FR2863340A1 - Low-pressure liquid containing reservoir, has cylindrical spacer with structure forming incipient crack zone at level of central part of other spacers, where central part of former spacer has diameter less than that of spacers - Google Patents

Low-pressure liquid containing reservoir, has cylindrical spacer with structure forming incipient crack zone at level of central part of other spacers, where central part of former spacer has diameter less than that of spacers Download PDF

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Abstract

The reservoir has spacers (5, 6) provided as internal walls and extending vertically to connect upper and lower walls (1, 2). A cylindrical spacer has a structure forming an incipient crack zone distant from junction zones and situated at the level of a central part of the spacers (5, 6). The central part of the cylindrical spacer has a diameter less than that of the spacers (5, 6) and reduced thickness.

Description

2863340 12863340 1

RESERVOIR POUR FLUIDE SOUS PRESSIONRESERVOIR FOR PRESSURIZED FLUID

L'invention concerne un réservoir pour fluide sous pression comportant des performances en éclatement améliorées. L'invention concerne plus particulièrement les réservoirs polymorphiques.  The invention relates to a tank for pressurized fluid with improved burst performance. The invention more particularly relates to polymorphic reservoirs.

Différents réservoirs polymorphiques sont décrits dans le document FR-2 766 906.  Different polymorphic reservoirs are described in the document FR-2 766 906.

Dans un premier mode de réalisation, décrit en référence à la figure 1, le réservoir est constitué de deux parois externes bombées supérieure 1 et inférieure 2 reliées par des parois latérales 3, 4 en forme de cylindres tronqués. Ces dernières sont fermées suivant leur longueur par des parois internes 5, 6 soudées de manière étanche. Les parois supérieure 1 et inférieure 2 sont solidarisées aux parois internes 5, 6 pour former un réservoir à trois compartiments C dont les extrémités sont obturées par des bouchons non représentés. Les différentes parois peuvent être réalisées en tôles d'acier ou d'aluminium embouties et soudées les unes aux autres. Ou bien, le corps du réservoir peut être réalisé en aluminium par un procédé d'extrusion puis obturé par des bouchons d'extrémité soudés.  In a first embodiment, described with reference to FIG. 1, the reservoir consists of two upper and lower curved outer walls 1 connected by lateral walls 3, 4 in the form of truncated cylinders. These are closed along their length by internal walls 5, 6 welded tightly. The upper and lower walls 1 and 2 are secured to the inner walls 5, 6 to form a reservoir with three compartments C whose ends are closed by plugs not shown. The different walls can be made of sheet steel or aluminum stamped and welded to each other. Or, the tank body can be made of aluminum by an extrusion process and then closed by welded end plugs.

Dans un autre mode de réalisation, représenté à la figure 2, le réservoir est réalisé en tôle d'acier ou d'aluminium emboutie. Il est formé de deux demi-coquilles 7 et 8 dont les bords latéraux sont soudés ensemble suivant leur longueur. Chaque demi-coquille présente trois empreintes cylindriques longitudinales 9, 10, 11 dont la concavité est dirigée vers l'autre demi-coquille pour former trois compartiments C. Des entretoises cylindriques 12 sont emmanchées en force dans des ouvertures 14 correspondantes pratiquées dans les demi-coquilles et évasées contre les parois de ces dernières, puis soudées de manière étanche.  In another embodiment, shown in Figure 2, the tank is made of sheet steel or aluminum stamped. It is formed of two half-shells 7 and 8 whose side edges are welded together along their length. Each half-shell has three longitudinal cylindrical cavities 9, 10, 11 whose concavity is directed towards the other half-shell to form three compartments C. Cylindrical spacers 12 are force-fitted into corresponding openings 14 formed in the half-shells. shells and flared against the walls of the latter, then sealed welded.

Toutefois, dans ces réservoirs, l'éclatement a tendance à se produire au niveau des zones soudées, et plus particulièrement dans la zone affectée thermiquement dans laquelle les caractéristiques mécaniques des matériaux en contrainte à la rupture et en allongement sont plus faibles que dans les parois externes ou dans les entretoises. Un tel éclatement au niveau des zones de soudure présente l'inconvénient de limiter l'augmentation de volume à l'éclatement, préjudiciable à la sécurité du réservoir.  However, in these reservoirs, bursting tends to occur in the welded zones, and more particularly in the thermally affected zone in which the mechanical properties of the materials in stress at break and in elongation are lower than in the walls. external or in the spacers. Such a burst at the weld zones has the disadvantage of limiting the increase in volume bursting, detrimental to the safety of the tank.

