Brevet FR2471525A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne une pièce de dilatation dite ci-après "soufflet" et, plus particulièrement, un soufflet muni d'anneaux de renforcement qui convient pour application, par exemple, dans des réseaux de refroidissement pour installations de surgénérateur rapide, autres stations nucléaires et usines chimiques exigeant une haute fiabilité et une grande longévité. On connaît déjà des anneaux de renforcement de soufflet tels que ceux proposés par les normes de l'Expansion Joint Manufacturers Association (dites ci-après "normes EJMA). Si l'on appelle R le rayon de courbure au sommet d'un renflement ou au creux d'un sillon du soufflet ayant sa longueur normale, à l'état non contraint, et D le diamètre de la section de l'anneau de renforcement, ces anneaux doivent satisfaire à la relation 1/2 D = R, afin d'entrer en contact superficiel avec les faces intérieures des renflements ou les faces extérieures des creux du soufflet. Des anneaux de renforcement du genre précité permettent au soufflet de supporter des pressions accrues en l'empêchant de se déformer même s'il subit une pression ou un déplacement excessif. Néanmoins, un soufflet ainsi formé subit une contrainte excessive engendrée localement au niveau de ses renflements (ou de ses sillons) lors de son expansion ou de sa contraction, ce qui réduit sa vie par rapport à celle d'un soufflet dépourvu d'anneaux de renforcement. En outre, étant donné que le coefficient d'élasticité du soufflet est accru (par exemple, multiplié par 2,5 environ), l'élément d'ancrage ou analogue doit avoir une résistance mécanique accrue en conséquence pour supporter la poussée engendrée par le soufflet. La présente invention a pour buts - d'améliorer le soufflet courant à anneaux de renforcement tels que définis par les normes EJMA - de réaliser un soufflet à anneaux de renforcement apte à opposer une résistance accrue à la pression et à éviter la torsion qui risque d'apparaitre sous l'effet d'une pression ou d'un déplacement excessif de réaliser un soufflet à anneaux de renforcement doté d'une plus grande longévité qu'un soufflet exempt d'anneaux de renforcement, ainsi que d'un coefficient d'élasticité aussi faible qu'en l'absence d'anneaux de renforcement. Un soufflet à anneaux de renforcement selon la présente invention comporte un corps métallique en accordéon, qui présente des renflements et des sillons à section de courbure préfixée, et des anneaux de renforcement posés dans les renflements ou les sillons. Chaque anneau de renforcement présente une section au moins en partie circulaire qui entre en contact avec le renflement ou le sillon associé. Le rayon de courbure de la partie circulaire est inférieur à celui de la face intérieure du renflement ou de la face extérieure du sillon afin que chaque anneau de renforcement entre en contact linéaire avec le sommet du renflement ou le creux du sillon associé quand le soufflet est à l'état non contraint. Ainsi, les anneaux de renforcement ne touchent pas le corps de soufflet quand celui-ci est comprimé et entrent en contact linéaire avec les sommets de renflement ou les creux de sillon quand ce corps est en extension. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant la décrire en détail en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 1 la figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation de la présente invention selon lequel les anneaux de renforcement sont posés dans les renflements d'un soufflet la figure 2 illustre schématiquement une variante selon laquelle les anneaux de renforcement sont posés dans les sillons d'un soufflet la figure 3 est une vue de détail en coupe droite d'une circonvolution du soufflet représenté sur la figure 1 les figures 4A, 4B, 4C et 4D représentent la région de contact entre le soufflet et un anneau de renforcement les figures 5A, 5B, 5C et 5D sont des diagrammes illustrant la distribution des contraintes dans une circonvolution de soufflet la figure 5E indique les emplacements de certains éléments de la circonvolution de soufflet. Comme représenté sur la figure 1, des anneaux de renforcement 2 sont posés à l'intérieur des renflements d'une pièce de dilatation ou soufflet 1 au cas ou le soufflet subit une pression externe. Au cas où le soufflet subit une pression interne, les anneaux de renforcement 2 sont posés sur les faces extérieures de ses sillons, comme représenté sur la figure 2. La figure 3 est une vue de détail de la région de contact entre le soufflet 1 et un anneau de renforcement 2. Si l'on appelle R le rayon de courbure de la face intérieure d'un renflement (ou de la face extérieure d'un sillon) du soufflet 1, et D le diamètre de la section d'un anneau de renforcement 2, la relation respectée selon la présente invention est de 1/2 D D(R, R, et l'anneau de renforcement 2 entre en contact linéaire avec la face intérieure du sommet de renflement (ou la face extérieure du fond de sillon). Selon les normes EJMA, la relation respectée est 1/2 D = R et l'anneau de renforcement entre en contact sur une certaine aire avec la face intérieure du renflement (ou la face extérieure du sillon) du soufflet. Selon le mode de réalisation précité, les anneaux de renforcement ont tous, en coupe droite, une force circulaire. Toutefois, leur