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"Assemblage isolé pour conduites tubulaires"
L'invention concerne un assemblage tubulaire pour la liaison isolée électriquement de deux éléments de tu- yaug. L'invention se propose de réaliser un élément d'assemblage prêt au montage et rigide à l'utilisation, qui peut être exé- cuté à partir d'un petit nombre de pièces simples faciles à usiner et ne comportant en particulier pas de filetage, mais qui cependant développe une certaine élasticité, sous l'effet de surcharges accidentelles,dues à des forces longitudinales de traction et de pression, ou à des forces de flexion transver- sales, ce qui assure dans toutes circonstances une parfaite étanchéité et une résistance ohmique élevée de la zone de sé- paration.
La mise en place de l'élément étanche d'assemblage préfabriqué est faite au lieu d'utilisation, à la manière usuelle par jonction aux extrémités respectives des conduits, par exemple par soudage, par brides, ou autrement.
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Les éléments d'assemblage isolants pour tu- yaux actuellement sur le marché ne remplissent qu'imparfaite- ment ou pas du tout les conditions imposées. Certains d'entre eux comportent par exemple deux collerettes portées chacune par l'un des tuyaux/et isolées électriquement l'une de l'autre par des bagues intercalaires. Dans ce cas, l'une de ces col- lerettes est vissée sur le tuyau qui la porte, ce qui conduit à un prix de revient élevé en particulier pour des tuyaux de gros diamètre, sur lesquels il faut tailler un filetage de grandes dimensions.
Pour éviter ces inconvénients, l'élément d'assemblage selon l'invention est constitué de manière telle que lesdites collerettes forment une seule pièce avec le tu- yau ou manchon qui les porte et forment éntre elles une oham- bre annulaire, délimitée par la surface externe et la surface interne des extrémités femelle et mâle respectives embottées des tuyaux, des organes d'étanchéité logés dans cette chambre étant comprimés en direction axiale entre les collerettes et bloqués dans cet état par une soudure, au moyen de laquelle les extrémités femelle et mâle portant les collerettes sont maintenues serrées l'une contre l'autre. Un tel assemblage étanche ne nécessite aucun filetage, qui grève si lourdement le prix de revient des tuyaux de gros diamètre.
Les éléments d'étanchéité peuvent être cons- titués par des bagues toriques en forme de joints étanches en caoutchouc ou encore par des garnitures remplissant com- plétement la'chambre, c'est-à-dire de joints profilés, par exemple des bagues de section rectangulaire, Dans le cas où les conditions imposées à la résistance électrique sont par-
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ticulièrement sévères, il est avantageux d'utiliser des joints en matériau ne contenant que peu ou pas du tout de noir de fumée, de préférence un caoutchouc synthétique vulca- nisé blanc, qui se trouve dans le commerce sous la marque "Néoprène", Selon une variante, la chambre annulaire d'étan- chéité contient un remplissage d'une résine synthétique liquide, de préférence une résine époxy,
mise en place puis durcie en position serrée de l'assemblage et qui est retenue aux deux extrémités de la chambre par des anneaux à bride, dont les parties cylindriques sont comprimées ensemble par des bagues toriques élastiques (joints en 0).
La ligne de soudure servant à immobilisor les extrémité mâle et femelle des tuyaux peut être exécutée sur une bague d'arrêt montée sur l'extrémité saillante du tuyau de pression intérieur, Lorsque, du fait des altérations de texture que l'opération de soudage peut provoquer dans le matériau du tuyau, ou de la sensibilité à la chaleur des joints voisins de la ligne de soudure, cette opération appa- rait comme impraticable, on peut effectuer alors la soudure au pied du manchon portant la collerette externe, Le fait de reporter la ligne de soudure sur le manchon se trouvant plus éloigné vers l'extérieur, fait disparattre tout risque d'al- tération de texture dans le tuyau intérieur lui-même, ainsi que de détérioration du joint, qui se trouve en effet à une distance suffisamment grande du pied du manchon.
