FR3158346A1 - Réservoir de gaz sous pression - Google Patents

Réservoir de gaz sous pression

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tubular component
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Pierre Martin
Laurent Boufflers
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Vallourec Oil and Gas France SAS
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Abstract

Réservoir de gaz sous pression Réservoir (1) pour gaz sous pression comportant :- un composant tubulaire (2) présentant une extrémité libre (6), ladite extrémité libre (6) comportant un premier filetage (11) et une première surface d’étanchéité (13) et - un bouchon (3, 4) comportant un deuxième filetage (17) et une deuxième surface d’étanchéité (16),dans lequel, dans un état monté du réservoir (1), le premier filetage (11) est en prise avec le deuxième filetage (17) et la première surface d’étanchéité (13) est en contact étanche avec interférence avec la deuxième surface d’étanchéité (16), le réservoir (1) présentant dans ledit état monté un espace interne (7) de stockage de gaz sous pression délimité d’une part par une surface interne (8) du composant tubulaire et, d’autre part, par le bouchon (3, 4). Figure de l’abrégé : [Fig. 1]

Description

Réservoir de gaz sous pression
L’invention se rapporte au domaine du stockage de fluides. Plus particulièrement, l’invention se rapporte au domaine des systèmes de stockage de gaz, par exemple d’hydrogène ou d’oxygène. Encore plus particulièrement, l’invention se rapporte au domaine du stockage de fluides à des pressions supérieures à 100 bars.
L'une des technologies permettant de réduire l'empreinte carbone des industries est d'utiliser l'hydrogène généré par l’électrolyse de l’eau. L'hydrogène ainsi produit doit être comprimé et stocké afin de pouvoir ensuite être utilisé à la demande pour alimenter des véhicules motorisés, tels que des camions ou des voitures, ou pour alimenter le réseau électrique, notamment lors des pics de consommation. Dans ce cas, pour alimenter un réseau électrique, l'hydrogène pourra alimenter soit une turbine, soit des piles à combustible à hydrogène. Quant à l’oxygène qui est le second produit de l’électrolyse de l’eau, il peut être intéressant de le stocker pour son utilisation dans un domaine tel que l’agriculture ou à des fins médicales.
Certains gaz, comme l’hydrogène, sont connus pour être des gaz difficiles à confiner. Leur faible densité nécessite un stockage à haute pression, et leurs molécules de petite taille ainsi que leur faible viscosité rend leur stockage propice aux fuites. Par conséquent, ils doivent être stockés dans un système de stockage parfaitement étanche, tout en répondant à des normes strictes de sécurité.
 Arrière-plan technologique
Des dispositifs de stockage connus comportent une portion tubulaire dont les extrémités sont forgées et traitées thermiquement pour former une extrémité fermée du réservoir. De tels réservoirs nécessitent un procédé de fabrication complexe et consommant une grande quantité d’énergie. Ces réservoirs présentent en outre un poids important qui ne facilite pas leur déplacement ou leur transport, par exemple sur des camions.
Il est également connu, par exemple du document EP3862619, des réservoirs d’hydrogène formés d’un tube dont les extrémités coopèrent avec un bouchon respectif. Dans de tels réservoirs, l’étanchéité au niveau des extrémités du réservoir est assurée par un joint annulaire intercalé entre une face interne du tube et une face externe du bouchon correspondant. Un tel joint annulaire est logé dans une gorge ménagée sur le bouchon.
De tels réservoirs sont complexes à réaliser et présentent une résistance à la pression interne limitée.
Il existe donc un besoin pour des réservoirs de stockage de fluide sous pression, en particulier d’hydrogène, qui soient à la fois simples, fiables et peu consommateurs d’énergie à fabriquer.
Résumé
Une idée à la base de l’invention est de fournir un réservoir qui soit simple à fabriquer. Une idée à la base de l’invention est également de fournir un tel réservoir qui ne nécessite pas une grande quantité d’énergie à fabriquer. Une idée à la base de l’invention est également de fournir un tel réservoir qui présente une bonne résistance à la pression et une bonne étanchéité.
Pour cela, l’invention fournit un réservoir pour gaz sous pression comportant :
- un composant tubulaire présentant un extrémité libre, ladite extrémité libre comportant un premier filetage et une première surface d’étanchéité et
- un bouchon comportant un deuxième filetage et une deuxième surface d’étanchéité,
dans lequel, dans un état monté du réservoir, le premier filetage est en prise avec le deuxième filetage et la première surface d’étanchéité est en contact étanche avec interférence avec la deuxième surface d’étanchéité, le réservoir présentant dans ledit état monté un espace interne de stockage de gaz sous pression délimité d’une part par une surface interne du composant tubulaire et, d’autre part, par le bouchon.
