WO2024236246A1 - Bride de liaison fluide - Google Patents

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WO2024236246A1
WO2024236246A1 PCT/FR2024/050607 FR2024050607W WO2024236246A1 WO 2024236246 A1 WO2024236246 A1 WO 2024236246A1 FR 2024050607 W FR2024050607 W FR 2024050607W WO 2024236246 A1 WO2024236246 A1 WO 2024236246A1
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WO
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wall
fluid connection
connection flange
solid
filling portion
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Application number
PCT/FR2024/050607
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English (en)
Inventor
Alain Pyre
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ArianeGroup SAS
Original Assignee
ArianeGroup SAS
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L23/00—Flanged joints
    • F16L23/02—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially
    • F16L23/032—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially characterised by the shape or composition of the flanges

Definitions

  • the present disclosure relates to a fluid connection flange for rigidly and tightly connecting a hydraulic component such as a pipeline, a reservoir, a rotating machine or any other hydraulic equipment.
  • Such a fluid connection flange can in particular be used in the space or aeronautical field, for example within a rocket engine or a supply line of a space launcher. It can concern any type of fluid, gas or liquid, and in particular a propellant such as liquid hydrogen or liquid oxygen.
  • the known metal flanges are very thick and provided with a large number of bolts to enable them to withstand all these constraints while ensuring a sufficient level of compression of the metal joints.
  • the present disclosure relates to a fluid connection flange, comprising a first solid wall, forming a bearing surface intended to be applied against a fixing surface, a second solid wall, provided opposite the first wall, at least one solid, cylindrical spacer, extending perpendicularly between the first and second walls, forming a passage intended to allow the passage of a rod of a fixing member, and a gapped filling portion extending between the first wall and the second wall, outside the spacers, in which the first wall, the second wall, said at least one spacer and the filling portion are produced jointly and integrally by an additive manufacturing technique.
  • the filling portion is directly connected to the first and second walls and that it comprises gaps, i.e. voids, preferably macroscopic, distributed throughout the filling portion.
  • gaps i.e. voids, preferably macroscopic, distributed throughout the filling portion.
  • the bearing surface intended to be applied against the fixing surface remains full, as well as the rear surface against which the heads of the fixing members will be tightened.
  • the spacers, rigidly connecting the two walls are provided at the level of the fixing members to ensure the mechanical strength of the flange against the axial compression forces of the members fixing and thus prevent crushing of the flange and therefore a release of the compressive forces holding it firmly applied against the fixing surface.
  • a gasket is provided at the flange, the latter remains suitably compressed, which maintains a satisfactory level of sealing.
  • this structure allows, like a sandwich panel, to obtain a high bending moment of inertia, reducing the risk of deformation of the flange between the fixing members.
  • the filling portion is sufficient to maintain the spacing between the first and second walls in the least loaded areas of the flange.
  • the first wall is planar. This configuration is particularly suitable when the fixing surface against which the flange is applied is planar.
  • the first wall is annular. This configuration is particularly suitable when the fluid connection interface is circular.
  • the second wall is planar.
  • the second wall is annular.
  • the second wall is parallel to the first wall.
  • the thickness of the second wall is between 50% and 200% of the thickness of the first wall, preferably substantially equal to the thickness of the first wall.
  • the gap between the first wall and the second wall is constant. This gap is measured perpendicular to the first wall.
  • the gap between the first wall and the second wall is at least 300%, preferably at least 500%, of the thickness of the first wall. This increases the bending moment of inertia of the flange.
  • the flange comprises several spacers.
  • a spacer is thus preferably provided for each fixing member. They can be regularly spaced along the first wall, in particular in the circumferential direction when the flange is annular. They can be located on the same diameter of the flange when the latter is annular.
  • the thickness of said at least one spacer is at least equal to the thickness of the first wall. However, it may be strictly greater and, in particular, at least equal to 150% of the thickness of the first wall. Such a thickness makes it possible to satisfactorily withstand the axial stresses imposed by the fixing members.
  • the void rate of the filling portion is at least equal to 20%, preferably at least equal to 50%, preferably at least equal to 80% or even at least equal to 90%.
  • void rate is meant here the ratio between the cumulative volume of the voids included in the filling portion on the total volume occupied by the filling portion.
  • the filling portion has a cellular, columnar or lattice structure. This structure may be regular or not, in geometry and/or in size of the gaps.
  • the filling portion occupies at least 50%, preferably at least 80%, more preferably at least 90% of the volume defined between the first and second walls, outside each spacer. This helps to maintain the spacing of the two walls throughout the flange.
  • the flange comprises a notch formed in the bearing surface. Such a notch may be useful for placing an accessory in the flange, for example a seal. Such a notch may in particular be formed by the local interruption of the first wall, for example at its internal end. The notch may also be partially formed by a recess in the filling portion.
  • the flange comprises a seal installed in said notch formed in the bearing surface. It may in particular be an O-ring, or a seal having a C- or V-shaped cross-section, the latter allowing for greater elasticity and, therefore, ensuring a greater force to promote sealing, during movements of the interfaces.
