout plan (202) fromant élément d'étanchéité (20), et dans lequel ladite partie expansée (50) est une couronne plane (52).
Les figures 12 à 14 illustrent un raccord (1) dans lequel ledit premier élément (3) comprend une paroi d'étanchéité non plane (313,314) formant un contact tangentiel arc sur plan > > avec ladite extrémité expansée (52,53,54).
Dans toutes ces modalités d'exécution, l'étanchéité est formée selon au moins un cercle d'étanchéité (I1) entre ladite paroi d'étanchéité (31,310,31 1,312,313,314) et ladite partie expansée (50,51,52,53,54), ce qui correspond à un type d'étanchéité dont la demanderesse a reconnu l'intérêt de former, en vue de résoudre le problème posé.
Le raccord (1) selon l'invention comprend un système de verrouillage/déverrouillage.
Tout système colmu assurant une connexion/déconnexion ou assemblage/désassemblage rapide dudit second tube (5) a raccorder, et contenant un ressort ou un moyen équivalent en vue d'assurer une compression, peut convenir. Un tel système peut être du type crabot (4).
Dans le système illustré aux figures 1 à 5 a) ledit premier élément (3) comprend en outre une paroi extérieure cylindrique (32) assurant le guidage axial dudit crabot (4) et dudit ressort (44), un moyen, typiquement une butée (35) et un épaulement (33), limitant le déplacement axial dudit crabot (4), ainsi qu'un embout cylindrique (30) de raccordement étanche audit premier tube (6), b) ledit second élément (2) présente en outre une paroi externe de guidage (21) de diamètre prédéterminé, et une paroi interne (23) de diamètre intérieur variable et adapté à celui dudit second tube (5), c) ledit crabot (4) forme une première bague cylindrique de guidage (40) coulissant sur ladite paroi extérieure cylindrique (32) dudit premier élément (3), avec un évidement (41) formant cage pour ledit ressort (44), une seconde bague cylindrique de guidage (42) solidaire de ladite première bague (40) et coulissant sur ladite paroi externe (21) dudit second élément (2), et comprend un moyen de verrouillage / déverrouillage (43) dudit second élément (2) avec ladite seconde bague cylindrique (42).
Selon l'invention, ledit moyen de verrouillage / déverrouillage (43) dudit second élément avec ladite seconde bague cylindrique comprend un moyen de déplacement axial dudit crabot (4), typiquement un moyen manuel (430), d'une position verrouillée à une position < < déverrouillée , grâce à un ressort (44) respectivement en haute tension et en basse tension , et un moyen pour solidariser / désolidariser (43 et 22, 221 et 420). ladite seconde bague cylindrique (42) dudit crabot (4) et ledit second élément (2).
Comme illustré aux figures 1, 2, 4 et 5, lesdits moyens de déplacement et pour solidariser / désolidariser peuvent être constitués par l'engrenage ou la coopération d'une came (431) solidaire dudit crabot (4), typiquement solidaire de ladite seconde bague cylindrique (42), et munie d'un bras (430) assurant sa rotation, avec un évidement ou gorge (220) de ladite paroi externe de guidage (21) dudit second élément (2), de manière à provoquer un déplacement axial dudit second élément (2) et la compression de ladite partie expansée (50).
Comme illustré à la figure 3, ledit moyen de déplacement peut prendre appui sur ledit premier élément (3) et ledit moyen pour solidariser / désolidariser comprend la coopération d'ergots (221) dudit second élément (2) avec des encoches ou évidements (420) sur l'extrémité de ladite seconde bague cylindrique (42).
Dans la position verrouillé , représentée aux figures 2 à 5, il y a d'une part solidarisation mécanique dudit crabot (4) et dudit premier élément (3) et d'autre part, grâce audit ressort (44) qui est en haute tension > une compression au moins partielle des surfaces d'étanchéité. Sur ces figures, le ressort (44), comprimé, tend à déplacer vers la gauche ledit crabot (4). en supposant fixe ledit premier élément (3). ce qui entraîne mécaniquement la compression dudit second élément (2) contre ledit premier élément (3).
Dans la position verrouillé , représentée aux figures 2 à 5, il y a d'une part solidarisation mécanique dudit crabot (4) et dudit premier élément (3) et d'autre part, grâce audit ressort (44) qui est en haute tension > une compression au moins partielle des surfaces d'étanchéité. Sur ces figures, le ressort (44), comprimé, tend à déplacer vers la gauche ledit crabot (4). en supposant fixe ledit premier élément (3). ce qui entraîne mécaniquement la compression dudit second élément (2) contre ledit premier élément (3).
