CA2681544C - Installation et procede de fabrication en continu d'un tube ou d'un cable isole thermiquement ou electriquement, tube ou cable ainsi obtenu et application a la realisation de tuyaux double enveloppe - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une installation (1) de mise en place en continu d'un matériau isolant thermique ou électrique (6) autour d'un élément à section circulaire (2). L'installation comprend un organe de forcement (3) se présentant sous la forme d'un tube tronconique dans lequel on engage au niveau de sa grande base simultanément ledit élément (2), une feuille (4) sur laquelle le matériau isolant (6) est disposé, des moyens pour entraîner en translation ledit élément à section circulaire (2) et ladite feuille (4) et un moyen de dépôt (7) dudit matériau isolant sur ladite feuille, ladite feuille se présentant sous la forme d'un matériau métallique ou plastique. Application à la réalisation de tubes isolés thermiquement ou de câbles isolés électriquement.
Description
- =
, ---- =
INSTALLATION ET PROCÉDÉ DE FABRICATION EN CONTINU
D'UN TUBE OU D'UN CÅBLE ISOLÉ THERMIQUEMENT OU
ÉLECTRIQUEMENT, TUBE OU CÅBLE AINSI OBTENU ET
APPLICATION A LA RÉALISATION DE TUYAUX DOUBLE ENVELOPPE
Le secteur technique de la présente invention est celui des installations permettant la fabrication d'éléments à section circulaire tels des tubes ou câbles électriques isolés à
l'aide d'un matériau isolant et en particulier permettant d'installer un matériau isolant autour de tubes ou de cylindres.
De façon générale, un isolant thermique se présente soit sous forme de demi-coquilles que l'on applique contre le tube soit de couvertures que l'on enroule autour du tube. Quelle que soit la présentation de l'isolant thermique, son application contre le tube implique une intervention manuelle importante qui n'a pas pu jusqu'ici être au moins partiellement automatisée.
Ainsi, des tubes isolés thermiquement sont utilisés dans diverses industries pour conduire des fluides chauds ou froids et maintenir leurs propriétés thermodynamiques. Ces tubes sont généralement entourés par un matériau isolant thermique pour réduire les échanges de chaleur avec le milieu environnant.
Dans l'industrie pétrolière, on utilise communément des tuyaux double enveloppe isolés thermiquement pour l'extraction et le transport des hydrocarbures. Dans toutes ces industries, les tubes sont préfabriqués dans des longueurs données par exemple 6 à 48 mètres environ ou bien en longueur continue de 1 à 10 km. Les tubes sont généralement en acier avec un diamètre externe compris entre 1 et 100 cm environ.
Dans le cas d'éléments à section circulaire comme les câbles électriques, le matériau isolant est un matériau isolant électrique.
Le but de la présente invention est de fournir une
, ---- =
INSTALLATION ET PROCÉDÉ DE FABRICATION EN CONTINU
D'UN TUBE OU D'UN CÅBLE ISOLÉ THERMIQUEMENT OU
ÉLECTRIQUEMENT, TUBE OU CÅBLE AINSI OBTENU ET
APPLICATION A LA RÉALISATION DE TUYAUX DOUBLE ENVELOPPE
Le secteur technique de la présente invention est celui des installations permettant la fabrication d'éléments à section circulaire tels des tubes ou câbles électriques isolés à
l'aide d'un matériau isolant et en particulier permettant d'installer un matériau isolant autour de tubes ou de cylindres.
De façon générale, un isolant thermique se présente soit sous forme de demi-coquilles que l'on applique contre le tube soit de couvertures que l'on enroule autour du tube. Quelle que soit la présentation de l'isolant thermique, son application contre le tube implique une intervention manuelle importante qui n'a pas pu jusqu'ici être au moins partiellement automatisée.
Ainsi, des tubes isolés thermiquement sont utilisés dans diverses industries pour conduire des fluides chauds ou froids et maintenir leurs propriétés thermodynamiques. Ces tubes sont généralement entourés par un matériau isolant thermique pour réduire les échanges de chaleur avec le milieu environnant.
Dans l'industrie pétrolière, on utilise communément des tuyaux double enveloppe isolés thermiquement pour l'extraction et le transport des hydrocarbures. Dans toutes ces industries, les tubes sont préfabriqués dans des longueurs données par exemple 6 à 48 mètres environ ou bien en longueur continue de 1 à 10 km. Les tubes sont généralement en acier avec un diamètre externe compris entre 1 et 100 cm environ.
Dans le cas d'éléments à section circulaire comme les câbles électriques, le matériau isolant est un matériau isolant électrique.
Le but de la présente invention est de fournir une
2 installation automatique ou semi-automatique de fabrication d'éléments à section circulaire, tels des tubes ou des cylindres, isolés thermiquement ou électriquement permettant éventuellement de fabriquer de grandes longueurs dans le but d'obtenir un meilleur contrôle de la géométrie de l'objet final, d'améliorer les performances thermiques dans le cas d'un tube isolé, ou électriques dans le cas d'un câble, de réduire les coûts de fabrication et de supprimer une étape de fabrication car le compactage de la poudre a lieu lors de sa mise en place directe.
Un autre but de la présente invention est de réaliser autour d'un élément à section circulaire le compactage d'une poudre sous forme annulaire ayant une densité contrôlée, ces poudres étant très fines.
L'invention a donc pour objet une installation de mise en place en continu d'un matériau isolant thermique ou électrique autour d'un élément à section circulaire, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe de forcement se présentant sous la forme d'un tube tronconique dans lequel on engage au niveau de sa grande base simultanément ledit élément, une feuille sur laquelle le matériau isolant est disposé, des moyens pour entraîner en translation ledit élément à section circulaire et ladite feuille et un moyen de dépôt dudit matériau isolant sur ladite feuille.
Des modes de réalisation préférentiels sont décrits ci-dessous.