  • This seal may in particular be made of stainless steel or Inconel.
  • the flange comprises a solid reinforcing wall extending from the second wall to the first wall, perpendicular to the second wall.
  • This reinforcing wall makes it possible to locally reinforce the flange against axial forces, for example at right angles to a seal located in said flange or opposite in the fixing surface.
  • This reinforcing wall may extend to the first wall or stop before reaching the latter.
  • said reinforcing wall extends to said notch formed in the bearing surface. In such a case, the distal end of the reinforcing wall forms a portion of the bottom of the notch.
  • the thickness of the reinforcing wall is at least equal to 100%, preferably at least equal to 200%, of the thickness of the first wall. This makes it possible to effectively resist axial compressive forces.
  • the flange comprises, at least along one edge of the first wall, a solid closure wall extending from said edge of the first wall toward the second wall.
  • a closure wall is particularly useful when a fluid flows along this edge in order to at least partially mask the gap filling portion with a smooth surface in order to reduce the risk of disturbing the flow.
  • This closure wall closure may extend to the edge of the second wall in order to completely hide the filling portion at this location, or may stop before the second wall, particularly in the presence of a notch.
  • a closure wall extends at least along the inner edge of the first wall.
  • At least one dust removal hole is provided in the closure wall. Such a dust removal hole allows for the evacuation of unsolidified material corresponding to the gaps in the filling portion at the end of the additive manufacturing.
  • the filling portion opens along the outer edge of the first wall.
  • no closing wall is provided along the outer edge.
  • such a closing wall is superfluous: its absence on the contrary makes it possible to reduce the mass and to allow the dust removal of the filling portion at the end of the additive manufacturing.
  • the flange comprises a solid useful wall extending from the second wall, opposite the first wall.
  • This wall may for example be the peripheral wall of a pipeline or the casing of a hydraulic member.
  • the useful wall extends perpendicular to the second wall.
  • the useful wall extends from an edge of the second wall, preferably from its inner edge.
  • the useful wall is cylindrical.
  • the thickness of the first wall is between 50% and 100%, preferably between 60 and 80%, of the thickness of the useful wall.
  • the flange comprises a solid transition wall extending obliquely between the second wall and the useful wall. This facilitates the transmission of forces to the interface between the useful wall and the flange, which reduces the phenomenon of stress concentration at this interface.
  • the thickness of the transition wall is between 50% and 100% of the thickness of the useful wall.
  • the angle formed between the transition wall and the second wall is between 30 and 60°, preferably between 40 and 50°. Such angles facilitate the transmission of forces.
  • a second filling portion is provided in the volume defined between the useful wall, the transition wall and the second wall.
  • this second filling portion occupies at least 50%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, of the volume defined between the useful wall, the transition wall and the second wall.
  • At least one dust removal hole is provided in the transition wall.
  • the flange is made of metal, preferably selected from the group consisting of nickel-based alloys, aluminum-based alloys, titanium-based alloys and steels.
  • the housing may in particular be made of Inconel, in particular Inconel 625 or Inconel 718 (registered trademarks).
  • an alloy is considered to be based on a given element when this element is the main element in the composition of this alloy, advantageously when this element is present in a content greater than the other components, even more advantageously in a content of at least 50% in molar percentage, even more advantageously of at least 60% in molar percentage.
  • the present disclosure also relates to a mechanical part, comprising a fluid connection flange according to any of the preceding embodiments. It may in particular be a pipe, a tank, a pump, a turbine, an exchanger, a combustion chamber or any other hydraulic equipment.
  • Figure 1 is an axial sectional view of two pipes connected to each other using fluid connection flanges.
  • Figure 2 shows a view of a fluid connection flange along plane B-B of Figure 1.
  • Figure 1 shows, in section along a plane passing their main axis A, a first pipe 1 and a second pipe 1’ assembled one in the extension of the other so as to ensure the continuity of their flow.
  • These lines 1 and 1' may in particular be lines of a propellant supply line of a rocket engine.
  • the fluid circulating in these lines 1 and 1' may in particular be a cryogenic propellant such as liquid hydrogen or liquid oxygen.
  • this fluid may have a temperature of the order of 20K and a pressure of the order of 200 to 300 bar.
  • Each pipe 1, 1' comprises a cylindrical peripheral wall 10, 10', defining a vein 11, 11' for the flow of the fluid, and a fluid connection flange 20, 20' making it possible to mechanically and fluidically connect the pipes 1, 1' so that the veins 11, 11' extend in continuity with one another while ensuring the sealing of the flow at the interface between the flanges 20, 20'.
  • Each fluid connection flange 20 comprises a first wall 21 and a second wall 22, flat, parallel and facing each other. They extend radially relative to the main axis A, therefore perpendicular to the peripheral wall 10 of the pipe 1 which can also be considered as a useful wall of the flange 10 within the meaning of the present disclosure.
