WO2019180101A1 - Système de renfort d'une conduite et procédé de montage - Google Patents

Système de renfort d'une conduite et procédé de montage Download PDF

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WO2019180101A1
WO2019180101A1 PCT/EP2019/057005 EP2019057005W WO2019180101A1 WO 2019180101 A1 WO2019180101 A1 WO 2019180101A1 EP 2019057005 W EP2019057005 W EP 2019057005W WO 2019180101 A1 WO2019180101 A1 WO 2019180101A1
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WO
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seal
ring
wall
pipe
belt
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Application number
PCT/EP2019/057005
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English (en)
Inventor
David FRANCOIS-SAINT-CYR
Original Assignee
Naval Energies
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/11—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with corrugated wall
    • F16L11/115—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with corrugated wall having reinforcements not embedded in the wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/11—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with corrugated wall
    • F16L11/118—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with corrugated wall having arrangements for particular purposes, e.g. electrically conducting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a reinforcement system of a pipe, in particular a flexible pipe.
  • a flexible pipe is for example used for pumping seawater. It then advantageously has a large diameter of a few meters.
  • a mounting clearance must be reserved between the ring and the wall of the pipe to allow the introduction of the ring in the pipe, then its placement in its final position, while taking into account the manufacturing dispersions of these two components.
  • this mounting set is not compatible with the proper operation of the pipe and the life of the assembly. Indeed, if this game has too great amplitude, the ring will not be properly held, and if it has a magnitude too low or zero, the contact between the ring and the wall may lead to premature wear of the driving.
  • the object of the present invention is therefore to solve this problem.
  • the invention relates to a system for reinforcing the wall of a pipe, comprising a rigid ring and a seal made of a viscoelastic material and constituting an expandable wedge, the seal being intended to be interposed between the ring and the wall and maintained in a state constrained by prestressing means.
  • the system according to the invention provides for interposing a seal between a ring and the wall.
  • This seal incorporates a pair of expandable wedges to be placed between the ring and the wall of the pipe. It makes it possible to catch the game between components of the assembly and transfer, by adhesion and visco-elastic deformation, loading efforts.
  • the system according to the invention thus makes it possible to control the contact between the ring and the wall. It avoids relative movements while eliminating contact wear.
  • the system comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • the seal results from the assembly of an upper half-seal and a lower half-seal, each half-seal having a substantially triangular section.
  • the seal is made of material and has an upper portion and a lower portion, each portion having a substantially triangular section.
  • a section of the joint comprises a first side shaped in an arc of a circle so as to be applied against the ring and a second substantially rectilinear side so as to be applied against a surface of the wall.
  • the second side of the seal has a surplus of material.
  • the prestressing means comprise a plurality of straps passing through orifices provided in the seal and provided with stops to maintain the application of a prestressing force of the seal to deform radially.
  • the prestressing means further comprise means for stiffening the pipe at a transverse plane for positioning the ring and the joint, the stiffening means being placed against a second surface of the wall opposite to a first surface; of the wall against which the seal is placed.
  • the stiffening means is constituted by a belt applying a clamping force.
  • the belt has stops protruding radially towards the seal and fit to maintain the seal axially.
  • the invention also relates to a mounting method of the preceding reinforcement system, comprising the steps of: providing the ring of the seal; introducing the ring and the seal inside the pipe to a point of implantation; and force the seal in the gap between the ring and the wall and maintain the stress applied to the seal through the prestressing means.
  • FIG. 1 is an axial section of a pipe equipped with a plurality of reinforcement systems according to the invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of zone II of FIG. 1 showing a section of a reinforcement system of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a section of a first embodiment of a seal of the reinforcement system according to the invention.
  • FIG. 4 is a section of a second embodiment of the seal of the reinforcement system according to the invention.
  • FIG. 5 schematically shows in block form the various steps of a mounting method of the reinforcement system of Figure 1.
  • Figure 1 shows a pipe 1, equipped with several reinforcing systems according to a preferred embodiment of the invention.
  • the pipe 1 is a cylindrical pipe around an axis A.
  • the pipe 1 has a wall 20 of circular cross section.
  • the wall 20 has a reduced thickness and has an inner surface 22 and an outer surface 24.
  • the pipe 1 has an inside diameter D1 (evaluated on the inner surface 22 of the wall 20) important, for example about 5 meters.
  • the pipe 1 is flexible, the wall being for example made of a woven material.
  • the duct 1 is reinforced by a plurality of reinforcement systems 10.
  • the reinforcement systems 10 are identical to each other.
  • Each reinforcement system 10 is disposed in a plane P transverse to the axis A.
  • the reinforcement systems 10 are placed equidistant from each other along the central axis A of the pipe.
  • the distance between two successive reinforcement systems is adapted, particularly in the vicinity of a portion of the pipe which will be bent during the use of the pipe.