Un autre avantage dû à ce que le manchon externe n'est soudé qu'après assemblage et serrage sur l'ex- trémité du tuyau (convenablement renflée pour former la chambre d'étanchéité) est le suivant :lors du soudage évoqué
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en premier lieu, de la bague d'arrêt sur le tuyau mâle en avant de l'extrémité antérieure du manchon, il se forme à l'in- térieur du manchon, lors du serrage, une cavité ou une poche dans laquelle la résine synthétique doit être coulée. Cette opération de coulée à un emplacement d'accès difficile à l'intérieur du joint est compliquée et relativement coûteuse, en raison de la quantité relativement importante de masse de remplissage nécessaire. Cette masse appliquée en couche épaisse a en outre tendance à devenir friable et à se fissu- rer.
Au contraire lorsque le soudage est effectué après as- semblage et serrage, il @@ se ferme pas de cavité de ce genre; il suffit, pour compenser les irrégularités à l'extrémité libre du manchon, d'y appliquer extérieurement, donc à un emplacement d'accès très facile, une couche annulaire de résine pour stratifiés. Un revêtement mince de résine pour stratifiés coulée peut alors être appliqué également à l'em- placement du joint interne.
Le mode de revêtement ci-dessus oblige à couler une masse de remplissage dans un embrèvement prévu à l'emplacement du joint ; autre procédé moins coûteux pour assurer l'isolation intérieure consiste à munir les deux éléments de tuyaux d'un revêtement de résine synthétique ap- pliqué sur une longueur importante de la paroi interne lisse continue, ou à intercaler entre les extrémités des deux tu- yaux une bague d'écartement en tissu dur imprégné de résine synthétique, à section en dièdre, dont l'arête est tournée vers l'intérieur du tuyau.
Ce profil particulier crée à cet emplacement une faible diminution de section et par consé- quent une faible augmentation de vitesse, qui empêche les impuretés conductrices de s'y déposer et de former un pont
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conducteur entre les extrémités des deux tuyaux, L'isolation électrique est ainsi parfaitement assurée sur la face interne de l'assemblage.
Un autre moyen très efficace pour améliorer encore davantage les qualités isolantes consiste en ce que l'extrémité, située vis-à-vis de la soudure, du manchon por- tant la collerette externe est séparée d'une manière étanche de la portion du tuyau entourée par ledit manchon, au moyen d'une bague moulée en résine synthétique (résine époxy) à constante diélectrique élevée, ladite bague étant de préfé- rence ancrée, par un renflement en queue d'aronde prévu sur sa face interne, dans une en@oche complémentaire pratiquée dans le manchon.
Selon une forme de réalisation préférée, on peut enfin se protéger contre une surcharge des bagues élastiques dans la chambre d'étanchéité qui résulterait de contraintes à la traction en cours d'utilisation. Ainsi qu'il a été exposé plus haut, l'élément d'assemblage, emboîté sur le tuyau mais encore libre, c'est-à-dire non soudé, est soumis à une com- pression lors de l'opération de serrage. Cette opération est effectuée à l'aide d'un dispositif de serrage mis temporaire- ment en place ; aucours de cette compression, les bagues élas- tiques d'étanchéité sont appliquées de façon absolument étan- che sur les parois de la chambre par la pression développée.
On procède ensuite au soudage et à l'enlèvement du dispositif extérieur de serrage fournissant la pression de montage.
On sait que de tels accouplements-ne subis- sent en cours d'usage pratiquement jamais ou ne subissent que très rarement de nouvelles contraintes à la compression
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de leurs éléments d'étanchéité, En service, il se produit par contre fréquemment des contraintes à la traction importantes, dues par exemple à une élévation de la pression interne (dans des conduites fermées à droite et à gauche), ou à un refroi- dissement et à une contraction des conduites (dans le cas de conduites ouvertes à leurs deux extrémités), ce qui se tra- duit par une contrainte à la traction de l'élément d'assem- blage isolant.
Dans les formes de réalisation décrites ci- dessus, qui comportent des bagues d'étanchéité élastiques, une telle contrainte de traction s'exerce, par l'intermédiaire des deux collerettes, sur ces bagues d'étanchéité qui peuvent ainsi subir une forte compression supplémentaire s'ajoutant au serrage initial. Il pourrait même en résulter un éclate- ment de la chambre d'étanchéité ou la formation d'un interstice indésirable à côté de l'anneau d'écartement médian profilé en forme de dièdre.