Par contre, en position déverrouill , ledit second élément (2) est libre dans son déplacement axial et peut donc être désolidarisé dudit crabot (4) et dudit premier élément (3).
Il existe de nombreux autres moyens de verrouillage I déverrouillage (43) équivalents à ceux représentés aux figures I à 5, qui peuvent être utilisés pour mettre en oeuvre l'invention.
1l est possible selon l'invention d'ajuster la force de rappel dudit ressort (44) en position verrouillé en choisissant un plus ou moins grand déplacement dudit crabot (4) pour solidariser ladite seconde bague cylindrique et ledit second élément.
A titre d'exemple, on a représenté aux figures 3a et 3b un évidement (420) de l'extrémité de la deuxième bague cylindrique de guidage axial (42) qui présente des marches d'escalier à la figure 3a ou des encoches à la figure 3b. sur lesquelles viennent s'appuyer des ergots (221) solidaires de la paroi externe (21) dudit second élément. A chaque marche ou encoche correspond un déplacement axial différent dudit crabot (4), et donc une force de compression différente dudit ressort (44).
Selon l'invention, les raccords (1) sont constitués d'un assemblage de pièces en métal et/ou en céramique (2.3,4,44) qui conservent leurs caractéristiques mécaniques durant les nombreux cycles de chauffage à haute température, de maintien en température et de refroidissement.
A cet égard, il est avantageux d'avoir un ressort en tungstène.
En particulier dans le cas des modalités illustrées aux figures 4 et 5, il est avantageux que la pression exercée par ledit ressort soit choisie de manière à assurer l'étanchéité dudit raccord à 600"C. n est avantageux que ces caractéristiques mécaniques soient supérieures à celles dudit second tube à raccorder (5), notamment en dureté. de manière à ce que, durant ladite compression, toute déformation localisée au niveau dudit cercle d'étanchéité (11) se produise sur ladite partie expansée (50,51,52,53,54) et non sur ladite paroi d'étanchéité dont la forme géométrique doit rester inchangée durant toute la durée de vie dudit raccord (1).
Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un raccord (1) dans lequel a) on approvisionne lesdits premier (3) et second (2) éléments, ledit système de verrouilageldéverrow.llage (4) avec ledit ressort (44), lesdits premier (6) et second (5) tubes, b) on assemble ledit premier élément (3), ledit système de verrouillage/deverrouillage (4) et ledit ressort (44), puis ledit premier tube (6), typiquement par filetage (60), c) on introduit une extrémité dudit second tube (5) dans ledit second élément (2) et on forme ladite extrémité expansée (50,51,52,53,54) selon la nature de ladite coopération, d) on raccorde les deux parties formées sous b) et c).
A l'étape c) du procédé, il peut etre avantageux d'utiliser ledit second élément pour assurer l'expansion de ladite extrémité du tube à raccorder, comme illustré aux figures 4, 5, 9. 12, 13 où l'on voit que le métal de l'extrémité du tube a été repoussé contre la paroi intérieure ou élément d'étanchéité dudit second élément (2). Dans tous les cas,
I'extrémité expansée dudit tube à raccorder présente un degré de liberté, dans le sens axial, par rapport audit second élément (2), de sorte que, après utilisation dudit raccord (1) et déverrouillage, on récupère ledit second élément en sciant le tube en aval dudit second élément et en faisant glisser ledit second élément.
I'extrémité expansée dudit tube à raccorder présente un degré de liberté, dans le sens axial, par rapport audit second élément (2), de sorte que, après utilisation dudit raccord (1) et déverrouillage, on récupère ledit second élément en sciant le tube en aval dudit second élément et en faisant glisser ledit second élément.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation des raccords (1) dans tous les équipements ou dispositifs et procédés industriels ou de laboratoire où interviennent des circulations de fluides à haute température et sous pression, dans des tubes qui doivent être périodiquement ou fréquemment découplés de l'ensemble desdits équipements ou dispositifs.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation des raccords et de leur procédé de fabrication pour le traitement de couronnes (7) de tubes métalliques, typiquement à base de cuivre, et à haute température, typiquement à 600"C, par circulation de fluides à l'intérieur des tubes.