section peut aussi être en forme d'éventail, pourvu qu'au moins la partie entrant en contact avec le soufflet ait un rayon de courbure adéquat. La relation optimale entre le rayon de courbure 1/2 D de la section de l'anneau de renforcement et le rayon de courbure R du soufflet est approximativement 1/2 D:R = 0,8:1, mais elle varie selon le degré d'extension ou de compression du soufflet. Le soufflet et les anneaux de renforcement sont usuellement réalisés en acier. Dans certains cas particuliers, toutefois, on les réalise en acier inoxydable SUS316 et SUS304, par exemple lorsqu'ils doivent servir dans des réseaux de canalisation de sodium liquide. Pour assembler le soufflet, on divise les anneaux de renforcement, dans le sens circonférentiel, en plusieurs tron çons que l'on fixe les uns aux autres sur la face intérieure d'un renflement ou la face extérieure d'un sillon du soufflet. Dans ce cas, il suffit que les anneaux de renforcement entrent en contact linéaire avec le soufflet à l'état non contraint ils ne doivent pas être trop serrés. Les anneaux de renforcement peuvent être posés sur toute pièce de dilatation ou soufflet, à une seule épaisseur (ou pli) ou à plusieurs épaisseurs. On va maintenant faire une étude comparée des caractéristiques et avantages du soufflet selon l'invention et de soufflet courants selon la technique antérieure, en se basant sur des résultats d'analyse. Le tableau 1 ci-dessous indique les spécifications du soufflet et de l'anneau de renforcement selon la présente invention soumis à l'analyse. TABLEAU 1 Rayon de courbure R de la face inté rieure de renflement et de la face extérieure de sillon 11 mm Diamètre extérieur de renflement 497 mm Diamètre extérieur de sillon 387 mminrn Profondeur de circonvolution 55 mm Pas du soufflet 50 mm Soufflet Nombre de circonvolutions 5 Epaisseur nominale de pli 5,5 mm Nombre de plis 2 Matière acier SUS 316 Anneau Diamètre de section D 18 mm de ren forcement Matière acier SUS 304 (1) Résistance à la pression (sans torsion) Lorsqu'on associe des anneaux de renforcement selon les normes EJMA au soufflet selon le tableau 1, la pression admissible pour le soufflet est multipliée par 2,5 environ (calcul basé sur les normes EJMA) par rapport à celle admissible en l'absence d'anneaux de renforcement. Les anneaux de renforcement selon la présente invention exercent les mêmes effets que ceux selon les normes EJMA pour ce qui est d'éviter une déformation du soufflet au niveau des renflements ou des sillons. Par conséctuent, avec les anneaux de renforcement selon l'invention, la pression admissible est presque égale. (2) Répartition des contraintes dans le soufflet en extension et en compression La région de contact entre les anneaux et le soufflet en état d'extension ou de compression diffère selon que le soufflet est muni d'anneaux de renforcement conformes aux normes EJMA ou qu'il s'agit du soufflet conforme à la présente invention. En conséquence, la distribution des contraintes dans le soufflet varie. Les figures 4A,4B,4C et 4D illustrent les résultats de l'analyse de la région de contact entre les anneaux et le soufflet, dans le cas où le soufflet subit une pression externe. L'anneau de renforcement, non représenté, est prévu du côté intérieur du renflement 10 du soufflet 1. On a indiqué en ll le sillon et en 12 la région de contact entre le soufflet et l'anneau de renforcement. Pour plus de clarté, an a hachuré la région de contact 12. La figure 4A illustre le cas où l'on utilise les anneaux de renforcement selon les normes EJMA et où le soufflet est raccourci par compression de 50 mm. Le soufflet entre en contact avec les anneaux de renforcement par la face intérieure et par la base du renflement. La figure 4B illustre le cas où le soufflet selon l'invention est raccourci par compression de 50 mm. Ici, le soufflet n'entre pas en contact avec les anneaux de renforcement. La figure 4C illustre le cas où le soufflet muni d'anneaux de renforcement selon les normes EJMA subit un allongement de 50mm.Ici, le soufflet entre en contact avec les anneaux de renforcement sur une aire importante de la face intérieure du renflement. La figure 4D illustre le cas ou le soufflet selon l'invention subit un allongement de 50 mm. Ici, le soufflet entre en contact linéaire avec les anneaux de renforcement par le sommet de la face intérieure du renflement.On constate donc, que selon l'invention, les anneaux de renforcement ne prennent pas contact avec le soufflet quand celui-ci est comprimé, et entrent en contact linéaire avec le sommet de la face intérieure du renflement quand le soufflet est en extension. Les figures 5A, 5B,5C et 5D illustrent les résultats de l'analyse des niveaux de contrainte subis par le soufflet. Les nombres portés en abscisses correspondent aux références numériques affectées au soufflet sur la figure 5E. Par exempie, on a désigné par 51 le fond de sillon et par 81 le sommet de renflement. Sur les diagrammes, la courbe en trait plein a correspond au soufflet selon l'invention, celle en traits interrompus b, au soufflet muni d'anneaux de renforcement selon les normes EJMA et celle en traits mixtes c au soufflet exempt d'anneaux de renforcement.On a indiqué, sur la figure 5A, la distribution de contraintes méridiennes sur la face extérieure du