Selon une caractéristique de l'invention, ladite feuille se présente sous la forme d'un matériau métallique ou plastique.
Selon une caractéristique de l'invention, l'organe de forcement présente une longueur comprise entre environ 1 et 3 mètres.
Ainsi, pour un tube d'environ 10 cm de diamètre environ, la longueur de l'organe de forcement est d'environ 3 mètres.
Toutefois, sa longueur varie en fonction du diamètre du tube ou du fil à isoler.
,
Un autre but de la présente invention est de réaliser autour d'un élément à section circulaire le compactage d'une poudre sous forme annulaire ayant une densité contrôlée, ces poudres étant très fines.
L'invention a donc pour objet une installation de mise en place en continu d'un matériau isolant thermique ou électrique autour d'un élément à section circulaire, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe de forcement se présentant sous la forme d'un tube tronconique dans lequel on engage au niveau de sa grande base simultanément ledit élément, une feuille sur laquelle le matériau isolant est disposé, des moyens pour entraîner en translation ledit élément à section circulaire et ladite feuille et un moyen de dépôt dudit matériau isolant sur ladite feuille.
Des modes de réalisation préférentiels sont décrits ci-dessous.
Selon une caractéristique de l'invention, ladite feuille se présente sous la forme d'un matériau métallique ou plastique.
Selon une caractéristique de l'invention, l'organe de forcement présente une longueur comprise entre environ 1 et 3 mètres.
Ainsi, pour un tube d'environ 10 cm de diamètre environ, la longueur de l'organe de forcement est d'environ 3 mètres.
Toutefois, sa longueur varie en fonction du diamètre du tube ou du fil à isoler.
,
3 Selon une autre caractéristique de l'invention, le rapport entre le diamètre de la grande base et le diamètre de la petite base de l'organe de forcement est compris entre environ 1,2 et 4.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la largeur de la feuille est supérieure à la circonférence de la petite base de l'organe de forcement.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'organe de forcement se présente sous la forme d'une pièce /0 unique ou d'un assemblage d'éléments tronconiques.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'organe de forcement est prolongé au niveau de la petite base par un élément tubulaire complémentaire.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la feuille se présente sous la forme d'une bobine déroulée au fur et à mesure de la translation dudit élément.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le matériau isolant se présente à l'état brut sous forme de poudre en vrac ou sous sachets individuels.
20 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'élément est entraîné en translation par un moyen de traction ou de poussée.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la feuille est entraînée par ledit élément.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la feuille est une feuille en acier d'épaisseur inférieure à
environ 0,5 mm, l'élément un tube et le matériau isolant un matériau isolant thermique.
Avantageusement, l'élément à section circulaire isolé
30 thermiquement comprend une feuille appliquée sur le matériau isolant thermique, en recouvrement de ses bords libres.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un élément à section circulaire protégé à l'aide d'un matériau isolant thermique ou électrique à l'aide d'une =
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la largeur de la feuille est supérieure à la circonférence de la petite base de l'organe de forcement.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'organe de forcement se présente sous la forme d'une pièce /0 unique ou d'un assemblage d'éléments tronconiques.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'organe de forcement est prolongé au niveau de la petite base par un élément tubulaire complémentaire.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la feuille se présente sous la forme d'une bobine déroulée au fur et à mesure de la translation dudit élément.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le matériau isolant se présente à l'état brut sous forme de poudre en vrac ou sous sachets individuels.
20 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'élément est entraîné en translation par un moyen de traction ou de poussée.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la feuille est entraînée par ledit élément.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la feuille est une feuille en acier d'épaisseur inférieure à
environ 0,5 mm, l'élément un tube et le matériau isolant un matériau isolant thermique.
Avantageusement, l'élément à section circulaire isolé
30 thermiquement comprend une feuille appliquée sur le matériau isolant thermique, en recouvrement de ses bords libres.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un élément à section circulaire protégé à l'aide d'un matériau isolant thermique ou électrique à l'aide d'une =
4 installation selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on présente l'élément dans l'organe de forcement en alignant les axes dudit élément et de l'organe de forcement, - on introduit partiellement la feuille dans l'organe de forcement au niveau de l'extrémité dudit élément, - on dépose le matériau isolant thermique ou électrique sur la feuille, - on entraîne ledit élément et la feuille en translation pour réaliser simultanément le forcement et la conformation du matériau isolant et de la feuille autour dudit tube.
Des modes de réalisation préférentiels du procédé sont décrits ci-dessous.
Selon une caractéristique du procédé, le matériau isolant thermique ou électrique est déposé sur la feuille en continu au fur et à mesure de la translation dudit élément.
Selon une autre caractéristique du procédé, on réalise le recouvrement dudit élément par le matériau isolant thermique ou électrique et le recouvrement du matériau isolant par la feuille par compression dans l'organe de forcement.
Selon une autre caractéristique du procédé, le matériau isolant est déposé sous forme de poudre en vrac ou en sachets.
Selon une autre caractéristique du procédé, la surface intérieure de l'organe de forcement peut être avantageusement recouverte d'une épaisseur d'un matériau facilitant le glissement de la feuille sur les parois de l'organe de forcement et limiter les efforts induits.
Le matériau isolant est déposé dans un sachet ouvert.
L'invention concerne également un tube isolé thermiquement obtenu suivant le procédé selon l'invention.
Avantageusement, le tube isolé thermiquement comprend une feuille appliquée sur le matériau isolant thermique, en recouvrement de ses bords libres.
L'invention concerne encore un tuyau double enveloppe caractérisé en ce qu'il comprend un tube isolé thermiquement.
L'invention concerne encore un câble isolé électriquement obtenu par la mise en uvre du procédé selon l'invention.
L'invention concerne également l'application de l'installation selon l'invention à la réalisation d'un tube isolé thermiquement de grande longueur, par exemple de quelques mètres à plusieurs kilomètres.
Un tout premier avantage de l'installation selon l'invention réside dans la réduction des coûts de fabrication en raison de la réduction de l'intervention manuelle.