A titre d'exemple, on peut citer l'utilisation des raccords (1) pour le traitement de couronnes (7) de tubes métalliques, typiquement à base de cuivre, dans un four à haute température, typiquement à 600"C, avec circulation de fluides à l'intérieur des tubes, et en particulier, avec évacuation hors dudit four des fluides circulant à l'intérieur des tubes, et avec une circulation éventuelle de fluide gazeux à l'intérieur dudit four et à l'extérieur desdits tubes, lesdits fluides gazeux ayant une nature différente de celle desdits fluides circulant à l'intérieur desdits tubes.
EXEMPLES DE REALISATION
Tous les raccords selon les figures I à 5 ont été fabriqués en acier par usinage, avec un ressort en tungstène.
Tous les raccords selon les figures I à 5 ont été fabriqués en acier par usinage, avec un ressort en tungstène.
Les figures 1, 2, 3, 4 et 5 sont sensiblement à l'échelle 1,5/1.
Premier exemple
Dans les raccords selon les figures 1 et 2
A) ledit premier élément (3) est une pièce monobloc comprenant - un embout cylindrique de raccordement (30) permettant, grâce à un filetage (60), le raccordement à un premier tube (6), - un corps dont la surface intérieure forme une paroi d'étanchéité tronconique (3 1,3 10). et dont la surface externe est étagée : un premier étage (36) est fileté pour fixer la butée (35) en position axiale adéquate , un deuxième étage constitue une paroi externe cylindrique (32) de guidage du crabot (4) et se termine par un épaulement (33) contre lequel bute ledit ressort (44).
Dans les raccords selon les figures 1 et 2
A) ledit premier élément (3) est une pièce monobloc comprenant - un embout cylindrique de raccordement (30) permettant, grâce à un filetage (60), le raccordement à un premier tube (6), - un corps dont la surface intérieure forme une paroi d'étanchéité tronconique (3 1,3 10). et dont la surface externe est étagée : un premier étage (36) est fileté pour fixer la butée (35) en position axiale adéquate , un deuxième étage constitue une paroi externe cylindrique (32) de guidage du crabot (4) et se termine par un épaulement (33) contre lequel bute ledit ressort (44).
B) ledit système de verrouillage/déverrouillage est de type crabot (4) constitué d'une pièce monobloc formée de deux bagues cylindriques, une première bague cylindrique (40) de guidage axial dudit premier élément (3), comprenant un évidement (41) dans lequel est placé ledit ressort (44), une seconde bague cylindrique (42) de guidage axial dudit second élément (2) en partie ajourée et portant un moyen de verrouillage (43) formé d'une came (431) et d'un bras (430).
Le montage du crabot (4) est immédiat on place le ressort contre l'épaulement (33). puis le crabot (4) est glissé sur la paroi de guidage (32) et arrèté dans son mouvement axial par la butée (35) dont le filetage permet un positionnement axial choisi.
C) ledit second élément (2), monobloc, comprend un embout tronconique (200) dont la surface extérieure (20) forme une surface d'étanchéité. prolongé par une partie présentant une paroi externe cylindrique (21) présentant une gorge (220) de profil adapté à celui de la came (43 1) en vue de leur coopération et du verrouillage qui en résulte.
Ladite extrémité expansée (50) du second tube (5) à raccorder est dans ce cas un renflement torique (5 1), comme illustré à la figure 8, formé après avoir glissé ledit second tube (2) dans ledit second élément (2).
Le raccord (1) est représenté en position déverrouillé à la figure 1, le bras (430) étant relevé et le crabot (4) appuyant contre la butée (35) : le second élément (2) peut dans c
Troisième exemple
Cet exemple, illustré à la figure A, diffère du premier exemple en ce que d'une part. la coopération entre ledit premier et ledit second élément, tronconique, est inversée. ledit premier élément (3) étant devenu élément mâle, alors que ledit second élément (2) est devenu élément femelle, et en ce que d'autre part, la partie expansée (50) du second tube (5) à raccorder est une couronne tronconique (53), comme illustré à la figure 10, qui est comprimée entre les surfaces d'étanchéité (312) du premier élément (3) et (20) de l'embout tronconique (203) du second élément (2).
Cet exemple, illustré à la figure A, diffère du premier exemple en ce que d'une part. la coopération entre ledit premier et ledit second élément, tronconique, est inversée. ledit premier élément (3) étant devenu élément mâle, alors que ledit second élément (2) est devenu élément femelle, et en ce que d'autre part, la partie expansée (50) du second tube (5) à raccorder est une couronne tronconique (53), comme illustré à la figure 10, qui est comprimée entre les surfaces d'étanchéité (312) du premier élément (3) et (20) de l'embout tronconique (203) du second élément (2).
