Brevet FR2177518A1 — publié le 19731109

La présente invention concerne un procédé et un mandrin pour la fabrication industrielle de tuyaux, par mise en oeuvre de résine synthétique et de filaments; de tels tuyaux présentant une excellente résistance à des phénomènes de corrosion, une bonne résistance mécanique et étant relativement légers. On sait que les canalisations ou conduites, constituées d'éléments de tuyaux traditionnels, en fonte ou en béton de ciment, ne conviennent généralement pas à des conditions de service qui sont accompagnées de phénomènes de corrosion. 01 est le cas, par exemple, de classiques transports d'eaux usées tels qu'on en rencontre dans l'industrie chimique ou dans l'évacuation des eaux d'égout urbain. Or, on sait réaliser couramment des corps creux à base de résine synthétique pratiquement insensibles aux effets de corrosion usuelle évoqués plus haut. On connait; en effet, des procédés et des dispositifs qui permettent de réaliser, sur un mandrin, des citernes ou des cuves par application successives de couches de résine synthétique et par enroulement, à l'état tendu, de filaments en mé- nageant des ouvertures sur les parties polaires dudit mandrin; ce dernier résultant d'un assemblage d'éléments dont les dimen- sions sont appropriées à celles desdites ouvertures pour pouvoir être extraites de tels corps creux. Les cuves résultant de tels procédés peuvent se présenter sous la forme générale d'un corps creux, très allongé et constitué de deux calottes polaires solidaires des extrémités d'une partie médiane tubulaire; cette dernière pouvant être suffisamment longue par rapport à son diamètre pour suggérer une transposition de ces procédés à la fabrication de tuyaux bien adap- tés à des conditions de service susceptibles d'engendrer des actions de corrosion. Mais, des difficultés se présentent pour réaliser des calottes polaires formant des extrémités appropriées à des raccordements usuels de tuyaux. Par ailleurs, les mandrins proposés pour la réalisation des cuves mentionnées plus haut ne conviendraient pas à la fabrication des tuyaux dont la longueur peut être vingt à quarante fois plus grande que leur diamètre car les parties médianes de tels mandrins seraient trop éloignées de leurs pales pour que les manipulations connues puissent leur être appliquées, en vue de leur extraction. Enfin, des mandrins du type connu, appropriés à la réalisation de tuyaux, pourraient difficilement supporter les contraintes de frettage qu'engendre un bobinage de filament en raison de la valeur particulière de ce rapport de leur longueur à leur diamètre. L'invention a pour objet un procédé permettant de fabriquer, industriellement, un tuyau remarquablement léger, insensible à des phénomènes de corrosion et présentant une excellente résistance mécanique. Un tel procédé est analogue aux procédés de réalisation de corps creux rappelés ci-dessus et comprend, essentiellement, l'application des étapes successives; . de réalisation de couches de résine synthétique, sur un mandrin, de bobinage de filaments à l'état tendu et imprégnés de telles résines, de polymérisation de la paroi complexe ainsi obtenue, pour réaliser un corps creux présentant, principalement, une partie tubulaire et rectiligne relativement longue et deux calottes polaires munies de trous et solidaires des extrémités respectives de ladite partie tubulaire. Selon l'invention, on tranche transversalement la partie tubulaire, au voisinage de l'emplanture de chacune des calottes polaires pour séparer ces dernières de ladite p tie tubulaire. On conçoit qu'un tel procédé permet de fabriquer, industriellement, un tuyau qui présente les avantages de légèreté, de résistance mécanique et de résistance à la corrosion des cuves ou citernes mentionnées plus haut et évite, par conséquent, les inaonvénients des tuyaux traditionnels en fonte ou en ciment. Par ailleurs, l'invention concerne également un mandrin permettant l'application du procédé décrit plus haut. Un tel mandrin comporte une partie tubulaire susceptible d'être associée, coaxialement, à deux demi-arbres coaxiaux et permettant un'entraînement en rotation de cette partie tubulaire et deux ensembles de plaques galbées destinées à être montées, respectivement, sur les extrémités de ladite partie tubulaire sous la forme de calottes polaires; cette partie tubulaire et ces deux calottes offrant une bonne résistance aux efforts engendrés par la tension de bobinage des filaments Selon l'invention, la partie tubulaire comporte, au