soufflet raccourci de 50 mm par compression, sur la figure 5B, la distribution de contraintes circonférentielles sur la face extérieure du soufflet raccourci de 50 mm par compression, sur la figure 5C, la distribution de contraintes méridiennes sur la face extérieure du soufflet allongé de 50 mm et, sur la figure 5D, la distribution de contraintes circonférentielles sur la face extérieure du soufflet allongé de 50 mm. Sur les figures SA à 5D, les courbes indiquant les niveaux de contrainte font parfois des angles aigus attendu que, pour l'analyse des niveaux de contraintes, on a divisé le soufflet en éléments finis. Les résultats d'analyse indiquent que, dans le cas du soufflet selon l'invention, les anneaux de renforcement n'entrent pas en contact avec le soufflet quand celui-ci est comprimé. Par conséquent, la distribution de contraintes est alors la même que pour un soufflet exempt d'anneaux de renforcement, c'est-à-dire que le niveau de contrainte est beaucoup plus faible que pour un soufflet à anneaux de renforcement selon les normes EJMA. Par contre, quand le soufflet est en extension, le niveau de contrainte est le même qu'avec des anneaux de renforcement selon les normes EJMA, et est plus grand qu'en l'absence d'anneaux de renforcement. Néanmoins, il n'en découle aucune difficulté parce que le niveau de contrainte est dans ce cas plus faible quand le soufflet travaille en compression. Par conséquent, le niveau de contrainte maximum du soufflet selon l'invention est plus faible qu'avec des anneaux de renforcement selon les normes EJMA. (3) Coefficient d'élasticité du soufflet Les résultats d'analyse portés sur la figure 4 indiquent que les anneaux de renforcement prévus selon l'invention entrent en contact linéaire avec le haut de la face intérieure du renflement quand le soufflet est en extension, et ne touchent pas du tout le soufflet quand celui-ci est comprimé. En conséquence, quand le soufflet est comprimé, son coefficient d'élasticité est le même qu'en l'absence dtanneaux de renforcement, et est beaucoup plus faible qu'avec les anneaux de renforcement selon les normes EJMA (environ 2,5 fois dans le cas du. soufflet spécifié dans le tableau 1). Le coefficient d'élasticité du soufflet en extension est plus fort qu'en l'absence d'anneaux de renforcement, mais plus faible qu'avec les anneaux de renforcement selon les normes EJMA. En bref, le soufflet selon la présente invention permet de rendre le matériel associé, tel que structure d'ancrage, plus simple qu'en présence d'anneaux de renforcement selon les normes EJMA. Le tableau 2 indique les valeurs comparées des poussées exercées par des soufflets travaillant en compression. TABLEAU 2 Soufflet à anneaux de renforcement selon les normes EJMA 7,8 t Soufflet sans anneaux de renforcement ou soufflet selon l'invention 3,1 t (Pour un soufflet raccourci de 500 mm par compression). Les caractéristiques des soufflets précités peuvent être résumées comme indiqué dans le tableau 3 ci-dessous. TABLEAU 3 Note Pas d'anneaux Anneaux de ren- Soufflet O = excellent de renforce- ' forcement selon selon 1' X = médiocre ment normes EJMA invention ésistance à la pression (sans torslon) X O 0 Uniformi#é de con trainte dans cha que renflement (ou sillon) x X O Réduction de coefficient d' O élasticité O ss Doté de la structure sus-indiquée, le soufflet selon 1' invention améliore la résistance à la pression, comme les anneaux de renforcement courants selon les normes EJMA, tout en évitant le risque de torsion sous l'effet d'une pression ou d'un déplacement excessif. Autrement dit, le soufflet selon l'invention a une longévité comparable à celle du soufflet exempt d'anneaux de renforcement et présente en outre un coefficient d'élasticité aussi faible qu'en l'absence d'anneaux de renforcement. De manière générale, les dispositions décrites se prêtent à diverses modifications sans sortir, pour autant, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pièce de dilatation ou soufflet muni d'anneaux de renforcement, comportant un corps de soufflet métallique qui présente des renflements et sillons à section de courbure préfixée et des anneaux de renforcement posés chacun dans 1' un desdits renforcements ou desdits sillons, caractérisé en ce que la section de chacun desdits anneaux de renforcement (2) présente au moins une partie de forme circulaire qui entre en contact avec ledit renforcement ou ledit sillon et en ce que le rayon de courbure (1/2D) de cette partie circulaire est inférieur au rayon de courbure (R) dudit renflement ou dudit sillon, de sorte que chacun desdits anneaux de renforcement entre en contact linéaire avec le sommet du renflement ou le fond du sillon associé quand ledit corps du soufflet (1) est à l'état non contraint, ce qui fait que chaque anneau de renforcement n'entre pas en contact avec ledit corps de soufflet quand celui-ci est comprimé, et entre en contact linéaire avec le sommet de renflement ou le fond de sillon associé quand ledit corps de soufflet est en extension. 2. Soufflet à anneaux de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la relation liant le rayon de courbure (1/2D) de la section de ladite partie circulaire de l'anneau de renforcement au rayon de courbure (R) du renflement ou du sillon est approximativement 1/2D:R = 0,8:1.