  • a reinforcement system 10 consists of a rigid ring 30, a seal 40 interposed between the ring 30 and the wall 20 of the pipe, as well as means for prestressing the seal 40. to join by adhesion the ring 30, the seal 40 and the wall 20.
  • the prestressing means comprise a plurality of straps 50.
  • the prestressing means of the reinforcement system 10 further comprise means of stiffening the flexible pipe at the plane P of the positioning of the ring 30, constituted by a belt 60 placed on the surface of the wall 20 of the pipe, which is opposite the surface against which the seal 40 is plated.
  • the ring 30 and the seal 40 being on the side of the inner surface 22 of the pipe, the belt 50 is placed on the outer surface 24 of the wall of the pipe.
  • the belt 50 is placed in the same plane P as the ring 30 and the seal 40, to apply a correaction of such a nature as to allow the seal 40 to be put under stress in order to generate holding friction forces in position of the ring 30.
  • the ring 30 has a circular section, whose outer radius R3 is small relative to the diameter D1 of the pipe 1.
  • the ring 30 is preferably hollow to limit the weight.
  • the ring 30 is of a rigid material, or at least having a rigidity to sufficiently strengthen the pipe 1 given the intended application.
  • the ring is metal. This is for example a bent tube and whose ends are welded to one another.
  • the outer diameter of the ring, D3, evaluated in the plane P, is smaller than the diameter D1 of the pipe 1 so as to leave a gap.
  • the seal 40 makes this game can be chosen superior to the mounting set provided in the state of the art.
  • the outer diameter D3 of the ring 30 is chosen so as to ensure that there is no point of contact between the ring and the pipe, when the ring is centered on the axis A. This facilitates assembly.
  • the seal 40 constitutes a prestressed wedge.
  • the function of the seal 40 is to make up the clearance existing between the ring 30 and the inner surface 22 of the wall 20.
  • the ring 30 and the wall 20 do not have to be manufactured with drastic tolerances.
  • the seal 40 makes it possible to release the dimensional constraints of manufacture of the various components of the assembly.
  • the seal 40 also has the function of generating, by contact, sufficient friction to maintain the ring 30 in position in the pipe 1. These friction are generated on the one hand at the interface between the ring 30 and the seal 40 and on the other hand at the interface between the wall 20 of the pipe and the gasket 40.
  • the seal 40 is a semi-rigid seal made of a viscoelastic material.
  • the seal is made by molding an elastomeric material.
  • it has a hardness of 84 ShA.
  • the seal 40 is then deformed by axial compression by the straps 50 of stressing.
  • the seal 40 is toric around the axis A. It is preferably continuous and formed in one piece. In a variant, it consists of several angular sectors regularly arranged around the ring 30.
  • the seal 40 is constituted by the association, by means of the pretension straps 50, an upper half-seal 41 and a lower half-joint 42.
  • the upper and lower half-joints are symmetrical to one another with respect to the plane P of mounting the ring 30.
  • the section of the upper half-joint 41 has a substantially triangular shape so as to constitute a self-locking wedge between the ring 30 and the wall 20 of the pipe 1.
  • the inner side 412 forms an arc substantially complementary to the portion of the surface of the ring 30 in contact with which it is applied.
  • the inner side 412 thus has a radius R4 slightly smaller than the radius R3 of the ring in order to make up the dimensional deviations of the ring and to deform the seal material in order to improve the adhesion on the surface of the ring. ring.
  • the outer side 414 intended to be applied against the inner surface 22 of the wall 20 of the pipe, is substantially rectilinear.
  • the angle ⁇ between the inner 412 and outer 416 sides is chosen according to the desired adhesion. It is for example 15 °.
  • the outer side 414 advantageously comprises an excess thickness 416.
  • This excess material is intended to be deformed radially outwardly when the seal is compressed by the straps 50.
  • the clamping force of the belt goes to counteract this radial deformation, leading to a compression of the material constituting the seal, and, consequently, to an increase in the contact forces and therefore to the friction forces, in particular between the seal 40 and the wall 20.
  • the axial side 418 of the upper half-seal 418 is profiled to facilitate the flow of the fluid, flowing in the pipe 1, around the assembly consisting of the ring 30 and the seal 40 and for the fluid in question. Movement does not come off the seal 40 of the wall 20. Such detachment would result in the introduction of pollutants between the seal and the wall, causing premature aging of the pipe.
  • Upper half-joints 41 and lower 42 are associated by straps 50 arranged at regular intervals along the periphery of the ring.
  • the strap 50 passes through through holes 43 and 44 ( Figure 2) provided in each half-joint.
  • the strap 50 is provided with a lower abutment 52 capable of abutting and applying a force on the axial side 428 of the lower half-seal 42.
  • the lower abutment 52 is for example fixed near a lower end of the strap 50.
  • the strap 50 is provided with an upper abutment 51 proper to abut and apply a force on the axial side 418 of the upper half-seal 41.
