FR3074876A1 - Conduit d'alimentation en fluide et procede pour fournir un tel conduit - Google Patents

Conduit d'alimentation en fluide et procede pour fournir un tel conduit Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fourniture d'un conduit d'alimentation en fluide (100) destiné à traverser un environnement contraint (EC), comportant les opérations suivantes : - fourniture d'un tube à section circulaire (211), de dimensions appropriées, - matriçage du tube à section circulaire (212) de sorte à obtenir un tube section oblongue de section ovale (110), - fourniture (220) d'une pluralité de raidisseurs externes (120) d'une forme évidée adaptée aux dimensions externes du tube à section oblongue, - assemblage (230) des raidisseurs externes autour d'une portion de la section du tube à section oblongue. L'invention concerne également un conduit d'alimentation en fluide (100) comportant : - au moins un tube à section oblongue (110), et - une pluralité de raidisseurs externes (120) d'une forme évidée adaptée pour ceindre le tube de section oblongue sur une portion de sa section, la pluralité de raidisseurs externes étant répartis sur une longueur dudit tube.

Description

CONDUIT D’ALIMENTATION EN FLUIDE ET PROCEDE POUR FOURNIR UN TEL CONDUIT
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un conduit d’alimentation en fluide adapté pour traverser un environnement contraint. L’invention concerne également un procédé de fourniture d’un tel conduit d’alimentation en fluide. L’invention trouve des applications dans tous les domaines à environnement contraint comme les environnements moteurs et, en particulier, dans le domaine des turboréacteurs.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans les environnements contraints, comme les environnements moteurs, il est connu que la transmission des fluides tels que le gaz, l’huile ou le fuel peut parfois être difficilement réalisée au moyen de conduits d’alimentation classiques formés d’un ou plusieurs tubes à section ronde. En effet, un environnement moteur impose de nombreuses contraintes mécaniques comme un espace exigu, des déplacements imposés, des tolérances d’installation ou encore des contraintes thermiques qui empêchent la traversée de tubes à section ronde. Pour ces raisons, il est connu, dans les environnements moteurs, d’utiliser des conduits formés de tubes à section ovale qui ont l’avantage d’offrir un encombrement réduit dans une des dimensions desdits tubes. En comparaison à un tube à section ronde, et à surface de section équivalente, la géométrie ovale des tubes à section ovale permet de transporter un fluide dans un encombrement restreint sur un axe.
Cependant, les tubes à section ovale, appelés aussi tubes à section oblongue, présentent une répartition inégale des forces de pression au sein du tube. En effet, en raison de la disparité des dimensions d’un tube à section oblongue, les forces de pressions ne sont pas réparties uniformément sur toute la surface du tube, ce qui génère des contraintes variant d’un facteur compris entre 1 et 10 au sein du tube. Or, des contraintes trop élevées dans un tube peuvent entraîner une détérioration voire une rupture dudit tube.
Pour compenser cette disparité des contraintes au sein d’un tube à section oblongue et consolider ledit tube à section oblongue, certains fabricants proposent d’insérer chaque tube à section oblongue dans des raidisseurs de type anneau. Toutefois, la mise en place d’un tube à section oblongue dans des raidisseurs annelés est complexe, en particulier dans un environnement restreint, et donc coûteuse.
D’autres fabricants proposent, pour compenser la disparité des contraintes au sein d’un tube à section oblongue et consolider ledit tube, de loger des raidisseurs dits raidisseurs internes - à l’intérieur du tube à section oblongue. Cependant, une telle solution nécessite la mise en œuvre d’un procédé de découpe prévis qui a l’inconvénient d’être particulièrement onéreuse. En outre, les raidisseurs internes sont positionnés sur le chemin du fluide, ce qui génère des pertes de charge.
Une autre solution proposée par les fabricants est de réaliser des tubes à section oblongue dont la section présente une épaisseur variable. De tels tubes, fabriqués par addition de matière, nécessite des phases de finitions dont le coût est relativement élevé.