  • the second wall 22 therefore extends radially outwards from the end of the peripheral wall 10.
  • Each fluid connection flange 20 also comprises a plurality of cylindrical spacers 23 extending axially between the first wall 21 and the second wall 22, rigidly connecting the latter to each other.
  • Each spacer 23 forms a cylindrical passage 24 opening onto the surface of the first wall 21 and the second wall 22 so as to allow the rod 3a of a connection member 3 to pass through.
  • the spacers 23 are regularly distributed over a diameter D23 of the flange 20 centered around the main axis A.
  • the first wall 21 forms a bearing surface 21a intended to be applied against a fixing surface, here the bearing surface 21a’ of the fluid connection flange 20’ of the opposite pipe 1’.
  • the bearing surfaces 21 a, 21 a’ of the fluid connection flanges 20, 20’ of each pipe 1, 1’ are therefore attached to each other and connection members, here bolts 3, are inserted into the passages 24 of the spacers 23 so as to firmly hold the flanges 20, 20’ against each other, the head 3b of the rod 3a and the nut 3c of each bolt 3 pressing against the seat surface 22a, 22a’ formed by the second wall 22, 22’ of each flange 20, 20’, at right angles to the spacers 23, 23’.
  • Each fluid connection flange 20 also comprises a transition wall 25 extending obliquely between the second wall 22 and the peripheral wall. 10: this transition wall 25 is therefore truncated cone-shaped in its entirety.
  • the fluid connection flange 20 of the first pipe 1, that is to say of the upper pipe in FIG. 1, further comprises a closing wall 26, cylindrical and axial, extending between the first wall 21 and the second wall 22 in the extension of the peripheral wall 10, thus extending the vein 11 without discontinuity.
  • the fluid connection flange 20 of the first pipe 1, that is to say of the upper pipe in FIG. 1, further comprises a cylindrical and axial reinforcing wall 27, extending between the first wall 21 and the second wall 22 concentrically with the axis A.
  • This reinforcing wall 27 extends along a diameter D27 between the diameter D11 of the vein 11 and the diameter D23 of the spacers 23. The function of this reinforcing wall 27 will be explained a little later.
  • All of the walls mentioned above are solid and made of metal, preferably stainless steel, Inconel, titanium or aluminum alloy.
  • the volume located between the peripheral wall 10, the second wall 22 and the transition wall 25 forms another filling portion 32 occupied by the same gap filling material.
  • the filling portions 31, 32 are made of the same material as the solid walls of the fluid connection flange 20. More precisely, all of the solid walls mentioned 1, 21, 22, 23, 25, 26, 27, as well as the filling potions 31, 32, are produced simultaneously during the same additive manufacturing step.
  • the fluid connection flange 20’ of the second pipe 1’ is completely identical to that of the first pipe 1 except that it comprises a notch 40 in which an O-ring 41 is installed, the latter here being metallic.
  • the structure of the flange 20’ of the second pipe 1’ is therefore identical to that of the flange 20 of the first pipe 1 except that the first wall 21’ does not extend to the vein 11’ and that the closing wall 26’ and the reinforcing wall 27’ do not extend to the first wall 21’ so as to form the notch 40. Similarly, the volume of the notch 40 is excluded from the filling portion 31’.
  • the seal 41 is positioned at the diameter D27, i.e. at the reinforcing wall 27’, the distal end of the latter being in contact with the seal 41 .
  • the seal 41 is placed in compression between the reinforcing wall 27’ of the flange 20’ of the lower pipe 1’ and the bearing surface 21a of the flange 20 of the upper pipe 1 , at the level of the reinforcing wall 27 of the latter.

Landscapes

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Abstract

Bride de liaison fluide permettant de connecter de manière rigide et étanche un organe hydraulique, comprenant une première paroi (21), pleine, formant une surface d'appui (21a) prévue pour être appliquée contre une surface de fixation, une deuxième paroi (22), pleine, prévue en vis-à-vis de la première paroi (21), au moins une entretoise (23), pleine, cylindrique, s'étendant de manière perpendiculaire entre les première et deuxième parois (21, 22), formant un passage (24) prévu pour permettre le passage d'une tige (3a) d'un organe de fixation (3), et une portion de remplissage (31), lacunaire, s'étendant entre la première paroi (21) et la deuxième paroi (22), à l'extérieur des entretoises (23), dans laquelle la première paroi (21), la deuxième paroi (22), ladite au moins une entretoise (23) et la portion de remplissage (31) sont réalisées conjointement et de manière solidaire par une technique de fabrication additive.

Description

Bride de liaison fluide
Domaine Technique
[0001] Le présent exposé concerne une bride de liaison fluide permettant de connecter de manière rigide et étanche un organe hydraulique tel qu’une canalisation, un réservoir, une machine tournante ou tout autre équipement hydraulique.
