Brevet FR2334606A1 — publié le 19770708

L'invention a pour objet un procédé et une machine pour il enroulement d'une pluralité de bandes sur un corps cylindrique. I1 est courant de renforcer des corps cylindriques, comme par exemple des conduites soumises à une pression interne, par des enroulements de bandes comme par exemple des fils ou des feuillards, frettés, permettant de les utiliser à une pression de service nettement supérieure à la pression à laquelle on pourrait utiliser le meme tube sans frettage0 C'est ainsi que, dans le brevet français 1*5640764 déposé le 29 Février 1968 par la meme Société, on décrit un procédé de fabrication d'une enceinte de révolution qui consiste à enrouler sur un corps de révolution un fil métallique dont la limite d1 élasticité est supérieure à celle du corps et de soumettre l'ensemble à une pression interne permettant de dépasser la limite d'élasticité du corps sans dépasser celle du fil métallique, le frettage étant obtenu par la déformation permanente du corps de révolution subsistant lorsque la pression interne est supprimées Dans ce brevet, le fil est enroulé sous une tension juste suffisante pour assurer la bonne application du fil sur la paroi cylindrique.Nais il est également possible, dans d'autres procédés, enrouler le fil sous une tension permettant d'obtenir directement le frettage désiré sans soumettre le corps cylindrique à une expansion préalable. I1 est possible de réaliser le frettage soit au moyen d'anneaux, jointifs ou non, constitués chacun de spires superposées bobinées autour du tube, à pas nul, soit par plusieurs couches de bandes, par exemple de feuillard, superposées et éventuellement croisées, chaque couche étant enroulée en hélices Lorsque le corps cylindrique est une conduite, comme un pipeline, constituée de tubes assemblés bout à bout, le frettage peut être fait soit tube par tube, soit en continu0 Lorsque le frettage est fait tube par tube, il doit être arrêté à une certaine distance de chaque extrémité du tube, pour pouvoir effectuer le raboutage par soudure des tubes les uns à la suite des autres I1 est donc intéressant d'effectuer en continu lXenrou- lement des bandes sur une ligne de tubes soudés, sur le site même ou' est mise en place la conduite. Dans ce cas, les interruptions de frettage dépendent de la longueur de la bande enroulée, limi- tée soit par les possibilités de fabrication en usine, soit par les moyens de transport et de mise en place sur la machine. Cependant, l'enroulement en continu de bandes sur une conduite pose des problèmes dus notamment au fait que, même si la tension de frettage n'est pas appliquée pendant l'enroulement, il est nécessaire de soumettre la bande enroulée à une tension minimale pour obtenir au moins une bonne application de cette bande sur le corps. Du fait de cet effort appliqué à sa périphérie le corps cylindrique risque de se déformer et doit donc être mainte nuo C'est pourquoi les machines utilisées jusqu'à présent sont très importantes et onéreuses, D'autre part, même après la pose, la conduite reste soumise à des efforts qui tendent à la tordre, et si elle se déforme, ce qui est possible notamment pour les conduites immergées, la bande de frettage peut se décoller du corps cylindrique en certains endroits, ce qui constitue un risque de détérioration du tube. L'invention a pour objet un procédé d'enroulement de bandes évitant les risques de torsion du tube. L'invention couvre également une machine d'enroulement qui, grâce aux particularités du procédé, pourra entre relativement légère et simple. Conformément à l'invention, on réalise des enroulements simultanément et en des sens opposés dans deux zones écartées l'une de l'autre, chaque zone recevant au moins deux bandes enroulées dans le meme sens et s'appliquant sur la conduite en des points répartis de telle sorte que la résultante des efforts de traction sur les bandes soit nulle. La machine d'enroulement selon l'invention comprend un châssis déplaçable parallèlement à l'axe de la conduite, deux tourelles écartées l'une de l'autre entourant chacune la conduite dans un plan perpendiculaire à son axe et montées rotatives sur le châssis autour dudit axe et un moyen d'entrainement en rotation simultané des tourelles en sens contraire, chaque tourelle portant une pluralité de bobines de stockage d'une bande montées rotatives sur la tourelle autour d'axes régulièrement répartis le long de la périphérie de la tourelle. L'invention va maintenant être décrite, en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. La figure I est un schéma illustrant le procédé selon l'invention. La figure 2 est une vue en élévation d'une machine pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 3 est une vue de côté selon III-III, figure 2. La figure 4 représente, en détail, un dispositif annexe de précambrage de bandes. La figure 1 illustre le principe de l'invention0 Les enroulements sont effectués en deux plans Â et B écartés l'un de l'autre Dans chaque zone, on effectue au moins deux enroulements dans le même sens et sousla meme tension. Ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 1, chaque zone Â ou B reçoit deux enroulements. Les bandes à enrouler sur la conduite 1 sont placées sur des bobines 21, 22 dans la zone Â et 23, 24 dans la zone 3, ces bobines étant disposées de telle sorte que les bandes, en se déroulant, prennent contact avec la conduite 1 en des points diamétralement opposée deux à deux. Par ailleurs, les bobines 21, 22 sont enroulées dans un certain sens, par exemple selon la flèche (a) dans la zone A, autour du centre 01 de la conduite et dans le sens opposé (b), dans la zone B, autour du centre 02 de la conduite0 L'ensemble est monté sur un châssis 3 qui peu* se déplacer parallèlement à l'axe de la conduite par exemple au moyen d'organes de roulement 30, à la vitesse V. Comme on l'a indiqué précédemment les tensions appliquées sur les bandes peuvent être importantes si l'on désire obtenir directement le frettage on peu élevées si l'on recherche seulement une bonne application des bandes sur la paroi cylindrique. Mais quelle que soit la tension, si elle est égale sur les deux bandes, l'enroulement n'introduira auatine flexion sur la conduite, celle-ci étant soumise uniquement à un couple pur, étant donné que les bandes s'appliquent sur la paroi en des points diamétralement opposés. Les enroulements étant effectués en des sens opposés dans les deux zones Â et B, les couples appliqués sur la conduite dans les deux plans seront également opposés Si les tensions sur les bandes sont égales. Les deux couples s'équilibrant, seule la partie de la conduite comprise entre les deux zones d'enroulement sera soumise à des efforts de torsion, les parties amont et aval étant en équilibre. Grâce à l'invention, il n'est donc pas nécessaire de maintenir la conduite et l'enroulement peut être plus facilement effectué en continu sur le site. Dans le cas, par exemple d'une conduite immergée, il est possible de souder les tubes bout à bout sur un ponton et d'enrouler en même temps les bandes au fur et à mesure dé la fabrication. D'autre part, la machine d'enroulement supporte ellemême des efforts équilibrés et elle peut donc s'appuyer directement sur le tube puisqu'elle ne risque pas de tourner autour de celuici. Dans exemple précédent, on enroulait deux bandes dans chaque zone et sous des tensions égales mais il est dvidemment possible de choisir le nombre de bandes, leur répartition autour de la conduite et leurs tensions pour que d'une part la résultante des efforts de traction appliqués sur les bandes soit nulle de façon que dans cette zone la conduite soit soumise à un couple pur, et que, d'autre part, les couples exercés dans les deux zones soient opposés. C'est un simple problème de statique. Ainsi, on pourrait enrouler dans chaque zone un nombre pair de bandes s 'appliquant sur la conduite en des points diamétralement opposés deux à deux, les efforts de traction sur chaque paire était égauxo Mais le mtme résultat est obtenu en enroulant un nombre quelconque de bandes soumises à des efforts égaux si les points d'application sont régulierement répartis sur la périphérie de la conduite. C'est le cas par exemple de trois bandes s'appliquant sur la conduite en des points angulairement décalés de 1200. Dans l'exemple représenté figure 1, le chassies 3 se déplace par rapport à la conduite à une vitesse V de façon à réaliser un enroulement en hélice avec, entre deux bandes adjacentes, un jeu qui dépend du pas de l'hélice et de la largeur de la bande, le pas étant lui-même déterminé par la vitesse de translation V et la vitesse d'enroulement. il est évidemment possible de déplacer la machine d'enroulement par rapport à la conduite ou l'inverse, les déplacements étant relatifs. Mais on peut aussi exécuter des enroulements à pas nul pour constituer une série