FR3047237A1

FR3047237A1 - FLEXIBLE METAL FITTING

Info

Publication number: FR3047237A1
Application number: FR1600142A
Authority: FR
Inventors: Jean Marie Gabriel Charles Lucas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-08-04

Abstract

Le dispositif objet de l'invention est un raccord métallique souple étanche constitué de deux couronnes en tôle mince, judicieusement formées pour assurer une souplesse dans l'assemblage des conduites qui lui sont raccordées sur les périmètres internes des couronnes, les périmètres externes des couronnes étant raccordés entre eux. Le présent brevet porte aussi sur la façon dont sont réalisées ces couronnes moulurées fabriquées dans des tôles découpées et jointoyées puis formées par une machine spéciale. Cette invention répond au problème que l'on rencontre lorsque l'on veut transporter des gaz à haute température à une pression proche de la pression atmosphérique. La figure représente une vue de côté et une coupe selon un rayon d'une réalisation particulière d'un raccord souple métallique objet du présent brevet sur laquelle on voit les couronnes formées (1) et une bride d'assemblage (2).The device which is the subject of the invention is a flexible metal flexible connector consisting of two thin sheet metal rings, suitably formed to ensure flexibility in the assembly of the pipes which are connected to it on the internal perimeters of the crowns, the outer perimeters of the crowns being connected to each other. The present patent also relates to the manner in which these molded crowns are produced in cut and jointed sheets then formed by a special machine. This invention addresses the problem that is encountered when one wants to transport gases at high temperature at a pressure close to atmospheric pressure. The figure shows a side view and a sectional view of a particular embodiment of a flexible metal connector object of the present patent on which we see the shaped rings (1) and an assembly flange (2).

Description

Le domaine technique de l'invention est le raccordement étanche de conduites susceptibles de conduire des fluides à des températures supérieures à celles que supportent des raccords par des manchons textiles étanchéifiés par enduction.The technical field of the invention is the sealed connection of conduits capable of conducting fluids at temperatures higher than those supported by connections by textile sleeves coated by coating.

De nombreux circuits transportant des fluides, et en particulier des fluides chauds, à une pression proche de la pression atmosphérique subissent des dilatations et/ou des déformations qui conduisent à les concevoir et à les réaliser en plusieurs tronçons. Ces tronçons doivent être raccordés les uns aux autres de façon étanche et suffisamment souple pour absorber les dilatations différentielles et les déformations qu'ils subissent dans différentes directions.Many circuits carrying fluids, and in particular hot fluids, at a pressure close to atmospheric pressure undergo dilations and / or deformations that lead to design and realize them in several sections. These sections must be connected to each other in a sealed manner and sufficiently flexible to absorb the differential expansions and deformations they undergo in different directions.

On peut envisager d'utiliser pour cela des raccords constitués de manchons en textile, éventuellement en fibre de verre, enduits de polymères souples résistants à des températures moyennement élevées (silicones ou autre produits plus performants et malheureusement plus coûteux). Les températures auxquelles résistent les caoutchoucs, silicones ou autres produits plus coûteux sont respectivement de l'ordre de 1Q0°C, de l'ordre de 200°C et de l'ordre de 300eC.It is conceivable to use for this purpose connectors consisting of textile sleeves, possibly fiberglass, coated with flexible polymers resistant to moderately high temperatures (silicones or other products more efficient and unfortunately more expensive). The temperatures at which the rubbers, silicones or other more expensive products resist are respectively of the order of 100.degree. C., of the order of 200.degree. C. and of the order of 300.degree.

Si la température des fluides à transporter est telle que les conduites atteignent des températures supérieures aux températures admissibles par ces matières, on envisage classiquement de réaliser un circuit double peau : une conduite interne en contact avec le fluide chaud dont les tronçons sont raccordés sommairement et dont le raccord n'est donc pas totalement étanche), entourée d'une couche d'isolant thermique, elle-même entourée d'une paroi externe étanche dont les tronçons sont raccordés par des manchons textiles comme décrits ci-dessus, vu que la couche d'isolant thermique permet de maintenir la paroi externe à une température supportable par de tels manchons. Cette solution conduit cependant à un coût important des raccords et à des montages compliqués et à un ensemble coûteux.If the temperature of the fluids to be transported is such that the pipes reach temperatures higher than the temperatures allowed by these materials, it is conventionally envisaged to produce a double-skin circuit: an internal pipe in contact with the hot fluid whose sections are summarily connected and whose the connection is not completely watertight), surrounded by a layer of thermal insulation, itself surrounded by a sealed outer wall whose sections are connected by textile sleeves as described above, since the layer thermal insulation makes it possible to maintain the outer wall at a temperature that can be supported by such sleeves. This solution, however, leads to a high cost of fittings and complicated assemblies and an expensive assembly.

