Tuyau composite, procédé pour sa fabrication et appareil pour la mise en #uvre de ce procédé La présente invention se rapporte à un tuyau composite, à un procédé pour sa fabrication et à un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On a déjà proposé de fabriquer des tuyaux en matière liée au moyen de résines synthétiques, par exemple en fibres de verre sous forme de nappe, de mèches ou d'étoffe tissée ou feutrée liées par une résine polyester. Bien que de tels tuyaux soient sus ceptibles de supporter de fortes pressions internes, ils présentent deux inconvénients. En premier lieu, ils présentent une faible résistance à la flexion et il en résulte que s'ils ont une assez grande longueur, ils deviennent très difficiles à manipuler.
En second lieu, la matière liée au moyen de résines synthétiques ne présente pas une résistance à l'usure très élevée ce qui fait que si le tuyau est utilisé pour transporter des fluides, la surface intérieure du tuyau s'use très rapidement au contact des corps étrangers transpor tés par le fluide.
La présente invention vise à éviter les inconvé nients mentionnés ci-dessus.
Le tuyau composite selon l'invention comporte une couche extérieure en matière fibreuse liée par une résine synthétique et une couche intérieure en béton.
Le procédé pour la fabrication de ce tuyau com posite se caractérise en ce qu'on applique une ma tière fibreuse imprégnée de résine synthétique liquide sur l'extérieur d'un tuyau en béton, après quoi la résine est durcie.
Le béton de la couche intérieure du tuyau com posite peut être à base de ciment Portland, d'un ciment résistant aux sulfates, de ciment alumineux, etc. Cette couche intérieure de béton peut être armée. Pour faciliter l'assemblage bout à bout des tuyaux, la couche intérieure de béton peut, à une extrémité dépasser légèrement la couche en matière liée ,par la résine synthétique .et se terminer un peu en retrait à l'autre extrémité du tuyau. Tout autre mode d'as semblage courant peut, toutefois, être utilisé.
La couche intérieure ou âme en béton du tuyau peut être fabriquée suivant tout procédé courant, par exemple, par centrifugeage, ou par moulage avec damage ou vibration.
Après durcissement du tuyau de béton, on ap plique la matière fibreuse imprégnée de résine syn thétique à l'extérieur du tuyau, par exemple par en roulement. Après durcissement, la gaine en matière fibreuse liée par une résine synthétique ainsi formée, assure les fonctions suivantes : (a) rendre le tuyau de béton étanche au suintement du fluide à haute pression qu'il contient ; (b) précontraindre le tuyau de béton du fait de la contraction de la résine pen dant son durcissement ainsi que de la tension exer cée sur la matière imprégnée lors de son applica tion ;
(c) renforcer le tuyau intérieur de béton afin de lui permettre de résister à de plus fortes pressions internes sans éclater. En ce qui concerne cette der nière fonction, on peut renforcer le tuyau intérieur de béton à un point tel, au moyen de la matière fi breuse liée par une résine synthétique que, si on le désire, on peut se dispenser d'armer le tube intérieur en béton.
La matière fibreuse liée au moyen de résine syn thétique peut consister en n'importe quelles fibres convenables, telles que fibres de verre ou d'amiante sous forme de mèches, de nappes, de ruban ou de tissu, liées au moyen de toutes résines synthétiques thermoplastiques ou thermodurcissables convenables, par exemple résines de polyester, résines d'allyle, résines phénoliques, résines de siloxanes, résines de mélamine, résines d'époxydes et résines de furanne,
qui peuvent toutes être moulées en utilisant de très faibles pressions depuis la simple pression de contact et qui peuvent être traitées par la chaleur à des tem pératures relativement basses. Ces derniers facteurs sont d'une grande importance étant donné qu'une température élevée et/ou une forte pression peuvent endommager les tuyaux intérieurs de béton.