Un autre avantage réside dans l'homogénéité du matériau isolant autour dudit élément en raison de la compression uniforme subie et appliquée directement sur ledit élément.
Un autre avantage réside dans le fait que dans le cas d'un tube ses excentricités sont absorbées, ce qui permet d'obtenir un tube isolé thermiquement avec de meilleures tolérances dimensionnelles qu'avec les méthodes jusqu'ici employées.
Ainsi, l'épaisseur du matériau isolant thermique est optimisée et les performances isolantes globales et locales du système ainsi réalisé sont meilleures que celles obtenues avec une réalisation classique.
Un autre avantage réside dans le fait que l'installation peut être rapidement mise en uvre en tout lieu et ce, sans nécessiter un personnel qualifié.
Un autre avantage réside dans la productivité élevée de l'installation et du procédé selon l'invention qui permettent d'obtenir une cadence de production d'éléments isolés thermiquement supérieure à 1 mètre par minute.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique de l'installation selon l'invention, - les figures 2a à 2d représentent différentes configurations de l'organe de forcement, - les figures 3a à 3e illustrent différentes dispositions entre le matériau isolant et la feuille, et - les figures 4 à 6 représentent en coupe différentes configurations d'un tube isolé thermiquement.
Comme indiqué précédemment, l'invention vise à assurer une meilleure performance d'isolation thermique pour un diamètre extérieur donné de l'objet final, une réduction importante des coûts d'installation du matériau isolant, la prise en compte des tolérances pour optimiser la réalisation et réduire les /0 coûts complets du système.
Dans la suite de la description, on s'attachera plus particulièrement à un tube à isoler thermiquement bien que tout élément à section circulaire puisse être mis en uvre dans l'installation afin de l'isoler comme par exemple un câble à isoler électriquement ou tout autre élément sans pour cela réduire la portée de l'invention. C'est pourquoi on parlera dans la suite plus particulièrement d'isolant thermique étant entendu que lorsqu'il s'agit d'un câble, l'isolant est un isolant électrique sans que cela entraîne une 20 modification de l'installation décrite ci-après.
La figure 1 est une représentation schématique de l'installation 1 selon l'invention dans laquelle il s'agit d'enrouler autour d'un tube 2 un matériau isolant thermique.
Le tube 2 est de longueur quelconque par exemple des tronçons de 6 à 24 m que l'on soude entre eux au fur et à mesure pour réaliser des longueurs de 1 à 10 km ou bien des tronçons de plusieurs centaines de mètres ou bien encore des tronçons simples sans intention de les rabouter. Ces longueurs sont données à titre d'exemple. Le tube 2 peut être également de 30 grande longueur enroulé sur une roue de grand diamètre qui est redressé lors de la mise en uvre pour être rectiligne. Le tube 2 est généralement en acier et il s'agit quasiment toujours d'un tube cylindrique. Ce tube est positionné sur un support non représenté mais que l'homme du métier peut prévoir _ sans difficulté particulière et son axe est sensiblement confondu avec une direction X. Ce tube 2 est entraîné en translation continue suivant la flèche F vers un organe de forcement 3 dans lequel il est contraint de circuler. Sur la figure, on voit que l'organe 3 se présente sous la forme d'un tube tronconique, le tube 2 étant engagé au niveau de la grande base 3a de l'organe 3. L'axe de l'organe 3 est également aligné sur la direction X de façon à être disposé
sensiblement coaxialement avec le tube 2.
On s'arrange pour que le rapport du diamètre de la grande base 3a au diamètre de la petite base 3b de l'organe de forcement soit compris entre environ 1,2 et 4. Cette fourchette de valeurs permet avantageusement d'obtenir avec la translation du tube 2 l'entraînement simultané de la feuille 4 supportant le matériau isolant. Bien entendu, cette fourchette est donnée à titre indicatif sans caractère limitatif.
Une feuille 4 est positionnée au voisinage de l'organe 3 et se présente sous la forme d'une bobine 5. Cette bobine est positionnée de manière à se dévider au fur et à mesure de l'avancement de la feuille 4 comme cela sera expliqué ci-après. La feuille 4 est ici une feuille en acier d'épaisseur inférieure à environ 0,5 mm.
Il va de soi que la feuille 4 peut être de nature quelconque, par exemple métallique ou synthétique, pourvu que sa résistance à la déchirure soit suffisamment grande afin de supporter les contraintes dans le cône de forcement.
Des sachets de matériau isolant thermique 6 sont amenés par un moyen de dépôt 7 par exemple un tapis sans fin pour être déposés sur la feuille 4 au fur et à mesure que celle-ci est déroulée. Sur la figure, on voit que les sachets sont fermés.
Les sachets présentent alors une flexibilité suffisante pour être enroulés autour du tube 2. Toutefois, le matériau isolant peut se présenter sous la forme de sachets ouverts que l'on remplit in situ avec le matériau isolant par exemple au niveau _ -=
du tapis 7.
Le matériau isolant thermique est un matériau connu et peut être de différentes natures. On peut typiquement utiliser un matériau pulvérulent de type dit micro- ou nano-poreux comme les aérogels, ou une poudre de silice précipitée ou pyrogénée dans une proportion de 50 à 100%, avec un opacifiant du type dioxyde de titane selon un pourcentage de 0 à 15%, des fibres par exemple de verre selon un pourcentage de 0 à 15%, pour conférer au matériau une homogénéité. Le matériau isolant peut être compacté, ou au moins pré-compacté, suivant une densité
prédéfinie dans le but de faciliter la manipulation. Bien entendu, le matériau isolant peut être non compacté. Les poudres considérées présentent une majorité de particules d'une dimension inférieure à un micron.
On peut prévoir une largeur de la feuille 4 supérieure à la circonférence de la petite base 3b de l'organe de forcement.