Un tel réservoir est simple à fabriquer. En effet, dans un tel réservoir l’étanchéité est assurée simplement par vissage du bouchon sur l’extrémité libre du composant tubulaire. En outre, cette étanchéité est directement obtenue par l’interférence entre la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité qui sont directement formées respectivement sur l’extrémité libre du composant tubulaire et le bouchon. Ainsi, il n’est pas nécessaire pour obtenir cette étanchéité de pièce rapportée telle qu’un joint torique ou autre ni d’étape de forge complexe et consommatrice d’énergie.
En outre, la première surface d’étanchéité et la seconde surface d’étanchéité assurent une bonne fiabilité au réservoir, tant du fait de l’interférence que par leur intégration directement sur l’extrémité libre du composant tubulaire et, respectivement, le bouchon.
Par ailleurs, le bouchon d’un tel réservoir peut être facilement retiré permettant ainsi d’avoir accès à l’intérieur du composant tubulaire pour des opérations de vérification et de maintenance de l’intérieur du composant tubulaire. Un tel bouchon peut également être facilement remplacé ou bien même réutilisé sur un autre composant tubulaire en cas de disfonctionnement respectivement dudit bouchon ou du composant tubulaire.
De même, en cas de dégradation de l’extrémité libre du composant tubulaire, par exemple une dégradation du premier filetage, il est possible de simplement couper ladite extrémité libre dégradée et de réaliser un nouveau filetage directement sur le composant tubulaire ainsi coupé pour permettre de réutiliser ledit composant tubulaire dans le réservoir, sans nécessiter d’étape de forge ou autre traitement supplémentaire complexe et coûteux.
Selon des modes de réalisation, un tel réservoir de gaz sous pressions peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaisons.
De préférence, le premier filetage et la première surface d’étanchéité sont formés sur une même surface du composant tubulaire. De même, le deuxième filetage et la deuxième surface d’étanchéité sont formés sur une même surface du bouchon. Autrement dit, le premier filetage et la première surface d’étanchéité sont tous les deux formés sur la surface interne ou sur la surface externe du composant tubulaire. De même, le deuxième filetage et la deuxième surface d’étanchéité sont tous deux formés, respectivement, sur la surface interne ou la surface externe du bouchon.
De préférence, le composant tubulaire comporte un corps principal et un connecteur, ledit connecteur formant l’extrémité libre du composant tubulaire.
De préférence, de diamètre interne et/ou externe du corps principal est constant.
De préférence, l’extrémité forme une ouverture du composant tubulaire. Cette ouverture est de préférence sensiblement égale au diamètre interne du corps principal. Typiquement l’ouverture présente une superficie comprise entre +/- 10% de la superficie d’une section transversale du corps principal.
De préférence, le premier filetage est un filetage mâle et le deuxième filetage est un filetage femelle. Autrement dit, le premier filetage est formé sur une surface externe du composant tubulaire et le deuxième filetage est formé sur une surface interne du bouchon.
De préférence, le premier filetage est intercalé, selon une direction axiale du composant tubulaire, entre la première surface d’étanchéité et le corps principal du composant tubulaire.
Selon un mode de réalisation, le bouchon comporte une portion tubulaire et un fond. La portion tubulaire forme le deuxième filetage et la deuxième surface d’étanchéité.
De préférence, le fond se développe dans un plan perpendiculaire à un axe longitudinal de la portion tubulaire.
A l’état monté du réservoir, l’axe longitudinal du composant tubulaire et l’axe longitudinal de la portion tubulaire du bouchon sont coaxiaux.
De préférence, la deuxième surface d’étanchéité est intercalée entre le deuxième filetage et le fond du bouchon.
Dans une variante, le premier filetage est un filetage femelle et le deuxième filetage est un filetage mâle. Ainsi, dans cette variante, le premier filetage est formé sur une surface interne du composant tubulaire et le deuxième filetage est formé sur une surface externe du bouchon.
Dans une variante, la première surface d’étanchéité est intercalée entre le premier filetage et le corps principal du composant tubulaire alors que le deuxième filetage est intercalé entre la deuxième surface d’étanchéité et le fond du bouchon.
Selon un mode de réalisation, l’un parmi l’extrémité libre du composant tubulaire et le bouchon comporte une lèvre, l’une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité étant formée sur ladite lèvre.
De préférence, cette lèvre forme sur sa surface externe ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité. Autrement dit, la lèvre est formée sur une portion mâle de la connexion entre le composant tubulaire et le bouchon.
