Brevet FR2243384A1 — publié le 19750404

L'invention concerne une poignée mandrin, en particulier pour torches de découpage de matériaux réfractaires, dites barres brfllantes, qui utilisent lwénergie de combustion de métaux oxydables dans l'oxygène sous pression. Toutefois l'invention est applicable dans tous les domaines où il est nécessaire d'obtenir de manière réversible un accouplement etanche entre deux conduites de fluides, la fonction étant d'accès difficile ou devant être obtenue rapidement avec une bonne sécurité. I1 est connu de découper des matériaux réfractaires, tels que béton, fontes, garnissages de hauts fourneaux, fours et convertisseurs d'élaboration placier, à l'aide de torche consommables constituées d'une barre tubulaire métallique combustible dans l'oxygène pur;on injecte de l'oxygène sous pression à une extrémité de la torche et on allume à l'autre extrémité, La haute température de combustion dans oxygène des alliages métalliques constituant la barre tubulaire permet de former un dard très chaud et très directif, qui permet la découpe par fusion des ma matériaux réfractaires;;la présence dans le dard d'oxydes métalliques provenant de la barre favorise le découpage du béton et des matériaux de garnissage par formation de laitiers fusibles, tandis qu'un excès dans le dard favorise le découpage de métaux réfractaires en oxycoupage. Pour alimenter en oxygène et diriger des torches consommables de ce genre,on les insère dans un manche formant poignée cos prenant un ajutage postérieur pour le raccordement d'un tube souple d'arrivée d1oxygène,et un dispositif d'emmanchement antérieur sensiblement étanche,qui peut être un filetage,une pince à barre ou mieux un joint en élastomère serré par un bouchon fileté. De telles dispositions de maintien mécanique et d'étanchéité, de réalisation simple présentent toutefois les inconvénients suivants le changement de torche consommable ou barre brdlante exige un dévissage pour libérer le tronçon de barre restant, ce dévissage pouvant être rendu difficile par la présence de scories projetées en retour pendant l'opération de découpage, notamment lors d'un travail en trou de sonde ; cette projection en retour de scories; et la conductibilité thermioue de la barre peuvent entraîner une élévation de température du dispositif d'emmanchement de celle-ci, rendant le dévissage et la manipulation difficile.Ces difficultés de changement de barre brtlante entraînent des délais pendant lesquels la pièce attaquée refroidit ; ceci peut gêner la reprise de la découpe, et notamment le réallumage sur point chaud. Le serrage du joint et l'admission d'oxygène n' étant pas liés, il peut arriver que, par suite d'une fausse manoeuvre, 1' arrivée d'oxygène ne soit pas coupée lors: du changement de barre; la pression d'oxygène risque d'éjecter violemment le tronçon de barre restant, tandis qu'il se forme un jet d'oxygène violent au ras du manche, ce qui présente des dangers d'accidents. Par ailleurs, meme en cas de manoeuvre correcte de l'alimentation en oxygène, si le joint n'a pas été serré avec une force suffisante pour résister à la poussée de la barre par la pression d'alimentation, soit par inadvertance, soit parce que des grains d'oxydes ou de scories se sont logés dans le filetage du dispositif d'emmanchement, il y a risque de projection de la nouvelle barre mise en place lorsque l'on ouvre l'alimentation en oxygène. Il apparat donc désirable que le serrage du joint, avec une force correspondant à la réaction de pression du fluide sur 1' accouplement, soit obtenu par l'opération de mise sous pression de la barre tubulaire. Dans de nombreux domaines ou interviennent des raccordements rapides de conduites de fluide sous pression, les dispositifs de raccordement doivent assurer la tenue mécanique et l'étanchéité de la jonction dans tous les cas où la pression est établie dans les conduites. L'invention a pour objet un dispositif d'accouplement entre un élément mâle et un élément femelle de raccords de conduites, comportant un joint qui se serre pour assurer l'étanchéité de la jonction et la tenue mécanique du raccord