  • the upper stop 51 is of the ratchet or wedge type so as to allow an operator, by pulling on the strap 50, to apply a force on the seal 40 and then to lock the strap in position in order to maintain this force to jam and forcing half-joints 41 and 42 between the ring 30 and the wall 20.
  • the strap 50 advantageously surrounds the ring 30 and its free upper end is attached by a clasp to the lower end of the strap.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the joint of the reinforcement system according to the invention, in which the upper and lower half-joints are now secured to one another by a median bridge 145.
  • the seal 140 is thus made of material.
  • this embodiment it is possible to dispense with the straps, which are then integrated into the material.
  • the bridge 145 has a reduced thickness so as to be crushed during the stressing of the seal 140 by the belt 60 and allow the approximation and therefore the jamming of the upper portions 141 and lower 142 of the seal 140 corresponding to the upper and lower half-joints of the embodiment of FIG.
  • the belt 60 is, in position, a cylinder whose height H substantially corresponds to the height of the seal 40 or 140.
  • the belt is for example made of a rigid material.
  • Two half hulls are associated, flange against flange, by means of bolts tightened to a voltage equivalent to the maximum overpressure bearable by the pipe during its operation.
  • the belt 60 is preferably made of a flexible material, for example a reinforced fabric. It has a buckle for tightening the belt.
  • the belt 60 ensures the axial retention of the seal 40 by radial compression, increase of the contact forces and therefore of the friction forces.
  • the belt 60 incorporates upper stops 61, lower 62 and median 65 to axially clamp each half-joint 41 and 42 and allow the application, during tightening of the belt, radial compressive forces, avoiding axial deformation.
  • the belt 60 eliminates the stresses of the wall 20 which is "sandwiched" between the seal 40 and the belt 60.
  • the belt 60 distributes the shear of the material constituting the wall 20, thanks in particular to the increase of the contact pressure and the stops.
  • the belt 60 makes it possible to eliminate the DRC (residual deformation after compression) associated with aging of the polymer materials, in particular that of the joints.
  • the stops of the belt 60 make it possible to protect the gasket from pollution in the event of overpressure in the pipe 1, avoiding a detachment of the gasket which would be likely to allow the introduction of pollutants at the interface between the gasket and the wall of the pipe.
  • the mounting method 200 is shown schematically in FIG.
  • step 210 before being introduced into the pipe 1, the ring 30 is provided with two half-joints 41 and 42. They are held by the straps 50. They are set back from the median plane P of the 30 ring to preserve a game for mounting the ring on the wall of the pipe.
  • step 220 the wall 20 of the pipe 1 is deformed to present an elliptical section, whose major axis has a greater length than the diameter D3 of the ring 30.
  • step 230 the ring 30 is introduced inside the deformed conduit. It is introduced with a certain attitude relative to the axis A to increase the clearance with the wall and can easily move to its point of implantation in the pipe.
  • step 240 the ring is then straightened by pivoting to be placed in a plane P transverse to the axis A of the pipe 1, the latter having found its circular conformation. A clearance exists between the ring 30 and the wall 20 of the pipe.
  • step 250 once the ring in its final mounting position, the lower half-joints 42 and upper 41 are put in place by an operator using the straps 50 and / or by the use of a "C" shaped hydraulic clamp, so as to force the seal 40 in the gap between the ring 30 and the wall 20.
  • each half-joint is moved to come into contact with the ring 30 and the inner surface 22 of the pipe and thus make up the play. Then, each half-joint is viscoelastically deformed by substantially axial crushing. This causes a radial outward deformation of the seal, which also causes the wall 20 towards outside.
  • the positioning of the upper stop 51 of each of the straps 50 makes it possible to maintain this prestressing.
  • the applied preload is chosen to obtain a seal adhesion at its two interfaces that is adapted to the hydrostatic pressure in the pipe.
  • a reserve of adhesion is achieved by the surplus material or 416, 426 provided on the outer side of the seal 40.
  • step 250 may be deleted.
  • step 260 the belt 60 is finally disposed opposite the seal 40 on the outer surface 24 of the wall 20 of the pipe.
  • the belt 60 is then stretched to generate a clamping force ensuring the operational retention of the ring and the seal against the wall.
  • This assembly is preferably hydraulic and automatic to limit human intervention.
  • the seal eliminates the clearance required for placement in position of the ring inside the pipe. It makes up for the dimensional differences in the manufacturing of the components of the reinforcement system.
  • the wedge effect of the seal guarantees frictional adhesion on the one hand to the ring and on the other hand to the wall. According to this effect, an increase in the axial force causes an increase in the radial force.
  • the seal allows a better distribution of the forces on the ring and therefore a better resistance to buckling of the ring.
  • the seal absorbs the movements of the ring and only a fraction of the corresponding energy is transmitted to the wall of the pipe. This improves the longevity of the wall.
  • the pre-tensioning straps ensure the establishment by viscoelastic deformation of the seal.