[0002] Une telle bride de liaison fluide peut notamment être utilisée dans le domaine spatial ou aéronautique, par exemple au sein d’un moteur-fusée ou d’une ligne d’alimentation d’un lanceur spatial. Elle peut concerner tout type de fluide, gaz ou liquide, et notamment un ergol tel que de l’hydrogène liquide ou de l’oxygène liquide.
Technique antérieure
[0003] Dans le domaine spatial, et tout particulièrement dans le domaine des lanceurs spatiaux, il est courant d’employer une propulsion mettant en oeuvre au moins un ergol liquide, notamment de l'oxygène, de l’hydrogène ou du méthane, alimenté à haute pression. En outre, ces ergols présentent généralement une dangerosité élevée, notamment en raison d’un risque d’inflammation ou d’explosion important.
[0004] De telles propulsions nécessitent donc des lignes d’alimentation en ergol assurant un niveau d’étanchéité très élevé. Classiquement, cette étanchéité est assurée par des joints métalliques.
[0005] Par ailleurs, ces lignes subissent de très fortes contraintes mécaniques liées, d’une part, à la pression du fluide transporté et, d’autre part, à l’environnement et au fonctionnement du lanceur. Les brides de liaison fluide de ces lignes subissent donc aussi bien des efforts axiaux que transverses mais également des efforts en torsion et en flexion.
[0006] Par conséquent, les brides connues, métalliques, sont très épaisses et munies d’un grand nombre de boulons pour permettre de tenir face à toutes ces contraintes tout en assurant un niveau de compression suffisant des joints métalliques. Bien entendu, cela implique une masse importante qui pénalise d’autant la charge utile que peut emporter le lanceur.
[0007] Il existe donc un réel besoin pour une bride de liaison fluide permettant de connecter de manière rigide et étanche un organe hydraulique et qui soit dépourvue, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux configurations connues précitées.
Exposé de l’invention
[0008] Le présent exposé concerne une bride de liaison fluide, comprenant une première paroi, pleine, formant une surface d’appui prévue pour être appliquée contre une surface de fixation, une deuxième paroi, pleine, prévue en vis-à-vis de la première paroi, au moins une entretoise, pleine, cylindrique, s’étendant de manière perpendiculaire entre les première et deuxième parois, formant un passage prévu pour permettre le passage d’une tige d’un organe de fixation, et une portion de remplissage, lacunaire, s’étendant entre la première paroi et la deuxième paroi, à l’extérieur des entretoises, dans laquelle la première paroi, la deuxième paroi, ladite au moins une entretoise et la portion de remplissage sont réalisées conjointement et de manière solidaire par une technique de fabrication additive.
[0009] On comprend ici que la portion de remplissage est connectée directement à la première et à la deuxième paroi et qu’elle comprend des lacunes, c’est à dire des vides, de préférence macroscopiques, répartis dans l’ensemble de la portion de remplissage. Une telle structure, incluant au moins une portion de remplissage lacunaire, permet de réduire sensiblement la masse de la bride de liaison fluide tout en maintenant un niveau d’étanchéité et une tenue mécanique suffisante.
[0010] En effet, en particulier, la surface d’appui destinée à être appliquée contre la surface de fixation reste pleine, ainsi que la surface arrière contre laquelle seront serrées les têtes des organes de fixation. Les entretoises, connectant rigidement les deux parois, sont prévues au niveau des organes de fixation pour assurer la tenue mécanique de la bride face aux efforts axiaux de compression des organes de fixation et empêcher ainsi l’écrasement de la bride et donc un relâchement des efforts de compression la maintenant fermement appliquée contre la surface de fixation. De même, lorsqu’un joint est prévu au niveau de la bride, ce dernier reste convenablement comprimé, ce qui maintient un niveau d’étanchéité satisfaisant.
[0011] De plus, cette structure permet, à la manière d’un panneau sandwich, d’obtenir un moment d’inertie en flexion élevé, réduisant le risque de déformation de la bride entre les organes de fixation.
[0012] La portion de remplissage suffit pour sa part à maintenir l’écartement entre la première et la deuxième paroi dans les zones les moins chargées de la bride.
[0013] Le recours à une technique de fabrication additive permet de manière avantageuse de réaliser une telle structure hybride de manière très facile, en une seule opération. Une telle technique de fabrication additive permet également de réaliser la bride directement avec une géométrie, éventuellement complexe, au plus proche de sa géométrie finale, réduisant drastiquement le recours à des étapes d’usinage ultérieures.
[0014] Dans certains modes de réalisation, la première paroi est plane. Cette configuration est tout particulièrement adaptée lorsque la surface de fixation contre laquelle la bride est appliquée est plane.
[0015] Dans certains modes de réalisation, la première paroi est annulaire. Cette configuration est tout particulièrement adaptée lorsque l’interface de liaison fluide est circulaire.
[0016] Dans certains modes de réalisation, la deuxième paroi est plane.
[0017] Dans certains modes de réalisation, la deuxième paroi est annulaire.
[0018] Dans certains modes de réalisation, la deuxième paroi est parallèle à la première paroi.