lors de la mise sous pression de la conduite0 A cet effet l'invention propose un dispositif d'accouplement entre une conduite venant d'une alimentation en fluide sous pression, et une seconde conduite desservant un récepteur de fluide, comportant un manchon femelle et une tubulure mâle adaptée à pénétrer dans ledit manchon, caractérisé en ce que dans ledit manchon est ménagée une chambre annulaire, disposée autour de ladite tubulure pénétrante, ladite chambre étant placée en communication avec l'arrivée de fluide et confinée, au moins du c8té intérieur situé en regard de ladite tubulure, par une paroi souple déformable, limitée en déplacement par les parois de ladite chambre et ladite tubulure. Lors de la mise sous pression après emboitement de la tubulure dans le manchon, la paroi souple repoussée par la pression du fluide pénétrant dans la chambre annulaire, vient épouser étroitement ladite tubulure, le serrage obtenu par cette pression de fluide contribuant à l'étanchéité du joint et au maintien en place de la tubulure mâle contre l'effort de pression tendant à séparer cette tubulure du manchon, associé aux tractions mécaniques de manoeuvre de la barre. L'invention a également pour objet une poignée mandrin pour torche consommable dite barre branlante dans laquelle la tenue de la barre, l'étanchéité entre barre et poignée et l'admission d' oxygène se font en une seule opération, la pression de l'oxygène agissant sur un dispositif d'accouplement selon l'invention. Â cet effet l'invention propose une poignée mandrin pour torche consommable dite barre brûlante constituée d'une barre tubulaire métallique combustible dans 1' oxygène pur, poignée comportant un ajutage postérieur d'alimentation en gaz comburant sous pression, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'accouplement selon l'invention, ledit ajutage étant équipé d' une vanne à ouverture rapide. La pression de l'oxygène alimentant la barre brdlante étant l'origine du serrage du joint, ce serrage a lieu dès l'admission de l'oxygène, et la force de serrage est proportionnelle à cette pression : il est donc impossible d'enlever ou de mettre en place une barre brûlante lorsqu'il y a admission d'oxygène, tandis que le serrage sur une barre en place étant proportionnel à la pression en amont de cette barre, l'est aussi à l'effort que cette pression exerce vers l'avant sur une section transversale de cette barre. De plus, la fermeture de la vanne assure le relâchement simultané de la barre, qui peut être ainsi retirée et remplacée rapidement. Selon une disposition avantageuse de l'invention, la vanne comporte un clapet à bille rappelé par ressort sur un siège, et une aiguille adaptée à écarter ladite bille dudit siège, lors d' un mouvement relatif dudit clapet et de ladite bille, ladite aiguille étant maintenue en position par un socle en alliage fu sible adapté à libérer cette aiguille par fusion. Si pour une raison quelconque, par exemple parce que la barre bruyante a été abandonnée en action et vient en fin de combustion, la poignée mandrin subit un échauffement dangereux, le socle d'aiguille fond, l'aiguille est libérée et le clapet se ferme, coupant l'arrivée d'oxygène à la barre. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'une poignée mandrin selon l'invention - la Ligure 2 représente une variante de réalisation de la membrane souple. Selon l'exemple de réalisation choisi et représenté figure 1, la poignée mandrin se compose d'une partie vanne 1 postérieure, et d'une partie mandrin 3 recevant et maintenant une torche consommable dite barre brûlante 2. La partie vanne comprend un ajutage 10 d'arrivée d'oxygène adapté à recevoir un tube souple et maintenu par un bouchon fileté 11, un corps de vanne cylindrique creux 12 dans lequel débouche par l'arrière l'ajutage 10 ; dans ce corps de vanne peut coulisser et pivoter autour d'un axe longitudinal un piston de vanne 13, l'étanchéité entre corps et piston étant assurée par deux joints annulaires 14 et 14'.Ce piston 13 comporte une jupe cylindrique 13a et un voile central 13b dans lequel est pratiqué un orifice central 15 fermé par