L'invention vise à pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus.  The invention aims to overcome the disadvantages mentioned above.

2863340 2 A cet effet, l'objet de l'invention concerne un réservoir sous pression destiné à contenir au moins un fluide sous pression, comportant au moins une entretoise jointe à deux parois externes opposées, dans lequel au moins une entretoise présente une structure générant une zone d'amorce de rupture, distante des zones de jonction, dans laquelle la concentration des contraintes est supérieure aux concentrations de contraintes au niveau des zones de jonction.  To this end, the object of the invention relates to a pressure tank intended to contain at least one fluid under pressure, comprising at least one spacer joined to two opposite outer walls, in which at least one spacer has a generating structure. a breaking initiation zone, distant from the junction zones, in which the concentration of the stresses is greater than the stress concentrations at the junction zones.

L'amorce de la rupture, à savoir la plastification du matériau, se produira alors prioritairement dans la zone d'amorce de rupture lors de l'éclatement du réservoir. La zone d'amorce de rupture est ainsi réalisée en modifiant la forme de l'entretoise, sans réduire les propriétés mécaniques intrinsèques du matériau, tel que cela peut se produire lors de traitements thermiques, de soudage, etc., ce qui permet de conserver une pression d'éclatement élevée du réservoir.  The beginning of the rupture, namely the plastification of the material, will then occur primarily in the rupture initiation zone during the bursting of the reservoir. The rupture initiation zone is thus produced by modifying the shape of the spacer, without reducing the intrinsic mechanical properties of the material, such as may occur during heat treatment, welding, etc., which makes it possible to conserve a high burst pressure of the tank.

Avantageusement, ladite zone d'amorce est située sensiblement au niveau de la partie centrale de ladite au moins une entretoise, afin d'optimiser l'augmentation de volume à l'éclatement et d'augmenter la sécurité. La localisation de la rupture dans les parties centrales du réservoir permet de réduire la masse des parois externes. La valeur de pression d'éclatement du réservoir sera alors globalement plus faible tout en restant acceptable du point de vue de la sécurité.  Advantageously, said initiation zone is situated substantially at the level of the central part of said at least one spacer, in order to optimize burst volume increase and to increase safety. The location of the rupture in the central parts of the tank makes it possible to reduce the mass of the external walls. The burst pressure value of the tank will then be lower overall while remaining acceptable from the point of view of safety.

Dans une variante, le réservoir comportant au moins une entretoise cylindrique évasée, ladite au moins une entretoise présente une section de forme dissymétrique dans la zone d'amorce de rupture.  In a variant, the reservoir comprising at least one flared cylindrical spacer, said at least one spacer has a section of asymmetrical shape in the rupture initiation zone.

Une telle entretoise est par exemple formée par formage sous pression.  Such a spacer is for example formed by forming under pressure.

Avantageusement, ces sections présentent la même surface et/ou le même comportement en traction suivant leur direction longitudinale.  Advantageously, these sections have the same surface and / or the same traction behavior along their longitudinal direction.

Plus particulièrement, la section de forme dissymétrique est une ellipse dont les petite (b) et grande (a) longueurs sont respectivement inférieure et supérieure au diamètre du cercle (d3).  More particularly, the section of asymmetric shape is an ellipse whose small (b) and large (a) lengths are respectively smaller and greater than the diameter of the circle (d3).

Dans le cas d'une section elliptique, la contrainte maximale dans le plan de la section résultant de la pression externe est plus forte que dans le cas d'une section circulaire, de sorte que le début de la plastification, puis le début de la rupture à l'éclatement interviendront prioritairement dans la partie elliptique.  In the case of an elliptical section, the maximum stress in the plane of the section resulting from the external pressure is greater than in the case of a circular section, so that the beginning of the plasticization, then the beginning of the Failure to burst will occur primarily in the elliptical part.

Dans une variante, le réservoir comportant au moins une entretoise cylindrique évasée, ladite au moins une entretoise présente 2863340 3 une section de plus faible dimension et/ou des parois amincies dans la zone d'amorce de rupture.  In a variant, the reservoir comprising at least one flared cylindrical spacer, said at least one spacer has a smaller cross-section and / or thinned walls in the rupture initiation zone.

Dans une autre variante, le réservoir comportant au moins une entretoise formant une paroi interne, ladite au moins une paroi interne présente une épaisseur plus faible dans la zone d'amorce de rupture. Plus particulièrement, les surfaces latérales de ladite au moins une paroi interne sont concaves sur sensiblement toute leur hauteur entre les deux parois externes opposées.  In another variant, the reservoir comprising at least one spacer forming an inner wall, said at least one inner wall has a smaller thickness in the breaking initiation zone. More particularly, the lateral surfaces of said at least one inner wall are concave over substantially their entire height between the two opposite outer walls.

