Brevet FR2481802A1 — publié le 19811106

-1- Diverses industries utilisent des dispositifs de différents types et tailles pour fluides; tels que des vannes, qui doivent Otre testés afin de déterminer leur résistance, leur précision d'exécution, leur étanchéité aux fluides ainsi que leur aptitude à répondre à un but particuliers Pour tester ces vannes, différents appareils de fi>-a tion par serrage ont été proposés et utilisés. De tels appareils de fixation sont décrits par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 971 191, 3 163 035 et 3 088 312. Les appareils connus de fixation par serrage ont différents inconvénients dont les plus importants viennent de ce que leurs éléments sont disposés d'une manière compliquée et qu'ils demandent beaucoup de temps à ttre mis en fonctionnement, leurs pièces perdent leur effica- cité opérationnelle en un temps relativement court, ce qui nécessite un entretien et des réparations fréquentes; de tels appareils de fixa- tion pour tests sont limités à une gamme étroite de dimensions de vannes et les unités de serrage utilisées agissent quelquefois sur la totalité du carter de la vanne à tester et, par suite, nuisent souvent à l'intégrité structurelle de la vanne et, en mime temps, empochent l'inspection visuelle du résultat au cours du test. L'appareil de serrage du demandeur est prévu pour tester un dispositif à brides comportant un carter délimitant une chambre et au moins une bride annulaire terminale disposée sur un plateau d'essai horizontal comportant une entrée de fluide. Un élément d'étanchéité est disposé sur le plateau au-dessous de la bride. L'entrée de fluide communique avec la chambre à travers un élément d'étanchéités Le dispositif de serrage selon l'invention comporte au moins une unité de serrage comprenant un levier disposé radialement par rap- port au centre de la bride annulaire. Le levier a une extrémité exté- rieure reposant de manière amovible sur un support placé au-dessous de lui et une extrémité intérieure serrant une partie de la bride. Un arbre de rotation est monté de manière fixe au-dessus du levier entre ses extrémités intérieure et extérieureo Le levier peut pivoter autour de l'arbre de rotation. 248 1802 -2 _ Des moyens contrôlables générateurs de force exercent une force verticale sur une extrémité du levier de manière à transmettre par l'extrémité intérieure du levier une pression de serrage prédéter- minée à la bride. La pression de serrage comprime l'élément d'étan- chéité,établissant ainsi une liaison étanche aux fluides entre la bride et le plateau, de manière à permettre à la chambre du dispositif de supporter une pression élevée de fluide d'alimentation à travers le plateau pour tester le dispositif à brides. Selon un mode de réalisation préféré de l'appareil de serrage, les moyens générateurs de force sont constitués par la tige d'un vérin et l'extrémité extérieure du levier repose de manière amovible sur la tige du vérin qui la supporte, en sorte que le mouvement vertical de bas en haut de la tige du vérin produit la pression de serrage prédé- terminée. Selon une variante de l'appareil de serrage, les moyens géné- rateurs de force sont constitués par un vérin et le plateau d'essai repose sur la tige du vérin, qui la supporte et la déplace verticale- mento L'extrémité extérieure du levier repose, sans connexion, sur un support fixe immobile qui la supporte, en sorte que le mouvement verti- cal de bas en haut de la tige du vérin produit la pression de serrage prédéterminée. Le plateau d'essai, dans tous les modes de réalisation, com- porte de préférence au moins une gorge annulaire et l'élément d'étan- chéité est constitué par une bague d'étanchéité placée dans la gorge Selon une autre variante la bride comporte une gorge annulaire d'accou- plement et la bague d'étanchéité est disposée dans les gorges du plateau et de la bride. De préférence le plateau d'essai comporte un renfoncement cylindrique pour y recevoir, de manière étanche, une plaque cylindrique rapportée. La plaque cylindrique comporte une gorge annulaire dans laquelle est montée la bague d'étanchéité. Différentes manières de mise en oeuvre de l'invention sont décrites en se référant aux dessins qui illustrent des modes de - 3 - réalisation préférés dans lesquels: - La figure 1 est une vue plane de dessus d'un mode de réalisation préféré d'un appareil de serrage selon l'invention, représentant