une bille 16 du c8té de l'arrivée de l'ajutage ; cette bille 16 est appliquée contre l'orifice 15 par un ressort de rappel 17 maintenu à son autre extrémité par une bague élastique 18, du genre dit circlip, logée dans un évidement circulaire de la partie interne de la jupe 13a ; un levier 19 vissé dans la jupe 13a du piston 13 fait saillie à l'extérieur du corps 12 en passant dans un évidement 20 en forme de rampe héli cotidale de meme axe que le piston et terminée par deux-parties transversales.Le pas et le développement angulaire de cette rampe sont tels que en faisant pivoter le piston 13 par action sur le levier 19, ce pivotement s'accompagne d'un coulissement longitudinal portant le piston de sa position de fermeture représentée sur la figure à une position avancée sensiblement au contact du fond 21. Le corps de vanne 11 est fermé dans sa partie antérieure par un diaphragme 21 séparant la partie vanne 1 de la partie mandrin 3. Un ressort 22 disposé en compression entre le diaphragme 21 et le voile 13b du piston 13, sollicite ce piston vers l'arrièrude la partie vanne 1 en direction de l'ajutage d'arrivée 10. Dans le-diaphragme 21 sont ménagés des orifices tels que 25 mettant en communication la partie vanne 1 et la partie mandrin 3. Dans le diaphragme est fixée une aiguille 23, sur l'axe longitudinal, le diamètre inférieur à l'orifice 15 du voile de piston 13 ; cette aiguille 23 pénètre dans l'orifice 15 et est d'une longueur telle que, dans la position de fermeture de la vanne, elle ne touche pas la bille 16, tandis que, dans la position d' ouverture de la vanne, correspondant au coulissement du piston 13 pour venir presque au contact du diaphragme 21, l'aiguille 23 repousse la bille 16 en arrière du voile 13b du piston pour iibérer l'orifice 15. Cette aiguille 23 n'est pas fixée directement dans le diaphragme 21, mais est scellée à la base dans un socle annulaire 24 en métal fondant à basse température, ce socle étant encastré dans un trou circulaire central du diaphragme 21. Il va de soi que la disposition d'un clapet mobile et d'une aiguille fixe n' est nullement limitative ; on pourrait disposer par exemple un clapet fixe et une aiguille mobile scellée dans un socle fusible déplacé par une came de manoeuvre, sans sortir du cadre de l'invention. La partie mandrin 3 de la poignée mandrin comporte un corps tubulaire extérieur 32, qui se raccorde sur la partie vanne 1 à hauteur du diaphragme- 21 ; à l'extrémité antérieure du corps tubulaire 32 est vissé un bouchon antérieur 33 au centre duquel se trouve un évidement laissant le passage à la barre brûlante, ce bouchon se terminant, dans la partie située à l'intérieur du corps tubulaire 32 par une tétine 33a portant des redans périphériques ; un joint 33b entre le corps tubulaire 32 et le bouchon 33 assure l'étanchéité.Vers l'extrémité postérieure du corps tubulaire 32, à proximité du diaphragme 21, est vissé un bouchon postérieur 31, évidé centralement pour laisser passer la barre brtlante-2, et se terminant en tétine 31a portant des redans périphériques ; dans ce bouchon postérieur 31 sont ménagés des canaux longitudinaux tels que 31b. Une membrane souple tubulaire 34 s'étend entre deux embouts 34a et 34b à redans intérieurs respectivement complémentaires de tétines 33a et 31a sur lesquelles ils s'enfilent à serrage. Un ressort-virole 35 s1 étend autour de la membrane 34 le long de celle-ci, enserrant à ses extrémités les embouts à redan 34a et 34b qu'il maintient solidement sur les tétines 33a et 31a. Cette disposition dé la partie 3 définit deux cavités ; une cavité 30 de distribution limitée par le diaphragme 21, le corps tubulaire 32, le bouchon postérieur 31 et la tranche arrière de la barre brûlante 2, et une cavité 36 annulaire d'expansion, limitée par le corps tubulaire 32, les bouchons antérieurs 33 et postérieur 31 et la membrane souple 34, ces deux cavités 30 et 36 communiquant entre elles par les canaux de mise en pression 31b, tandis que la cavité 30 communique avec la cavité du corps de vanne, en aval du clapet à bille 16, par les orifices 25. Selon une variante représentée figure 