de bobines placées les unes à c8té des autres avec ou sans jeu appréciable entre deux bobines successives. On pourrait par exemple enrouler un feuillard ou un fil de section aplatie en couches superposées, éventuellement à l'intérieur d'une goulotte entourant le tube de façon à maintenir les bandes enrou liées. Une machine pour la mise en oeuvre du procédé est représentée à titre d'exemple sur les figures 2 et 3. La machine comprend essentiellement un chariot qui se compose de deux plateaux 30 reliés entre eux par des longerons 31. L'ensemble est monté déplaçable le long de la conduite 1, au moyen d'organes de roulement 32 montés rotatif sur les longerons 30 et orientés radialement par rapport à la conduite0 Comme on le voit sur la figure 3, chaque plateau a la forme d'un C entourant partiellement la conduite et les organes de roulement 32 sont placés au moins à la partie supérieure du chassies et sur les côtés de façon à maintenir et à centrer parfaitement le châssis par rapport à la conduite0 Chaque plateau 30 porte une tourelle 33 montée rotative sur un chemin de roulement circulaire ménagé sur la périphérie du plateau 30 et centré sur l'axe 10 de la conduite. Ainsi, le chemin de roulement peut être constitué de trois paires de galets 34 (figure 3) placés au centre et aux extrémités du plateau 30 en des points angulairement décalés de 1200 de façon à bien centrer la tourelle 33 par rapport à l'axe 10. De préférence, comme on l'a représenté sur la figure 2, les axes de chaque paire de galets 34 formeront un V assurant le centrage longitudinal de la tourelle 33 par rapport au plateau. Chaque plateau porte également un pignon 35 qui engrène sur une denture 36 ménagée le long de la paroi interne de la tourelle 33 correspondante de telle sorte que le pignon 35 commande la rotation de la tourelle 33 autour de l'axe 10. Les pignons 35 placés respectivement sur les deux plateaux 30 écartés l'un de l'autre sont entrainés en sens inverse par un moteur (M) parl'intermédiaire de chaines cinématiques représentées schématiquement sur la figure 2. Les bandes à enrouler sur le tube 1 sont placées sur des bobines 21, 22, 23, 24 montées par paires sur les deux tourelles 33 écartées l'une de l'autre0 L'axe de chaque bobine est porté par un bras 25 articulé autour d'un axe 26 orthogonal à l'axe longitudinal 10 de la conduite sur une chape 27 fixée sur la tourelle 33. L'inclinaison du bras 25 et par conséquent de la bobine correspondante par rapport à l'axe 10 peut être règlée par exemple au moyen d'un vérin mécanique 28 prenant appui sur la tourelle 33 et sur l'extrémité du bras 25 selon e e sciez K'a'Iie. On voit qu' en déplaçant le chariot longitudinalement par rapport à la conduite et en commandant simultanément la rotation des tourelles 33 en des sens opposés, on effectue l'enroulement de deux paires de bandes, selon une hélice dont le pas dépend de la vitesse de translation par rapport à la vitesse d'enroulement. L'inclinaison des bras 25 supportant les bobines permet une bonne application de la bande sur la conduite essentiellement lorsque la bande a une largeur relativement importante, comme dans le cas d'11n feuillard0 Ainsi, dans le cas d'un enroulement à spires jointives, l'inclinaison i de l'hélice par rapport à une section droite d'un tube sera telle que : p P 1/coi p étant le pas de l'hélice et 1 la largeur du feuillard. Le déplacement relatif de la machine d'enroulement par rapport à la conduite peut être effectué par une des roues 320 de support du chariot, rendue motrice grâce à une transmission méca nique 35 représentée schématiquement sur la figure e 20 La rotation en sens contraire des deux tourelles est obtenue par un inverseur 36 également entrainé par le moteur M, et un crabotage permet de désolidariser le moteur de ltentrainement des tourelles Les galets de centrage 32 sont de préférence montés rotatifs sur les longerons 31 autour d'axes perpendiculaires à l'axe longitudinal 10 de telle sorte qu'un volant 57 avec sa timonerie permette de corriger une dérive éventuelle du chariot. Cette timonerie agit seulement sur les roues centrales, les roues de guidage latérales, solidaires des longerons latéraux empêchant le "roulais"0 L'enroulement de bandes selon le procédé et grâce à la machine qui viennent entre décrits, est effectué de la façon suivante dans le cas de quatre bandes croisées : - on accroche tout d'abord le début de la première couche formée de