Selon un mode de réalisation, le premier filetage est incliné par rapport à l’axe longitudinal du composant tubulaire. De même, le deuxième filetage est incliné par rapport à l’axe longitudinal de la portion tubulaire du bouchon. De préférence, l’angle d’inclinaison du premier filetage par rapport à l’axe longitudinal du composant tubulaire est, en valeur absolue, identique à l’angle d’inclinaison du deuxième filetage par rapport à l’axe longitudinal de la portion tubulaire du bouchon.
De préférence, la lèvre présente une épaisseur inférieure à l’épaisseur du corps principal du composant tubulaire.
Les contraintes subies par le réservoir étant principalement des contraintes de pression interne liées à la poussée du gaz sous pression stocké, une idée à la base de l’invention est d’optimiser la connexion entre le bouchon et le composant tubulaire en fonction de cette pression interne.
En outre, à l’état chargé, c’est-à-dire avec du gaz sous pression stocké dans ledit réservoir, le poids total du réservoir est principalement déterminé par le poids du composant tubulaire et du bouchon, le poids du gaz sous pression stocké ne représentant qu’un faible pourcentage du poids total du réservoir, de l’ordre de quelques pourcents. Ainsi, une optimisation du poids du réservoir en tant que tel permet, pour un poids total du réservoir chargé équivalent, de stocker plus de gaz sous pression.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit d’optimiser l’épaisseur de la lèvre et/ou de la section critique du filetage formé sur l’élément portant cette lèvre à la pression interne du réservoir afin de limiter la connexion aux besoins d’un tel réservoir de stockage.
En effet, l’utilisation en l’état d’un connecteur tel que ceux utilisés dans les puits d’exploitation de pétrole prévus pour résister à des contraintes de natures très variées telles que des pressions internes, des pressions externes, des contraintes en tension et en compression etc., engendrerait un surpoids préjudiciable tant d’un point de vue quantité de stockage disponible que de manipulation du réservoir. En outre, de tels connecteurs nécessiteraient une fabrication et une installation inutilement complexes.
Ainsi, selon un mode de réalisation, une épaisseur de la lèvre est fonction de la pression cible du réservoir. De préférence, une telle pression cible correspond à la pression interne maximale que peut supporter le réservoir sous l’effet de gaz sous pression stocké sans dégradation du réservoir et/ou fuite de gaz. Selon une variante de réalisation, cette pression cible est une pression de test d’épreuve, typiquement une pression définie pour valider la résistance d’un réservoir avant son exploitation. Selon une variante de réalisation, cette pression cible est la pression de service du réservoir, c’est-à-dire la pression interne utilisée ou recommandée pour l’utilisation du réservoir.
De même, selon un mode de réalisation, une section critique du filetage formé sur l’élément portant la lèvre est fonction de la pression cible du réservoir.
Ainsi, selon un mode de réalisation préférentiel, une épaisseur de la lèvre au droit de la surface d’étanchéité formée sur ladite lèvre, typiquement ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité, est telle que :
[Math 1]
avec DL étant l’épaisseur de la lèvre au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité ;
Pstorage étant une pression cible du réservoir,
LID étant un diamètre interne de la lèvre, et
Ys étant une limite élastique de la lèvre.
Grâce à ces caractéristiques, la lèvre présente une épaisseur limitée, réduisant ainsi le poids de l’élément portant ladite lèvre et donc du réservoir. En outre, une lèvre dont l’épaisseur au droit de la portée répond à l’équation ci-dessus laisse suffisamment d’épaisseur de matériau pour réaliser le filetage sur l’élément comportant la lèvre, i.e l’extrémité libre du composant tubulaire ou le bouchon. En effet, une lèvre avec une épaisseur plus importante ne permettrait pas d’avoir un filetage avec une conicité et une résistance à la traction satisfaisante.
Idéalement, l’épaisseur de la lèvre au droit de la surface d’étanchéité formée sur ladite lèvre, typiquement ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité, est telle que :
[Math 2]
Cela permet d’optimiser l’épaisseur maximale de la lèvre et donc le poids du réservoir tout en laissant suffisamment d’épaisseur pour positionner le filetage sur l’élément comportant la lèvre.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l’épaisseur de la lèvre au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité est telle que
[Math 3]
Grâce à ces caractéristiques, l’épaisseur de la lèvre au niveau de la portée est suffisante pour assurer l’étanchéité du réservoir de façon fiable et satisfaisante. En particulier, une lèvre présentant une épaisseur au droit de la portée plus mince que selon l’inéquation ci-dessus serait trop fragile et pas assez rigide pour assurer l’étanchéité à la pression interne du réservoir de façon fiable et satisfaisante.
Idéalement, l’épaisseur de la lèvre au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité est telle que
[Math 4]
Ainsi, l’épaisseur minimale de la lèvre est optimisée de manière à garantir l’étanchéité du réservoir sous la pression interne du gaz stocké dans le réservoir.