Dans certains cas, différentes raisons (corrosion, nécessité de dispositifs plus compacts, coût etc.) peuvent conduire à refuser cette solution de double peau. Pour supporter des températures de l'ordre de 200 à 400°C sans dégradation, on est alors conduit à utiliser des raccords métalliques souples. De tels raccords sont soit des raccords en métal avec tresses de verre ou de céramique, raccords qui ne sont pas totalement étanches et qui risquent même dans certaines conditions de fuir assez fortement, soit des raccords formés d'anneaux métalliques sertis de façon plus ou moins étanche les uns sur les autres (par exemple en formant une spirale annelée qui constitue un élément de conduite ronde), soit des raccords en forme de tube ondulé étanche. Ces différents raccords sont coûteux, fragiles et demandent, pour les moins chers, des pièces d'adaptation qui en augmentent considérablement le prix. De plus, à l'exception des raccords en tube de tôle ondulés, ils ne sont pas totalement étanches et peuvent même fuir dans des situations particulières. Pour ce qui est des raccords formés avec des ondulations le long d'un tube, dès que les diamètres dépassent 20 cm, les coûts deviennent prohibitifs, les techniques de fabrication étant coûteuses. L'invention porte sur un type de raccord étanche avantageusement en tôle métallique déformée judicieusement permettant de raccorder deux conduites en leur laissant une certaine latitude de mouvement le long de leurs axes et en permettant une modification de l'orientation relative de leurs axes, pourvu que ces axes restent concourants et que l'angle entre eux reste raisonnablement petit, et sur la façon de fabriquer de tels raccords. Avec de tels raccords, on peut, en en utilisant deux dans un montage analogue au montage à double cardan réaliser tous les raccordements de conduite que l'on désire.In some cases, different reasons (corrosion, need for more compact devices, cost etc.) may lead to denial of this double skin solution. To withstand temperatures of the order of 200 to 400 ° C without degradation, it is then necessary to use flexible metal fittings. Such connections are either metal fittings with glass braids or ceramic, fittings that are not completely sealed and that may even under certain conditions to leak quite strongly, or fittings formed of metal rings crimped more or less sealed to each other (for example by forming a ringed spiral which constitutes a round pipe element), or fittings shaped tight corrugated tube. These different fittings are expensive, fragile and require, for cheaper, adaptation parts that greatly increase the price. In addition, with the exception of corrugated sheet metal tube fittings, they are not completely waterproof and may even leak in special situations. For fittings formed with corrugations along a tube, as soon as the diameters exceed 20 cm, the costs become prohibitive, the manufacturing techniques being expensive. The invention relates to a type of tight fitting advantageously appropriately deformed metal sheet for connecting two pipes by allowing them a certain latitude of movement along their axes and allowing a modification of the relative orientation of their axes, provided that these axes remain concurrent and that the angle between them remains reasonably small, and on the way to manufacture such connections. With such connections, it is possible, using two in a mounting similar to the double gimbal assembly to make all the pipe connections that one desires.

Les raccords métalliques souples objets de la présente invention sont constitués de deux couronnes raccordées entre elles au niveau de leurs périmètres extérieurs et chacune à l'extrémité de l'une des conduites à raccorder au niveau de son périmètre intérieur, la surface de chacune des couronnes étant de section ondulée, avantageusement de façon concentrique, de façon à ce que l'on puisse, sans gros effort, déformer ces couronnes en en enfonçant la partie centrale par rapport à la partie extérieure ou en créant un angle entre la partie centrale et la partie extérieure.The flexible metal connectors object of the present invention consist of two rings connected together at their outer perimeters and each at the end of one of the pipes to be connected at its inner perimeter, the surface of each of the rings being of corrugated section, advantageously concentrically, so that one can, without great effort, deform these crowns by pressing the central portion relative to the outer part or creating an angle between the central portion and the outer part.