Ceci permet d'obtenir une jonction par recouvrement mutuel des deux bords de la feuille au lieu d'une jonction bord à bord difficile à maîtriser.
L'organe de forcement 3 peut se présenter sous la forme d'une pièce unique ou d'un assemblage d'éléments tronconiques.
Sur les figures 2a à 2d, on a représenté différentes configurations de réalisation de l'organe de forcement 3. Sur la figure 2a, cet organe de forcement 3 est une pièce monobloc, par exemple en acier, présentant un état de surface interne facilitant la progression du tube 2. Sur la figure 2b, l'élément 3 est constitué de plusieurs troncs 3i de cône. Une telle réalisation permet de faciliter le transport de l'organe de forcement surtout lorsqu'une longueur importante est souhaitée, par exemple 3 mètres. Bien entendu, des moyens de liaison sont prévus entre deux troncs consécutifs de façon à
assurer la continuité de surface de l'organe assemblé. Sur la figure 2c, l'élément tronconique 3 est monobloc comme sur la figure 2a mais est prolongé du côté de sa petite base par un =
élément tubulaire complémentaire 8. Le diamètre interne de cet élément 8 est égal à celui de la petite base. Le rôle de cet élément 8 est de parfaire le profil cylindrique final du tube 2 isolé lors de son passage. Ce dernier élément peut également présenter une fente longitudinale ou fenêtre permettant à
l'aide d'un outil par exemple un laser de fermer l'enveloppe 4 en la soudant sur elle-même. Sur la figure 2d, l'organe de forcement 3 est constitué de plusieurs troncs de cône 3'i, prolongé par l'élément tubulaire 8.
Les dimensions de l'organe de forcement sont adaptées par l'homme du métier en fonction du diamètre externe du tube à
isoler et du diamètre final du tube isolé qu'il cherche à
obtenir.
Comme cela a été précisé antérieurement, le matériau isolant peut se présenter soit sous forme de sachets, soit sous forme de poudre en vrac.
Sur la figure 3a, on a représenté un sachet 9 de matériau isolant déposé sur la feuille 4 dont l'enveloppe 10 est fermée par une couture 11. Les bords de la feuille 4 ont été déformés afin de faciliter le pliage lors du passage dans l'organe de forcement 3.
Sur la figure 3b, on a représenté un sachet 12 ouvert initialement puis rempli in situ de matériau isolant et refermé par rabattement des deux bords libres de son enveloppe 13 lors du forcement. On voit que les bords libres de l'enveloppe 13 sont disposés en recouvrement sur une partie importante de leur surface. Dans cette configuration, la feuille 4 est totalement plane. Cette réalisation permet de s'affranchir de l'étape de compression.
Sur la figure 3c, on a représenté la même disposition que celle de la figure 3b mais les bords de la feuille 4 sont repliés.
Sur la figure 3d, on a représenté le matériau isolant sous la forme d'un sachet 14 ouvert qui a été rempli de matériau =
isolant mais dont les bords libres de l'enveloppe 15 sont repliés sur le tube 2. Lors de l'enroulement autour du tube 2, les bords libres de l'enveloppe 15 glissent l'un par rapport à
l'autre pour réaliser un sachet permettant une expansion du matériau isolant.
Enfin, sur la figure 3e, on a représenté un amas 16 de matériau isolant déposé directement sur la feuille 4 dont les bords sont légèrement repliés. Cette réalisation permet de s'affranchir des sachets de matériau isolant en opérant à
10 partir d'un vrac de matériau.
Sur la figure 4, on a représenté en coupe le tube isolé au sortir de l'organe de forcement 3 à partir de l'isolant des figures 3a, 3b et 3c. On distingue de l'intérieur vers l'extérieur le tube 2 lui-même, la couche de matériau isolant 9 ou 12, l'enveloppe 10 ou 13, ou une double épaisseur du sachet et la feuille 4. On voit sur cette figure la jonction 17 des deux arêtes du sachet venues en contact intime l'un de l'autre.
Sur la figure 5, on a représenté le tube 2 isolé au sortir de l'organe de forcement 3 à partir de matériau isolant de la figure 3d. Il n'y a plus de jonction des bords libres de l'enveloppe 15 du sachet 14 comme cela est représenté sur la figure 4.
Sur la figure 6, on a représenté le tube isolé au sortir de l'organe de forcement 3 à partir du matériau isolant de la figure 3e. On note sur cette figure l'absence de sachet. Le matériau isolant thermique 16 présente une continuité totale de sa structure et est enfermé dans la feuille 4 enroulée.
On a indiqué précédemment que le tube 2 est entraîné en translation de manière continue. Bien entendu, ceci peut être réalisé de différentes manières par exemple par poussée ou traction du tube. En engageant préalablement la feuille 4 dans l'organe de forcement 3, celle-ci est entraînée par le tube en y étant attachée.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un tube protégé par un matériau isolant thermique.
A cette fin, on procède de la manière suivante :
- on présente le tube 2 dans l'organe de forcement 3 en alignant les axes du tube et de l'organe de forcement suivant une direction unique Z, - on introduit partiellement la feuille 4 dans l'organe de forcement 3 au niveau de l'extrémité du tube en réalisant avantageusement un léger repli des bords de cette feuille. Ce repli facilite l'interaction entre le tube 2 et la feuille 4, - on dépose le matériau isolant thermique 6 sur la feuille 4, au plus près de son extrémité, - on entraîne le tube 2 en translation et donc la feuille 4 pour réaliser simultanément le forcement et la conformation du matériau isolant et de la feuille autour dudit tube.
De cette manière, en alimentant la feuille 4 en matériau isolant, on réalise un tube isolé thermiquement suivant la longueur désirée, par exemple de quelques mètres à 10 km. Bien entendu, les éléments de tube sont raccordés par soudure sur place en amont de l'installation selon l'invention ou bien le tube est déroulé à partir d'une roue de grand diamètre. Si nécessaire, on relie la feuille 4 à un moyen de traction qui peut être celui du tube 2.