Bien que seules des fibres disposées circonféren- tiellement soient nécessaires pour résister à l'effort de distension provoqué par la pression du fluide à l'intérieur du tuyau, la résistance à la flexion longitu dinale du tuyau intérieur de béton peut être aug mentée par (1) application de fibres parallèles à son axe, par exemple par l'utilisation d'étoffe tissée, de nap pes, de rubans, ou de mèches appliqués dans le sens longitudinal ;
ou (2) l'application de mèches suivant une hélice d'angle d'enroulement déterminé. En appliquant des mèches suivant une hélice d'angle déterminé, on peut arriver à un équilibre entre les résistances aux efforts de distention et aux efforts de flexion longitu dinaux du tuyau obtenu.
Par exemple, si les mè ches sont disposées sur le tuyau suivant une hélice d'angle égal à zéro, c'est-à-dire, parallèlement à l'axe diamétral du tuyau intérieur de béton, la ré sistance à l'effort de distension est maximum alors que la résistance à la flexion longitudinale du tuyau composite est seulement égale à celle du tuyau in térieur de béton.
Un accroissement de l'angle d'en roulement des mèches fait décroître la résistance aux efforts de distension, si l'on utilise la même quantité de fibres mais il y a augmentation de la résistance aux efforts de flexion par rapport à la résistance initiale présentée par le tuyau intérieur de béton.
Ainsi en utilisant un angle d'enroulement d'environ <B>300</B> par rapport à l'axe diamétral, la résistance à la flexion est augmentée d'une valeur égale à la moi tié de la résistance à la distension par rapport à la résistance initiale du tuyau intérieur de béton.
De plus, en enroulant des couches alternées de mèches selon des hélices d'angles opposés, on évite les plans de clivage ou fissures suivant l'axe diamé tral entre les mèches successives, ce qui réduit les risques de porosité aux pressions élevées de fluide.
En outre, étant donné qu'il est plus commode de fabriquer des tronçons relativement courts de tuyau intérieur en béton, deux ou plusieurs de ces tron çons peuvent être assemblés par de simples joints à feuillure et le tuyau ainsi obtenu peut être enrobé de mèches suivant un angle d'hélice convenable afin que le joint puisse résister aux efforts de flexion. Ceci permet aux usines existantes, par exemple à des usines susceptibles de fabriquer des tuyaux de béton en longueurs de 1 m, 1,5 m, 2 m et 2,5 m de produire des tuyaux résistant à la pression de tous multiples ou combinaisons raisonnables de ces lon gueurs, réduisant ainsi les joints d'assemblage au minimum.
L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé en question se caractérise en ce qu'il comporte des moyens pour faire. tourner le tuyau de béton autour de son axe longitudinal, et des moyens pour appli quer simultanément sur le tuyau pendant sa rota tion plusieurs mèches de fibres imprégnées de ré sine synthétique liquide.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution dudit appareil.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale sché matique d'une partie de cet appareil, certaines par ties de celui-ci étant arrachées pour plus de clarté.
La fi-. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 11-11 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de détail partiellement en coupe.
Dans le mode de réalisation représenté sur le dessin, l'appareil comprend un banc de tour 1 monté sur l'embase 2, le banc de tour étant pourvu d'une poupée et d'une contrepointe de construction cou rante. Sur le dessin seul le plateau 3 à l'extrémité côté poupée et la vis de contrepointe 4, à l'extrémité côté contre-pointe ont été représentés.
Le long d'un côté du banc de tour 1 se trouve un évidement 5, et de l'autre côté du banc se trouve l'évidement 6. Les deux évidements 5 et 6, dont les axes sont sensiblement parallèles à l'axe de rotation du plateau 3, reçoivent respectivement les chaînes à rouleaux 7 et 8. Chacune de ces chaînes est montée sur des pignons à chaque extrémité du banc de tour, l'un de ces pignons étant désigné par 9 sur la fig. 1. L'une des paires de pignons 9 associée avec chacune des chaînes 7 et 8 est entraînée par une transmission convenable et un dispositif de renversement de mar che (non représenté), à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du plateau 3.
Des chemins de roulement 10 et 11 sont dispo sés sur l'embase 2 de chaque côté du banc de tour, ces chemins de roulements étant sensiblement pa rallèles à l'axe de rotation du plateau 3. Deux cha riots pratiquement semblables 12 et 13 pourvus de galets 14 sont agencés de façon à se déplacer le long des chemins de roulements 10 et 11 respectivement. Sur le chariot 12 est monté un pignon 15 sur le quel s'engage la chaîne 7, ce pignon peut soit tourner librement par rapport au chariot, soit être bloqué sur ce dernier au moyen d'un dispositif non représenté. Le chariot 13 présente un pignon similaire 16 sur lequel s'engage la chaîne 8.