deux bandes jointives de feuillard venant des bobines de la tourelle amont et s'appliquant sur la conduite en des points diamétralement opposés. L'inclinaison des bobines est règlée de telle sorte que les bandes soient jointives. La machine est alors mise en marche et déplacée d'une longueur égale à l'entraxe des deux tourelles avant et arrière. Après arrêt de la machine, on accroche la deuxième couche de feuillard formée également de deux bandes jointives enroulées sur les bobines montées sur la tourelle aval. La machine est remise en marche et l'on commande en meme temps l'avancement longitudinal et la rotation des tourelles des vitesses qui sont réglées l'une par rapport à l'autre de te- le sorte que les bandes soient enroulées en hélice à un pas qui correspond, dans l'exemple représenté, à la largeur d' une bande, celle ci étant jointives. La machine est ainsi avancée le long de la conduite, jusqu'à déroulement presque complet des bobines. On arrente alors la machine et on coupe le feuillard après avoir fixé les extrémités des bandes constituant la première couche par un moyen quelconque qui nta pas à être décrit dans la présente demande.On avance alors dtune longueur égale à l'entraxe des tourelles, et on coupe les bandes de la deuxième couche après avoir accroché leurs extrémités de la même façon que précédemment. Comme on l'a indiqué précédemment, le procédé qui a été décrit est applicable quelle que soit la tension des bandes, dans la mesure où la résultante des efforts de traction des bandes enroulées dans une meme zone est nulle, la conduite étant soumise dans cette zone à un couple pur. Lorsque l'effort de traction est important, il est nécessaire que l'on dispose d'un moyen de régulation des tensions de façon que les conditions d'enroulement indiquées précédemment soient respectes. Lorsque la-tension appliquée sur la bande a seu lenent pour rôle d'assurer une bonne application de la bande sur la conduite, il est possible de l'obtenir en freinant simplement le déroulement des bobines, le couple de freinage étant de préférence asservi au rayon de la bobine de feuillard. A titre d'exemple, un système de freinage a été représenté schématiquement sur la figure 9. Il comprend une machoire 4 de serrage d'un disaue 40 solidaire du moyeu de la bobine de feuillard. La machoire 4 est actionnée hydrauliquement sous une pression proportionnelle au rayon de la bobine de feuillard restant enroulée. A cet effet, un galet 41 monté sur un levier 42 est appliqué sur le feuillard au moyen d'un ressort, le levier 42 agissant sur la pression d'huile par exemple par l'intermédiaire d'une came non figure dont le profil permet d'obtenir la proportionnaiité désirée. Bien entendu, les dispositifs équivalents pourraient être imaginés. D'autre part, lorsque la bande enroulée sur la conduite a une certaine rigidité, en particulier lorsqu'on enroule un feuillard, il est utile de disposer entre la bobine et la conduite un dispositif de pré cambrage représenté schérnatiquémént sur la figure 4. Le dispositif de précambrage est une petite cintreuse à trois galets montée sur un support 5 fixé à l'axe de la bobine débitrice 21 (et 22, 23, 24). Il comporte donc un galet fixe 50 tournant librement sur un axe fixé au support 5 et deux galets 51, 52, réglables par coulissement de leurs axes dans des lumières oblongues ménagées sur le support 5 et pouvant tourner librement sur leurs axese A la sortie de la bobine débitrice, le feuillard entre dono dans la cage constituée par les galets 50, 51, 52 et le support 5 et ressort pour s'enrouler sur le tube à fretter. Le réglage des galets permet de dépasser la limite élastique du feuillard de façon à lui donner une déformation perma nent e ayant une courbure un peu inférieure au diamètre du tube ce qui garantit une excellente application sur la conduite le Entre la sortie du dispositif de précambrage 5 et le point d'application sur la conduite, le feuillard est tendu, mais cette tension, compte tenu de la courbure, ne dépasse pas la limite élastique du feuillard qui n'est donc pas redressé de façon permanente. Bien entendu, les galets 50, 51, 52 pourront entre gar- nis de caoutchouc dur ou de matière plastique pour éviter de détériorer le revêtement du feuillard., On notera que ce précambrage élimine le risque de déroulement du feuillard en cas de rupture de celui-ciO Il est possible que le freinage dt au dispositif de pré cambrage assure un