L'amincissement local des entretoises permet notamment de réduire légèrement leur masse, et donc celle du réservoir.  The local thinning of the spacers allows in particular to slightly reduce their mass, and therefore that of the tank.

L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels: - la figure 1 est un mode de réalisation d'un premier type de réservoir polymorphique selon l'art antérieur; - la figure 2 est un mode de réalisation d'un deuxième type de réservoir polymorphique selon l'art antérieur; - la figure 3 est une vue de face partielle d'un réservoir selon l'invention du type de celui représenté figure 1; - la figure 4 est un agrandissement d'une paroi interne du réservoir représenté figure 3 - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une entretoise d'un premier mode de réalisation d'un réservoir selon l'invention, du type de celui représenté figure 2; - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une entretoise d'un deuxième mode de réalisation d'un réservoir selon l'invention, du type de celui représenté figure 2; - les figures 7a et 7b sont des vues en coupe transversale de l'entretoise représentée figure 6 selon les lignes A-A et B-B respectivement.  The invention is now described with reference to the accompanying non-limiting drawings, in which: FIG. 1 is an embodiment of a first type of polymorphic reservoir according to the prior art; FIG. 2 is an embodiment of a second type of polymorphic reservoir according to the prior art; - Figure 3 is a partial front view of a tank according to the invention of the type shown in Figure 1; FIG. 4 is an enlargement of an inner wall of the reservoir shown in FIG. 3; FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a spacer of a first embodiment of a reservoir according to the invention, of the type of that shown in Figure 2; - Figure 6 is a longitudinal sectional view of a spacer of a second embodiment of a tank according to the invention, of the type shown in Figure 2; - Figures 7a and 7b are cross-sectional views of the spacer shown in Figure 6 along lines A-A and B-B respectively.

Les réservoirs de l'art antérieur représentés figures 1 et 2 ont déjà été décrits dans le préambule.  The tanks of the prior art shown in FIGS. 1 and 2 have already been described in the preamble.

Un premier mode de réalisation d'un réservoir selon l'invention est décrit en référence aux figures 3 et 4. Ce réservoir présente une forme générale similaire à celui décrit en référence à la figure 1, les parties identiques sont donc référencées avec les mêmes numéros et ne sont pas détaillées à nouveau. Le réservoir selon l'invention se distingue 2863340 4 de l'art antérieur par la structure des entretoises 5, 6, en forme de parois internes, qui s'étendent sensiblement verticalement, reliant les parois supérieure 1 et inférieure 2 et fermant les cylindres tronqués latéraux 3, 4.  A first embodiment of a reservoir according to the invention is described with reference to FIGS. 3 and 4. This reservoir has a general shape similar to that described with reference to FIG. 1, the identical parts are therefore referenced with the same numbers. and are not detailed again. The tank according to the invention is distinguished from the prior art by the structure of the spacers 5, 6, in the form of internal walls, which extend substantially vertically, connecting the upper and lower walls 1 and 2 closing the truncated cylinders lateral 3, 4.

Dans la suite du texte, on définit un trièdre X, Y, Z, les axes X, Y définissant un plan horizontal, et l'axe Z étant vertical.  In the rest of the text, we define a X, Y, Z trihedron, the X, Y axes defining a horizontal plane, and the Z axis being vertical.

La direction longitudinale du réservoir s'étend suivant la direction X, les parois internes 5, 6 s'étendant dans un plan sensiblement vertical parallèle au plan XZ.  The longitudinal direction of the reservoir extends in the direction X, the inner walls 5, 6 extending in a substantially vertical plane parallel to the plane XZ.

Chaque paroi 5, 6 présente en coupe suivant le plan YZ, tel que représenté figure 4, une dimension di variable, ou épaisseur, dont la plus petite valeur est située sensiblement au niveau de la partie centrale de la paroi. La zone de plus faible dimension forme une zone d'amorce de rupture selon l'invention. De préférence, dans cette zone, la paroi présente des surfaces latérales opposées concaves 20, 21, leur concavité étant dirigée vers l'intérieur du réservoir (vers les compartiments C). La zone d'amorce de rupture est alors distante des zones de soudure S, formant la jonction entre les parois 5, 6 et les parois supérieure 1 et inférieure 2.  Each wall 5, 6 has in section along the YZ plane, as shown in FIG. 4, a variable di-dimension, or thickness, the smallest value of which is situated substantially at the level of the central part of the wall. The zone of smaller dimension forms a breaking initiation zone according to the invention. Preferably, in this zone, the wall has opposite concave lateral surfaces 20, 21, their concavity being directed towards the inside of the reservoir (towards the compartments C). The rupture initiation zone is then distant from the weld zones S, forming the junction between the walls 5, 6 and the upper and lower walls 1 and 2.