un plateau d'essai ayant une plaque cylindrique rapportée qui comporte plusieurs joints toriques concentriques et dans la- quelle les éléments de serrage comportent plusieurs leviers actionnés par fluide, chaque.levier pouvant pivoter autour d'un arbre de rotation situé audessus de luie La figure 2 est une vue de côté en élévation, partiellement en coupe, de l'appareil représenté à la figure 1. la figure 3 est une vue fragmentaire, en coupe, de la plaque rapportée qui est placée de manière amovible dans un renfonce- ment cylindrique du plateau d'essaie - La figure 4 est une représentation schématique du circuit by- draulique utilisé en liaison avec les vérins représentés à la figure 1. - La figure 5 est une vue fragmentaire, en coupe, dune varisate de plaque rapportée, utilisable avec des vannes à brides du type pétrolier. - La figure 6 est une vue plane de dessus d'une variante de l'appareil de serrage selon l'invention, représentant plusieurs vérins dont les tiges sont assujetties au plateau d'essai qu'elles supportent en mouvement et les extrémités extérieureS des leviers viennent en butée contre des supports solides immec bileso - La figure 7 est une vue de côté, en élévation, en partie en coupes, de la variante représentée à la figure 6. Le mode préféré de réalisation de l'appareil de serrage selon l'invention, représenté aux figures 1 à 4, est généralement désigné sous la référence 10 Il est conçu pour enserrer un dispositif à fluide 248 180_2 -4- qui sera i]1usti- SoeuS la forme d'une vanne classique à soumettre à un test hydtrstataque ci-après désignée par le terme "vanne de test"s indiquée d'une mrnière générale par la référence 2. La vanne 2 a un carter 3 et une paire de brides terminales 4, chacune ayant un c8té intérieur 5 et un coté extérieur 6. Le carter 3 délimite une chambre à fluide eu alésage 3a qui peut être isolé de manière étanche par un organe de fermeture amovible 7 actionné par une poignée ou par une roue 8. Une table solide 20 est constituée de pieds rigides et de poutrelles en I 21 pour supporter un plateau horizontal d'essai 22. Au moins 3 unités de serrage 10 sont disposées circonférentiellement à la périphérie du plateau 22. Chaque unité de serrage 10 comprend un étrier 11 qui est soudé au plateau 22 et qui comporte deux montants parallèles 12 supportant une barre transversale 13o La barre 13 sert d'arbre de rotation pour le levier situé au-dessous 18. Le -levier 18 a une extrémité intérieure 18b et une extrémité extérieure 18a. L'arbre de rotation 13 est placé suffisamment au-dessus du plateau 22 pour permettre au levier 18 de s'adapter à l'épaisseur maximale prévue pour la bride 4. Pour des brides 4 de faible épaisseur, une cale 14 est de préférence placée entre le levier 18 et la barre 13, réduisant ainsi l'amplitude maximale d'oscillation du levier 18 et, par suite, la longueur de course des moyens générateurs de forces. Les leviers 18 sont actionnés par des moyens générateurs de force tels que des vérins hydrauliques 15a à 15c ayant des entrées de fluide 16 et des tiges 17a à 17c respectivement. Les entrées de fluide 16 reçoivent le fluide sous pression provenant des lignes 'a - 15'c reliées à un distributeur de fluide à quatre voies 15d, alimenté en fluide hydraulique sous pression suivant la flèche 15e. Chaque tige du vérin supporte sans y ttre connecté, l'extré- mité extérieure 18a du levier 18 qui lui est associé. Le levier 18 peut se déplacer radialement d'une position de non serrage (représentée en tirets sur la figure 2) à une position de serrage (représentée en traits pleins)o En position de serrage, l'extrémité intérieere 18b du levier serre ume partie du c5té intérieur 5 de la bride inférieure 4 supportée par le plateau d'essai 22. Co:sne le levier 18 n'est relié 2481 8 0 2 -5- à aucune autre partie de l'appareil de serrage 1, la mise en place et l'enlèvement du levier 18 peuvent se faire très rapidement La section du levier 18 sera choisie en fonction de la pres- sion de serrage désirée et de manière à éviter la flexion du levier 18 autour de la barre 13. Le plateau 22 a une entrée de fluide 23 sur laquelle est vissé un raccord droit 24 relié à une ligne de fluide 25 recevant une haute pression hydrostatique représentée par la flèche 26 L'entrée 23 est alignée avec le centre de l'alésage 3a de la vanne 2. Dans les modes de réalisation préféréss le plateau d'essai 22 est muni d'un renfoncement