Le procédé selon l'invention permet le dépôt de matériau isolant thermique sur la feuille en continu au fur et à mesure de la translation du tube 2 sous forme soit de poudre en vrac soit de sachets. L'utilisation de la poudre en vrac permet de réaliser le matériau isolant thermique in situ à partir des différents composants tels un matériau micro-poreux, un matériau fibreux, des opacifiants, etc, comme cela a été
décrit précédemment. Lorsque le matériau isolant thermique est en sachets, ceux-ci peuvent être remplis sur place à partir du vrac de poudre. On peut alors appliquer les bords libres de ces sachets directement sur le tube 2 pour mettre ainsi le matériau isolant en contact direct avec le tube 2 comme c'est le cas lorsque le matériau isolant est utilisé en vrac.
Le procédé selon l'invention permet également de réaliser le recouvrement du tube 2 par le matériau isolant thermique et le recouvrement du matériau isolant par la feuille 4 par compression dans l'organe de forcement 3 et ce, en une seule étape.
Le procédé selon l'invention permet par l'utilisation de l'organe de forcement 3 d'assurer une liaison intime entre le matériau isolant thermique et le tube, et par suite de provoquer une répartition régulière du matériau isolant autour du tube 2.
L'invention concerne également le tube isolé thermiquement obtenu suivant le procédé. En effet, le tube 2 isolé comprend une feuille 4 continue appliquée sur le matériau isolant thermique, les bords libres de la feuille étant en recouvrement. Ce tube isolé obtenu de manière continue peut être de grande longueur par exemple de 1 à 10 km.
L'invention concerne également un tuyau double enveloppe comportant un tube isolé comportant un matériau isolant thermique appliqué sur le tube par une feuille continue. Ce tuyau double enveloppe peut être réalisé en introduisant le tube isolé dès la sortie de l'organe de forcement dans un tube externe selon une technique connue. On peut réaliser ainsi des tuyaux double enveloppe de très grande longueur et donc sans soudure d'éléments de tuyau double enveloppe. Par très grande longueur, on entend des longueurs de l'ordre de 1 à 10 km par exemple. Un tuyau double enveloppe à insérer dans un puits d'extraction de pétrole ou de gaz ou de plus grand diamètre à
poser en mer peut être facilement réalisé en usine à terre puis enroulé et transporté et déroulé sur son lieu d'utilisation.
On rappellera que l'installation selon l'invention permet sans modification importante la fabrication d'un câble isolé
électriquement. Il suffit pour cela de remplacer l'isolant thermique 6 par un isolant électrique comme par exemple de la magnésie et d'utiliser une feuille en matériau synthétique non conducteur électrique comme par exemple une feuille en matériau plastique. Le câble électrique peut être un fil unique ou plusieurs fils torsadés ou non.
- on présente l'élément dans l'organe de forcement en alignant les axes dudit élément et de l'organe de forcement, - on introduit partiellement la feuille dans l'organe de forcement au niveau de l'extrémité dudit élément, - on dépose le matériau isolant thermique ou électrique sur la feuille, - on entraîne ledit élément et la feuille en translation pour réaliser simultanément le forcement et la conformation du matériau isolant et de la feuille autour dudit tube.
Des modes de réalisation préférentiels du procédé sont décrits ci-dessous.
Selon une caractéristique du procédé, le matériau isolant thermique ou électrique est déposé sur la feuille en continu au fur et à mesure de la translation dudit élément.
Selon une autre caractéristique du procédé, on réalise le recouvrement dudit élément par le matériau isolant thermique ou électrique et le recouvrement du matériau isolant par la feuille par compression dans l'organe de forcement.
Selon une autre caractéristique du procédé, le matériau isolant est déposé sous forme de poudre en vrac ou en sachets.
Selon une autre caractéristique du procédé, la surface intérieure de l'organe de forcement peut être avantageusement recouverte d'une épaisseur d'un matériau facilitant le glissement de la feuille sur les parois de l'organe de forcement et limiter les efforts induits.
Le matériau isolant est déposé dans un sachet ouvert.
L'invention concerne également un tube isolé thermiquement obtenu suivant le procédé selon l'invention.
Avantageusement, le tube isolé thermiquement comprend une feuille appliquée sur le matériau isolant thermique, en recouvrement de ses bords libres.
L'invention concerne encore un tuyau double enveloppe caractérisé en ce qu'il comprend un tube isolé thermiquement.
L'invention concerne encore un câble isolé électriquement obtenu par la mise en uvre du procédé selon l'invention.
L'invention concerne également l'application de l'installation selon l'invention à la réalisation d'un tube isolé thermiquement de grande longueur, par exemple de quelques mètres à plusieurs kilomètres.
Un tout premier avantage de l'installation selon l'invention réside dans la réduction des coûts de fabrication en raison de la réduction de l'intervention manuelle.
Un autre avantage réside dans l'homogénéité du matériau isolant autour dudit élément en raison de la compression uniforme subie et appliquée directement sur ledit élément.
Un autre avantage réside dans le fait que dans le cas d'un tube ses excentricités sont absorbées, ce qui permet d'obtenir un tube isolé thermiquement avec de meilleures tolérances dimensionnelles qu'avec les méthodes jusqu'ici employées.
Ainsi, l'épaisseur du matériau isolant thermique est optimisée et les performances isolantes globales et locales du système ainsi réalisé sont meilleures que celles obtenues avec une réalisation classique.
Un autre avantage réside dans le fait que l'installation peut être rapidement mise en uvre en tout lieu et ce, sans nécessiter un personnel qualifié.
Un autre avantage réside dans la productivité élevée de l'installation et du procédé selon l'invention qui permettent d'obtenir une cadence de production d'éléments isolés thermiquement supérieure à 1 mètre par minute.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique de l'installation selon l'invention, - les figures 2a à 2d représentent différentes configurations de l'organe de forcement, - les figures 3a à 3e illustrent différentes dispositions entre le matériau isolant et la feuille, et - les figures 4 à 6 représentent en coupe différentes configurations d'un tube isolé thermiquement.