Un deuxième mode de réalisation d'un réservoir selon l'invention est décrit en référence aux figures 5 à 7. Dans ce mode de réalisation, le réservoir présente des entretoises cylindriques 12 dont les extrémités 13 évasées sont jointes aux demi-coquilles 7 et 8. La structure du réservoir est similaire à celle du réservoir décrit précédemment en référence à la figure 2, dont elle diffère par la forme des entretoises 12. Seules ces dernières seront détaillées en référence aux figures. Sur ces dernières, seule la partie supérieure de l'entretoise est représentée, l'entretoise étant symétrique par rapport à un plan XY passant sensiblement en son centre.  A second embodiment of a reservoir according to the invention is described with reference to FIGS. 5 to 7. In this embodiment, the reservoir has cylindrical spacers 12 whose flared ends 13 are joined to the half-shells 7 and 8 The structure of the reservoir is similar to that of the tank described above with reference to Figure 2, which differs in the shape of the spacers 12. Only these will be detailed with reference to the figures. On the latter, only the upper part of the spacer is shown, the spacer being symmetrical with respect to an XY plane passing substantially in its center.

Une première variante est décrite en référence à la figure 5. Cette dernière représente une vue en coupe (YZ) d'une partie d'une entretoise 12. La partie centrale de l'entretoise 12 présente un diamètre d2 plus faible que le reste de l'entretoise et une épaisseur e moindre. Afin d'obtenir ces dimensions, une traction peut être appliquée à une entretoise 12 cylindrique afin de former une zone élongée et amincie en son centre. Cette traction va allonger le cylindre dans sa partie droite centrale tout en réduisant légèrement son épaisseur. On peut 2863340 5 avantageusement contrôler cette valeur d'allongement en géométrie en appliquant un effort constant. Cette opération est réalisée dans le domaine plastique du matériau, sans s'approcher des efforts ou élongation à rupture afin de ne pas détériorer de façon trop importante les caractéristiques mécaniques de l'entretoise. Avantageusement, cette traction est réalisée lors de l'évasement des extrémités 13 de l'entretoise. La zone amincie forme ainsi une zone d'amorce de rupture distante des zones de jonction de l'entretoise avec les demi-coquilles du réservoir.  A first variant is described with reference to Figure 5. The latter is a sectional view (YZ) of a portion of a spacer 12. The central portion of the spacer 12 has a diameter d2 smaller than the rest of the spacer and a thickness e lesser. In order to obtain these dimensions, traction can be applied to a cylindrical spacer 12 in order to form an elongated and thinned zone at its center. This traction will lengthen the cylinder in its central right part while slightly reducing its thickness. This elongation value can advantageously be controlled in geometry by applying a constant force. This operation is carried out in the plastic field of the material, without approaching the forces or elongation break so as not to deteriorate too much the mechanical characteristics of the spacer. Advantageously, this traction is performed during the flaring of the ends 13 of the spacer. The thinned zone thus forms a rupture initiation zone remote from the junction zones of the spacer with the half-shells of the reservoir.

Dans une deuxième variante décrite en référence aux figures 6 et 7, la partie centrale de chaque entretoise 12 présente une section transversale de forme variable suivant l'axe Z afin de générer une dissymétrie des contraintes radiales dans le plan XY. Une telle dissymétrie est par exemple réalisée par formage sous pression de la partie centrale initialement cylindrique de l'entretoise en une section de forme elliptique ou présentant une forme dissymétrique selon les axes X et Y. Dans l'exemple, l'entretoise présente une zone Zc cylindrique raccordée à la partie évasée 13, et sensiblement en son centre, une zone Ze dont la section est elliptique, les deux zones Zc, Ze étant reliées par une zone de transition Zt. L'ellipse présente une petite longueur b et une grande longueur a, le diamètre d3 de la partie cylindrique étant compris entre ces deux longueurs: b<d3<a.  In a second variant described with reference to Figures 6 and 7, the central portion of each spacer 12 has a cross section of variable shape along the Z axis to generate an asymmetry of the radial stresses in the XY plane. Such an asymmetry is for example achieved by press-forming the initially cylindrical central part of the spacer into a section of elliptical shape or having an asymmetrical shape along the X and Y axes. In the example, the spacer has a zone Zc cylindrical connected to the flared portion 13, and substantially at its center, a zone Ze whose cross section is elliptical, the two zones Zc, Ze being connected by a transition zone Zt. The ellipse has a small length b and a long length a, the diameter d3 of the cylindrical portion being between these two lengths: b <d3 <a.