2 de la partie mandrin, une membrane souple 34 a la forme d'une chemise annulaire avec deux parois tubulaires coaxiales, in-t-érieure 341 et extérieure 342 réunies à une extrémité antérieure par une paroi frontale annulaire 343, et terminées à une extrémité postérieure par des lèvres à redan respectivement intérieure 34a et extérieure 34b. Un corps tubulaire 32 terminé par une paroi antérieure frontale 33 avec un évidement pour laisser passer la barre brûlante 2, enveloppe ex térieurement cette membrane 34 en confinant la paroi cylindrique extérieure 341 et sa paroi frontale 343.Un bouchon postérieur 31 est muni de deux tétines à redan coaxiales 31a et 31'a, respectivement adaptées à recevoir les lèvres 3lita et 34b de la membrane 34. Deux ressorts-viroles 35 et 35' coaxiaux assurent le maintien en place des lèvres 34a et 34b sur les tétines 31a et 31'a. Des canaux tels que 31b sont ménagés pour mettre en communication la cavité de distribution 30 et la cavité d'expansion 36, constitués essentiellement par la membrane 34 en forme de chemise annulaire. rour utiliser une poignée mandrin selon l'invention, on met en place une barre, la vanne 1 étant fermée ; la fermeture de la vanne est obtenue pour une position du levier 19 sur la rampe hélicoïdale 20 telle que le piston 13 soit à sa position postérieure, la bille 16 reposant sur son siège 15 et écartée de 1' aiguille 23. La mise en place de la barre 2 à travers les évidements des bouchons 33 et 34 est aisée, la membrane 34 n'étant pas sollicitée vers le centre de la partie 3 par une pression dans la cavité 36. La vanne est alors ouverte par pivotement du levier 19 pivotement qut s'accompagne, du fait de la rampe hélicoïdale 20 d'un coulissement du piston 13-vers l'avant dans le corps de vanne 12 ; la bille 16 accompagne le piston 13 jusqu'à butée sur 1' extrémité de l'aiguille 23, puis quitte son siège libérant l'ouverture de l'orifice 15 ; l'oxygène sous pression est alors admit dans la partie antérieure de la cavité du corps de vanne, et, passant par les orifices 25 du diaphragme 21, dans la cavité de distribution 30 ; de cette cavité 30, l'oxygène vient mettre sous pression la cavité annulaire 36 en traversant les canaux 31b de mise en pression ; l'expansion vers le centre de la membrane mobile 34 sous l'effet de la pression établie dans la cavité annulaire 36 enserre la barre brûlante 2, assurant l'étanchéité du joint entre la cavité 30 et l'extérieur, et le maintien énergique de la barre, la force de maintien étant proportionnelle à la pression régnant dans la cavité 36. Par ailleurs l'oxygène s'échappe de la cavité de distribution 30 par l'intérieur de la barre tubulaire brûlante ; on allume l'extrémité antérieure de cette barre brûlante par laquelle fuse l'oxygène, et le découpage du matériau peut être entrepris. Lorsque l'usure par combustion de barre brûlante nécessite son remplacement, il suffit de couper l'arrivée d'oxygène en fermant la vanne par action sur le levier 19. La pression tombe dans les cavités 30 et 36 et la mambrane 34 cesse de maintenir la barre brûlante usée 2 qui peut être enlevée et remplacée aisément et rapidement ; la réouverture de la vanne 1 provoque la prise de la nouvelle barre par la membrane 34, et le soufflage de l'oxygène dans cette nouvelle barre, qui peut être réallumée pour reprendre le travail sans que le point d'attaque sur la pièce ait trop refroidi. Dans les meilleures conditions, la température de la pièce au point d'attaque peut être suffisante pour permettre l'allumage de la torche au contact. La préhension et le maintien de la barre brûlante dans la poignée mandrin se faisant sans serrage de pièces métalliques exposées à la chaleur ou à la projection en retour de scories, il ne peut se produire de grippages ou de déformations qui rendraient malaisé le remplacement de barres brûlantes. Ce remplacement de barres n'étant possible que lorsque 1' admission de l'oxygène est coupée, le risque de projection du tronçon de barre usée est minimisé. Enfin la présence du socle 24 en métal fusible évite la détérioration de la poignée par suite d'un échauffement anormal