Comme indiqué précédemment, l'invention vise à assurer une meilleure performance d'isolation thermique pour un diamètre extérieur donné de l'objet final, une réduction importante des coûts d'installation du matériau isolant, la prise en compte des tolérances pour optimiser la réalisation et réduire les /0 coûts complets du système.
Dans la suite de la description, on s'attachera plus particulièrement à un tube à isoler thermiquement bien que tout élément à section circulaire puisse être mis en uvre dans l'installation afin de l'isoler comme par exemple un câble à isoler électriquement ou tout autre élément sans pour cela réduire la portée de l'invention. C'est pourquoi on parlera dans la suite plus particulièrement d'isolant thermique étant entendu que lorsqu'il s'agit d'un câble, l'isolant est un isolant électrique sans que cela entraîne une 20 modification de l'installation décrite ci-après.
La figure 1 est une représentation schématique de l'installation 1 selon l'invention dans laquelle il s'agit d'enrouler autour d'un tube 2 un matériau isolant thermique.
Le tube 2 est de longueur quelconque par exemple des tronçons de 6 à 24 m que l'on soude entre eux au fur et à mesure pour réaliser des longueurs de 1 à 10 km ou bien des tronçons de plusieurs centaines de mètres ou bien encore des tronçons simples sans intention de les rabouter. Ces longueurs sont données à titre d'exemple. Le tube 2 peut être également de 30 grande longueur enroulé sur une roue de grand diamètre qui est redressé lors de la mise en uvre pour être rectiligne. Le tube 2 est généralement en acier et il s'agit quasiment toujours d'un tube cylindrique. Ce tube est positionné sur un support non représenté mais que l'homme du métier peut prévoir _ sans difficulté particulière et son axe est sensiblement confondu avec une direction X. Ce tube 2 est entraîné en translation continue suivant la flèche F vers un organe de forcement 3 dans lequel il est contraint de circuler. Sur la figure, on voit que l'organe 3 se présente sous la forme d'un tube tronconique, le tube 2 étant engagé au niveau de la grande base 3a de l'organe 3. L'axe de l'organe 3 est également aligné sur la direction X de façon à être disposé
sensiblement coaxialement avec le tube 2.
On s'arrange pour que le rapport du diamètre de la grande base 3a au diamètre de la petite base 3b de l'organe de forcement soit compris entre environ 1,2 et 4. Cette fourchette de valeurs permet avantageusement d'obtenir avec la translation du tube 2 l'entraînement simultané de la feuille 4 supportant le matériau isolant. Bien entendu, cette fourchette est donnée à titre indicatif sans caractère limitatif.
Une feuille 4 est positionnée au voisinage de l'organe 3 et se présente sous la forme d'une bobine 5. Cette bobine est positionnée de manière à se dévider au fur et à mesure de l'avancement de la feuille 4 comme cela sera expliqué ci-après. La feuille 4 est ici une feuille en acier d'épaisseur inférieure à environ 0,5 mm.
Il va de soi que la feuille 4 peut être de nature quelconque, par exemple métallique ou synthétique, pourvu que sa résistance à la déchirure soit suffisamment grande afin de supporter les contraintes dans le cône de forcement.
Des sachets de matériau isolant thermique 6 sont amenés par un moyen de dépôt 7 par exemple un tapis sans fin pour être déposés sur la feuille 4 au fur et à mesure que celle-ci est déroulée. Sur la figure, on voit que les sachets sont fermés.
Les sachets présentent alors une flexibilité suffisante pour être enroulés autour du tube 2. Toutefois, le matériau isolant peut se présenter sous la forme de sachets ouverts que l'on remplit in situ avec le matériau isolant par exemple au niveau _ -=
du tapis 7.
Le matériau isolant thermique est un matériau connu et peut être de différentes natures. On peut typiquement utiliser un matériau pulvérulent de type dit micro- ou nano-poreux comme les aérogels, ou une poudre de silice précipitée ou pyrogénée dans une proportion de 50 à 100%, avec un opacifiant du type dioxyde de titane selon un pourcentage de 0 à 15%, des fibres par exemple de verre selon un pourcentage de 0 à 15%, pour conférer au matériau une homogénéité. Le matériau isolant peut être compacté, ou au moins pré-compacté, suivant une densité
prédéfinie dans le but de faciliter la manipulation. Bien entendu, le matériau isolant peut être non compacté. Les poudres considérées présentent une majorité de particules d'une dimension inférieure à un micron.
On peut prévoir une largeur de la feuille 4 supérieure à la circonférence de la petite base 3b de l'organe de forcement.
Ceci permet d'obtenir une jonction par recouvrement mutuel des deux bords de la feuille au lieu d'une jonction bord à bord difficile à maîtriser.
L'organe de forcement 3 peut se présenter sous la forme d'une pièce unique ou d'un assemblage d'éléments tronconiques.
Sur les figures 2a à 2d, on a représenté différentes configurations de réalisation de l'organe de forcement 3. Sur la figure 2a, cet organe de forcement 3 est une pièce monobloc, par exemple en acier, présentant un état de surface interne facilitant la progression du tube 2. Sur la figure 2b, l'élément 3 est constitué de plusieurs troncs 3i de cône. Une telle réalisation permet de faciliter le transport de l'organe de forcement surtout lorsqu'une longueur importante est souhaitée, par exemple 3 mètres. Bien entendu, des moyens de liaison sont prévus entre deux troncs consécutifs de façon à
assurer la continuité de surface de l'organe assemblé. Sur la figure 2c, l'élément tronconique 3 est monobloc comme sur la figure 2a mais est prolongé du côté de sa petite base par un =
élément tubulaire complémentaire 8. Le diamètre interne de cet élément 8 est égal à celui de la petite base. Le rôle de cet élément 8 est de parfaire le profil cylindrique final du tube 2 isolé lors de son passage. Ce dernier élément peut également présenter une fente longitudinale ou fenêtre permettant à
l'aide d'un outil par exemple un laser de fermer l'enveloppe 4 en la soudant sur elle-même. Sur la figure 2d, l'organe de forcement 3 est constitué de plusieurs troncs de cône 3'i, prolongé par l'élément tubulaire 8.