  • Tests have made it possible to validate the use of a seal operating on the principle of the expandable wedge and to confirm the interest of this solution with respect in particular to a solution by simple adhesion, that is to say with a cylindrical gasket of constant thickness, interposed between the ring and the pipe.
  • the proposed solution is inexpensive since it preferably combines a fabric-based flexible wall, a welded tube bent ring and a molded elastomer seal.

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Abstract

Le système de renfort (10) de la paroi (20) d'une conduite comporte un anneau (30) rigide et un joint (40), en un matériau viscoélastique et constituant un coin expansible, le joint étant destiné à être interposé entre l'anneau et la paroi et maintenu dans un état contraint par des moyens de précontrainte (50; 60).

Description

SYSTEME DE RENFORT D’UNE CONDUITE ET PROCEDE DE MONTAGE
La présente invention concerne un système de renfort d’une conduite, notamment une conduite souple.
Une conduite souple est par exemple utilisée pour le pompage d’eau de mer. Elle présente alors avantageusement un diamètre important de quelques mètres.
La réalisation d’une conduite souple destinée à fonctionner en dépression (la colonne d’eau étant aspirée au lieu d’être refoulée dans la conduite), impose l’usage d’anneaux rigides (aussi dénommés « cerces ») permettant de maintenir la section de passage de la conduite, alors que l’écoulement par aspiration produit une dépression ayant tendance à écraser la conduite sur elle-même.
Jusqu’à présent le problème du maintien en position de ces anneaux sur la conduite n’a pas été résolu de manière satisfaisante.
En effet, un jeu de montage doit être réservé entre l'anneau et la paroi de la conduite pour permettre l’introduction de l’anneau dans la conduite, puis son placement dans sa position finale, tout en tenant compte des dispersions de fabrication de ces deux composants.
Cependant, ce jeu de montage n’est pas compatible avec le bon fonctionnement de la conduite et la durée de vie de l’assemblage. En effet, si ce jeu présente une trop grande amplitude, l’anneau ne sera pas convenablement tenu, et s’il présente une amplitude trop faible voire nulle, le contact entre l’anneau et la paroi risque de conduire à une usure prématurée de la conduite.
Il est donc nécessaire de maîtriser ce jeu de montage.
Il est à noter que les tentatives pour réaliser des conduites souples d’eau de mer résistantes à l’environnement se sont soldées par des échecs.
La tenue mécanique des interfaces entre les anneaux et la paroi de la conduite aux conditions environnementales extrêmes (chargement et fatigue) constitue le principal inconvénient s’opposant au développement de cette technologie.
Le but de la présente invention est donc de résoudre ce problème.
Pour cela l’invention a pour objet un système de renfort de la paroi d’une conduite, comportant un anneau rigide et un joint en un matériau viscoélastique et constituant un coin expansible, le joint étant destiné à être interposé entre l’anneau et la paroi et maintenu dans un état contraint par des moyens de précontrainte.
Le système selon l’invention prévoit d’interposer un joint entre un anneau et la paroi. Ce joint intègre une paire de coins expansibles à placer entre l’anneau et la paroi de la conduite. Il permet de rattraper le jeu entre des composants de l’assemblage et de transférer, par adhérence et déformation visco-élastique, les efforts de chargements. Le système selon l’invention permet ainsi de maîtriser le contact entre anneau et paroi. Il évite les mouvements relatifs tout en supprimant l’usure de contact.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le système comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le joint résulte de l’assemblage d’un demi-joint supérieur et d’un demi-joint inférieur, chaque demi-joint ayant une section sensiblement triangulaire.
- le joint est venu de matière et comporte une portion supérieure et une portion inférieure, chaque portion ayant une section sensiblement triangulaire.
- une section du joint comporte un premier côté conformé en arc de cercle de manière à être appliqué contre l’anneau et un second côté sensiblement rectiligne de manière à être appliqué contre une surface de la paroi.
- le second côté du joint comporte un surplus de matière.
- les moyens de précontrainte comportent une pluralité de sangles passant à travers des orifices prévus dans le joint et munies de butées permettant de maintenir l’application d’une force de précontrainte du joint propre à le déformer radialement.
- les moyens de précontrainte comportent en outre un moyen de rigidification de la conduite au niveau d’un plan transversal de positionnement de l’anneau et du joint, le moyen de rigidification étant placé contre une seconde surface de la paroi opposée à une première surface de la paroi contre laquelle est placé le joint.
- le moyen de rigidification est constitué par une ceinture appliquant une force de serrage.
- la ceinture présente des butées faisant saillies radialement vers le joint et propre à maintenir axialement le joint.