Quatrième exemple
Cet exemple, illustré à la figure 5, diffère du troisième exemple en ce que d'une part, la coopération entre ledit premier et ledit second élément n'est pas tronconique. mais perpendiculaire à l'axe (10) du raccord (1), et en ce que d'autre part, la partie expansée (50) du second tube (5) à raccorder est une couronne tronconique (52), comme illustré a la figure 9, qui est comprimée entre les surfaces d'étanchéité (311) du premier élément (3) et (20) de l'embout plan (202) du second élément (2).
Cet exemple, illustré à la figure 5, diffère du troisième exemple en ce que d'une part, la coopération entre ledit premier et ledit second élément n'est pas tronconique. mais perpendiculaire à l'axe (10) du raccord (1), et en ce que d'autre part, la partie expansée (50) du second tube (5) à raccorder est une couronne tronconique (52), comme illustré a la figure 9, qui est comprimée entre les surfaces d'étanchéité (311) du premier élément (3) et (20) de l'embout plan (202) du second élément (2).
Ces raccords (1) ont été testés et utilisés pour mettre en oeuvre un procédé de traitement thermique de couronnes (7) de tubes de cuivre (5) avec circulation de fluide gazeux à l'intérieur du tube et sous haute pression (0,7 MPa) compte tenu de la longueur du tube (jusqu'à plus de 4000 m), comme illustré aux figures 6 et 7.
On a trouvé que, paradoxalement, la tenue à la pression des raccords selon les exemples 1 et 2 était égale à supérieure à celle obtenue avec les raccords selon les exemples 3 et 4, bien que l'extrémité expansée (51) ne soit pas serrée entre surfaces d'étanchéité. comme dans les exemples 3 et 4.
La figure 6 est un schéma de principe qui illustre un empilement de 5 couronnes (7) montés sur un dispositif(8) d'empilement de couronnes (7) comprenant une embase (84) et deux nourrices latérales (80) et (81), l'une d'alimentation (80) et l'autre d'évacuation (81), raccordées respectivement à une entrée (82) et une sortie (83).
A chaque nourrice sont raccordés 5 tubes flexibles (6,61). A l'extrémité libre de chacun de ces 5 tubes (61) est frxé de manière permanente un premier élément (3) muni de son système de verrouillage (4).
Par ailleurs, les extrémités du tube de chaque couronne (7) sont munies dudit second élément (2) et expansées selon le type de raccord (1).
Le raccordement manuel de chaque couronne (7) aux nourrices par formation du raccord (1) est immédiat.
Une fois formé l'empilement de couronnes sur des claies dans le dispositif (8) selon la figure 6, le dispositif(8) est introduit dans un four à passage (9) selon la figure 7, où le repère 90 correspond à un sas. le repère 91 à une zone de chauffe - typiquement à 600"C - et le repère 92 à une zone de refroidissement.
On n'a pas représenté sur cette figure les nourrices (80,81) ni les moyens associés d'alimentation et d'évacuation du fluide gazeux circulant à l'intérieur des tubes pendant le déplacement du dispositif (8) à l'intérieur du four à passage (9), et sous pression élevée (de l'ordre de 0,7 Mpa ou plus).
Une fois le traitement thermique tenniné, lesdits seconds éléments (2) sont désolidarisés des premiers (3), de manière à libérer les couronnes. Les extrémités des tubes (5) sont découpées de manière à récupérer lesdits premiers éléments (3) pour réutilisation ultérieure, et ensuite traitées de manière habituelle.
AVANTAGES DE L'INVENTION
L'invention permet d'une part de résoudre un problème important dans le traitement des tubes de cuivre, celui d'un raccord de tubes qui soit à la fois amovible, étanche à haute température et sous haute pression et réutilisable.
L'invention permet d'une part de résoudre un problème important dans le traitement des tubes de cuivre, celui d'un raccord de tubes qui soit à la fois amovible, étanche à haute température et sous haute pression et réutilisable.
L'étanchéité à haute température et sous haute pression était un problème difficile à résoudre, compte tenu des cycles successifs de chauffage et refroidissement et de tous les problèmes de dilatation associés. Sans cette étanchéité, l'utilisation d'un four à passage ou d'un four quelconque n'aurait pas été possible, puisque les fuites de fluide gazeux chargé en résidus divers auraient assez rapidement encrassé le four.
Le caractère amovible et réutilisable du raccord constitue un élément important dans l'économie du traitement des tubes de cuivre.