Préférentiellement, l’épaisseur de la lèvre au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité est telle que
[Math 5]
Un réservoir tel que ci-dessus présentant une lèvre répondant à cette inéquation est optimisé pour présenter un poids limité tout en assurant l’étanchéité du réservoir de façon fiable et satisfaisante.
Idéalement, l’épaisseur de la lèvre au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité est telle que
[Math 6]
Une lèvre présentant une épaisseur au droit de la portée répondant à cette inéquation est ainsi optimisée de manière à présenter un poids minimal mais une fiabilité suffisante pour garantir l’étanchéité du réservoir.
De façon analogue à l’épaisseur de la lèvre, il est important d’optimiser l’épaisseur du filetage de l’élément comportant la lèvre et, idéalement, des deux filetages. Ainsi, une section critique de filetage de l’élément portant la lèvre doit présenter une épaisseur à la fois suffisante pour s’assurer que ledit filetage résiste à la pression interne du gaz contenu dans le réservoir et suffisamment mince pour ne pas augmenter inutilement le poids du réservoir.
Une telle section critique est définie au niveau du fond de la première dent en prise du filetage, c’est-à-dire au fond de la dent en prise la plus proche du corps principal du composant tubulaire ou du fond du bouchon selon le filetage considéré. En effet, cette première dent en prise constitue une zone du filetage dans laquelle les contraintes subies par ledit filetage sous l’effet de la pression interne du réservoir sont les plus importantes.
Il est donc important que la section critique soit suffisamment grande pour garantir une résistance suffisante aux pressions et à la traction induite par la pression interne mais également optimisée pour que le réservoir demeure le plus léger possible.
De préférence, la surface générée par des flancs de chargement de filetage est supérieure ou égale à la section critique du filetage. De façon usuelle, on entend par flancs de chargement des filetages les flancs des dents tournés vers le corps principal ou vers le fond du bouchon selon le filetage considéré, par opposition aux flancs de guidage qui sont les flancs des dents tournés vers l’extrémité libre du filetage correspondant.
Ainsi, ledit un parmi l’extrémité libre du composant tubulaire et le bouchon comportant la lèvre présente une section critique de filetage telle que
[Math 7]
Dans lequel PCCS est la section critique dudit un parmi le premier filetage et le deuxième filetage présentant ladite section critique de filetage, Aint est une surface de section interne du composant tubulaire, et DLnom est une épaisseur nominale de la lèvre au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité.
On entend par épaisseur nominale l’épaisseur théorique, correspondant aux spécifications de la connexion et telle qu’utilisée par exemple pour paramétrer l’usinage, étant entendu que, du fait des tolérances de fabrication liées par exemple à l’usinage et la précision des machines utilisées, la valeur réelle peut généralement varier par rapport à cette valeur nominale.
Une telle section critique présente une épaisseur suffisante pour garantir la résistance mécanique et l’étanchéité du réservoir.
De préférence, ledit un parmi l’extrémité libre du composant tubulaire et le bouchon comportant la lèvre présente une section critique de filetage telle que
[Math 8]
Dans lequel DLmax est une épaisseur maximale de la lèvre au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité et la deuxième surface d’étanchéité, c’est-à-dire l’épaisseur réelle maximale.
Une section critique répondant à cette inéquation présente une épaisseur adaptée à la pression interne du réservoir, le réservoir présentant ainsi une épaisseur limitée au niveau du filetage et étant donc léger.
Ainsi, idéalement, la section critique du filetage est telle que
[Math 9]
Un réservoir présentant un filetage dont la section critique répond à cette inéquation est donc optimisé pour présenter une résistance à la pression interne satisfaisante tout en étant léger.
De préférence le composant tubulaire est en métal. De même, le bouchon est de préférence en métal. Un tel métal est par exemple en acier carbone de préférence martensitique, en acier 13 de Chrome, en acier anti-corrosion ou en acier inoxydable.
Le réservoir peut stocker tout type de gaz sous pression, comme par exemples de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’azote, du méthane ou autre.
Selon un mode de réalisation, le réservoir comporte une pluralité de composants tubulaires connectés les uns aux autres, au moins une extrémité libre du réservoir étant formé par l’un desdits composants tubulaires, le bouchon tel que ci-dessus coopérant avec ladite extrémité libre de manière à fermer le réservoir de manière étanche.
Selon un mode de réalisation, le bouchon comporte une vanne. De préférence, cette vanne est agencée sur le fond du bouchon. Cette vanne permet, dans un état fermé, le blocage du gaz dans le réservoir ou, dans un état ouvert, le passage de gaz au travers du bouchon pour permettre le remplissage ou l’extraction de gaz vers ou depuis l’espace interne du réservoir.