L’invention a également pour objet un procédé de montage du système de renfort précédent, comportant les étapes consistant à : munir l’anneau du joint ; introduire l’anneau et le joint à l’intérieur de la conduite jusqu’à un point d’implantation ; et forcer le joint dans l’intervalle entre l’anneau et la paroi et maintenir la contrainte appliquée sur le joint grâce aux moyens de précontrainte.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d’un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d’exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1 est une coupe axiale d’une conduite équipée d’une pluralité de systèmes de renfort selon l’invention ; - La figure 2 est une vue agrandie de la zone II de la figure 1 représentant une coupe d’un système de renfort de la figure 1 ;
- La figure 3 est une section d’un premier mode de réalisation d’un joint du système de renfort selon l’invention ;
- La figure 4 est une section d’un second mode de réalisation du joint du système de renfort selon l’invention ; et,
- La figure 5 représente schématiquement sous forme de blocs les différentes étapes d’un procédé de montage du système de renfort de la figure 1 .
La figure 1 représente une conduite 1 , équipée de plusieurs systèmes de renfort conformes à un mode de réalisation préféré de l’invention.
La conduite 1 est une conduite cylindrique autour d’un axe A.
La conduite 1 présente une paroi 20 de section transversale circulaire. La paroi 20 possède une épaisseur réduite et présente une surface intérieure 22 et une surface extérieure 24.
De préférence, la conduite 1 présente un diamètre intérieur D1 (évalué sur la surface intérieure 22 de la paroi 20) important, par exemple d’environ 5 mètres.
Dans le mode de réalisation envisagé, la conduite 1 est souple, la paroi étant par exemple réalisée dans un matériau tissé.
Pour renforcer la conduite 1 et lui permettre notamment de supporter les différences de pression, parfois importantes, qui, lors de son utilisation, sont appliquées sur sa paroi 20, la conduite 1 est renforcée par une pluralité de systèmes de renfort 10.
Les systèmes de renfort 10 sont identiques entre eux.
Chaque système de renfort 10 est disposé dans un plan P transversal à l’axe A.
Comme illustré sur la figure 1 , les systèmes de renfort 10 sont placés à égale distance les uns des autres selon l’axe central A de la conduite. En variante, la distance entre deux systèmes de renfort successifs est adaptée, notamment au voisinage d’une portion de la conduite qui sera coudée au cours de l’utilisation de la conduite.
En se référant à la figure 2, un système de renfort 10 est constitué d’un anneau 30 rigide, d’un joint 40 interposé entre l’anneau 30 et la paroi 20 de la conduite, ainsi que de moyens de précontrainte du joint 40 pour solidariser par adhérence l’anneau 30, le joint 40 et la paroi 20.
Les moyens de précontrainte comportent une pluralité de sangles 50.
Les moyens de précontrainte du système de renfort 10 comportent, en outre, un moyen de rigidification de la conduite souple au niveau du plan P de positionnement de l’anneau 30, constitué par une ceinture 60 placée sur la surface de la paroi 20 de la conduite, qui est opposée à la surface contre laquelle le joint 40 est plaqué. Sur la figure 2, l’anneau 30 et le joint 40 étant du côté de la surface intérieure 22 de la conduite, la ceinture 50 est placée sur la surface extérieure 24 de la paroi de la conduite.
La ceinture 50 est placée dans le même plan P que l’anneau 30 et le joint 40, pour appliquer une contreréaction de nature à permettre la mise sous contrainte du joint 40 de manière à générer des forces de frottement de maintien en position de l’anneau 30.
L’anneau 30 possède une section circulaire, dont le rayon extérieur R3 est faible par rapport au diamètre D1 de la conduite 1.
L’anneau 30 est de préférence creux pour en limiter le poids.
L’anneau 30 est en un matériau rigide, ou tout au moins présentant une rigidité permettant de renforcer suffisamment la conduite 1 compte tenu de l’application envisagée. Par exemple, l’anneau est en métal. Il s’agit par exemple d’un tube cintré et dont les extrémités sont soudées l’une à l’autre.
Le diamètre extérieur de l’anneau, D3, évalué dans le plan P, est inférieur au diamètre D1 de la conduite 1 de manière à ménager un jeu. Comme cela deviendra apparent dans la suite de la description, le joint 40 fait que ce jeu peut être choisi supérieur au jeu de montage prévu dans l’état de la technique. Dit autrement, le diamètre extérieur D3 de l’anneau 30 est choisi de manière à garantir qu’il n’y ait pas de point de contact entre l’anneau et la conduite, lorsque l’anneau est centré sur l’axe A. Cela facilite le montage.
Le joint 40 constitue un coin précontraint.
Le joint 40 a pour fonction de rattraper le jeu existant entre l’anneau 30 et la surface intérieure 22 de la paroi 20. L’anneau 30 et la paroi 20 n’ont donc pas à être fabriqués avec des tolérances drastiques. Le joint 40 permet de relâcher les contraintes dimensionnelles de fabrication des différents composants de l’assemblage.