moins, deux coquilles cylindriques à génératrices pratiquement rectilignes, associées entre elles par des éléments d'un mécanisme permettant de les déplacer radialement, à volonté, d'une position d'utilisation pour laquelle les bords adjacents de deux coquilles voisines présentent, entre eux, un écart jusqu'à une position rétractée pour laquelle lesdits bords sont pratiquement en contact mutuel. Chaque extrémité de la partie tubulaire d'un tel mandrin présente, avantageusement, des plages de jonction pour des éléments de calottes polaires de mandrin qui peuvent être facilement extraites d'un corps creux réalisé sur ce mandrin afin de permettre une séparation commode, par tranchage, du tuyau et des calottes polaires de corps creux correspondantes. De préférence, la partie tubulaire d'un tel mandrin comporte, simplement, deux coquilles et le mécanisme de déplacement relatif de ces dernières comporte des biellettes articulées, chacune, auxdites coquilles; un dispositif de coin axial étant prévu entre deux semelles solidaires de ces coquilles pour assurer leur écartement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés lesquels, description et dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins, - la figure 1 représente, en perspective et en partie arrachée, une partie essentielle d'un mandrin conforme à l'in invention - la figure 2 représente, en coupe transversale, le mandrin de la figure 1 - la figure 3 représente, en coupe longitudinale et axiale, un mandrin conforme à l'invention - la figure 4 représente en coupe axiale, en partie arrachée, une paroi à base de fibres et de résine, réalisée sur le mandrin de la figure 3. Sur ces figures, on peut voir deux éléments la, lb identiques entre eux et comportant, chacun, une paroi 1 qui se présente sous la forme générale d'un demi-cylindre de section cir culaire ; ces deux éléments étant disposés, longitudinalement, l'un en dessous de l'autre. On précisera que chacune de ces parois I peut être réalisée par cintrage d'une bande en tôle d'acier relativement épaisse (figure 2)o Un élément profilé 2, comportant une âme allongée 3 et deux ailes 4 respectivement aménagées sur les bords longitudinaux de cette âme présente une section transversale en forme de "V" à base tronquée ; cet élément 2 pouvant résulter du coudage des bords longitudinaux d'une autre bande en tôle d'acier. De plus, cet élément 2 est disposé, longitudinalement, sous la face concave de la paroi 1 de l'élément la et les bords- libres de ses ailes 4 sont soudés à cette face; l'élément 2 présen- tant un plan longitudinal médian de symétrie qui est confondu avec celui de l'élément la alors que les ailes 4 présentent, à peu près, une disposition radiale par rapport à ce dernier. Enfin, le dos de l'âme d'un classique profilé en "U" 5, dont la section transversale présente des dimensions appropriées à celles du profilé 2, est appliqué et est fixé sur l'âme 3 de ce profilé 2. La paroi 1 de l'autre élément lb est assemblée, de même, à deux autres éléments 2 et 5 identiques à ceux décrits plus haut et on conçoit que les éléments composites la, lb qui résultent de ces assemblages sont similaires à des poutres qui présentent une excellente résistance à des efforts transversaux et longitudinaux. Des éléments de barres plates 6, présentant des longueurs égales entre elles, sont articulés, de place en place, par leurs extrémités, sur les ailes, situées l'une au-dessous de l'autre, des profilés 5 de façon à former des biellettes. Cette longueur des biellettes 6 est adaptée aux dimensions des éléments 2 et 5 et au rayon de courbure des parois 1 de façon que les bords longitudinaux et adjacents des éléments la, lb puissent être, pratiquement, en contact pour une position inclinée des bielles 6 et présentent, entre eux, un écart "e" suffisamment grand lorsque ces bielles sont à peu près perpendiculaires à ses bords longitudinaux. De plus, des plaques 7 et des contre-plaques 8 sont respectivement fixées, de place en place par paire, sur chaque bord de la paroi 1 de l'élément lb et sur ceux de la paroi 1 de l'élé- ment la pour constituer des dispositifs de guidage des deux éléments la, 1b au cours de leur déplacement relatif; chaque plaque 7 et sa contre-plaque 8 présentant une face de glissement disposée parallèlement à la direction générale de ces Flé- ments la, lb. Par ailleurs, un élément 9a, est solidaire de l'une des parties extrêmes de la face libre de l'âme du profilé 5 de l'élé- ment supérieur la et un autre élément