cylindrique 30 qui reçoit de manière étan- he une plaque cylindrique rapportée 29o La plaque 29 est de préférence faite en acier inoxydable, tandis que le plateau 22 et la table 20 peu- vent 8tre fabriqués en acier ordinaire, moins coqteuxo La plaque rappor- tée 29 a sa surface supérieure munie dtune ou plusieurs gorges concen- triques 31a destinées à recevoir des bagues d'étanchéité, telles que les joints toriques 31 faits en caoutchouc dur pour supporter l'abra- sion. Les espaces intermédiaires entre les gorges 31a sont tels que le c8té extérieur 6 de la bride inférieure 4 repose sur et recouvre deux ou plusieurs joints toriques 31, de manière à améliorer la conne- xien étanche au fluide entre la bride 4 et la plaque rapportée 29. Suivant ce type de construction, on voit qu'il est possible de prévoir différentes plaques rapportées 29 ayant des espaeements diffé- rents entre les gorges 31a, qui sont adaptées à différentes dimensions de brides 4. La variante représentée à la figure 5 est particulièrement adaptée au test hydrostatique de vannes 2' à brides 4' du type utilisé pour la production pétrolière. Chaque bride 4' est munie sur son c8té extérieur 6 d'une gorge 33a pour y loger un joint annulaire de type standard en acier 32 Par ailleurs le mode de réalisation de la figure 5 est identique à celui décrit en relation avec les figures 1 -à 4. Dans ce mode de réalisation, le plateau d'essai 22 est muni d'un -6- plateau rapporté 29' ayant une ou plusieurs gorges concentriques 33b, de forme adaptée à recevoir le joint annulaire 32 Dans le cas des modes de réalisation représentés aux figures 1 à 5, après la mise en place de la vanne 2 ou 2' sur le plateau d'essai 22, de manière que la bride inférieure 4 soit disposée concentriquement à l'entrée de fluide 23, chaque levier 18 est alors placé entre les plaques 12 de l'étrier 11 au-dessous de l'Arbre de rotation 13. Si nécessaire, la cale 14 est placée entre le levier 18 et l'arbre de rotation 13o Le levier 18 est déplacé radialement vers l'intérieur en direction du carter 3 pour serrer une partie de la bride inférieure 4. Apres que la vanne 2 et le levier 18 aient été mis en place, comme le représente la figure 2, une pression de fluide hydraulique 15e est simultanément appliquée par le connecteur 15d aux entrées 16 des vérins 15a à 15c, provoquant ainsi simultanément l'application par leurs tiges 17a à 17c de forces verticales, égales, dirigées de bas en haut, représentées par les flèches F1P, sur les extrémités extérieu- res 18a des leviers 18. Les forces F1 sont multipliés par le rapport des bras de levier du levier 18 pour produire des forces Verticales dirigées de haut en bas, représentées par les flèches P2 qui sont appliquées par les extrémités intérieures 18b des leviers 18 sur la bride inférieure 4. L'utilisation d'au moins trois unités de serrage 10 permet une action de serrage stable et, par suite, une liaison effectivement étanche au fluide entre la bride inférieure 4 et la plaque rapportée 29. Les forces de serrage F2 doivent être suffisamment importantes pour comprimer fermement les joints toriques 31 ou les anneaux d'étanchéité 32 se trouvant au-dessous. Quand le montage est terminé, la pression hydrostatique de fluide 26 peut alors ttre appliquée par l'entrée de fluide 23 dans l'alésage 3a de la vanne 2 dont l'organe de fermeture 7 est en posi- tion de complète fermetureo Comme les forces de serrage F2 s'exercent seulement contre la bride inférieure 4, on peut visuellement inspecter 2 48 1 8 0 2 -7 - les résultats du test hydrostatique à travers la bride supérieure 4 sans 8tre g9né et ceci en cours de test. Dans le cas o la liaison entre la plaque 29 et la bride inférieure 4 ne serait pas suffisamment étanche au fluide pour la pression hydrostatique appliquée 26, la pression du fluide hydraulique 15e peut 8tre accrue, ce qui produit des forces de serrage P2 encore plus importantes. Une fois l'essai hydrostatique accompli, la pression du flui- de hydrostatique 15e est progressivement relachée et on cesse d'appli- quer la pression hydrostatique 26 La vanne 2 peut alors ûtre retirée de la table d'essai 20 et le fluide d'essai emprisonné dans l'alésage 3a s'écoulera sur la plaque 22 Dans la variante de l'appareil de serrage la représentée aux figures 6 et 7, la vanne 2 est montée sur le plateau d'essai 22a qui est soudé, comme représenté en 43, aux tiges 42 des vérins 40a4Oco