Selon un mode de réalisation, la vanne est amovible, le corps principal du bouchon comportant un orifice traversant dans lequel peut être monté la vanne. Typiquement, cet orifice traversant débouche de part et d’autre du fond du bouchon. La vanne peut être montée dans l’orifice du corps principal par tout moyen, par exemple par coopération entre un filetage interne de l’orifice traversant et un filetage externe de la vanne, par un montage en force, par clipsage ou tout autre moyen permettant de monter la vanne sur le corps principal de manière étanche tout en permettant ou non le passage de gaz au travers de la vanne dans ou depuis l’intérieur du réservoir en fonction de l’état d’activation de la vanne.
Selon un mode de réalisation, l’extrémité libre du composant tubulaire est une première extrémité libre, le bouchon étant un premier bouchon, le composant tubulaire comportant en outre une seconde extrémité libre, ladite seconde extrémité libre formant un troisième filetage et une troisième surface d’étanchéité, le réservoir comportant en outre un second bouchon, ledit second bouchon comportant un quatrième filetage et une quatrième surface d’étanchéité, le troisième filetage étant en prise avec le quatrième filetage et la troisième surface d’étanchéité étant en contact étanche avec interférence avec la quatrième surface d’étanchéité dans l’état monté du réservoir, l’espace de stockage de gaz sous pression étant délimité par l’espace interne du composant tubulaire, le premier bouchon et le second bouchon.
De préférence, le second bouchon et la seconde extrémité libre présentent des caractéristiques analogues respectivement au premier bouchon et à la première extrémité libre tels que décrits ci-dessus.
Dans le cadre d’un réservoir comportant une pluralité de composants tubulaires, la seconde extrémité libre est formée par une extrémité libre du composant tubulaire le plus éloigné du premier composant tubulaire.
Selon un mode de réalisation, une deuxième extrémité du composant tubulaire opposée à la première extrémité libre est fermée. Cette fermeture peut être obtenue par tout autre moyen ou type de traitement permettant d’assurer l’étanchéité du réservoir, étant entendu que cette fermeture est idéalement réalisée de façon analogue à la coopération entre l’extrémité libre et le bouchon telle que décrite ci-dessus.
 Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.
  1. LaFIG. 1est une vue en coupe longitudinale d’un réservoir comportant un composant tubulaire dont les deux extrémités sont fermées par un bouchon selon un mode de réalisation de l’invention ;
  2. LaFIG. 2est une vue de détail schématique de la connexion entre le composant tubulaire et le bouchon de laFIG. 1.
  3. LaFIG. 3est une vue en perspective schématique d’un bouchon de laFIG. 1.
  4. LaFIG. 4est une vue en coupe du bouchon de laFIG. 3.
Définition(s) :
Les termes suivants sont définis dans le cadre de l’invention :
Filetage : Ensemble des filets d’une pièce, mâle ou femelle, engendré par un profil géométrique se déplaçant le long d’une surface suivant un mouvement hélicoïdal.
Les flancs d’engagement (ou « stabbing flank » en anglais) sont les surfaces de filets aptes à entrer en contact lorsque l’on engage les filetages des composants filetés mâles et femelles l’un dans l’autre. Ils correspondent par conséquent aux flancs dirigés vers l’extrémité libre du composant tubulaire considéré.
Les flancs porteurs (ou « loading flank » en anglais) sont les surfaces de filets aptes à entrer en contact lorsqu’un joint fileté est soumis à des efforts axiaux de traction. Ils correspondent par conséquent aux flancs dirigés du côté opposé à l’extrémité libre du composant tubulaire considéré.
On entend par « crête » la partie saillante où les deux flancs d’un filet se rejoignent. Autrement dit, au sein d’une portion filetée, une « crête » correspond à la jonction entre le sommet d’un flanc porteur et le sommet d’un flanc d’engament d’une même dent. On entend par « sommet » d’un flanc la portion du flanc étant la plus éloignée radialement de l’axe longitudinal du filet.
Sur une représentation en coupe, on entend par « dent » une portion en créneau s’étendant depuis la base d’un flanc d’engagement jusqu’à la base d’un flanc porteur, ledit flanc d’engagement et ledit flanc porteur étant joints par une crête.
On entend par « fond » d’un filet, la jonction entre la base d’un flanc porteur d’une première dent et la base d’un flanc d’engament d’une deuxième dent, la première dent et la deuxième dent étant successives. On entend par « base » d’un flanc la portion du flanc étant la plus proche radialement de l’axe longitudinal du filet.