D’une façon générale, un tube à section oblongue peut classiquement être formé d’une plaque de métal ou d’alliage courbée dont les rives sont soudées l’une avec l’autre pour former le tube à section oblongue. En effet, des tubes à section circulaire, dits roulés, sont soudés avec un cordon de soudure puis la section oblongue est obtenue, par écrasement. Un tube à section oblongue peut également être formé de deux plaques en demi-coquilles fabriquées séparément et assemblées par soudage des rives entre elles. Cependant, qu’il y ait une seule soudure ou deux soudures, la zone de soudure des rives constitue une ligne - ou deux lignes - de moindre résistance induisant des abattements des caractéristiques mécaniques. La mise en œuvre de tels tubes à section oblongues est donc relativement onéreuse.
RESUME DE L’INVENTION
Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de répartition inégale des forces de pression au sein d’un tube à section oblongue, le demandeur propose un conduit d’alimentation dans lequel le tube à section oblongue est partiellement ceint d’une pluralité de raidisseurs externes.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de fourniture d’un conduit d’alimentation en fluide destiné à traverser un environnement contraint, caractérisé en ce qu’il comporte les opérations suivantes :
- fourniture d’un tube à section circulaire, de dimensions appropriées,
- matriçage du tube à section circulaire de sorte à obtenir un tube à section oblongue,
- fourniture d’une pluralité de raidisseurs externes d’une forme évidée adaptée aux dimensions externes du tube à section oblongue,
- assemblage des raidisseurs externes autour d’une portion de la section du tube à section oblongue.
Ce procédé permet de fabriquer indépendamment un tube à section oblongue et des raidisseurs de sorte que lesdits raidisseurs puissent être assemblés sur le tube à section oblongue au moment le mieux adapté de la mise en œuvre du conduit d’alimentation.
Dans la suite de la description, on comprendra par « section sensiblement ovale », une section qui a la forme d'une courbe fermée et allongée, circulaire à ses extrémités, et dont l'aspect présente une analogie avec une ellipse.
De façon avantageuse, l’opération d’assemblage comporte un positionnement tête-bêche de deux raidisseurs externes autour du tube à section oblongue de sorte que les deux raidisseurs externes forment un cerclage alterné autour dudit tube. Ce cerclage alterné assure une bonne résistance aux forces de pression générées par la circulation du fluide au sein du tube à section oblongue.
De façon avantageuse, l’assemblage des raidisseurs externes sur le tube à section oblongue est réalisé par soudure, brasure, collage ou frettage.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un conduit d’alimentation en fluide destiné à traverser un environnement contraint. Ce conduit se caractérise par le fait qu’il comporte :
- au moins un tube à section oblongue présentant une section sensiblement ovale, et
- une pluralité de raidisseurs externes d’une forme évidée adaptée pour ceindre le tube de section ovale sur une portion de sa section, la pluralité de raidisseurs externes étant répartis sur une longueur dudit tube.
Ce conduit d’alimentation a l’avantage d’être moins encombrant qu’un conduit cylindrique classique tout en ayant une bonne résistance aux forces de pression.
Avantageusement, chaque raidisseur externe comporte une section en forme de U qui permet un assemblage facile du raidisseur sur le tube à section oblongue par un côté dudit tube.
Le conduit d’alimentation en fluide peut comporter, en outre, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- deux raidisseurs externes successifs sont positionnés tête-bêche autour du tube à section oblongue de sorte qu’une paire desdits raidisseurs forme un cerclage alterné autour dudit tube;
- chaque raidisseur externe comporte une épaisseur variable, ladite épaisseur étant plus grande autour des zones du tube à section oblongue les plus fortement contraintes et plus fine autour des zones du tube à section oblongue les plus faiblement contraintes ;
- le tube à section oblongue comportant des zones circulaires et des zones linéaires, l’épaisseur du raidisseur croit depuis une zone linéaire jusqu’à une zone circulaire.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un turboréacteur comprenant un environnement contraint traversé par un conduit d’alimentation en fluide tel que définit précédemment.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures dans lesquelles :
- La figure 1 représente une vue de face d’un exemple de conduit d’alimentation selon l’invention ;
- La figure 2 représente une vue en perspective d’une portion du conduit d’alimentation de la figure 1 ;
- La figure 3 représente une vue en coupe de la portion de conduit de la figure 2;
- Les figures 4A et 4B montrent une comparaison de l’état de contrainte d’un conduit d’alimentation sans raidisseur externe et avec raidisseurs externes ; et
- La figure 5 représente un exemple de diagramme fonctionnel du procédé de fourniture d’un conduit d’alimentation de la figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION
Un exemple de réalisation d'un conduit d’alimentation en fluide destiné à traverser un environnement contraint et un exemple du procédé permettant de fabriquer un tel conduit sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.
Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées.
La figure 1 représente, selon une vue de face, un exemple de conduit d’alimentation en fluide selon un ou plusieurs modes de réalisation de l’invention. La figure 2 représente une vue en perspective d’une portion de ce conduit. La figure 3 représente une vue sectionnelle de la portion de conduit de la figure 2.
Le conduit d’alimentation de la figure 1, référencé 100, comporte un tube à section oblongue 110, par exemple en métal ou en alliage, et une pluralité de raidisseurs externes 120. Dans cet exemple, le conduit d’alimentation 100 comporte un seul tube à section oblongue 110. L’homme du métier comprendra toutefois que plusieurs tubes à section oblongue 110 peuvent être agencés les uns à la suite des autres et assemblés les uns avec les autres au moyen de raccords ou de tout autre moyen de raccordement de tubes. Dans l’exemple de la figure 1, le tube à section oblongue 110 s’étend dans un environnement contraint, référencé EC, entre un point d’entrée du fluide 140, par lequel le fluide est introduit dans le conduit 100, et un point de sortie du fluide 130, par lequel le fluide s’écoule hors du conduit 100.
Entre les points d’entrée 140 et de sortie 130, le conduit d’alimentation 100 comporte un tube à section oblongue 110 obtenu par matriçage d’un tube à section circulaire. Le matriçage est une technique de fabrication qui consiste à former une pièce par déformation, après chauffage ou à température ambiante, d’un matériau en métal ou en alliage. Dans l’invention, un tube classique à section circulaire est formé, par exemple à chaud, en forme de tube à section oblongue au moyen d’une matrice portant en creux la forme du tube à section oblongue. Le tube à section oblongue 110 obtenu par matriçage est un tube d’un seul tenant, sans soudure, qui présente une section sensiblement ovale, ou elliptique, comme représenté sur la figure 3. Ainsi, le tube à section oblongue 110 a une forme de cylindre aplati comportant deux zones sensiblement linéaires 112 s’étendant longitudinalement dans le plan XY de l’environnement contraint EC et des zones circulaires 111 s’étendant entre les deux zones linéaires 112.
Le fait d’être sans soudure permet au tube à section oblongue de l’invention de ne comporter aucune zone de moindre résistance due aux abattements des capacités mécaniques dans les zones de soudure, en comparaison à des assemblages par soudure entre rives. Le tube à section oblongue 110 peut donc être fabriqué avec une épaisseur régulière et relativement fine - par exemple de l’ordre de 0,6 à 0,9 mm - qui permet de limiter l’encombrement dudit tube à section oblongue.
On comprendra que, outre l’épaisseur du tube à section oblongue, l’encombrement dudit tube à section oblongue 110 peut également être modulé en modifiant l’étirement de l’ovale de sa section.
Le conduit d’alimentation en fluide 100 comporte, en plus du tube à section oblongue 110, une pluralité de raidisseurs externes 120 répartis sur la longueur du tube à section oblongue 110 et assurant une tenue à de fortes pressions provoquées par la circulation du fluide. Dans l’exemple de la figure 1, les raidisseurs externes 120 sont répartis sur la longueur du tube à section oblongue 110, entre le point d’entrée 140 et le point de sortie 130, à l’exception d’une zone centrale 113 maintenue par un dispositif de fixation 150. Dans cet exemple, le dispositif de fixation 150 maintient le tube à section oblongue 110, par exemple sur une paroi ou sur une autre pièce de l’environnement contraint EC, en cerclant partiellement ledit tube à section oblongue. Le dispositif de fixation 150 joue alors, localement, dans la zone centrale 113 du tube à section oblongue, un rôle de raidisseur.