similaire 9b est disposé en dessous de l'élément 9a en étant solidaire de la face correspondante de l'âme du profilé 5 de l'autre élément lb. Ces deux éléments 9a, 9b s'étendent dans le sens longitudinal des éléments la, lb et présentent, chacun, une section longitudinale en forme de trapèze; ces deux éléments étant disposés tête bèche. De plus, leurs faces inclinées sont appliquées l'une sur l'autre et s'étendent, de bas en haut, vers l'extrémité des parties des profilés en "Utt 5 sur lesquelles ces éléments 9a, 9b sont montés ; ces faces inclinées étant aménagées pour pouvoir glisser, facilement, l'une sur l'autre de façon à constituer un dispositif de coins. De plus, un bras radial 10 est assemblé à la face transversale du coin supérieur 9a qui correspond à l'extrémité des parties des profilés 5 sur lesquelles ces coins 9a, 9b sont fixés. Ce bras radial 10 porte un écrou Il disposé en regard de la face homologue du coin 9b et une vis rigide 12 est engagée dans cet écrou ; la bout de cette vis pouvant prendre appui sur cette face transversale du coin 9b. On comprend que les deux coins 9a, 9b, l'écrou 11 et la vis 12 constituent un mécanisme simple qui permet d'écarter les éléments la, lb l'un de l'autre. En effet, la vis 12 permet d'appliquer une poussée longitudinale sur le coin 9b, ce qui entraîne, par réaction sur le coin 9a, un mouvement des biellettes 6 qui tend à écarter elè- chas fi, f2) les deux poutres la, lb l'une de l'autre; cas dernières étant guidées dans deux directions diamétralement opposées par les guides 7, 8. Par ailleurs, chaque extrémité des poutres la, lb est solidaire de pattes transversales 13 qui comportant des trous pour des boulons permettant un montage coaxial de deux disques 14 et 15 ; chacun de ces disques étant fixé aur l'extrémité d'un demi- arbre 14a (15a) convenablement monté dans un classique système de paliers. Alors, on comprend que les éléments la, lb, assemblés entre eux par les biellettes 6 et ainsi montés sur les demi-arbres 14 et 15, constituent un mandrin susceptible d'être entraîné en rotation par des moyens moteurs appropriés. On indiquera qu'un tel mandrin permet la réalisation de tuyaux comportant une paroi à base de fibres et de résine synthétique sur laquelle peut être bobinée une nappe de filaments. Ce mandrin, tel qu'il est décrit ci-dessus, permet de réaliser des bobinages classiques à spires pratiquement jointives de filaments assurant un bon frettage de la paroi à base de matière plastique sur laquelle ce bobinage est effectué. Toutefois on peut, également, réaliser sur ce mandrin un bobinage polaire de filaments s'étendant, pratiquement, d'une extrémité à l'autre extrémité de ce mandrin en formant avec l'axa des demi-arbres 14, 15 une pente relativement faible. Pour cela, chaque bord extrême de la paroi 1 de chaque élément la, lb présente, sur sa face latérale externe, un redan 1t dans lequel peuvent être engagés et fixés, d'une façon usuelle, les bords de secteurs fuselés 16 dont les bords opposés sont montés, de même, sur une collerette 17 qui est convenablement engagée, par coulissement, et fixée sur le demi-arbre correspondant à ce bord extrême. Ces secteurs 16, ainsi disposés, forment deux calottes qui complètent la surface latérale convexe des parois 1 des éléments la, lb pour constituer une surface de mandrin sur laquelle peut être réalisé, d'une façon connue, un bobinage polaire de filaments If, tel que celui mentionné ci-dessus (figure 4) après réalisation, usuelle, d'une couche convenable de fibres et de résine synthétique Ic. Ces filaments s'étendent d'un pôle à l'autre pôle du mandrin en assurant (grâce à une tension convenable de ces filaments) une résistance remarquablement homogène dans toutes les directions de la paroi 1p ainsi réalisée, ce qui est favorable à une réduction appréciable de l'épaisseur de cette dernière. Après une polymérisation classique de cette paroi, notamment en étuve, on sectionne, avantageusement, cette paroi en ls au droit des lignes de jonction des secteurs 16 sur redents 1r des plaques 1. On peut, alors, reculer les collerettes 17 sur leurs demiarbres 14, 15 (flèche f3) pour dégager les secteurs 16 et leurs calottes à base de résine, de la partie médiane du mandrin. Puis, après avoir disposé des berceaux convenables sous le tuyau ainsi formé sur les éléments la, 1b, on peut séparer le mandrin de ses deux demi-arbres 14 et 15. Il suffit, alors, de dévisser la vis 12 dans son écrou Il pour que les deux poutres la, lb, sous l'effet de la