Chacun des chariots 12 et 13 supporte un cer tain nombre d'arbres 17 (fig. 1) sur chacun desquels est montée, de façon à pouvoir tourner, une bobine 18 de mèches de fibres de verre. Dans l'appareil représenté quarante-deux de ces bobines sont suppor- tées par chacun des chariots.
Chaque chariot sup porte également plusieurs tiges guides polies 19, deux peignes d'alignement 20 et 21, un récipient 22, un porte-filières fixe 23, contenant quarante-deux filières de céramique ou de matière similaire ainsi qu'un porte-filières 24 à inclinaison réglable monté sur un bras de support réglable 25 et contenant éga lement quarante-deux filières de céramique ou de matière similaire.
Dans le but de simplifier le des sin la fig. 1 ne montre en détail que quelques-unes des dents du peigne 20 du chariot 12, les autres dents sont indiquées par des lignes en pointillés. Les peignes 20 et 21 du chariot 13 ont été omis sur la fig. 1.
Quand on désire appliquer des mèches de fibre de verre imprégnées de résine synthétique sur un tuyau de béton 26 au moyen de l'appareil décrit ci-dessus, on équipe le tuyau de deux embouts 27 (voir fig. 3) un à chaque extrémité du tuyau, ces em bouts étant maintenus en place par un tirant 28 pas sant dans l'intérieur du tuyau. Un montage, désigné dans son ensemble par 29, est alors boulonné sur la vis de contrepointe 4 et un autre montage semblable est boulonné sur le plateau 3. Chaque montage 29 comprend deux disques circulaires 30 et 31 espacés par un organe cylindrique 32.
La longueur de l'or gane 32 est un peu supérieure au pas d'enroulement X (fig. 1) suivant lequel on désire enrouler les mè ches de fibre de verre sur le tuyau. Le disque 30 présente un rebord périphérique 33 et un anneau de friction 34. Un manchon cylindrique mince 35 est monté de façon à pouvoir coulisser sur les disques 30 et 31, le diamètre extérieur de ce manchon étant sensiblement égal à celui du tuyau intérieur de béton 26.
Afin de placer le tuyau dans l'appareil on visse un boulon à oeil 36 dans chacun des embouts 27. Le tuyau est alors soulevé jusqu'à une position où il se trouve situé entre les montages 29 de la poupée et de la contrepointe. La vis de contrepointe 4 est alors avancée vers la poupée de façon que les embouts 27 soient centrés entre les rebords 33 des deux monta ges 29 et se trouvent serrés contre les disques de friction 34.
Les boulons à oeil sont alors retirés et les manchons 35 glissés vers les extrémités du tuyau en laissant un léger espace 37 entre chaque manchon et l'extrémité contiguë du tuyau (position représentée sur la fig. 1).
Les mèches de fibre de verre 38 des bobines 18 de chaque chariot sont alors enfilées comme repré senté sur les fig. 1 et 2, un nombre suffisant de mè ches étant utilisé pour recouvrir uniformément une largeur de pas X g du tuyau en cours d'enrobage. Chaque mèche 38 passe depuis sa bobine autour des guides 19, à travers les peignes d'alignement 20 et 21, autour des guides polis 39 dans le récipient 22 puis au travers des filières de céramique des porte- filières 23 et 24.
L'un des chariots étant contre l'ex trémité, côté poupée, du banc de tour 1, et l'autre chariot contre l'autre extrémité du banc de tour, les extrémités des mèches 38 sont amenées depuis le porte-filières 24 et attachées aux manchons 35 à chaque extrémité du tuyau 26.
Le récipient 22 de chaque chariot est alors rem pli de résine synthétique liquide, les pignons 15 et 16 sont immobilisés et le plateau 3 ainsi que le pi gnon d'entraînement 9 sont mis en marche.