Au niveau de leurs périmètres extérieurs, les deux couronnes peuvent être soudées ou serties directement ensemble. Pour permettre le démontage du raccord, il peut être plus avantageux de munir chaque couronne d'une bride au niveau de son périmètre extérieur. L'étanchéité des deux brides serrées l'une contre l'autre peut, dans bien des cas, être assurée par un joint caoutchouc, silicone ou autre. Vu que le périmètre extérieur est refroidi par la couronne et par la bride elle-même, il sera habituellement la partie la plus froide du raccord ce qui permet d'y utiliser un joint particulièrement simple.At their outer perimeters, the two crowns can be welded or crimped together directly. To allow disassembly of the connection, it may be more advantageous to provide each crown with a flange at its outer perimeter. The tightness of the two flanges tight against each other can, in many cases, be provided by a rubber, silicone or other seal. Since the outer perimeter is cooled by the crown and the flange itself, it will usually be the cooler part of the fitting, allowing for a particularly simple joint.

Au niveau de son périmètre intérieur, chacune des couronnes est soudée ou sertie soit directement à l'extrémité de la conduite à laquelle elle vient se raccorder, soit à une bride venant elle-même se fixer à une autre bride fixée sur l'extrémité de la conduite.At its inner perimeter, each of the rings is welded or crimped either directly to the end of the pipe to which it comes to be connected, or to a flange which itself attaches to another flange fixed on the end of the driving.

Les raccords métalliques ainsi formés sont donc souples et étanches.The metal fittings thus formed are therefore flexible and tight.

Il existe des membranes en tôle mince de forme analogue à la forme des couronnes utilisées dans la présente invention. Pourtant, il faut remarquer que ces membranes sont souvent de petit diamètre extérieur et réalisées par emboutissage et sont en des métaux qui acceptent des emboutissages relativement profonds du fait d'un allongement à la rupture élevé. Les raccords selon l'invention ne nécessitent pas l'utilisation de métaux spécialement favorables à l'emboutissage car on a cherché à ce qu'ils puissent être réalisés en des métaux résistant bien à la corrosion et le moins coûteux possible. Il a donc fallu mettre au point un mode de réalisation des couronnes limitant les déformations subies par les tôles, ce qui a amené à les concevoir en une surface développable définie et étudiée judicieusement. La réalisation de ces couronnes est faite avec des appareils de formage qui n'induisent pas des efforts très importants et qui donc peuvent créer des couronnes ondulées de grande taille à un prix raisonnable. Il s'agit en particulier de machines dérivées des « roues anglaises » et des bordeuses- moulureuses, munies de galets formeurs mâles de forme angulaire d'angle légèrement arrondi et > femelle de forme avec gorge torique, et que la machine est munie d'un bras de guidage permettant de faire tourner le tronc de cône de tôle autour de son sommet, sommet qui est maintenu fixe lors de tout le formage d'une moulure et déplacé quand on passe au formage d'une autre moulure. Ces machines formeront des troncs de cône constitués par jointoiement (par soudure, sertissage ou autre) des bords d'une tôle découpée en secteur de couronne, jointoiement selon une génératrice du cône. On pourra constituer par jointoiement également des tôles de grande taille à partir de tôles plus petites et faire la découpe des tôles de grande taille.There are thin sheet metal membranes of a shape similar to the shape of the rings used in the present invention. However, it should be noted that these membranes are often small outside diameter and made by stamping and are made of metals that accept relatively deep drawing due to a high elongation at break. The connectors according to the invention do not require the use of metals which are especially favorable for stamping because it has been sought that they may be made of metals that are resistant to corrosion and that are as inexpensive as possible. It was thus necessary to develop an embodiment of the crowns limiting the deformations undergone by the sheets, which led to conceive them into a developable surface defined and studied judiciously. The realization of these crowns is made with forming devices that do not induce very large efforts and therefore can create large corrugated crowns at a reasonable price. They are in particular machines derived from "English wheels" and bending-edge-bending machines, provided with male forming rollers of angular shape of slightly rounded angle and> female of shape with toric groove, and that the machine is equipped with a guide arm for rotating the truncated cone of sheet around its top, which vertex is held fixed during all the forming of a molding and moved when one goes to the formation of another molding. These machines will form truncated cones formed by grouting (by welding, crimping or otherwise) the edges of a sheet cut into the crown sector, grouting along a generatrix of the cone. It is also possible to grout large plates from smaller sheets and to cut large sheets.