D'autre part, le raccord selon l'invention permet d'utiliser, quel que soit le diamètre (typiquement de 5 à 20 mm) des tubes à traiter, les memes équipements à savoir les dispositifs (8) équipées de nourrices (80,81) munies de flexibles (61) à l'extrémité desquels sont fixés lesdits premiers éléments (3) avec leur crabot (4). C'est un avantage pratique et économique important de l'invention d'avoir un raccord en deux parties, la partie la plus importante par son coût, sa masse ou son volume (ledit premier élément (3) et ledit système de verrouillage/déverrouillage de type crabot (4)) étant implanté de manière fixe sur un équipement (ici le dispositif (8)), la partie la moins importante (ledit second élément (2)), de diamètre intérieur variable, étant assemblée aux extrémités des tubes a traiter.
Les raccords (I) selon l'invention trouvent une application dans tous les équipements et procédés industriels ou de laboratoire où interviennent des circulation de fluides à haute température et sous pression, dans des tubes qui doivent être périodiquement ou fréquemment découplés de l'ensemble du dispositif.
Claims (18)
- 2. Raccord selon la revendication 1 dans lequel, de manière à former uii contact arc sur plan, la partie arc > > est celle de ladite partie expansée, et la partie plan est celle de ladite paroi d'étanchéité.
- 3. Raccord selon la revendication 2 dans lequel ladite partie expansée est formée par un renflement torique (51) en contact tangentiel étanche avec ladite paroi d'étanchéité plane (310).
- 4. Raccord selon la revendication 1 dans lequel . de manière à former un contact arc sur plan la partie arc est celle de ladite paroi d'étanchéité. grâce typiquement soit à une paroi courbe (313,314) ou à un cordon circulaire (38), et la partie plan est celle de ladite partie expansée (52,53).
- 5. Raccord selon la revendication 4 dans lequel ladite paroi d'étanchéité comprend deux cordons circulaires (38) fromant deux arcs d'étanchéité (110,111) et dans lequel ledit élément d'étanchéité comprend au moins un cordon circulaire (24) de rayon intermédiaire compris entre celui des deux dits arcs (110111), et éventuellement deux autres cordons circulaires (24) inserrant intérieurement et extérieurement les deux arcs d'étanchéité, de manière à assurer une compression uniforme.
- 6. Raccord selon une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel ledit système de verrouillage/déverrouillage est du type crabot et dans lequel : a) ledit premier élément (3) comprend en outre une paroi extérieure cylindrique (32) assurant le guidage axial dudit crabot (4) et dudit ressort (44), un moyen, typiquement une butée (35) et un épaulement (33), limitant le déplacement axial dudit crabot (4), ainsi qu'un embout cylindrique (30) de raccordement audit premier tube (6), b) ledit second élément (2) présente en outre une paroi externe de guidage (21) de diamètre prédéterminé, et une paroi interne (23) de diamètre intérieur variable et adapté à celui dudit second tube (5), c) ledit crabot (4) forme une première bague cylindrique de guidage (40) coulissant sur ladite paroi extérieure cylindrique (32) dudit premier élément (3), avec un évidement (41) formant cage pour ledit ressort (44), une seconde bague cylindrique de guidage (42) solidaire de ladite première bague (40) et coulissant sur ladite paroi externe (21) dudit second élément (2). et comprend un moyen de verrouillage / déverrouillage (43) dudit second élément (2) avec ladite seconde bague cylindrique (42).
- 7. Raccord (1) selon la revendication 6 dans lequel ladite coopération est de type tronconique, dans lequel ledit premier élément (3) est un élément femelle comprenant comme paroi d'étanchéité une paroi intérieure tronconique (310) munie de cordons circulaires (38), dans lequel ledit second élément (2) est un élément mâle comprenant un embout tronconique (200) à extrémité trapézoïdale (201) formant un élément d'étanchéité (20) s'emboitant dans ladite paroi intérieure tronconique (310). et dans lequel ladite partie expansée (50) est un renflement torique (51).
- 8. Raccord (1) selon la revendication 6 dans lequel ladite coopération est de type tronconique, dans lequel ledit premier élément (3) est une élément mâle comprenant comme paroi d'étanchéité une paroi extérieure tronconique (312) munis de cordons circulaires (38), dans lequel ledit second élément (2) est un élément femelle comprenant un embout tronconique (203) formant élément d'étanchéité (20) emboitant ladite paroi extérieure tronconique (312), et dans lequel ladite partie expansée (50) est une extrémité tronconique (53).