Pour éviter cet inconvénient , l'extrémité interne du tuyau qui est déjà protégée contre des contraintes de traction, est munie selon cette variante préférée, d'un deuxième épaulement qui n'exerce pas de pression axiale sur les bagues élastiques contenues dans la chambre d'étanchéité .comme le fait la collerette située en regard de l'épaulement complémentaire de l'extrémité du tuyau femelle, mais vient s'appliquer, en cas de contrainte de traction, contre une collerette qui dépasse vers l'intérieur le contour radial de la chambre d'étanchéité, (c'est-à-dire s'élargit radialement vers l'intérieur) et qui appartient à une bague isolante, de sorte que l'extrémité élargie de cette collerette est serrée contre l'épaulement du tuyau femelle tourné vers 1.'intérieur,
Etant donné que la bague isolante est formée d'un tissu im-
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prégné de résine synthétique et est donc pratiquement incom- pressible, la collerette élargie de la dite bague isolante transmet la totalité de la contrainte de traction aux épaule- ments des extrémités des tuyaux sous forme d'une force de pression, sans qu'il en résulte un effort supplémentaire sur les bagues d'étanchéité précontraintes contenues dans la chambre. Ces bagues ne peuvent donc pas être détériorées par écrasement. Tout risque d'un nouveau raccourcissement de la chambre d'étanchéité et de ses bagues élastiques est ainsi éliminé, ce qui rend impossible la formation d'un interstice sur l'anneau d'écartement dans le cas où/s'exercent de telles contraintes de traction.
L'avantage considérable que présente l'élé- ment d'assemblage isolant muni selon l'invention de bagues élastiques serrées dans la chambre d'étanchéité sur les élé- ments d'assemblage connus comportant un simple remplissage de résine synthétique est ainsi pleinement mis à profit) sanas qu'il puisse se produire de défauts d'étanchéité ou de dété-
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riorationx, même sous l'effet de charses levées de"'tractlon" de oompression, de on:rlement, de charges alterna%ives ou d'efforts de flexion.
Un certain nombre d'exemples de réalisation de l'invention sont représentés en demi-coupe aux dessins annexés dans lesquels :
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Puig, 1 represeylte un 41éménb 'a3. isolante qui comporte des joints t01"iQues tanché3.tê 10gµS dans la chambre annulaire Pîg% e représente une rar.nt, aoeee ilbë élastiques profilés pratiquement sans inclusion d'air;
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Fig. 3 est une variante de fig. 2, avec masse isolante intérieure appliquée par centrifugation ou à la spatule,*
Fig. 4 représente un autre exemple de réali- sation, qui comporte une bague d'écartement en tissu dur en forme d'un dièdre légèrement surélevé, ainsi qu'une chambre d'étanchéité remplie de résine synthétique;
Fig. 5 représente une forme de réalisation ' particulièrement, avantageuse d'un assemblage muni d'une bague d'écartement analogue à elle de fig. 4, mais dans lequel la chambre d'étanchéité est remplie de joints fortement ser- rés l'un contre l'autre;
Fig. 6 représente une forme de réalisation analogue à la précédente, mais protégée des contraintes de traction en cours d'utilisation, avant son serrage définitif et soudage du manchon externe.
L'élément représenté à la fig. 1, destiné à l'assemblage de deux tuyaux métalliques 1 et 2, est constitué d'un côté par un manchon 3 de plus gros diamètre, par exemple soudée dans lequel s'engage le bout mâle de l'autre tuyau.
L'extrémité de chacun des deux tuyaux porte une collerette 4, 5. Ces deux collerettes, dirigées en sens inverse l'une de l'autre, sont isolées par des bagues à bride 6, 7 et déli- Mitent axialement la chambre annulaire qui subsiste entre la face interne et la face externe des tuyaux emboîtés.
Dans cette chambre sont logées plusieurs bagues toriques en caout- chouc 8, sur lesquelles les deux collerettes 4 et 5 exercent une pression axiale énergique, Le serrage est maintenu grâce un anneau de sûreté 9, enfilé puis soudd en 9' sur la.