Le joint 40 a également pour fonction de générer, par contact, des frottements suffisants pour maintenir l’anneau 30 en position dans la conduite 1. Ces frottements sont générés d’une part à l’interface entre l’anneau 30 et le joint 40 et d’autre part à l’interface entre la paroi 20 de la conduite et le joint 40.
Pour cela le joint 40 est un joint semi-rigide, réalisé dans un matériau viscoélastique. Par exemple, le joint est réalisé par moulage d’un matériau élastomère. Il présente par exemple une dureté de 84 ShA.
Le joint 40 est alors déformé par compression axiale par les sangles 50 de mise sous contrainte. Le joint 40 est torique autour de l’axe A. Il est de préférence continu et constitué d’un seul tenant. En variante, il est constitué de plusieurs secteurs angulaires disposés régulièrement autour de l’anneau 30.
Dans le mode de réalisation préféré, comme cela est représenté sur la figurer 3, le joint 40 est constitué par l’association, au moyen des sangles 50 de prétention, d’un demi- joint supérieur 41 et d’un demi-joint inférieur 42. Les demi-joints supérieur et inférieur sont symétriques l’un de l’autre par rapport au plan P de montage de l’anneau 30.
La section du demi-joint supérieur 41 présente une forme sensiblement triangulaire de manière à constituer un coin autobloquant entre l’anneau 30 et la paroi 20 de la conduite 1.
Le côté intérieur 412 forme un arc sensiblement complémentaire de la portion de la surface de l’anneau 30 en contact duquel il est appliqué. Le côté intérieur 412 présente ainsi un rayon R4 légèrement inférieur au rayon R3 de l’anneau dans le but de rattraper les écarts dimensionnels de l’anneau et de déformer le matériau du joint afin d’améliorer l’adhérence sur la surface de l’anneau.
Le côté extérieur 414, destiné à être appliqué contre la surface intérieure 22 de la paroi 20 de la conduite, est sensiblement rectiligne.
L’angle a entre les côtés intérieur 412 et extérieur 416 est choisi en fonction de l’adhérence recherchée. Il vaut par exemple 15°.
Le côté extérieur 414 comporte avantageusement une surépaisseur 416. Ce surplus de matière est destiné à être déformé radialement vers l’extérieur lorsque le joint est comprimé par les sangles 50. Lorsque la ceinture 60 est montée, l’effort de serrage de la ceinture va contrecarrer cette déformation radiale, conduisant à une compression du matériau constitutif du joint, et, par conséquent, à un accroissement des forces de contact et donc des forces de frottement, notamment entre le joint 40 et la paroi 20.
Avantageusement encore, le côté axial 418 du demi-joint supérieur 418 est profilé pour faciliter l’écoulement du fluide, circulant dans la conduite 1 , autour de l’ensemble constitué de l’anneau 30 et du joint 40 et pour que le fluide en mouvement ne vienne pas décoller le joint 40 de la paroi 20. Un tel décollement aurait pour conséquence l’introduction de polluants entre le joint et la paroi, causant un vieillissement prématuré de la conduite.
Une description similaire pourrait être faite pour le demi-joint inférieur 42, qui présente un côté intérieur 422, un côté axial 428 et un côté extérieur 424, ce dernier étant de préférence muni d’un surplus de matière 426.
Les demi-joints supérieur 41 et inférieur 42 sont associés par les sangles 50 disposées à intervalles réguliers le long de la périphérie de l’anneau. La sangle 50 passe à travers des orifices traversants 43 et 44 (figure 2) prévus dans chaque demi-joint .
La sangle 50 est munie d’une butée inférieure 52 propre à venir en appui et appliquer une force sur le côté axial 428 du demi-joint inférieur 42. La butée inférieure 52 est par exemple fixée à proximité d’une extrémité inférieure de la sangle 50.
La sangle 50 est munie d’une butée supérieure 51 propre à venir en appui et appliquer une force sur le côté axial 418 du demi-joint supérieur 41.
La butée supérieure 51 est du type à cliquet ou coins de manière à permettre à un opérateur, en tirant sur la sangle 50, d’appliquer une force sur le joint 40 puis de bloquer la sangle en position afin de maintenir cette force pour coincer et contraindre des demi- joints 41 et 42 entre l’anneau 30 et la paroi 20.
La sangle 50 fait avantageusement le tour de l’anneau 30 et son extrémité supérieure libre est attachée par un fermoir à l’extrémité inférieure de la sangle.
La figure 4 représente un second mode de réalisation du joint du système de renfort selon l’invention, dans lequel les demi-joints supérieur et inférieur sont maintenant solidarisés l’un à l’autre par un pont 145 médian. Le joint 140 est ainsi venu de matière. Avantageusement, dans ce mode de réalisation il est envisageable de se passer des sangles, qui sont alors intégrées à la matière.
De préférence, le pont 145 présente une épaisseur réduite de manière à pouvoir être écrasé lors de la mise sous contrainte du joint 140 par la ceinture 60 et permettre le rapprochement et par conséquent le coincement des portions supérieure 141 et inférieure 142 du joint 140 correspondant aux demi-joints supérieur et inférieur du mode de réalisation de la figure 3.