Pour que les couronnes ondulées puissent être réalisées sans que l'on n'ait à faire subir à la couronne de tôle des déformations excessives qui l'amèneraient à gondoler ou à se déchirer en certains points, il convient que la forme finale recherchée de la couronne déformée soit développable. On peut vérifier qu'une couronne creusée de sillons concentriques à angles vifs d'angle déterminé et de la même valeur partout est développable en un tronc de cône de révolution, lui-même développable en un secteur de couronne plane. Les angles au sommet correspondant aux raccords dessinés dans la figure 1 et dans la figure 2 sont différents comme on peut le voir en observant que les parties coniques résiduelles des faces du raccord n'ont pas le même angle dans les deux figures. La surface dont la réalisation causerait le moins de contraintes serait donc une surface dans laquelle les portions de cercles rapportées dans les coupes des figures 1 et 2 auraient le plus petit rayon possible correspondant à un simple pliage. Pourtant, ce pliage serré serait extrêmement difficile à réaliser avec un outil du genre des moulureuses, même améliorées. On est donc amené à réaliser des formages ayant un rayon de courbure nettement plus important qu'un rayon qu'on pourrait faire en pliage. Malheureusement, la roulette et la contre-roulette d'une moulureuse ont des diamètres importants et ces diamètres induisent quand on fait des moulures incurvées sur une tôle, que les moulures obtenues ont un rayon de courbure donné qui ne peut être inférieur à un certain rayon fonction de la courbure en plan de la moulure et du diamètre de la roulette même si cette roulette a un angle aigu (angle aigu qui peut avoir tendance à fragiliser la partie enfoncée). On utilisera donc pour former la surface non pas une simple moulureuse équipée d'une des roues et contre-roues habituelles mais une moulureuse modifiée capable de serrer la tôle entre deux roues beaucoup plus petites qui tournent autour d'axes beaucoup plus proches l'un de l'autre que ne le sont les axes d'une moulureuse habituelle. Certes, il sera alors difficile d'entraîner la tôle par la roue et la contre-roue d'une telle machine. Sachant que le cône que l'on va travailler est guidé par son sommet qui est rendu fixe par rapport à la machine, on entraînera la couronne conique de tôle par deux galets caoutchoutés qui l'obligeront à tourner autour de son axe. On notera d'ailleurs que c'est une couronne tronc-conique de tôle que l'on formera, couronne qui deviendra globalement un plateau comme indiqué sur les figures et cela au fur et à mesure d'un formage qui commencera avantageusement par l'extérieur. Cette couronne tronc-conique de tôle sera obtenue par soudure bord à bord à l'arc ou par points avec un léger recouvrement des deux morceaux de génératrice de cône qui limitent le secteur de couronne découpé dans la tôle. Dans le raccord de la figure 1, le cône de tôle passera pour chacune des moulures qui y sont faites dans la bordureuse-moulureuse modifiée avec un réglage déterminé de l'axe. Plusieurs tours permettront d'approfondir progressivement la moulure et cela pour chaque moulure, en commençant avantageusement par les moulures les plus externes. Pour le raccord de la figure 2, on fera passer le cône successivement sur une face puis sur l'autre dans la moulureuse modifiée de sorte qu'on réalise successivement les moulures dans un sens et dans l'autre bord à bord, et cela pour chaque bande d'une moulure double. Il apparaît comme avantageux de choisir l'angle des faces planes que fait apparaître le double moulurage à une valeur de 90° environ. Les déformations sont en effet plus faciles pour cette valeur pour laquelle on profite du fait que le cosinus de l'angle 90° n'évolue que très peu lorsque l'angle de 90° évolue. Grâce à cela, on obtiendra une souplesse plus importante des couronnes formées. Malgré les précautions et la relative petitesse du diamètre des roues et contre -roues, le pli entre deux ondulations ne sera pas aussi net que le pli que l'on pourrait obtenir dans une plieuse car les roues et contre-roues engendrent dans leur mouvement, même si la roue a un angle vif, une déformation qui a un rayon de courbure plus important que celui que l'on obtiendrait dans un moulurage linéaire, et cela pour des raisons géométriques assez faciles à comprendre. C'est la raison pour laquelle les