[0019] Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la deuxième paroi est comprise entre 50% et 200% de l’épaisseur de la première paroi, de préférence sensiblement égale à l’épaisseur de la première paroi. [0020] Dans certains modes de réalisation, l’écart entre la première paroi et la deuxième paroi est constant. Cet écart est mesuré perpendiculairement à la première paroi.
[0021] Dans certains modes de réalisation, l’écart entre la première paroi et la deuxième paroi est au moins égal à 300%, de préférence au moins 500%, de l’épaisseur de la première paroi. On augmente ainsi le moment d’inertie en flexion de la bride.
[0022] Dans certains modes de réalisation, la bride comprend plusieurs entretoises. Une entretoise est ainsi de préférence prévue pour chaque organe de fixation. Elles peuvent être régulièrement espacées le long de la première paroi, en particulier dans la direction circonférentielle lorsque la bride est annulaire. Elles peuvent être situées sur un même diamètre de la bride lorsque celle-ci est annulaire.
[0023] Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de ladite au moins une entretoise est au moins égale à l’épaisseur de la première paroi. Elle peut toutefois être strictement supérieure et, en particulier, au moins égale à 150% de l’épaisseur de la première paroi. Une telle épaisseur permet de tenir de manière satisfaisante aux contraintes axiales imposées par les organes de fixation.
[0024] Dans certains modes de réalisation, le taux de lacunes de la portion de remplissage est au moins égal à 20%, de préférence au moins égal à 50%, de préférence au moins égal à 80% voire au moins égal à 90%. Par taux de lacunes, on entend ici le rapport entre le volume cumulé des vides inclus dans la portion de remplissage sur le volume total occupé par la portion de remplissage.
[0025] Dans certains modes de réalisation, la portion de remplissage possède une structure cellulaire, colonnaire ou en treillis. Cette structure peut être régulière ou non, en géométrie et/ou en taille des lacunes.
[0026] Dans certains modes de réalisation, la portion de remplissage occupe au moins 50%, de préférence au moins 80%, de préférence encore au moins 90% du volume défini entre les première et deuxième parois, à l'extérieur de chaque entretoise. On contribue ainsi à maintenir l’écartement des deux parois dans l’ensemble de la bride. [0027] Dans certains modes de réalisation, la bride comprend une encoche formée dans la surface d’appui. Une telle encoche peut être utile pour mettre en place un accessoire dans la bride, par exemple un joint. Une telle encoche peut notamment être formée par l’interruption locale de la première paroi, par exemple au niveau de son extrémité interne. L’encoche peut également être partiellement formée par un retrait dans la portion de remplissage.
[0028] Dans certains modes de réalisation, la bride comprend un joint installé dans ladite encoche formée dans la surface d’appui. Il peut notamment s’agir d’un joint torique, ou bien d’un joint ayant une section droite en forme de C ou de V, ces dernières permettant d'avoir une plus grande élasticité et, partant, d'assurer un effort plus important pour favoriser l’étanchéité, lors des mouvements des interfaces. Ce joint peut notamment est réalisé en acier inoxydable ou en Inconel.
[0029] Dans certains modes de réalisation, la bride comprend une paroi de renfort, pleine, s’étendant depuis la deuxième paroi vers la première paroi, de manière perpendiculaire à la deuxième paroi. Cette paroi de renfort permet de renforcer localement la bride face à des efforts axiaux, par exemple au droit d’un joint situé dans ladite bride ou bien en vis-à-vis dans la surface de fixation. Cette paroi de renfort peut s’étendre jusqu’à la première paroi ou s’interrompre avant d’atteindre cette dernière.
[0030] Dans certains modes de réalisation, ladite paroi de renfort s’étend jusqu’à ladite encoche formée dans la surface d’appui. Dans un tel cas, l’extrémité distale de la paroi de renfort forme une portion du fond de l’encoche.
[0031] Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la paroi de renfort est au moins égale à 100%, de préférence au moins égale à 200%, de l’épaisseur de la première paroi. Ceci permet de résister efficacement à des efforts de compression axiaux.
[0032] Dans certains modes de réalisation, la bride comprend, au moins le long d’un bord de la première paroi, une paroi de fermeture, pleine, s’étendant depuis ledit bord de la première paroi vers la deuxième paroi. Une telle paroi de fermeture est tout particulièrement utile lorsque un fluide s'écoule le long de ce bord afin de masquer au moins partiellement la portion de remplissage lacunaire par une surface lisse afin de réduire le risque de perturber l’écoulement. Cette paroi de fermeture peut s’étendre jusqu’au bord de la deuxième paroi afin de masquer complètement la portion de remplissage à cet endroit, ou peut s’interrompre avant la deuxième paroi, notamment en présence d’une encoche.
[0033] Dans certains modes de réalisation, une paroi de fermeture s’étend au moins le long du bord interne de la première paroi.
[0034] Dans certains modes de réalisation, au moins un trou de dépoussiérage est prévu dans la paroi de fermeture. Un tel trou de dépoussiérage permet d’évacuer la matière non solidifiée correspondant aux lacunes de la portion de remplissage à l’issue de la fabrication additive.