Les dimensions de l'organe de forcement sont adaptées par l'homme du métier en fonction du diamètre externe du tube à
isoler et du diamètre final du tube isolé qu'il cherche à
obtenir.
Comme cela a été précisé antérieurement, le matériau isolant peut se présenter soit sous forme de sachets, soit sous forme de poudre en vrac.
Sur la figure 3a, on a représenté un sachet 9 de matériau isolant déposé sur la feuille 4 dont l'enveloppe 10 est fermée par une couture 11. Les bords de la feuille 4 ont été déformés afin de faciliter le pliage lors du passage dans l'organe de forcement 3.
Sur la figure 3b, on a représenté un sachet 12 ouvert initialement puis rempli in situ de matériau isolant et refermé par rabattement des deux bords libres de son enveloppe 13 lors du forcement. On voit que les bords libres de l'enveloppe 13 sont disposés en recouvrement sur une partie importante de leur surface. Dans cette configuration, la feuille 4 est totalement plane. Cette réalisation permet de s'affranchir de l'étape de compression.
Sur la figure 3c, on a représenté la même disposition que celle de la figure 3b mais les bords de la feuille 4 sont repliés.
Sur la figure 3d, on a représenté le matériau isolant sous la forme d'un sachet 14 ouvert qui a été rempli de matériau =
isolant mais dont les bords libres de l'enveloppe 15 sont repliés sur le tube 2. Lors de l'enroulement autour du tube 2, les bords libres de l'enveloppe 15 glissent l'un par rapport à
l'autre pour réaliser un sachet permettant une expansion du matériau isolant.
Enfin, sur la figure 3e, on a représenté un amas 16 de matériau isolant déposé directement sur la feuille 4 dont les bords sont légèrement repliés. Cette réalisation permet de s'affranchir des sachets de matériau isolant en opérant à
10 partir d'un vrac de matériau.
Sur la figure 4, on a représenté en coupe le tube isolé au sortir de l'organe de forcement 3 à partir de l'isolant des figures 3a, 3b et 3c. On distingue de l'intérieur vers l'extérieur le tube 2 lui-même, la couche de matériau isolant 9 ou 12, l'enveloppe 10 ou 13, ou une double épaisseur du sachet et la feuille 4. On voit sur cette figure la jonction 17 des deux arêtes du sachet venues en contact intime l'un de l'autre.
Sur la figure 5, on a représenté le tube 2 isolé au sortir de l'organe de forcement 3 à partir de matériau isolant de la figure 3d. Il n'y a plus de jonction des bords libres de l'enveloppe 15 du sachet 14 comme cela est représenté sur la figure 4.
Sur la figure 6, on a représenté le tube isolé au sortir de l'organe de forcement 3 à partir du matériau isolant de la figure 3e. On note sur cette figure l'absence de sachet. Le matériau isolant thermique 16 présente une continuité totale de sa structure et est enfermé dans la feuille 4 enroulée.
On a indiqué précédemment que le tube 2 est entraîné en translation de manière continue. Bien entendu, ceci peut être réalisé de différentes manières par exemple par poussée ou traction du tube. En engageant préalablement la feuille 4 dans l'organe de forcement 3, celle-ci est entraînée par le tube en y étant attachée.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un tube protégé par un matériau isolant thermique.
A cette fin, on procède de la manière suivante :
- on présente le tube 2 dans l'organe de forcement 3 en alignant les axes du tube et de l'organe de forcement suivant une direction unique Z, - on introduit partiellement la feuille 4 dans l'organe de forcement 3 au niveau de l'extrémité du tube en réalisant avantageusement un léger repli des bords de cette feuille. Ce repli facilite l'interaction entre le tube 2 et la feuille 4, - on dépose le matériau isolant thermique 6 sur la feuille 4, au plus près de son extrémité, - on entraîne le tube 2 en translation et donc la feuille 4 pour réaliser simultanément le forcement et la conformation du matériau isolant et de la feuille autour dudit tube.
De cette manière, en alimentant la feuille 4 en matériau isolant, on réalise un tube isolé thermiquement suivant la longueur désirée, par exemple de quelques mètres à 10 km. Bien entendu, les éléments de tube sont raccordés par soudure sur place en amont de l'installation selon l'invention ou bien le tube est déroulé à partir d'une roue de grand diamètre. Si nécessaire, on relie la feuille 4 à un moyen de traction qui peut être celui du tube 2.
Le procédé selon l'invention permet le dépôt de matériau isolant thermique sur la feuille en continu au fur et à mesure de la translation du tube 2 sous forme soit de poudre en vrac soit de sachets. L'utilisation de la poudre en vrac permet de réaliser le matériau isolant thermique in situ à partir des différents composants tels un matériau micro-poreux, un matériau fibreux, des opacifiants, etc, comme cela a été
décrit précédemment. Lorsque le matériau isolant thermique est en sachets, ceux-ci peuvent être remplis sur place à partir du vrac de poudre. On peut alors appliquer les bords libres de ces sachets directement sur le tube 2 pour mettre ainsi le matériau isolant en contact direct avec le tube 2 comme c'est le cas lorsque le matériau isolant est utilisé en vrac.
Le procédé selon l'invention permet également de réaliser le recouvrement du tube 2 par le matériau isolant thermique et le recouvrement du matériau isolant par la feuille 4 par compression dans l'organe de forcement 3 et ce, en une seule étape.