qui pourrait être dû par exemple au raccourcissement excessif d'une barre en action, l'extrémité en combustion venant au voisinage de la poignée mandrin. in effet, en cas d'échauffement excessif de la poignée mandrin, l'alliage fusible constituant le socle annulaire 24 entre en fusion ; sous la poussée du ressort 17, la bille 16 repousse l'aiguille 23 qui n' est plus maintenue dans le diaphragme 21, et vient obturer l'orifice 15, fermant ainsi llar- rivée d'oxygène. La remise en état de la poignée mandrin se fait par échange standard du diaphragme 21 comprenant une aiguille 23 et un socle 24, ou par reconstitution du socle entre le diaphragme 21 et l'aiguille 23. I1 est évident qu'on ne sortirait pas du cadre de l'invention si l'on munissait les barres brûlantes, ou les membranes souples d'organes annulaires en relief, ou simultanément les barres et les membranes d'organes annulaires complémentaires, afin d'assurer au joint une efficacité d'étanchéité plus grande, et un maintien longitudinal amélioré. ETCS IONS 1) Dispositif d'accouplement entre une conduite venant d'une alimentation en fluide sous pression, et une seconde conduite desservant un récepteur de fluide, comportant un manchon femelle et une tubulure malle adaptée à pénétrer dans ce manchon, caracté- risé en ce que dans ledit manchon est ménagée une chambre annulaire disposée autour de ladite tubulure pénétrante, ladite chambre étant placée en communication avec l'arrivée de fluide et confinée, au moins du coté intérieur situé en regard de ladite tubulure, par une paroi souple déformable limitée en déplacement par des parois de ladite chambre et ladite tubulure. 2) Poignée mandrin pour torche consommable dite barre brû- lante constituée d'une barre tubulaire métallique combustible dans l'oxygène pur, poignée comportant un ajutage postérieur d' alimentation en gaz comburant sous pression, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'accouplement selon la revendication 1, ledit ajutage étant équipé d'une vanne à ouverture rapide. 3) Poignée mandrin suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ladite vanne comporte un clapet à bille rappelé par ressort sur un siège, et une aiguille adaptée à écarter ladite bille dudit siège lors d'un mouvement relatif dudit clapet et de ladite aiguille. 4) Poignée mandrin selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit mouvement relatif est commandé par un dispositif de came actionné par levier. 5) Poignée mandrin selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que ladite aiguille est maintenue en position par un socle en alliage fusible adapté à libérer cette aiguille par fusion. 6) Poignée mandrin suivant une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que ladite chambre annulaire comporte un corps tubulaire métallique extérieur, un bouchon antérieur évidé muni d'une tétine intérieure à redans périphériques, un bouchon postérieur évidé muni d'une tétine intérieure à redans périphériques, des canaux de mise en pression pratiqués dans ce bouchon postérieur, une membrane tubulaire souple s'étendant entre deux embouts à redans intérieurs respectivement complémentaires desdites tétines sur lesquelles ils s'enfilent à serrage, et un ressort-virole s'étendant autour de ladite membrane le long de celle-ci. 7) Poignée mandrin suivant une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que ladite chambre annulaire comporte une membrane soue en forme de chemise annulaire avec deux parois cylindriques longitudinales coaxiales, une extérieure et une intérieure, ces parois étant réunies à une extrémité antérieure par une paroi frontale annulaire, et terminées à une extrémité postérieure respectivement par deux lèvres à redans, un corps tubulaire adapté à confiner ladite paroi cylindrique extérieure et ladite paroi frontale et à maintenir ladite membrane autour de ladite barre brûlance, un bouchon postérieur perce de canaux de mise ous pressiez et muni de tétines à redans adaptées à recevoir les- dites lèvres de la membrane de façon étanche, et des ressortsviroles adaptés a maintenir lesdites lèvres sur lesdites tétines.