Sur la figure 4, les côtés axiaux du joint 140 ne sont pas profilés contrairement au mode de réalisation de la figure 3.
La ceinture 60 est, en position, un cylindre dont la hauteur H correspond sensiblement à la hauteur du joint 40 ou 140.
La ceinture est par exemple réalisée en un matériau rigide. Deux demies coques sont associées, bride contre bride, au moyen de boulons serrés à une tension équivalente à la surpression maximale supportable par la conduite au cours de son fonctionnement.
La ceinture 60 est de préférence réalisée dans un matériau souple, par exemple un tissu renforcé. Elle comporte une boucle de serrage pour la mise en tension de la ceinture.
La ceinture 60 assure le maintien axial du joint 40 par compression radiale, augmentation des forces de contact et par conséquent des forces de frottement. Avantageusement, la ceinture 60 intègre des butées supérieure 61 , inférieure 62 et médiane 65 pour enserrer axialement chaque demi-joint 41 et 42 et permettre l’application, lors du serrage de la ceinture, de forces de compression radiales, en évitant les déformations axiales.
D’un point de vue mécanique, la ceinture 60 supprime les sollicitations de la paroi 20 qui est prise en « sandwich » entre le joint 40 et la ceinture 60. La ceinture 60 distribue le cisaillement du matériau constitutif de la paroi 20, grâce notamment à l’augmentation de la pression de contact et aux butées. La ceinture 60 permet de supprimer la DRC (déformation résiduelle après compression) liée au vieillissement des matériaux polymères, notamment celui des joints.
Par ailleurs, les butées de la ceinture 60 permettent de protéger le joint de la pollution en cas de surpression dans la conduite 1 , en évitant un décollement du joint qui serait de nature à permettre l’introduction de polluants à l’interface entre le joint et la paroi de la conduite.
Le procédé de montage 200 est représenté schématiquement à la figure 5.
A l’étape 210, avant d’être introduit dans la conduite 1 , l’anneau 30 est muni des deux demi-joints 41 et 42. Ils sont maintenus par les sangles 50. Ils sont disposés en retrait du plan médian P de l’anneau 30 afin de préserver un jeu permettant le montage de l’anneau sur la paroi de la conduite.
A l’étape 220, la paroi 20 de la conduite 1 est déformée pour présenter une section en ellipse, dont le grand axe possède une longueur plus grande que le diamètre D3 de l’anneau 30.
A l’étape 230, l’anneau 30 est introduit à l’intérieur de la conduite déformée. Il est introduit avec une certaine assiette par rapport à l’axe A pour augmenter le jeu avec la paroi et pouvoir facilement le déplacer jusqu’à son point d’implantation dans la conduite.
A l’étape 240, l’anneau est alors redressé par pivotement pour être placé dans un plan P transversal à l’axe A de la conduite 1 , celle-ci ayant retrouvé sa conformation circulaire. Un jeu existe entre l’anneau 30 et la paroi 20 de la conduite.
A l’étape 250, une fois l’anneau dans sa position finale de montage, les demi-joints inférieur 42 et supérieur 41 sont mis en place par un opérateur à l’aide des sangles 50 et/ou par l’emploi d’une pince hydraulique en forme de « C », de manière à forcer le joint 40 dans l’intervalle entre l’anneau 30 et la paroi 20.
Chaque demi-joint est déplacé pour venir en contact de l’anneau 30 et de la surface intérieure 22 de la conduite et ainsi rattraper le jeu. Puis, chaque demi-joint est déformé de manière viscoélastique par écrasement sensiblement axial. Cela cause une déformation radiale vers l’extérieur du joint, qui entraîne également la paroi 20 vers l’extérieur. La mise en position de la butée supérieure 51 de chacune des sangles 50 permet de maintenir cette précontrainte.
La précontrainte appliquée est choisie pour obtenir une adhérence du joint au niveau de ses deux interfaces qui soit adaptée à la pression hydrostatique dans la conduite. Avantageusement, une réserve d’adhérence est réalisée par le ou les surplus de matière 416, 426 prévu(s) sur le côté extérieur du joint 40.
Dans le cas où le joint est venu de matière (cas du joint 140 de la figure 4) et où la paroi est suffisamment souple pour admettre une déformation radiale lors du pivotement de l’anneau avec son joint (jeu nul après pivotement), l’étape 250 pourra être supprimée.
A l’étape 260, la ceinture 60 est finalement disposée en vis-à-vis du joint 40 sur la surface extérieure 24 de la paroi 20 de la conduite. La ceinture 60 est ensuite tendue pour générer un effort de serrage assurant le maintien opérationnel de l’anneau et du joint contre la paroi.
Cet assemblage est de préférence hydraulique et automatique afin de limiter l’intervention humaine.