[0035] Dans certains modes de réalisation, la portion de remplissage débouche le long du bord externe de la première paroi. Autrement dit, aucune paroi de fermeture n’est prévue le long du bord externe. En effet, en l’absence de fluide à cet endroit, une telle paroi de fermeture est superflue : son absence permet au contraire de réduire la masse et de permettre le dépoussiérage de la portion de remplissage à l’issue de la fabrication additive.
[0036] Dans certains modes de réalisation, la bride comprend une paroi utile, pleine, s’étendant depuis la deuxième paroi, à l’opposé de la première paroi. Cette paroi peut par exemple être la paroi périphérique d’une canalisation ou le carter d’un organe hydraulique.
[0037] Dans certains modes de réalisation, la paroi utile s’étend perpendiculairement à la deuxième paroi.
[0038] Dans certains modes de réalisation, la paroi utile s’étend depuis un bord de la deuxième paroi, de préférence depuis son bord interne.
[0039] Dans certains modes de réalisation, la paroi utile est cylindrique.
[0040] Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la première paroi est comprise entre 50% et 100%, de préférence entre 60 et 80%, de l’épaisseur de la paroi utile.
[0041] Dans certains modes de réalisation, la bride comprend une paroi de transition, pleine, s’étendant obliquement entre la deuxième paroi et la paroi utile. On facilite ainsi la transmission des efforts à l’interface entre la paroi utile et la bride, ce qui réduit le phénomène de concentration de contraintes à cette interface.
[0042] Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur de la paroi de transition est comprise entre 50% et 100% de l’épaisseur de la paroi utile.
[0043] Dans certains modes de réalisation, l’angle formé entre la paroi de transition et la deuxième paroi est compris entre 30et 60° , depréférence entre 40 et 50° . De tels angles facilitent la transmission des efforts.
[0044] Dans certains modes de réalisation, une deuxième portion de remplissage est prévue dans le volume défini entre la paroi utile, la paroi de transition et la deuxième paroi. Cette configuration permet d’assurer une bonne tenue mécanique tout en limitant la masse de l’ensemble : en effet, la paroi utile et la paroi de transition, pleines, suffisent à assurer une transmission satisfaisante des efforts.
[0045] Dans certains modes de réalisation, cette deuxième portion de remplissage occupe au moins 50%, de préférence au moins 80%, de préférence encore au moins 90%, du volume défini entre la paroi utile, la paroi de transition et la deuxième paroi.
[0046] Dans certains modes de réalisation, au moins un trou de dépoussiérage est prévu dans la paroi de transition.
[0047] Dans certains modes de réalisation, la bride est réalisée en métal, de préférence choisi dans le groupe constitué par les alliages à base de nickel, les alliages à base d’aluminium, les alliages à base de titane et les aciers. Le carter peut notamment est réalisé en Inconel, notamment en Inconel 625 ou en Inconel 718 (marques déposées).
[0048] Au sens du présent exposé, on considère qu’un alliage est à base d’un élément donné lorsque cet élément est l’élément principal de la composition de cet alliage, avantageusement lorsque cet élément est présent en une teneur supérieure aux autres composants, encore plus avantageusement en une teneur d’au moins 50% en pourcentage molaire, encore plus avantageusement d’au moins 60% en pourcentage molaire. [0049] Le présent exposé concerne également une pièce mécanique, comprenant une bride de liaison fluide selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Il peut notamment s’agir d’une canalisation, d’un réservoir, d’une pompe, d’une turbine, d’un échangeur, d’une chambre de combustion ou de tout autre équipement hydraulique.
[0050] Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d’exemples de réalisation de la bride de liaison fluide proposée. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.
Brève description des dessins
[0051] Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé.
[0052] [Fig. 1] La figure 1 est une vue en coupe axiale de deux conduites connectées l’une avec l'autre à l’aide de brides de liaison fluide.
[0053] [Fig. 2] La figure 2 représente une vue d’une bride de liaison fluide selon le plan B-B de la figure 1 .
Description des modes de réalisation
[0054] Afin de rendre plus concret l’exposé, un exemple de bride de liaison fluide est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.
[0055] La figure 1 représente, en coupe selon un plan passant leur axe principal A, une première conduite 1 et une deuxième conduite 1 ’ assemblées l’une dans le prolongement de l’autre de manière à assurer la continuité de leur écoulement.
[0056] Ces conduites 1 et 1 ’ peuvent notamment être des conduites d’une ligne d’alimentation en ergol d’un moteur-fusée. A cet égard, le fluide circulant dans ces conduites 1 et 1 ’ peut notamment être un ergol cryotechnique tel que de l’hydrogène liquide ou de l’oxygène liquide. Dans un exemple, ce fluide peut avoir une température de l’ordre de 20K et une pression de l’ordre de 200 à 300 bar. [0057] Chaque conduite 1 , 1 ’ comprend une paroi périphérique 10, 10’ cylindrique, définissant une veine 11 , 11 ’ pour l’écoulement du fluide, et une bride de liaison fluide 20, 20’ permettant de connecter mécaniquement et fluidiquement les conduites 1 , 1 ’ de sorte que les veines 11 , 11 ’ se prolongent dans la continuité l’une de l’autre tout en assurant l’étanchéité de l’écoulement à l’interface entre les brides 20, 20’.