On entend par interférence d’étanchéité la différence entre la valeur du diamètre moyen de la portion portant la surface d’étanchéité avant le montage en force et la valeur du diamètre moyen de la portion portant la surface d’étanchéité une fois qu’elle est enserrée en force et coopère avec une autre surface d’étanchéité.
Dans la description, les figures et les revendications, l’axe X correspond à l’axe de révolution d’un composant tubulaire. Par convention, l’orientation « radiale » est dirigée orthogonalement à l’axe X et l’orientation « axiale » est dirigée parallèlement à l’axe X.
Les termes « externe » et « interne » sont utilisés pour définir la position relative d’un élément, par référence à l’axe X. Un élément proche de l’axe X est ainsi qualifié d’interne ou radialement interne par opposition à un élément qualifié d’externe ou radialement externe situé radialement en périphérie.
Les termes « proximal » et « distal » sont utilisés pour définir la position relative d’un élément le long de l’axe X. Un élément proche d’une extrémité du composant tubulaire le long de l’axe X est ainsi qualifié de distal par opposition à un élément qualifié de proximal situé plus proche du centre du composant tubulaire le long de l’axe X.
On entend par lèvre la portion du composant tubulaire située entre d’une part une extrémité distale dudit composant tubulaire et, d’autre part, le filetage dudit composant tubulaire.
Un joint formé de deux connexions peut comprendre une surface d’étanchéité mâle et une surface d’étanchéité femelle correspondante qui en se contactant constituent une étanchéité métal/métal.
LaFIG. 1illustre un réservoir 1 comportant un composant tubulaire 2, un premier bouchon 3 et un deuxième bouchon 4.
Le composant tubulaire 2 présente un corps principal 5 et deux extrémités libres 6 ouvertes situées de part et d’autre dudit corps principal 5. Le corps principal 5 est sensiblement cylindrique et définit un axe longitudinal X du réservoir 1. Un tel composant tubulaire 2 fait par exemple entre 1 et 13 mètres de longueur.
Sur laFIG. 1, chaque extrémité libre 6 est fermée par un bouchon 3 ou 4 respectif de sorte que le réservoir 1 comporte un espace interne 7 délimité par une surface interne 8 du composant tubulaire 2 et les bouchons 3 et 4.
Dans le mode de réalisation illustré sur laFIG. 1, le premier bouchon 3 comporte un orifice central 9. Cet orifice central 9 est destiné à recevoir une vanne (non représentée) permettant de faire communiquer l’espace interne 7 et une source en gaz sous pression ou au contraire de faire sortir du gaz sous pression contenu dans le réservoir 1 via ladite vanne. Un tel bouchon 3 comportant cet orifice central 9 est décrit plus en détail ci-dessous en regard des figures 3 et 4.
LaFIG. 2illustre en détail la coopération entre l’une des extrémités libre 6 du composant tubulaire 2 et le premier bouchon 3.
L’extrémité libre 6 comporte successivement depuis le corps principal 5 un premier filetage 11 et une lèvre 12. Cette lèvre 12 comporte une première surface d’étanchéité 13. Le premier filetage 11 et la première surface d’étanchéité 13 sont formés sur une surface externe du composant tubulaire 2. Typiquement, l’extrémité libre 6 forme un connecteur de type mâle.
Comme illustré plus en détail sur les figures 3 et 4, le premier bouchon 3 comporte une portion tubulaire 14 et un fond 15. Cette portion tubulaire 14 forme un connecteur de type femelle, c’est-à-dire formé sur une surface interne de ladite portion tubulaire 14. Ce connecteur femelle comporte successivement depuis le fond 15 une deuxième surface d’étanchéité 16 et un deuxième filetage 17. A l’état monté du réservoir 1 tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, la portion tubulaire présente un axe longitudinal X’ coaxial de l’axe longitudinal X du composant tubulaire 2.
Le premier filetage 11 est incliné par rapport à l’axe X. De même le deuxième filetage 17 est incliné par rapport à l’axe X’. Le premier filetage 11 et le deuxième filetage 17 sont complémentaires pour permettre le vissage du bouchon 3 sur l’extrémité libre 6.
Dans l’état monté du réservoir 1, le premier filetage 11 est engagé avec le deuxième filetage 17 et la première surface d’étanchéité 13 est en contact étanche avec interférence avec la deuxième surface d’étanchéité 16. Ce contact avec interférence assure l’étanchéité du réservoir 1 au niveau de la jonction entre le bouchon 3 et l’extrémité libre 6.
Le bouchon 3 et le composant tubulaire 2 sont de préférence en métal. L’étanchéité entre le bouchon 3 et le composant tubulaire 2 est ainsi assurée par un contact métal/métal avec interférence entre la première surface d’étanchéité 13 et la deuxième surface d’étanchéité 16.