effort de traction suffisant sur la bande et que l'on puisse supprimer le freinage et la bobine, notamment lorsque recherche seulement une bonne application du feuillard sur la conduite. Bien que celà n'ait pas été représenté sur la figure, chaque bobine pourra etre associée à un dispositif de précambrage, qui pourrait être évidemment d'un autre type que celui qui rient entre décrit. Bien entendu l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient entre décrit, mais elle englobe au contraire les modes de réalisation qui n'en différeraient que par des variantes ou par l'emploi de moyens équivalents. Ainsi, comme on l'a indiqué plus haut, On peut réaliser des enroulements de pas variables, à spires jointives ou non, et meme à pas nul si l'on désire effectuer le frettage au moyen dtar,- neaux espacés composés chacun de plusieurs couches de feuillard superposées. En outre, l'invention ne stapplique pas seulement au frettage de conduites car on peut titre amené à enrouler sur un corps de révolution et en particulier sur une conduite des bandes d'un produit allongé dans un autre but que le renforcement de la paroi, par exemple pour la recouvrir d'un revêtement protec tueur0 REVEIIC1'IOi 1.- Procédé d'enroulement d'une pluralité de bandes sur un corps cylindrique de grande longueur, caractérisé par le fait que l'on réalise des enroulements simultanément et en des sens opposés dans deux zones écartées l'une de l'autre, chaque zone recevant au moins deux bandes enroulées dans le même sens et stappliquant sur la conduite en des points répartis de telle sorte que la résultante des efforts de traction sur les bandes soit nulle. 2.- Procédé d'enroulement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque zone reçoit un nombre pair de bandes appliquées sur la conduite en des points diamètralement opposés deux à deux, les bandes de chaque paire étant soumises à des efforts de traction égaux0 30- Procédé d'enroulement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque zone reçoit n bandes soumises à des efforts de traction égaux et qui s'appliquent sur la conduite en n points régulièrement répartis sur la périphérie de la conduite. 4.- Machine d'enroulement d'une pluralité de bandes sur un corps cylindrique, caractérisée par le fait qu'elle comprend un châs- sis, deux tourelles écartées l'une de l'autre, entourant chacune la conduite dans un plan perpendiculaire à son axe et montées rotatives sur le chassies autour dudit axe et un moyen d'entratnement en rotation simultané des tourelles en des sens opposés, chaque tourelle portant une pluralité de bobines de stockage des bandes montées rotatives sur la tourelle autour d'axes régulièrement répartis le long de la périphérie de la tourelle. 5.- Machine d'enroulement selon la revendication 4, caractérisée par le fait que chaque tourelle porte un nombre pair de bobines de stockage des bandes montées rotatives autour d'axes diamètralement opposés deux à deux par rapport à l'axe de la conduite. 6.- Machine d'enroulement selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend un moyen de réglage de l'incli- naison de chaque axe de bobines par rapport à l'axe de la conduite 70- Machine d'enroulement selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le chAs is comprend deux plateaux écartés liun de l'autre et reliés entre eux par des longerons, chaque plateau entourant au moins partiellement la conduite et étant muni d'organes de centrage et de roulement le long de la conduite, lesdits plateaux constituant chacun un chemin de roulement d'une tourelle autour de l'axe de la conduite. 8.- Machine d'enroulement selon la revendication 6, caractérisée par le fait que chaque plateau porte sur sa périphérie au moins trois organes de roulement et de centrage d'une tourelle entourant extérieurement l'ensemble, lesditsorganes de roulement étant régulièrement répartis autour de l'axe de la conduite. 9.- Machine de roulement selon la revendication 7, caractérisée par le fait que la paroi interne de la tourelle est munie d'une couronne dentée sur laquelle engrène au moins un pignon monté sur le plateau et entraPné en rotation autour d'un axe parallèle a' celui de la conduite. 10.- Machine d'enroulement selon la revendication 4,caractérisée par le fait qu'elle comprend un moyen débrayable de commande simultanée du déplacement de la machine le long de l'axe du corps cylindrique et de la rotation des tourelles autour dudit axe.