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face externe du tuyau 2, après interposition d'une rondelle isolante 10, Les bagues à bride 6, 7, ainsi que la rondelle isolante, 10, sont en un matériau isolant électriquement, par exemple en matière synthétique avec garnitures intérieures de tissu, La poche 31, qui subsiste dans le manchon 3 à l'empla- cement 'de sa soudure de gauche sur le tuyau 1, est remplie d'une résine synthétique, afin d'obtenir une paroi interne lisse et ne créant pas de turbulence;
cette résine synthétique doit pos- séder des résistances mécanique et chimique suffisanteset n'être pas conductrice, de manière à assurer à ce point de l'assem- blage la résistance ohmique voulue, dans le cas où le fluide circulant dans la conduite serait légèrement conducteur.
La réalisation de 1'.assemblage préfabriqué décrit, qui peut être fabriqué par exemple aux diamètres nomi- naux de 20 à 600 mm, est effectuée comme suit : l'élément de tuyau 2, avec sa collerette 4, et le manchon 3 encore libre avec sa collerette 5, sont emboîtés en mettant en place les bagues à bride 6, 7 et en intercalant des joints annulaires d'étanchéité 8. On soude ensuite l'extrémité rétreinte du manchon 3 sur le tuyau 1.
L'assemblage est alors serré plus ou moins énergiquement selon la pression de service prévue ; deux tuyaux 1 et 2 sont à cet effet écartés l'un de l'autre au mo- yen de pinces à griffes ou autres analogues, jusqu'à ce que la pression désirée, ou la pression de serrage atteigne la valeur voulue. Les bagues d'étanchéité 8 logées dans la chambre annu- laire sont ainsi comprimées par les collerettes 4 et 5, qui se rapprochent l'une de l'autre pendant le serrage,
Lorsque la limite de serrage est atteinte, on soude en 9', sur la surface externe du tuyau 2, l'anneau
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métallique 9 jusqu'alors libre, après avoir intercalé la ron- delle isolante 10. Le dispositif de serrage peut alors être retiré, sans aucun changement dans la position des éléments de l'assemblage sous précontrainte.
On coule enfin la résine synthétique dans la poche 31 formée lors du serrage, à l'ex- trémité opposée du manchon.
Dans la forme de réalisation de fig. 2, l'extrémité du tuyau 11, rassembler au tuyau 12, est tout d'a- bord surépaissie en 11, par exemple par soudage d'un anneau convenable, ce qui procure en direction radiale l'espace nécessaire pour la chambre d'étanchéité. Le manchon 13 qui repose sur ce renflement est initialement libre et n'est soudé qu'après le serrage. Comme dans le premier exemple de réalisation, l'extrémité mâle du tuyau 12 s'engage dans le manchon 13, chacun de ces deux éléments se terminant par une collerette 14 (15).Dirigées à l'opposé l'une de l'autre, ces collerettes peuvent par exemple être soudées aux extrémités des éléments 12, 13, et forment en tout cas un ensemble avec ces derniers.
Les collerettes 14,15 isolées par des bagues à bride ou des rondelles 16, 17 délimitent axialement la cham- bre annulaire, comprise entre les faces en regard des tuyaux emboîtés l'un dans l'autre. Dans cette chambre sont logées plusieurs bagues d'étanchéité jointives 18 de section rec- tangulaire, par exemple en caoutchouc naturel ou synthétique,
Les extrémités extérieures des deux collerettes sont également recouvertes de garnitures isolantes 20 et 30.
Après la mise en place de ces organes d'é- tanchéité et d'isolation, le manchon 13, encore libre à son extrémité de gauche, est glissé de la droite vers la gauche sur le tuyau 12, puis sur le renflement 11', puis, au lieu
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de l'étanchéité réalisée par traction dans l'exemple précédent, ce manchon est mis sous tension par application d'une pression suffisante qui comprime la garniture dans la chambre jusqu'à la valeur nécessaire. Lorsque la position finale est atteinte, on soude en 19 le renflement 11' sur l'extrémité de gauche du tuyau femelle 11 et on maintient le serrage.
On procède enfin à la coulée d'une masse 21 de résine pour stratifiés (résine époxy) sur l'extrémité libre du tuyau opposée à la soudure 19 et l'on recouvre d'une masse de même nature 22 les deux cotés adjacents du joint légèrement en retrait, afin d'obtenir une surface lisse.