Afin de limiter le poids du réservoir, les caractéristiques de la connexion entre le bouchon 3 et l’extrémité libre 6 sont définies en fonction d’une pression de stockage cible du réservoir. En effet, dans un tel réservoir, la principale contrainte sur ladite connexion est liée à la pression résultant du gaz sous pression stocké dans ledit réservoir 1.
Ainsi, une épaisseur 18 de la lèvre 12 au droit de la première surface d’étanchéité 13 est déterminée de façon à assurer la fiabilité de l’étanchéité du réservoir 1 tout en limitant son impact sur le poids du réservoir 1. Pour cela, cette épaisseur 18 est déterminée de manière à répondre à l’inéquation suivante :
[Math 10]
Dans laquelle :
Pstorage est la pression cible du réservoir 1,
LID est un diamètre interne 19 de la lèvre 12,
Ys est la limite élastique de la lèvre 12, et
DL est l’épaisseur 18 de la lèvre 12 au droit de la première surface d’étanchéité 13.
Préférentiellement, l’épaisseur 18 est déterminée de manière à répondre à l’inéquation suivante :
[Math 11]
De façon analogue à la lèvre 12, une section critique 20 du premier filetage 11, prise au niveau du fond de la dent du premier filetage 11 la plus proche du corps principal 5 du composant tubulaire 2, est déterminée de manière à permettre une bonne conicité dudit premier filetage 11 et assurer une bonne résistance mécanique aux pressions interne du réservoir 1 tout en limitant l’impact dudit premier filetage 11 sur le poids du réservoir 1. Pour cela, la section critique 20 répond à l’inéquation suivante :
[Math 12]
dans laquelle PCCS est la section critique 20 du premier filetage11,
Aint est une aire interne de la section du composant tubulaire,
DLnom est une épaisseur nominale, i.e définie par les spécification de fabrication, de la lèvre 12 au droit de la première surface d’étanchéité 11,
LID est un diamètre interne 19 de la lèvre 12, et
Dlmax est l’épaisseur maximale de la lèvre 12 au droit de la première surface d’étanchéité 11, typiquement l’épaisseur maximale mesurée de la lèvre 12 au niveau de la première surface d’étanchéité 11.
Par ailleurs, la surface générée par les flancs de chargement des filets du premier filetage 11 est supérieure ou égale à la section critique 20 (PCCS).
Les figures 3 et 4 illustrent plus en détail le bouchon 3 de laFIG. 1et montrent en particulier l’orifice central 9. Cet orifice central 9 est traversant du fond 15. Ainsi, comme illustré sur laFIG. 1, à l’état monté du réservoir 1, l’orifice central 9 débouche sur une face interne 22 du fond 15 dans l’espace interne 8 du réservoir 1. Par ailleurs, l’orifice central 9 débouche également sur une face externe 23 du fond 15. Cet orifice central 9 présente un filetage interne situé du coté de la face externe 23 pour recevoir une vanne (non représentée). Une telle vanne permet le remplissage du réservoir 1 ou l’extraction de gaz sous pression depuis le réservoir 1 en fonction de l’état ouvert ou fermé de la vanne. L’étanchéité d’une telle vanne peut être obtenue par tout moyen, par exemple par appui d’une extrémité de la vanne sur un rétrécissement 24 dans l’orifice central 9.
Le gaz sous pression stocké dans le réservoir 1 peut être de différentes nature. Ce gaz est par exemple de l’hydrogène, de l’oxygène, du méthane, du gaz naturel, du biogaz, du nitrogène ou autre.
L’épaisseur de la lèvre 12 et de la section critique 20 du premier filetage étant optimisés en fonction de la pression cible du réservoir 1, ce réservoir 1 présente un poids limité. Ainsi, ce réservoir permet de stocker plus de gaz sous pression pour un même pour un même poids qu’un réservoir ne présentant pas ces optimisations ou bien de peser moins lourd qu’un réservoir ne comportant pas ces optimisations et stockant une quantité identique de gaz sous pression.
Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 4, le compostant tubulaire 2 forme un connecteur mâle et les bouchons 3 ou 4 forment des connecteurs femelle. Toutefois, l’optimisation décrite ci-dessus s’applique à l’identique dans le cas d’un connecteur mâle formé sur un bouchon et d’un connecteur femelle formé sur le composant tubulaire.
En outre, un seul composant tubulaire 2 est illustré sur laFIG. 1. Toutefois, un tel composant tubulaire 2 pourrait être formé d’une pluralité de composant tubulaires associés bouts à bouts de manière étanche et formant conjointement un composant tubulaire 2 de grande taille dont les extrémités libres 6 seraient fermées par des bouchons 3 et 4 respectifs.