Les sections elliptique (figure 7b) et cylindrique (figure 7a) présentent alors la même surface et le même comportement en traction suivant l'axe Z. Par contre, la contrainte maximale dans le plan XY résultante de la pression externe, est plus forte dans le cas d'une section elliptique que dans le cas d'une section circulaire. Le début de la plastification et ensuite de la rupture à l'éclatement interviendra donc prioritairement dans cette partie elliptique qui forme une zone d'amorce de rupture, distante des zones de jonction avec les demi-coquilles 7, 8.  The elliptical (FIG. 7b) and cylindrical (FIG. 7a) sections then have the same surface and the same traction behavior along the Z axis. On the other hand, the maximum stress in the XY plane resulting from the external pressure is greater in the case of an elliptical section only in the case of a circular section. The beginning of the plasticization and then of the burst rupture will thus occur primarily in this elliptical portion which forms a rupture initiation zone, distant from the junction zones with the half-shells 7, 8.

Bien que les exemples décrits comportent trois compartiments C, l'invention se rapporte également à des réservoirs présentant un nombre différent de compartiments, et au moins une entretoise.  Although the described examples comprise three compartments C, the invention also relates to tanks having a different number of compartments, and at least one spacer.

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Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Réservoir sous pression destiné à contenir au moins un fluide sous pression, comportant au moins une entretoise (5, 6, 12) jointe à deux parois externes opposées (1, 2), caractérisé en ce qu'au moins une entretoise (12) présente une structure générant une zone d'amorce de rupture, distante des zones de jonction, dans laquelle la concentration des contraintes est supérieure aux concentrations de contraintes au niveau des zones de jonction.  A pressure vessel for containing at least one pressurized fluid, comprising at least one spacer (5, 6, 12) joined to two opposite outer walls (1, 2), characterized in that at least one spacer (12) ) has a structure generating a breaking initiation zone, distant from the junction zones, in which the concentration of the stresses is greater than the stress concentrations at the junction zones. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone d'amorce est située sensiblement au niveau de la partie centrale de ladite au moins une entretoise (5, 6, 12).  2. Tank according to claim 1, characterized in that said primer zone is located substantially at the central portion of said at least one spacer (5, 6, 12). 3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, comportant au moins une entretoise cylindrique évasée (12), caractérisé en ce que ladite au moins une entretoise présente une section de forme dissymétrique dans la zone d'amorce de rupture.  3. Tank according to claim 1 or 2, comprising at least one flared cylindrical spacer (12), characterized in that said at least one spacer has a section of asymmetrical shape in the breaking initiation zone. 4. Réservoir selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites sections présentent la même surface et/ ou le même comportement en traction suivant leur direction longitudinale.  4. Tank according to claim 3, characterized in that said sections have the same surface and / or the same traction behavior along their longitudinal direction. 5. Réservoir selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la section dissymétrique présente une forme d'ellipse, dont les petite (b) et grande (a) longueurs sont respectivement inférieure et supérieure au diamètre du cercle (d3).  5. Tank according to claim 3 or 4, characterized in that the asymmetric section has an elliptical shape, the small (b) and large (a) lengths are respectively smaller and greater than the diameter of the circle (d3). 6. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, comportant au moins une entretoise cylindrique évasée (12), caractérisé en ce que ladite au moins une entretoise présente une section de plus faible dimension et/ou des parois amincies dans la zone d'amorce de rupture.  6. Tank according to claim 1 or 2, comprising at least one flared cylindrical spacer (12), characterized in that said at least one spacer has a smaller dimension section and / or thinned walls in the initiation zone of break. 7. Réservoir selon la revendication 1, comportant au moins une entretoise formant une paroi interne (5, 6), caractérisé en ce que ladite au moins une paroi interne (5, 6) présente une épaisseur (dl) plus faible dans la zone d'amorce de rupture.  7. Tank according to claim 1, comprising at least one spacer forming an inner wall (5, 6), characterized in that said at least one inner wall (5, 6) has a thickness (dl) lower in the zone d breaking point. 8. Réservoir selon la revendication 7, caractérisé en ce que les surfaces latérales de ladite au moins une paroi interne sont concaves sur sensiblement toute leur hauteur entre les deux parois externes opposées.  8. Tank according to claim 7, characterized in that the lateral surfaces of said at least one inner wall are concave over substantially their entire height between the two opposite outer walls.
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