A mesure que tourne le tuyau 26, les chariots 12 et 13 se déplacent en sens inverse le long des chemins de roulements 10 et 11. La rotation du tuyau provoque le dévidage des mèches de fibre de verre des bobines 18, leur passage dans la résine des récipients 22 et leur enroulement sur le tuyau, de façon à appliquer sur ce dernier deux couches de mèches de fibre de verre imprégnées de résine syn thétique.
Les filières de céramique du porte-filières 23 enlèvent la résine en excès des mèches après leur passage dans les récipients 22 et les filières de céra mique du porte-filières 24 déterminent l'écartement des mèches avant leur application sur le tuyau. Sur la fig. 1 l'espacement des mèches sur le tuyau 26 a été quelque peu exagéré afin de rendre le dessin plus lisible.
La démultiplication entre les pignons 9 et le plateau 3 est choisie âfin de donner aux mèches im prégnées l'angle d'hélice voulu (habituellement de L'.ordre de 30o).
Quand les chariots atteignent les extrémités op posées du tuyau les pignons 15 et 16 sont débloqués et, les chariots restant immobiles, on enroule une couche de mèches imprégnées de résine sur chacun des manchons 35. Les pignons 15 et 16 sont alors immobilisés de nouveau, après qu'on a inversé le sens de rotation du pignon d'entraînement 9.
Ceci a pour effet de faire reculer les deux chariots le long du tuyau afin d'appliquer une seconde paire de cou ches de mèches imprégnées de résine sur le tuyau suivant des angles d'hélice opposés à ceux des cou ches précédentes.
Le processus ci-dessus est répété jusqu'à ce que le nombre suffisant de couches de mèches impré gnées de résine ait été appliqué afin de donner au tuyau intérieur de béton la résistance nécessaire aux efforts de flexion et de distension.
Le but de la cou che de mèches imprégnées de résine enroulée, avec un angle d'hélice égal à zéro, sur les manchons 35 à la fin de chaque déplacement des chariots le long du tuyau, est d'empêcher le glissement en arrière des mèches quand les chariots changent de sens de marche afin de donner l'angle d'hélice opposé.
Après que les couches finales ont été appli quées, on arrête la machine, après qu'une largeur complète égale au pas a été enroulée sur chacun des manchons 35, et on débloque les pignons 15 et 16. Alors en tournant le tuyau d'un tour en maintenant un outil de coupe contre les couches de mèches im- prégnées de résine en face de chacun des espace ments 37, on libère le tuyau des manchons 35. On peut alors faire glisser en arrière les manchons de façon à revisser les boulons à aeil 36 dans les em- bouts 27.
On lève légèrement afin de supporter le poids du tuyau, on dévisse la vis de contrepointe 4, on soulève alors le tuyau hors de la machine et on le passe dans un four (non représenté) où la résine est traitée par la chaleur.
Un nouveau tuyau de béton est alors placé dans la machine, les mèches imprégnées de résine étant prêtes, déjà en place sur les manchons 35,à être enroulées sur le nouveau tuyau.
Pendant toute la durée de l'enroulement, une ra clette 40 (figurant seulement sur la fig. 2) en bois, caoutchouc ou autre matière convenable, s'étendant sur toute la longueur du tuyau, porte contre la sur face extérieure du revêtement enlevant la résine en excès et lissant le produit fini.
L'appareil décrit ci-dessus peut recevoir des tuyaux intérieurs de béton présentant une gamme de diamètres différents, simplement en utilisant des embouts 27 et des montages 29 de dimensions vou lues en en réglant la position des porte-filières 24 et de la raclette 40.
Naturellement un tuyau composite tel que dé crit ci-dessus peut être fabriqué dans des appareils de formes différentes de celles de l'appareil décrit en regard du dessin ci-annexé. Par exemple, le tuyau intérieur de béton peut être tourné et déplacé latéra lement par rapport à un ou à des chariots semblables au chariot 12 représenté sur les dessins. Ou bien, le tuyau intérieur peut être disposé pour tourner, son axe longitudinal étant sensiblement vertical, des dé placements relatifs verticaux existant entre le tuyau et les moyens utilisés pour appliquer les mèches im prégnées de résine synthétique.