charge de la poutre supérieure, se rapprochent l'une de l'autre et pouvoir extraire le mandrin du tuyau ainsi formé. Evidemment, dans le cas d'une réalisation de tuyau par bobinage classique à spires jointives, il n'est pas nécessaire de monter des calottes sur les pôles de la partie médiane la, lb et on comprend que, dans tous les cas, le mécanisme d'écartement des poutres la, lob est parfaitement adapté à une séparation, en vue d'une extraction commode, des surfaces adjacentes du mandrin et du tuyau. Sn outre, on conçoit aisément que la surface latérale de cette partie médiane la, lb de mandrin qui, dans l'exemple décrit ci-dessus présente une forme de section circulaire et des génératrices rectilignes, pourrait présenter des ondulations, dans un plan radial; l'amplitude de ces ondulations serait, toutefois, sensiblement plus petite que l'écart te" de rapprochement des éléments la, lb et serait, également, adaptée aux possibilités d'un bobinage polaire de filaments. Enfin, les résultats indiqués plus haut pourraient etre obtenus, de même, avec un mandrin dont la section transversale pourrait être assez différente de celle d'un cercle; la forme de cette section étant, évidemment, adaptée aux nécessités d'extraction du mandrin et aux possibilités de bobinage polaire mentionnées ci-dessus. L'invention ayant, maintenant, été exposée et son intérêt justifié sur un exemple détaillé, le demandeur s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1.- Procédé permettant de fabriquer industriellement un tuyau léger, insensible à des phénomènes de corrosion et présentant une excellente résistance mécanique, ledit procédé consistant à réaliser, sur un mandrin, des couches de résine polymerisable, éventuellement renforcées de fibres ; lesdites couches formant une partie tubulaire relativement longue et solidaire de deux calottes polaires, bobiner, sur lesdites couches, des filaments imprégnés de résine syntilétiqua et tendus d'une calotta à l'autre calotte polaire, -~ à polymériser la paroi complexe ainsi obtenue, et étant caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à trancher transversalement la partie tubulaire au voisinage de l'emplan tura de chacune des calottes polaires pour séparer ces dernières de la partie tubulaire. 2.- Mandrin de réalisation de tuyau comportant . une partie tubulaire, deux ensembles de plaques galbées et montées, respectivement, sur les extrémités de ladite partie tubulaire sous la forme de deux calottes polaires, permettant une mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie tubulaire comporte, au moins, deux c'coquilles longitudinales, associées à des éléments d'un mécanisme permettant de les déplacer, radialement à volan- té, d'une position d'utilisation pour laquelle les bords adjacents de deux coquilles voisines présentent, entre eux, un écart jusqu'à une position d'extraction pour laquelle lesdits bords sont pratiquement en contact mutuel et que lesdites coquilles comportant des moyens de montage coaxial sur deux demiarbres coaxiaux. 3~- Mandrin selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque coquille comporte une bande de tôle cintrée dont le profil transversal et le profil longitudinal sont respectivement adaptés au profil transversal et au profil longitudinal de la surface interne du tuyau et un élément rigide de renforcement, par exemple un élément profilé en forme de t'V" à base tronquée, dont les ailes sont solidaires de ladite bande cintrée. 4.- Mandrin selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les extrémités de chaque coquille de la partie tubulaire comporte des plages d'appui, notamment des faces formant un redent, pour des bords d'éléments de calotte polaire. ).- Mandrin selon l'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie tubulaire du mandrin comporte deux coquilles identiques entra elles et que le mécanisme de déplacement desdites coquilles comporte des biellettes articulées, de place en place, à des éléments longitudinaux de ces coquilles. 6.- Mandrin selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mécanisme de déplacement des coquilles comporte un dispositif de coins susceptibles de glisser, l'un sur l'autre, grâ- ce à l'action d'une vis et d'un écrou par exemple. 7.- Mandrin selon les revendications ) et 68 caractérisé en ce que les deux coquilles sont équipées de moyens de guidage tels que des plaques et des contreplaques permettant un déplacement de ces coquilles dans une direction parallèle au plan axial de symétrie du mandrin.