Dans la forme de @éalisation des figures à 5, l'isolation interne de l'assemblage de même que le gar- nissage intérieur de la chambre d'étanchéité ne sont pas as- surés par un revêtement appliqué dans un embrèvement de part et d'autre du joint, mais d'une manière un peu différente et. particulièrement avantageuse.
L'assemblage isolant de fig, 3 qui constitue une discontinuité électrique et mécaniquement rigide, assurant des coupures électriques parfaites dans des conduites métal- liques à protection cathodique, et interdisant toute circula- tion de courants vagabonds provenant de phénomènes électro- mécaniques ou induits pour des installations à haute tension, réunit les deux tuyaux 41, 42, dont le premier porte une sur- épaisseur à son extrémité, de façon à ménager radialement la place de la chambre d'étanchéité, comprise entre les deux collerettes 44, 45. Ici également, le manchon 43 qui obture cette chambre d'étanchéité vers l'intérieur est initialement libre et n'est soudé qu'après le serrage sur l'extrémité ren- flée du tuyau 41.
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La chambre d'étanchéité, garnie entièrement de bagues 48, bourrées autant que possible sans inclusion d'air entre les collerettes 44, 45, est fermée à ses deux extrémités par des bagues isolantes sans bride 46, 47; ces bagues sont formées d'un tissu dur, par exemple d'un tissu de coton fin, imprégné de résine phénolique. Les joints d'étanchéité inter- oalaires 48 de section carrée sont de préférence en un caout- chouc synthétique à base de "Néoprène" avec très peu ou pas du tout de noir de fumée ou graphiter ils peuvent toutefois être réalisés également en d'autres matières synthétiques ou
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eri un caoutchouc di:rrérenu,non c:'.:1ducteurs, possédant en par- ticulier une bonne résistance au vieillissement.
L'absence de graphite dans ces éléments est importante, car le carbone ne doit pas permettre l'établissement d'une semi-conductivité.
Les cavités, qui subsistent d'abord lors du serrage à l'exté- rieur des deux bagues isolantes, sont comblées au moyen de résines époxy coulées 53, 54. Entre les faces terminales des deux tuyaux, on interpose une pièce de remplissage 50 en tissu ! - dun imprégné de résine phénolique et l'on réalise la ligne de sudure 49 après le serrage de l'ensemble.
L'assemblage étant ainsi à peu près terminé, on applique sur la paroi interne lisse et sans embrèvement de la conduite., une couche 52 de.résine synthétique, de préférence de résine époxy, qui recouvre les extrémités des deux tuyaux; cette opération peut être effectuée à la spatule ou par cen- trifugation. Entre l'un des tuyaux et le manchon emboîté sur lui, on applique enfin un scellement extérieur 51, constitué également d'une résine époxy de résistance diélectrique élevée.
Après un certain temps la résine coulée dans les joints durcit en demeurant élastique.
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La variante de fig, 4 prévoit aussi le man- chon 63 destiné à être ultérieurement soudé sur l'extrémité plus épaisse 61 de l'un des tuyaux. Les collerettes 64 et 65 délimitent sur l'extrémité de l'autre tuyau 62, une chambre d'étanchéité, dans laquelle est coulée une résine synthétique 68, en prenant soin que le serrage soit effectué après intro- duction de la résine liquide, avant que celle-ci n'ait durci, car elle n'est plus compressible après durcissement. A ses deux extrémités la chambre68 est obturée par des bagues à brides/isolantes 73, 74 en tissu dur imprégné de résine phénoli- que, sur les parties cylindriques desquelles sont posées des baguer toriques jumelées 66, 67 pour assurer l'étanchéité.
Entre les faces terminales des deux tuyaux 61, 62 est intercalé un anneau d'écartement 60 en tissu dur, qui présente vers l'intérieur une section en forme de dièdre, et détermine ainsi un léger étranglement au point de contact, de sorte qu'un nettoyage automatique des dépôts éventuels se preduit par l'augmentation de la vitesse du fluide en circula- tion. Après le serrage, on exécute la soudure finale 69 qui maintient l'ensemble serré. A l'extrémité extérieure opposée de l'assemblage, on applique également une bague de résine syn- thétique 71 qui assure une bonne obturation et qui, dans l'e- @emple représenté, est ancrée par un épanouissement on queue d'aronde dans une encoche complémentaire pratiquée dans le menchon raccordé.