[0058] Chaque bride de liaison fluide 20 comprend une première paroi 21 et une deuxième paroi 22, planes, parallèles et en vis-à-vis l’une par rapport à l’autre. Elles s’étendent radialement par rapport à l’axe principal A, donc perpendiculairement par rapport à la paroi périphérique 10 de la conduite 1 qui peut également être considérée comme une paroi utile de la bride 10 au sens du présent exposé. La deuxième paroi 22 s’étend donc radialement vers l’extérieur depuis l’extrémité de la paroi périphérique 10.
[0059] Chaque bride de liaison fluide 20 comprend également une pluralité d’entretoises 23, cylindriques, s’étendant axialement entre la première paroi 21 et la deuxième paroi 22, connectant rigidement ces dernières entre elles. Chaque entretoise 23 formant un passage 24, cylindrique, débouchant en surface de la première paroi 21 et de la deuxième paroi 22 de manière à permettre le passage de la tige 3a d’un organe de connexion 3. Comme cela est visible sur la figure 2, les entretoises 23 sont régulièrement réparties sur un diamètre D23 de la bride 20 centré autour de l’axe principal A.
[0060] La première paroi 21 forme une surface d’appui 21 a destinée à être appliquée contre une surface de fixation, ici la surface d’appui 21a’ de la bride de liaison fluide 20’ de la conduite opposée 1 ’. Les surface d’appui 21 a, 21 a’ des brides de liaison fluide 20, 20’ de chaque conduite 1 , 1 ’ sont donc rapportées l’une contre l’autre et des organes de connexion, ici des boulons 3, sont insérés dans les passages 24 des entretoises 23 de manière à maintenir fermement les brides 20, 20’ l’une contre l’autre, la tête 3b de la tige 3a et l’écrou 3c de chaque boulon 3 s’appliquant contre la surface de siège 22a, 22a’ formée par la deuxième paroi 22, 22’ de chaque bride 20, 20’, au droit des entretoises 23, 23’.
[0061] Chaque bride de liaison fluide 20 comprend également une paroi de transition 25 s’étendant obliquement entre la deuxième paroi 22 et la paroi périphérique 10 : cette paroi de transition 25 se trouve donc être tronconique dans sa globalité.
[0062] La bride de liaison fluide 20 de la première conduite 1 , c’est-à-dire de la conduite supérieure sur la figure 1 , comprend en outre une paroi de fermeture 26, cylindrique et axiale, s’étendant entre la première paroi 21 et la deuxième paroi 22 dans le prolongement de la paroi périphérique 10, prolongeant ainsi la veine 11 sans discontinuité.
[0063] La bride de liaison fluide 20 de la première conduite 1 , c’est-à-dire de la conduite supérieure sur la figure 1 , comprend en outre une paroi de renfort 27, cylindrique et axiale, s’étendant entre la première paroi 21 et la deuxième paroi 22 de manière concentrique avec l’axe A. Cette paroi de renfort 27 s’étend le long d’un diamètre D27 compris entre le diamètre D11 de la veine 1 1 et le diamètre D23 des entretoises 23. La fonction de cette paroi de renfort 27 sera expliquée un peu plus loin.
[0064] L’ensemble des parois mentionnées ci-avant (paroi périphérique 10, première paroi 21 , deuxième paroi 22, entretoises 23, paroi de transition 25, paroi de fermeture 26 et paroi de renfort 27) sont pleines et réalisées en métal, de préférence en acier inoxydable, en Inconel, en alliage de Titane ou d'Aluminium.
[0065] A contrario, l’ensemble des volumes compris entre la première paroi 21 et la deuxième paroi 22 non occupés par les parois axiales mentionnées ci-avant, et à l’exception des volumes correspondant aux passages 24 des entretoises, est occupé par un matériau de remplissage lacunaire. Ces différents volumes, formant autant de portions de remplissage 31 , sont ainsi occupés par une structure en treillis présentant un taux de lacunes au moins égal à 50%, égal dans cet exemple à 90%.
[0066] De manière analogue, le volume situé entre la paroi périphérique 10, la deuxième paroi 22 et la paroi de transition 25 forme une autre portion de remplissage 32 occupé par le même matériau de remplissage lacunaire.
[0067] Les portions de remplissage 31 , 32 sont réalisées dans le même matériau que les parois pleines de la bride de liaison fluide 20. Plus précisément, l’ensemble des parois pleines mentionnéesi 1 , 21 , 22, 23, 25, 26, 27, ainsi que les potions de remplissage 31 , 32, sont réalisées simultanément au cours d’une même étape de fabrication additive.