Claims (10)

  1. Réservoir (1) pour gaz sous pression comportant :
    - un composant tubulaire (2) présentant une extrémité libre (6), ladite extrémité libre (6) comportant un premier filetage (11) et une première surface d’étanchéité (13) et
    - un bouchon (3, 4) comportant un deuxième filetage (17) et une deuxième surface d’étanchéité (16),
    dans lequel, dans un état monté du réservoir (1), le premier filetage (11) est en prise avec le deuxième filetage (17) et la première surface d’étanchéité (13) est en contact étanche avec interférence avec la deuxième surface d’étanchéité (16), le réservoir (1) présentant dans ledit état monté un espace interne (7) de stockage de gaz sous pression délimité d’une part par une surface interne (8) du composant tubulaire et, d’autre part, par le bouchon (3, 4).
  2. Réservoir (1) de gaz sous pression selon la revendication 1, dans lequel l’un parmi l’extrémité libre (6) du composant tubulaire (2) et le bouchon (3, 4) comporte une lèvre (12), l’une parmi la première surface d’étanchéité (13) et la deuxième surface d’étanchéité (16) étant formée sur ladite lèvre (12).
  3. Réservoir (1) de gaz sous pression selon la revendication 2, dans lequel une épaisseur (18) de la lèvre (12) au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité (13) et la deuxième surface d’étanchéité (16) est telle que :
    avec DL étant l’épaisseur (18) de la lèvre (12) au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité (13) et la deuxième surface d’étanchéité (16) ;
    Pstorage étant une pression cible du réservoir (1),
    LID étant un diamètre interne (19) de la lèvre (12), et
    Ys étant une limite élastique de la lèvre (12).
  4. Réservoir (1) de gaz sous pression selon la revendication 2, dans lequel une épaisseur (18) de la lèvre (12) au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité (13) et la deuxième surface d’étanchéité (16) est telle que :
    avec DL étant l’épaisseur (18) de la lèvre (12) au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité (13) et la deuxième surface d’étanchéité (16) ;
    Pstorage étant une pression cible du réservoir (1),
    LID étant un diamètre interne de la lèvre (12), et
    Ys étant une limite élastique de la lèvre (12).
  5. Réservoir (1) de gaz sous pression selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l’épaisseur (18) de la lèvre (12) au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité (13) et la deuxième surface d’étanchéité (16) est telle que :
    .
  6. Réservoir (1) de gaz sous pression selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel ledit un parmi l’extrémité libre (6) du composant tubulaire (2) et le bouchon (3, 4) comportant la lèvre (12) présente une section critique (20) de filetage telle que
    avec PCCS étant la section critique (20) dudit un parmi le premier filetage (13) et le deuxième filetage (17) présentant ladite section critique (20) de filetage,
    Aint étant une section interne du composant tubulaire et
    DLnom étant une épaisseur nominale de la lèvre (12) au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité (13) et la deuxième surface d’étanchéité (16).
  7. Réservoir (1) de gaz sous pression selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel ledit un parmi l’extrémité libre (6) du composant tubulaire (2) et le bouchon (3, 4) comportant la lèvre (12) présente une section critique (20) de filetage telle que
    avec PCCS étant la section critique (20) de l’un parmi le premier filetage (11) et le deuxième filetage (17) présentant ladite section critique (20) de filetage,
    Aint étant une section interne du composant tubulaire et
    DLmax étant une épaisseur maximale de la lèvre (12) au droit de ladite une parmi la première surface d’étanchéité (13) et la deuxième surface d’étanchéité (16).
  8. Réservoir de gaz sous pression selon la revendication 6 ou 7, dans lequel ladite section critique (20) de filetage est telle que
    .
  9. Réservoir de gaz sous pression selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le bouchon (3) comporte en outre un orifice (9) traversant, une vanne étant montée dans cet orifice (9).
  10. Réservoir de gaz sous pressions selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel l’extrémité libre (6) du composant tubulaire (2) est une première extrémité libre, le bouchon (3) étant un premier bouchon, le composant tubulaire comportant (2) en outre une seconde extrémité libre, ladite seconde extrémité libre formant un troisième filetage et une troisième surface d’étanchéité, le réservoir (1) comportant en outre un second bouchon, ledit second bouchon comportant un quatrième filetage et une quatrième surface d’étanchéité, le troisième filetage étant en prise avec le quatrième filetage et la troisième surface d’étanchéité étant en contact étanche avec interférence avec la quatrième surface d’étanchéité dans l’état monté du réservoir (1), l’espace interne (7) de stockage de gaz sous pression étant délimité par la surface interne (8) du composant tubulaire (2), le premier bouchon et le second bouchon.
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