La bague d'obturation 71 est ainsi mise dans l'impossibilité de se desserrer ou de se détacher du manchon extérieur 63.
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La figure 5 montre enfin une forme de réalisa- tion particulièrement économique dans sa fabrication et effi- cace à l'usage, dans laquelle il est prévu comme précédemment, entre les deux tuyaux 81 et 82, un anneau d'écartement 80 en tissu dur,ayant la forme d'un dièdre avec arête tournée vers l'intérieur, tandis que la chambre d'étanchéité et d'iso- lation formée entre les deux collerettes 84 et 85 est remplie de bagues 88 de profil carré,en caoutchouc synthétique sans graphite (Néoprène) ou autre caoutchouc naturel ou synthétique possédant une résistance au vieillissement et une résistance diélectrique élevées. Cette chambre est obturée à ses extrémi- tés par des bagues à bride 86, 87, qui peuvent être dans le même tissu de coton fin imprégné de résine phénolique (tissu dur) que l'anneau d'écartement 80.
Comme dans les autres formes de réalisation,l'immobilisation de l'ensamble à l'état comprimé est assurée par un manchon 83 glissé par dessus qui maintient les joints comprimés après avoir été soudé au tuyau 81 par une ligne de soudure 89 pendant le serrage à l'état de repos. La compression est encore ici effectuée mécaniquement sur une presse. Le scellement extérieur de l'élément d'assembla- ge entre le tuyau 82 et le manchon emboîté 83 est encore constitué par une bague coulée 91 à résistance diélectrique élevée, qui durcit élastiquement au bout d'un certain temps.
Cettbague 91 est dans le présent cas, également ancrée par un épanouissement en queue d'aronde 92 dans une gorge complé- mentaire du manchon 83.
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En figure 6, on voit un assemblage isolant analogue à celui qui vient d'être décrit, mais qui est en outre protégé contre les contraintes de traction susceptibles d'exercer en cours d'utilisation une influence dangereuse.
Cet élément d'assemblage est représenté avant serrage final et soudage. Dans cet état,où la ligne de soudure 109 non encore exécutée est représentée en tireté, les organes compri- més l'un contre l'autre lors du serrage n'ont pas encore atteint leur position définitive. La cavité 110' à l'intérieur,' et l'écartement 110 indiqué en tireté au pied du manchon ex- térieur 103, disparaissent lors du serrage.
Entre les tuyaux 101 et 102 est inséré comme précédemment un anneau d'écartem;. 100 en tissu dur imprégné de résine synthétique,qui a le profil d'un dièdre avec,, son arête dirigée vers l'intérieur de la conduite. Après la compres- sion axiale des éléments de l'assemblage, l'extrémité forte- ment épaisse du tuyau 101 est soudée en 109 avec le manchon extérieur 103 qui porte à son extrémité un épaulement ou colle- rette 105. L'autre épaulement ou collerette 104 se trouve sur le tuyau intérieur 102.
Entre ces deux épaulements est si- tuée la chambre d'étanchéité contenant les bagues élastiques d'étanchéité 108, qui sont maintenues aux deux extrémités de la chambre par des bagues à bride 106,107 réalisées également en un tissu dur isolant,très résistant à la pression et imprégné de résine synthétique.
Afin de protéger l'élément d'assemblage isolant terminé contre les contraintes de traction dangereuses, le tuyau interne 102 porte en plus de l'épaulement 104, une deuxième arête 104' revenant radialement vers l'intérieur;la bague à bride 107 disposée vis-à-vis de cette arête porte un
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épanouissement la?' correspondant en saillie radiale vers l'intérieur qui,lorsque l'assemblage est définitivement comprimé et soudé, vient s'appliquer entre l'épaulement en retrait précité 104' du tuyau ou du manchon interne et la collerette 105 dirigée vers l'intérieur du tuyau ou manchon externe,de manière à absorber les contraintes de traction axiale.