Le procédé selon l'invention permet par l'utilisation de l'organe de forcement 3 d'assurer une liaison intime entre le matériau isolant thermique et le tube, et par suite de provoquer une répartition régulière du matériau isolant autour du tube 2.
L'invention concerne également le tube isolé thermiquement obtenu suivant le procédé. En effet, le tube 2 isolé comprend une feuille 4 continue appliquée sur le matériau isolant thermique, les bords libres de la feuille étant en recouvrement. Ce tube isolé obtenu de manière continue peut être de grande longueur par exemple de 1 à 10 km.
L'invention concerne également un tuyau double enveloppe comportant un tube isolé comportant un matériau isolant thermique appliqué sur le tube par une feuille continue. Ce tuyau double enveloppe peut être réalisé en introduisant le tube isolé dès la sortie de l'organe de forcement dans un tube externe selon une technique connue. On peut réaliser ainsi des tuyaux double enveloppe de très grande longueur et donc sans soudure d'éléments de tuyau double enveloppe. Par très grande longueur, on entend des longueurs de l'ordre de 1 à 10 km par exemple. Un tuyau double enveloppe à insérer dans un puits d'extraction de pétrole ou de gaz ou de plus grand diamètre à
poser en mer peut être facilement réalisé en usine à terre puis enroulé et transporté et déroulé sur son lieu d'utilisation.
On rappellera que l'installation selon l'invention permet sans modification importante la fabrication d'un câble isolé
électriquement. Il suffit pour cela de remplacer l'isolant thermique 6 par un isolant électrique comme par exemple de la magnésie et d'utiliser une feuille en matériau synthétique non conducteur électrique comme par exemple une feuille en matériau plastique. Le câble électrique peut être un fil unique ou plusieurs fils torsadés ou non.
Claims (22)
1. Installation (1) de mise en place en continu d'un matériau isolant thermique ou électrique (6) autour d'un élément à section circulaire (2), caractérisée en ce qu'elle comprend un organe de forcement (3) se présentant sous la forme d'un tube tronconique dans lequel on engage au niveau de sa grande base simultanément ledit élément (2), une feuille (4) sur laquelle le matériau isolant (6) est disposé, des moyens pour entraîner en translation ledit élément à section circulaire (2) et ladite feuille (4) et un moyen de dépôt (7) dudit matériau isolant sur ladite feuille (4).
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite feuille (4) se présente sous la forme d'un matériau métallique ou plastique.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe de forcement (3) présente une longueur comprise entre environ 1 et 3 mètres.
4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rapport du diamètre de la grande base (3a) au diamètre de la petite base (3b) de l'organe de forcement est compris entre environ 1,2 et 4.
5. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur de la feuille métallique (4) est supérieure à la circonférence de la petite base (3b) de l'organe de forcement (3).
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'organe de forcement (3) se présente sous la forme d'une pièce unique ou d'un assemblage d'éléments tronconiques (3i).
7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'organe de forcement (3) est prolongé au niveau de petite base par un élément tubulaire complémentaire (8).
8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la feuille (4) se présente sous la forme d'une bobine (5) déroulée au fur et à mesure de la translation dudit élément (2).
9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le matériau isolant (6) se présente sous la forme de poudre ou de sachets individuels.
10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'élément (2) est entraîné en translation par un moyen de traction ou de poussée.
11. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la feuille (4) est entraînée par ledit élément (2).
12. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la feuille (4) est une feuille en acier d'épaisseur inférieure à environ 0,5 mm, l'élément un tube et le matériau isolant un matériau isolant thermique.
13. Procédé de réalisation d'un élément à section circulaire (2) protégé à l'aide d'un matériau isolant thermique ou électrique à l'aide de l'installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- on présente l'élément (2) dans l'organe de forcement (3) en alignant les axes dudit élément et de l'organe de forcement, - on introduit partiellement la feuille (4) dans l'organe de forcement au niveau de l'extrémité dudit élément, - on dépose le matériau isolant thermique ou électrique (6) sur la feuille (4), - on entraîne ledit élément (2) et la feuille (4) en translation pour réaliser simultanément le forcement et la conformation du matériau isolant et de la feuille autour dudit tube.
- on présente l'élément (2) dans l'organe de forcement (3) en alignant les axes dudit élément et de l'organe de forcement, - on introduit partiellement la feuille (4) dans l'organe de forcement au niveau de l'extrémité dudit élément, - on dépose le matériau isolant thermique ou électrique (6) sur la feuille (4), - on entraîne ledit élément (2) et la feuille (4) en translation pour réaliser simultanément le forcement et la conformation du matériau isolant et de la feuille autour dudit tube.
14. Procédé de réalisation d'un élément (2) selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau isolant thermique ou électrique (6) est déposé sur la feuille en continu au fur et à mesure de la translation dudit élément (2).
15. Procédé de réalisation d'un élément (2) selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on réalise le recouvrement dudit élément (2) par le matériau isolant thermique ou électrique (6) et le recouvrement du matériau isolant (6) par la feuille (4) par compression dans l'organe de forcement.
16. Procédé de réalisation d'un tube selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le matériau isolant (6) est déposé sous forme de poudre ou de sachets.
17. Procédé de réalisation d'un tube selon la revendication 16, caractérisé en ce que le matériau isolant (6) est déposé dans un sachet ouvert.
18. Tube (2) isolé thermiquement obtenu par la mise en uvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 17.
19. Tube (2) isolé thermiquement selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une feuille (4) appliquée sur le matériau isolant thermique (6), en recouvrement de ses bords libres.
20. Tuyau double enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend le tube (2) isolé thermiquement selon l'une des revendications 18 ou 19.
21. Câble isolé électriquement obtenu par la mise en uvre du procédé l'une quelconque des revendications 13 à 17.
22. Application de l'installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 à la réalisation d'un tube (2) isolé
thermiquement d'une longueur de 1 à 10 km.
thermiquement d'une longueur de 1 à 10 km.
Applications Claiming Priority (2)
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