profils des coupes de couronnes formées sont un ensemble de portions de cercles raccordés par des droites.In order that the corrugated crowns can be produced without having to cause the sheet metal crown to undergo excessive deformation which would cause it to warp or tear at certain points, the desired final shape of the deformed crown is developable. It can be verified that a crown hollowed out with concentric grooves with sharp angles of determined angle and of the same value everywhere is developable into a truncated cone of revolution, itself developable in a flat crown sector. The angles at the apex corresponding to the couplings drawn in FIG. 1 and in FIG. 2 are different as can be seen by observing that the residual conical portions of the faces of the fitting do not have the same angle in the two figures. The surface whose realization would cause the least stress would be a surface in which the portions of circles reported in the sections of Figures 1 and 2 have the smallest possible radius corresponding to a simple folding. However, this tight bending would be extremely difficult to achieve with a tool like moulders, even improved. It is therefore necessary to perform forming having a radius of curvature significantly greater than a radius that could be made in folding. Unfortunately, the wheel and the counter-roller of a molding machine have large diameters and these diameters induce when making curved moldings on a sheet, that the moldings obtained have a given radius of curvature which can not be less than a certain radius function of the curvature in plane of the molding and the diameter of the wheel even if this wheel has an acute angle (acute angle which may tend to weaken the sunken part). So we will use to form the surface not a simple moulder equipped with one of the usual wheels and counter-wheels but a modified moulder able to tighten the plate between two wheels much smaller which revolve around axes much closer one on the other hand, there are the axes of a usual bending machine. Of course, it will be difficult to drive the sheet by the wheel and against the wheel of such a machine. Knowing that the cone that we are going to work is guided by its top which is made fixed with respect to the machine, we will drive the conical crown of sheet by two rubberized rollers which will force it to turn about its axis. It will be noted, moreover, that it is a truncated-conical crown of sheet metal which will be formed, a crown which will generally become a plate as indicated in the figures and that as and when a forming which will start advantageously by the outside. This truncated-conical crown of sheet metal will be obtained by edge-to-edge or point-to-edge welding with a slight overlap of the two pieces of cone generator which limit the cut crown sector in the sheet. In the connection of FIG. 1, the sheet cone will pass for each of the moldings made therein in the modified edger-reamer with a determined adjustment of the axis. Several turns will gradually deepen the molding and that for each molding, starting advantageously by the outermost moldings. For the connection of Figure 2, it will pass the cone successively on one side and then on the other in the modified molding machine so that successively makes the moldings in one direction and the other edge on board, and this for each band of a double molding. It appears to be advantageous to choose the angle of the planar faces which causes the double molding to appear at a value of approximately 90 °. The deformations are indeed easier for this value for which we take advantage of the fact that the cosine of the 90 ° angle evolved only very little when the angle of 90 ° evolves. With this, one will obtain a greater flexibility of the formed crowns. In spite of the precautions and the relative smallness of the diameter of the wheels and against-wheels, the fold between two undulations will not be as clear as the fold that one could obtain in a folding machine because the wheels and against-wheels engender in their movement, even if the wheel has a sharp angle, a deformation which has a greater radius of curvature than that which one would obtain in a linear molding, and this for geometric reasons quite easy to understand. This is the reason why the profiles of the cut crowns formed are a set of portions of circles connected by straight lines.