Chaque tige est munie d'un piston 41 qui se déplace dans un alésage 44 sous l'effet de la pression de fluide 45 L'étrier 11, la barre 13 et le levier 18 sont tels que décrits en relation avec l'appareil 1 e.pré- \suopor e, nenté aux figures 1 à 5, excepté que les étriers 11 sont mainen ntpar et soudés à des supports fixes 39a-39c disposes circonférentiellement. Les extrémités extérieures des leviers 18 sont supportées par et iéagis- sent contre les blocs de réaction fixes 38a-38c solidaires des supports 39a-39c respectivement. Lorsqu'on utilise la variante d'appareil la, le montage initial comprend le montage de la vanne 2 concentriquement à lentrée 23 sur le plateau d'essai 22, comme précédemment décrit, et le' position- nement des bras de levier 18 de manière que leurs extrémités intérieures serrent des parties angulairement espacées du bord inférieur 5 de la bride de fond de la vanneo Apres ce montage initial, le fluide hydrau- lique 45 est appliqué simultanément aux vérins 40a-40c, ce qui amene les tiges 42 à appliquer simultanément des forces verticales égales dirigées de bas en haut, sur le c8té inférieur du plateau d'essai 22ao Ces forces vont amener le plateau -22a se déplacer de bas en haut jusqu'à ce que des pressions de réaction suffisantes se développent entre les extrémités inférieures des leviers 18 et la bride inférieure reposant sur le plateau 22ao La pression de fluide 45 doit Atre suffi.s.te po::r co: r-r 1 -le 'joints toriques 31 situés au-dessous de m9d..-e t ré-li:.r iri joint étanche au fluide. la vanne 2 est testée cornre prm'e-deI ?ui en appliquErnt la pression hbzostatique 26 a l'entrée 23 paz: le.tje 25 Bien cz..' seul vérirn 40a puisse ttre utilisé pour suppor- ter le plete3au d' essai 22a, on préfère utiliser au moins trois vérins hydraoiisus ï0-a40c, du fait qu'ils four.-issent.un support équilibré pour le plateau; riobile 22a. Ceci est particulièrement souhaitable du fait que les vanrnes 2 sont typiquemLent construites de manière dissymé- trique. On concevra maintenant que les modes de réalisation 1, la de l'appareil de serrage selon l'invention sont spécialement adaptés pour tester rapidoment différentes tailles de dispositifs à fluide sous des pressions hydrostatiques couvrant une gamme relativement large. Dans les montages connus de serrage utilisant des joints d'étanchéité plats, la pression hydrostatique effective d'essai 26 est limitée à en- viron 70 bars, tandis qu'avec les joints toriques 31 et les unités de serrage 10 selon l'invention, la pression hydrostatique d'essai peut être multipliée par 3 c'est-à-dire peut atteindre jusqu'à 210 bars. En utilisant le mode réalisation représenté à la figure 5 la pressibn de fluide d'essai peut ttre multipliée par 15 environ c'est-à-dire peut atteindre jusqu'à 1050 bars environe Les leviers 18, complètement libres ou "flottants" permettent l'accouplement et le àésaccouplement rapide des vannes d'essai 2 par rapport au plateau d'essai 22 L'application équilibrée de forces de serrage F2, simultanées et égales, sur le fond de la bride inférieure 4 de la vanne de test 2 qui repose sur les joints toriques 31, permet d'utiliser l'appzeil de serrage selon l'invention même là o des vibra- tioni pourraient se produire. Comoe le nombre d'éléments mobiles de l'appareil de serrage 1 ou la selon l'i.nvention est rédit au miniLum, l'usure et la dété- rioration de ces nièces mobiles sort également mdnimales. Par suite, l'appareil d'essai 1 ou la de l'invention conserve son efficacité sur' uvre pIriode 1e tioemps relativement lon.ue et ne nécessite qu'lun mi- niv.ui' d'entreticl 2 4 8 1 f 0 2 _-9- En utilisant l'appareil selon la présente invention, on sait que la rapidité des tests peut $tre accrue considérablement On estime qu'un opérateur peut facilement effectuer avec l'appareil jusqu'à 30 tests de vannes par heures comparativement à seulement quelques tests de vannes par heure (généralement 2 ou 3) avee les appareils de serrage de vannes connus. Aussi le temps nécessaire pour préparer l'appareil à recevoir les vannes à tester a été réduit de plus de 70 %. L'ut'ilisation de plaques rapportées 29, 299 permet de tes- ter très rapidement des vannes de tailles grandement différentes avec un seul appareilo Il est bien entendu que l'appareil décrit à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés peut faire l'objet de modifications entrant dans la compétence de l'homme de l'art sans cependant sortir du cadre de la présente invention, C'est ainsi par exemple que la barre de rotation peut 9tre placée au-dessous du levier et non au-dessus pourvu que ledit levier soit engagé dans une piece en forme de UI ren- versé montée pivotante sur ladite bare de rotation. 