- 9. Raccord (I) selon la revendication 6 dans lequel ladite coopération est de type plan, dans lequel ledit premier élément (3) comprend comme paroi d'étanchéité une paroi d'étanchéité plane (311) muni de cordons circulaires (38), dans lequel ledit second élément (2) comprend un embout plan (202) fromant élément d'étanchéité (20), et dans lequel ladite partie expansée (50) est une couronne plane (52).
- 10. Raccord (I) selon la revendication 6 dans lequel ledit premier élément (3) comprend une paroi d'étanchéité non plane (3 13,3 14) formant un contact tangentiel arc sur plan avec ladite extrémité expansée (52,53,54).Il. Raccord (I) selon une quelconque des revendications 6 à 10 dans lequel ledit moyen de verrouillage / déverrouillage (43) dudit second élément avec ladite seconde bague cylindrique comprend un moyen de déplacement axial dudit crabot (4). typiquement un moyen manuel (430), d'une position verrouillée à une position déverrouillée grâce à un ressort (44) respectivement en haute tension et et basse tension et un moyen pour solidariser / désolidariser (43 et 22, 221 et 420) ladite seconde bague cylindrique (42) dudit crabot (4) et ledit second élément (2).
- 12. Raccord (1) selon la revendication 11 dans lequel lesdits moyens de déplacement et pour solidariser / désolidariser sont constitués par l'engrenage ou la coopération d'une came (431) solidaire dudit crabot (4), typiquement solidaire de ladite seconde bague cylindrique (42), et munie d'un bras (430) assurant sa rotation, avec un évidement ou gorge (220) de ladite paroi externe de guidage (21) dudit second élément (2), de manière à provoquer un déplacement axial dudit second élément (2) et la compression de ladite partie expansée (50).
- 13. Raccord (1) selon la revendication 11 dans lequel ledit moyen de déplacement prend appui sur ledit premier élément (2) et ledit moyen pour solidariser / désolldariser comprend la coopération d'ergots (221) dudit second élément (2) avec des encoches ou évidements (420) sur l'extrémité de ladite seconde bague cylindrique (42).
- 14. Raccord (1) selon une quelconque des revendications 6 à 13 dans lequel la force de rappel dudit ressort (44) en position ((verrouillé est ajustable en choisissant un plus ou moins grand déplacement dudit crabot (4) pour solidariser ladite seconde bague cylindrique et ledit second élément.
- 15. Raccord (1) selon une quelconque des revendications 6 à 14 constitué d'un assemblage de pièces en métal et/ou en céramique (2,3,4,44).
- 16. Raccord (1) selon une quelconque des revendications 8 à 15 dans lequel la pression exercée par ledit ressort est choisie de manière à assurer l'étanchéité dudit raccord à 600"C.
- 17. Procédé de fabrication d'un raccord (1) selon une quelconque des revendications I à 1 6 dans lequel a) on approvisionne lesdits premier (3) et second (2) éléments. ledit système de verrouilage/déverrouillage (4) avec ledit ressort (44), lesdits premier (6) et second (5) tubes, b) on assemble ledit premier élément (3), ledit système de venrouillage/deverrouillage (4) et ledit ressort (44), puis ledit premier tube (6), typiquement par filetage (60) c) on introduit une extrémité dudit second tube (5) dans ledit second élément (2) et on fonne ladite extrémité expansée (50,51,52,53) selon la nature de ladite coopération, d) on raccorde les deux parties formées sous b) et c).
- 18. Utilisation des raccords selon une quelconque des revendications I à 16 et du procédé selon la revendication 17 dans tous les équipements ou dispositifs et procédés industriels ou de laboratoire où interviennent des circulation de fluides à haute température et sous pression, dans des tubes qui doivent être périodiquement ou fréquemment découplés de l'ensemble desdits équipements ou dispositifs.
- 19. Utilisation selon la revendication 18 pour le traitement de couronnes (8) de tubes métalliques, typiquement à base de cuivre, dans un four à haute température. typiquement à 600"C, avec circulation de fluides à l'intérieur des tubes.
- 20. Utilisation selon la revendication 19 avec évacuation hors dudit four des fluides circulant à l'intérieur des tubes, et avec une circulation éventuelle de fluide gazeux à l'intérieur dudit four et à l'extérieur desdits tubes, lesdits fluides gazeux ayant une nature différente de celle desdits fluides circulant à l'intérieur desdits tubes.
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| FR2772872B1 (fr) | 2000-01-28 |
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