Les figures 1 et 2 représentent une vue de côté et une coupe selon un rayon d'un raccord souple métallique objet du présent brevet sous deux formes différente : figure 1 : raccord souple à faible souplesse, figure 2 : raccord souple à plus forte souplesse. On notera les couronnes en tôles formée (1) et les brides extérieures (2).Figures 1 and 2 show a side view and a section along a radius of a metal flexible connector subject of this patent in two different forms: Figure 1: flexible connection with low flexibility, Figure 2: flexible connection with greater flexibility. Note the formed sheet metal rings (1) and the outer flanges (2).

On peut avantageusement réaliser ces raccords en tôles d'acier inoxydable de 4/10 à 1,5 mm d'épaisseur, sachant que les brides extérieures indiquées sur la figure, du fait qu'elles sont raidies par l'assemblage avec la couronne de tôle sont facilement rendues étanches par un serrage raisonnable.Advantageously, these connections are made of stainless steel sheets 4/10 to 1.5 mm thick, knowing that the outer flanges indicated in the figure, because they are stiffened by the assembly with the crown of sheet metal are easily sealed by reasonable tightening.

Bien que l'on puisse souder à l'intérieur de la couronne une bride raccordable à une autre bride portée par chaque tuyau que l'on veut raccorder, on a considéré comme avantageux et donc choisi de représenter le cas où l'on raccorde les conduites au raccord par soudure ou sertissage.Although it is possible to weld inside the ring a flange connectable to another flange carried by each pipe that is to be connected, it has been considered advantageous and thus chosen to represent the case where the connections are connected. connected to the connection by welding or crimping.

Les profils radiaux des couronnes et de leurs collerettes ne sont pas quelconques. Ils réunissent des portions de droite à des portions approximativement d'arcs de cercles.The radial profiles of the crowns and their collars are not arbitrary. They combine right-hand portions with portions of approximately arcs of circles.

Chacune des fixations des couronnes entre elles et avec les conduites peut être réalisée soit avec une bride soit par soudure ou sertissage. On noter que l'utilisation de brides facilite le démontage, ce qui a amené à prévoir dans les cas représentés sur les figures des brides sur le périmètre extérieur des couronnes pour la fixation des deux couronnes entre elles.Each of the fasteners crowns between them and with the pipes can be carried out either with a flange or by welding or crimping. Note that the use of flanges facilitates disassembly, which led to provide in the cases shown in the figures of the flanges on the outer perimeter of the rings for fixing the two rings together.

Claims

1) flexible metal coupling characterized in that it consists of two rings connected together at their outer perimeters and each at the end of one of the pipes to be connected at its inner perimeter, the surface of each of the rings being corrugated, advantageously in a concentric manner, so that the relative position of the two pipes joined by the coupling can be modified without great effort as regards the angle formed by their axes and the distance precise of their ends.

2) metal flexible connection optionally according to the preceding claim characterized in that the thin sheet metal rings formed to form the sidewalls of the connector are cut in a sheet, possibly formed by joining together several sheets by a technique ensuring the seal (by example edge-to-edge welding with or without slight overlap, crimping, etc.), the cutting making it possible to constitute a truncated cone of revolution of angle at the apex defined by the parameters of the shape and the dimension chosen for the crowns, the cut sheet metal being formed in this truncated cone by joining together the edges corresponding to a generator by a sealing technique.

3) flexible metal fitting optionally according to one or more of the preceding claims characterized in that the cones are transformed into the overall molded tray parts without central area, using a machine holding both of the "English wheel" and the "bordeuse - moulureuse", equipped with male forming rollers of angular shape of slightly rounded corner and female form with toric groove, and that the machine is provided with a guide arm to make turn the truncated cone of sheet metal around its top, which is held fixed during all the forming of a molding and moved when one goes to the molding of another molding.

4) flexible metal fitting optionally according to one or more of the preceding claims characterized in that the inner and outer edges are connected to flanges -allowing to assemble them by bolt or are connected to each other or to the pipes that one wants- connect by means ensuring the tightness and strength of the connection.

5) metal flexible connection optionally according to one or more of the preceding claims characterized in that one can use two at the ends of a longer or shorter section of pipe to connect pipes whose axes are not concurrent to the way of a double cardan with the connectors instead of the gimbals.

6) flexible metal fitting optionally according to one or more of the preceding claims characterized in that it can connect two pipes surrounding smaller ducts simply nested or connected in a summary way with enough clearance to let them move relative to each other to the other, the inner and outer pipes being separated by a sufficiently flexible layer of insulation resistant to high temperatures. This arrangement avoids wearing the connection at a temperature as high as the inner pipes.