Selon l’invention, chaque raidisseur externe 120 est monté en extérieur du tube à section oblongue 110 de façon à ceindre partiellement ledit tube à section oblongue. Ce montage en extérieur du tube à section oblongue permet que la présence des raidisseurs n’affecte pas la section de passage interne du tube et donc le débit du fluide au sein dudit tube. Chaque raidisseur externe 120 a une forme évidée, adaptée pour recevoir une portion d’une zone circulaire 111 du tube à section oblongue 110. Ainsi, chaque raidisseur externe 120 peut présenter globalement un profil en forme de fer à cheval ceinturant au moins une partie de la zone circulaire du tube à section oblongue 110. De façon plus précise, un raidisseur externe 120 est une pièce, par exemple en métal ou en alliage, dont la section interne, référencée S120 sur les figures 2 et 3, a une forme complémentaire de la forme de la section S110 du tube à section oblongue 110. Par exemple, lorsque la section du tube à section oblongue 110 est ovale, la section interne S120 est également ovale avec des dimensions telles que la section interne du raidisseur externe 120 emboîte la section externe S110 du tube à section oblongue.
La section interne S120 du raidisseur externe 120 peut avoir, par exemple, la forme d’un U dont la base 121 entoure une portion de la zone circulaire 111 du tube à section oblongue 110 et dont les jambes 122 suivent une portion de la zone linéaire 112 du tube à section oblongue.
Un conduit d’alimentation selon l’invention peut être fabriqué en réalisant d’une part le tube à section oblongue 110 et d’autre par les raidisseurs externes 120. Comme représenté sur la figure 5, la fourniture 210 du tube à section oblongue 110 comporte une opération 211 de fourniture d’un tube cylindrique, c'est-à-dire d’un tube classique à section circulaire, puis une opération 212 de matriçage dudit tube cylindrique afin d’obtenir un tube à section oblongue 110 (étape 213). Indépendamment de la fourniture du tube à section oblongue 110, sont fabriqués - étape 220 - la pluralité de raidisseurs externes 120. Ces raidisseurs externes 120 sont fabriqués par des techniques d’usinage connues telles que le fraisage, le découpage fil, la découpe laser, la fonderie en fabrication additive ou plastique/CMO (si températures basses) de sorte à ce qu’ils aient chacun un profil en fer à cheval, comme expliqué précédemment. Un tel profil en fer à cheval des raidisseurs externes permet d’assembler chaque raidisseur sur le tube à section oblongue - étape 230 - par exemple par glissement latéral depuis la zone circulaire 111 dudit tube. Une fois monté autour du tube à section oblongue 110, chaque raidisseur externe 120 peut être fixé sur ledit tube, par exemple, par soudure, brasure, collage ou frettage. Un tel assemblage des raidisseurs externes sur le tube à section oblongue présente l’avantage d’être compatible en hautes températures.
Un tel procédé 200, dans lequel les raidisseurs externes sont fabriqués indépendamment du tube à section oblongue et montés latéralement, permet un assemblage tardif des deux éléments, notamment un assemblage après des étapes de fonderies. Il permet, en outre, un taux de défaillance plus bas que celui des conduits d’alimentation à raidisseur interne. Cela permet également de raidir une zone oblongue partielle dans le cas d’un tube où les deux extrémités sont circulaires et la zone centrale oblongue, ce qui serait impossible à installer avec un raidisseur à 360°.
Les raidisseurs externes 120 peuvent avoir une épaisseur identique sur toute leur longueur. Autrement dit, lorsqu’ils ont une forme en U, les jambes et la base du U de chaque raidisseur peuvent être d’une même épaisseur. Selon certains modes de réalisation, comme ceux représentés sur les figures 2 et 3, l’épaisseur 123 de certains des raidisseurs externes, ou de tous les raidisseurs externes, peut être variable. Par exemple, l’épaisseur 123 des raidisseurs externes 120 peut être plus grande autour des zones du tube à section oblongue les plus fortement contraintes et plus fine autour des zones dudit tube à section oblongue les plus faiblement contraintes. En particulier, l’épaisseur 123 des raidisseurs externes peut croître depuis la zone linéaire 112 jusqu’à la zone circulaire 111 du tube à section oblongue, la zone circulaire étant généralement la zone subissant les plus fortes contraintes.
Selon certains modes de réalisation, les raidisseurs externes 120 sont répartis régulièrement sur la longueur du tube à section oblongue 110. Selon d’autres modes de réalisation, les raidisseurs externes sont répartis irrégulièrement le long du tube à section oblongue, en fonction par exemple des pièces présentes dans l’environnement contraint, comme le dispositif de fixation 150.