[0068] La bride de liaison fluide 20’ de la deuxième conduite 1 ’, c’est-à-dire de la conduite inférieure sur la figure 1 , est tout à fait identique à celle de la première conduite 1 si ce n’est qu’elle comprend une encoche 40 dans laquelle est installé un joint torique 41 , ce dernier étant ici métallique.
[0069] La structure de la bride 20’ de la deuxième conduite 1 ’ est donc identique à celle de la bride 20 de la première conduite 1 si ce n’est que la première paroi 21 ’ ne s’étend pas jusqu'à la veine 11 ’ et que la paroi de fermeture 26’ et la paroi de renfort 27’ ne s’étendent pas jusqu’à la première paroi 21 ’ de manière à former l’encoche 40. De même, le volume de l’encoche 40 est exclu de la portion de remplissage 31 '.
[0070] Comme cela est visible sur la figure 1 , le joint 41 se positionne au niveau du diamètre D27, c’est-à-dire au niveau de la paroi de renfort 27’, l’extrémité distale de cette dernière étant en contact avec le joint 41 . Ainsi, lorsque les brides 20, 20’ sont assemblées l’une contre l’autre, le joint 41 est mis en compression entre la paroi de renfort 27’ de la bride 20’ de la conduite inférieure 1 ’ et la surface d’appui 21 a de la bride 20 de la conduite supérieure 1 , au droit de la paroi de renfort 27 de cette dernière.
[0071] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
[0072] Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Bride de liaison fluide, comprenant une première paroi (21), pleine, formant une surface d'appui (21a) prévue pour être appliquée contre une surface de fixation, une deuxième paroi (22), pleine, prévue en vis-à-vis de la première paroi (21), au moins une entretoise (23), pleine, cylindrique, s'étendant de manière perpendiculaire entre les première et deuxième parois (21, 22), formant un passage (24) prévu pour permettre le passage d'une tige (3a) d'un organe de fixation (3), et une portion de remplissage (31), lacunaire, s'étendant entre la première paroi (21) et la deuxième paroi (22), à l'extérieur des entretoises (23), dans laquelle la première paroi (21), la deuxième paroi (22), ladite au moins une entretoise (23) et la portion de remplissage (31) sont réalisées conjointement et de manière solidaire par une technique de fabrication additive.
[Revendication 2] Bride de liaison fluide selon la revendication 1, dans laquelle l'écart entre la première paroi (21) et la deuxième paroi (22) est constant, et dans laquelle l'écart entre la première paroi (21) et la deuxième paroi (22) est au moins égal à 300%, de préférence au moins 500%, de l'épaisseur de la première paroi (21).
[Revendication 3] Bride de liaison fluide selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la portion de remplissage (31) possède une structure cellulaire, colonnaire ou en treillis.
[Revendication 4] Bride de liaison fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la portion de remplissage (31) occupe au moins 50%, de préférence au moins 80%, de préférence encore au moins 90% du volume défini entre les première et deuxième parois (21, 22), à l'extérieur de chaque entretoise (23).
[Revendication 5] Bride de liaison fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une encoche (40) formée dans la surface d'appui (21a')z et comprenant un joint (41) installé dans ladite encoche (40) formée dans la surface d'appui (21a').
[Revendication 6] Bride de liaison fluide selon la revendication 5, comprenant une paroi de renfort (27'), pleine, s'étendant depuis la deuxième paroi (22Q vers la première paroi (217), de manière perpendiculaire à la deuxième paroi (22Q, et dans laquelle ladite paroi de renfort (27') s'étend jusqu'à ladite encoche (40) formée dans la surface d'appui (21a)'.
[Revendication 7] Bride de liaison fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant, au moins le long d'un bord de la première paroi (21), une paroi de fermeture (26), pleine, s'étendant depuis ledit bord de la première paroi (21) vers la deuxième paroi (22).
[Revendication 8] Bride de liaison fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la portion de remplissage (31) débouche le long du bord externe de la première paroi (21).
[Revendication 9] Bride de liaison fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une paroi utile (10), pleine, s'étendant perpendiculairement depuis un bord interne de la deuxième paroi (22), à l'opposé de la première paroi (21).
[Revendication 10] Bride de liaison fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une paroi de transition (25), pleine, s'étendant obliquement entre la deuxième paroi (22) et la paroi utile (10), dans laquelle une deuxième portion de remplissage (32) est prévue dans le volume défini entre la paroi utile (10), la paroi de transition (25) et la deuxième paroi (22).
[Revendication 11] Bride de liaison fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la bride (20) est réalisée en métal, de préférence choisi dans le groupe constitué par les alliages à base de nickel, les alliages à base d'aluminium, les alliages à base de titane et les aciers. [Revendication 12] Pièce mécanique, comprenant une bride de liaison fluide (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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GB1508968A (en) * 1976-01-23 1978-04-26 Stuebbe Armaturen Kg Reinforced flange
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