D’autres modes de réalisation du système de renfort sont possibles, en particulier en disposant l’anneau à l’extérieur de la conduite et la ceinture à l’intérieur de la conduite, ou encore en se dispensant de l’utilisation d’une ceinture de rigidification.
L’homme du métier constatera que le joint supprime le jeu nécessaire au placement en position de l’anneau à l’intérieur de la conduite. Il rattrape les écarts dimensionnels de fabrication des composants du système de renfort.
L’effet de coin du joint garantit l’adhérence par frottement d’une part à l’anneau et d’autre part à la paroi. Selon cet effet, une augmentation de l’effort axial entraîne une augmentation de l’effort radial.
Par ailleurs, le joint permet une meilleure répartition des efforts sur l’anneau et donc une meilleure tenue au flambement de l’anneau.
Le joint absorbe les mouvements de l’anneau et seule une fraction de l’énergie correspondante est transmise à la paroi de la conduite. Cela améliore la longévité de la paroi.
Les sangles de pré-tension assurent la mise en place par déformation viscoélastique du joint.
Par ailleurs elles solidarisent le demi-joint supérieur et le demi-joint inférieur dans le premier mode de réalisation.
Des essais ont permis de valider l’utilisation d’un joint fonctionnant sur le principe du coin expansible et de confirmer l’intérêt de cette solution par rapport notamment à une solution par adhérence simple, c’est-à-dire avec un joint cylindrique d’épaisseur constante, interposé entre l’anneau et la conduite.
Pour un effort de serrage à l’arrêt de 750 N, la perte d’adhérence intervient au- dessus de 2700 N avec joint formant coin au lieu de 375 N avec joint cylindrique (pour un coefficient d’adhérence tg = 0,5).
En moyenne, un coefficient de 3 à 4 entre l’effort de serrage de la ceinture (force radiale) et la tenue axiale de l’anneau est obtenu.
La solution proposée est à bas coût puisqu’elle associe de préférence une paroi souple à base de tissu, un anneau du type tube cintré soudé et un joint en élastomère moulé.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Système de renfort (10) de la paroi (20) d’une conduite (1 ), comportant un anneau (30) rigide et un joint (40) en un matériau viscoélastique et constituant un coin expansible, le joint étant destiné à être interposé entre l’anneau et la paroi et maintenu dans un état contraint par des moyens de précontrainte (50 ; 60).
2.- Système de renfort (10) selon la revendication 1 , dans lequel le joint (40) résulte de l’assemblage d’un demi-joint supérieur (41 ) et d’un demi-joint inférieur (42), chaque demi-joint ayant une section sensiblement triangulaire.
3.- Système de renfort (10) selon la revendication 1 , dans lequel le joint (40) est venu de matière et comporte une portion supérieure (141 ) et une portion inférieure (142), chaque portion ayant une section sensiblement triangulaire.
4.- Système de renfort (10) selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel une section du joint comporte un premier côté conformé en arc de cercle de manière à être appliqué contre l’anneau et un second côté sensiblement rectiligne de manière à être appliqué contre une surface de la paroi.
5.- Système de renfort (10) selon la revendication 4, dans lequel le second côté du joint comporte un surplus de matière (416, 426).
6.- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de précontrainte comportent une pluralité de sangles passant à travers des orifices prévus dans le joint (40) et munies de butées (51 , 52) permettant de maintenir l’application d’une force de précontrainte du joint propre à le déformer radialement.
7.- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens de précontrainte comportent un moyen de rigidification (60) de la conduite au niveau d’un plan transversal de positionnement de l’anneau (30) et du joint (40), le moyen de rigidification étant placé contre une seconde surface (42) de la paroi (20) opposée à une première surface (41 ) de la paroi contre laquelle est placé le joint.
8.- Système selon la revendication 7, dans lequel le moyen de rigidification est constitué par une ceinture (60) appliquant une force de serrage.
9.- Système selon la revendication 8, dans lequel la ceinture (60) présente des butées (61 , 62, 65) faisant saillies radialement vers le joint (40) et propre à maintenir axialement le joint.
10.- Procédé de montage d’un système de renfort selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes consistant à :
- munir (210) l’anneau (30) du joint (40) ;
- introduire (230) l’anneau (30) et le joint (40) à l’intérieur de la conduite jusqu’à un point d’implantation ;
- forcer (250) le joint (40) dans l’intervalle entre l’anneau (30) et la paroi (20) et maintenir la contrainte appliquée sur le joint (40) grâce aux moyens de précontrainte (50 ; 60).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2015689A (en) * 1978-03-03 1979-09-12 Tecnomare Spa Flexible conduits
JPH0467940A (ja) * 1990-07-07 1992-03-03 Araki Rubber:Kk ジャバラ形ホースおよびその製造法
US20100129160A1 (en) * 2008-11-21 2010-05-27 Lockheed Martin Corporation Tendon-Supported Membrane Pipe

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