Qu’ils soient répartis régulièrement ou irrégulièrement, les raidisseurs externes 120 peuvent être positionnés par paires le long du tube à section oblongue 110. En effet, comme représenté sur les figures 1 et 2, deux raidisseurs externes consécutifs peuvent être positionnés tête bêche de sorte que l’un des deux raidisseurs externes par exemple le raidisseur 120a - est orienté vers la direction Y et l’autre raidisseur externe - par exemple le raidisseur 120b - est orienté vers la direction -Y. Chaque paire de raidisseurs externes - par exemple la paire 120a, 120b - forme ainsi un cerclage alterné autour du tube à section oblongue 110. Une telle alternance des raidisseurs externes 120 permet d’équilibrer les contraintes mécaniques du tube à section oblongue et, ainsi, assurer la tenue du tube à section oblongue à de fortes pressions tout en permettant un montage facile desdits raidisseurs autour dudit tube à section oblongue.
Les figures 4A et 4B montrent une comparaison de l’état de contrainte d’un conduit d’alimentation sans raidisseur (figure 4A) et d’un conduit d’alimentation selon l’invention (figure 4B). Ces figures montrent que la contrainte mécanique dans le conduit d’alimentation de la figure 4A peut monter jusqu’à plus de 300 MPa, tandis que la contrainte mécanique dans le conduit d’alimentation de l’invention ne dépasse pas 5 leslOOMPa.
Le caractère oblong du tube du conduit d’alimentation de l’invention assure une souplesse différente dans les différents plans (XY, XZ et YZ), ce qui facilite la mise en place dudit conduit dans l’environnement contraint EC, malgré la présence des raidisseurs externes qui augmentent légèrement la raideur en flexion.
îo Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, le conduit d’alimentation en fluide selon l’invention comprend divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention.

Claims (9)

1. Conduit d’alimentation en fluide (100) destiné à traverser un environnement contraint (EC), caractérisé en ce qu’il comporte :
- au moins un tube à section oblongue (110) présentant une section sensiblement ovale, et
- une pluralité de raidisseurs externes (120) d’une forme évidée adaptée pour ceindre le tube de section ovale sur une portion de sa section, la pluralité de raidisseurs externes étant répartis sur une longueur dudit tube.
2. Conduit selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque raidisseur externe (120) comporte une section en forme de U.
3. Conduit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que deux raidisseurs externes (120) successifs sont positionnés tête-bêche autour du tube à section oblongue (110) de sorte qu’une paire desdits raidisseurs forme un cerclage alterné autour dudit tube.
4. Conduit selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque raidisseur externe (120) comporte une épaisseur (123) variable, ladite épaisseur étant plus grande autour des zones du tube à section oblongue les plus fortement contraintes et plus fine autour des zones du tube à section oblongue les plus faiblement contraintes.
5. Conduit selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le tube à section oblongue (110) comportant des zones circulaires (111 ) et des zones linéaires (112), l’épaisseur du raidisseur croit depuis une zone linéaire (112) jusqu’à une zone circulaire (111).
6. Turboréacteur comprenant un environnement contraint (EC) traversé par un conduit d’alimentation en fluide (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
7. Procédé de fourniture d’un conduit d’alimentation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte les opérations suivantes :
- fourniture d’un tube à section circulaire (211 ), de dimensions appropriées,
- matriçage du tube à section circulaire (212) de sorte à obtenir un tube à section oblongue (110) ,
- fourniture (220) d’une pluralité de raidisseurs externes (120) d’une forme évidée adaptée aux dimensions externes du tube à section oblongue,
- assemblage (230) des raidisseurs externes autour d’une portion de la section du tube à section oblongue.
8. Procédé de fourniture selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’opération d’assemblage (230) comporte un positionnement tête-bêche de deux raidisseurs externes (120) autour du tube à section oblongue (110) de sorte que les deux raidisseurs externes forment un cerclage alterné autour dudit tube.
9. Procédé de fourniture selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l’opération d’assemblage des raidisseurs externes (120) sur le tube à section oblongue (110) comporte une opération de fixation par soudure, brasure, collage ou frettage.
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