248 180 2 - 10 - R E V E t D I C A T ION S 1o - Appareil de serrage pour tester un dispositif à brides ayant un carter définissant une chambre et au moins une bride ter- minale annulaire, comprenant un plateau d'essai horizontal ayant une entree de fluide, ladite bride étant disposée sur le plateau, un élément d'étanchéité placé sur le plateau, sous cette bride, l'entrée de fluide communiquant -avec ladite chambre à travers l'élément d'étanchéité, caractérisé en ce que cet appareil (1, la) comprend au moins une unité de serrage (10) comportant: - un levier (18), disposé radialement par rapport au centre de ladite bride annulaire (4), ce levier ayant une extré- mité extérieure (18a) reposant sans fixation sur un support placé en dessous (17a, 38a) et une extrémité intérieure (18b) serrant une partie de ladite bride, un arbre de rotation (13), monté de manière fixe par rapport audit plateau entre les extrémités intérieure et extérieure du levier et de manière à permettre au levier de pivoter autour de l'arbre de rotation et - des moyens générateurs de force (15a, 40a) exerçant une for- ce verticale contrôlable sur l'une des extrémités du leviers de manière que l'extrémité intérieure de ce levier exerce sur ladite bride une pression de serrage prédéterminée, cette pression de serrage comprimant ledit élément d'étanchéité (31-32) et par là-mgme établissant une connexion étanche au fluide entre ladite bride et ledit plateau pour permettre à cette chambre (3a) dans ledit dispositif 2, de recevoir un fluide sous forte pression (26) par ladite entrée de fluide (23) dudit plateau (22) pour tester ce dispositif. 2. - Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'arbre de rotation est monté entre les branches d'un étrier au-dessus dudit leviero 11. 3. - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens générateurs de force sont constitués par un vérin (17a) actionné par un fluide et l'extrémité extérieure dudit levier repose sur et est supportée par ledit vérin sans y 9tre fixée, en sorte qu'un mouvement vertical ascendant du vérin, qui peut 9tre contrSlé, produit cette pression de serrage prédéterminée0 4. - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce-que les moyens générateurs de force sont constitués par un ou des vérins (42), ledit plateau d'essai repose sur et est supporté par ce ou ces vérins pour ttre déplacé verticalement et l'extrémité extérieure dudit levier repose, sans y ûtre fixée, sur un support immobile (38a) de manière que le mouvement vertical du vérin pro- duise cette pression de serrage prédéterminéeo -5. Appareil de serrage selon l'une des revendications pré- cedentes, caractérisé en ce que ledit plateau d'essai comporte au moins une gorge annulaire (31a, 33b) et ledit élément d'étanchéité est une bague annulaire d'étanchéité (31, 32) montée dans cette gorges 6. Dispositif de serrage selon l'unme des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le c8té extérieur (6) de ladite bride (4) a au moins une gorge annulaire (33a), ledit plateau a une gorge annulaire correspondante (33b) et ledit élément d'étanchéité est - constitué par une bague annulaire d'étanchéité (32) qui est dis- posée dans ces gorges (33a, 53b)o 70 - Aplpareil de serrage selon l'une des revendications 1 à 3e comportant en outre une plaque cylindrique rapportée (29) munie d'une entrée de fluide2 ledit plateau dîessai comportant un ren- foncement cylindrique (50) pour y recevoir de manière étanche ladite plaque raprDortée cette plaque rapportée ayant au moirns une gorge. annulaire (31a, 33b) munie d une bague annulaire d'étanchéité (312 32)2 cette bride éteant placée sur ladite plaque rapportée et le - 12 fluide sous pression (26) s'écoulant daLns ladite chambre à travers lesdites entrées ménagées dans ledit plateau et dans ladite plaque rapportée. 8., Appareil de serrage selon l'uime des revendications p.ré. cédentes, caractérisé en ce que ladite barre de rotation (13) est montée danls un étiLer (11) constitué par une paire de plaques parallèles (12) ledit levier étant disposé entre lesdites plaques lorsqu'il est en position de serrage de la brideo