Brevet FR2517017A1 — publié le 19830527

L'invention est relative aux tuyaux souples et élastiques dont la paroi est renforcée par au moins deux nappes ou deux paires de nappes d'armature en cables souples et qui sont fixées, au moins à une extrémité sur des pièces rigides de fermeture ou de raccordement. L'invention concerne plus particulièrement les dispositifs du genre comprenant un tuyau souple dilatable sous pression interne pour constituer un bouchon gonflable servant à obturer des canalisations à réparer, des trous de forage ou autres applications similaires. Pour certaines utilisations, par exemple pour obturer des canalisa- tions de grand diamètre telles des pipes-lines ou bien des trous de forage pétrolier, le dispositif doit pouvoir être gonflé à des pressions très élevées, pouvant atteindre plusieurs centaines de bars, afin d'assurer l'étanchéité de l'obturation et de résister à l'effort axial d'expulsion auquel il est soumis par la pression différentielle entre les c Aotés amont et aval de la canalisation. La sévérité de ces conditions d'emploi pose des problèmes ardus pour obtenir une fixation satisfaisante des extrémités du tỷau sur les pièces rigides. Pour des dispositifs de diamètre relativement faible, c'est à dire jusqu'à 150 ou 200 mm, on a pu utiliser des raccords borgnes du genre pu dans lequel l'e trémité du tuyau/de ses nappes de renfort dénudées est serrée radialement entre un embout intérieur et une douille extérieure co-axiales sensiblement cylindriques. Pour des diamètres plus grands et/ou pour des pressions plus élevées on pourrait utiliser des systèmes de brides annulaires rigides du genre de celles utilisées pour raccorder les tuyaux souples de grands diamètres Mais ces brides annulaires ont l'inconvénient d'avoir un dia- mètre extérieur nettement supérieur au diamètre du tuyau, ce qui est particulièrement gênant dans le cas d'un obturateur dilatable devant être mis en place par des accès exigus ou susceptible d'avoir à franchir des parties coudées de canalisation En outre ces brides réduisent fortement la capacité de dilatation utile du tuyau puisque la première partie de la dilatation radiale du tuyau ne sert qu'à amener ce tuyau au diamètre des brides, ensuite de quoi seulement sa dilatation ultérieure peut permettre d'appliquer fortement le tuyau sur la surface interne de la canalisation à obturer. En conséquence l'invention vise à fournir un dispositif à tuyau souple dans lequel les extrémités du tuyau sont accrochées d'une façon extrêmement solide aux pièces rigides d'extrémité afin que l'ensemble puisse résister à des efforts très importants, particulièrement -2 - à ceux résultant de pressions très élevées. Plus spécialement l'invention vise à fournir un dispositif dans lequel le tuyau est dilatable pour servir à l'obturation des canalisations, des trous de forage et applications similaires, dans lequel le mode d'accrochage des extrémités du tuyau permette d'avoir des pièces rigides d'extrémité ne dépassant pas sensiblement le diamètre du tuyau afin d'utiliser pleinement la capacité de dilatation de ce dernier. Dans un tel dispositif au moins une extrémité du tuyau est fixée par serrage de ses nappes de renfort sur un élément intérieur rigide d'appui et sur un élément extérieur rigide de frettage co-axiaux, et ce dispositif est caractérisé en ce que l'élément d'appui et l'élément de frettage présentent des surfaces de serrage c 8 niques divergentes vers l'extrémité et en ce que un coin à surfaces de serrage coniques correspondantes est enfoncé entre les extrémités des nappes de renfort pour les serrer respectivement contre l'élément d'appui et l'élément de frettage. Cet arrangement permet d'obtenir une excellente fixation de l'extré- mité du tuyau du fait que, en service, les efforts de tension excercées sur les nappes de renfort tendent à enfoncer le coin entre les dites surfaces de serrage et à produire un auto-serrage de ces nappes à la fois contre les surfaces de l'appui et de la frette. De préférence l'angle au sommet de la section du coin présente une valeur faible, de l'ordre de 10 à 300 et cet angle est réparti de part et d'autre de la surface cylindrique passant par le sommet du coin Cela permet notamment de donner aux pièces rigides d'extrémité une section suffisante tout en maintenant leur diamètre à une valeur faible, égale ou peu supérieure au diamètre du tuyau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un exemple de réalisation illustré sur le dessin ci-joint dans lequel les fig 1 et 2 sont des vues en élévation demi-coupe d'un disposi- tif d'obturation à l'état libre, non dilaté du tuyau et du dispositif dilaté dans une canalisation à obturer. la fig 3 est une vue partielle en coupe montrant à plus grande échelle, ltaccrochage des nappes sur les pièces d'extrémité. Le dispositif illustré comprend essentiellement un tuyau ou manchon tubulaire cylindrique en caoutchouc 10 fixé à chaque extrémité sur des fermetures rigides comprenant des fonds étanches 11 dont l'un au moins comporte une admission de fluide sous pression 12 La paroi en 25170 1 7 -3- caoutchouc du tuyau 10 est renforcée intérieurement par deux nappes ou deux paires de nappes d'armature concentriques 14, chaque nappe étant constituée de cables souples parallèles, de préférence métal- liques, qui sont orientés obliquement suivant des angles faibles, de ltordre de 10 à 300, par rapport aux génératrices du tuyau D'une nappe à l'autre les cables sont orientés en sens inverse Ltangle initial de pose des cablés des nappes d'armature 14 détermine le taux de dilatation maximum du tuyau 10 entre son diamètre à l'état libre cylindrique et son diamètre à l'état dilaté sous pression interne Ce taux de dilatation peut être de l'ordre de 1,5 à 3 environs mais en service cette dilatation est normalement limitée par la paroi de la canalisation 20 ou du trou à obturer de façon à obtenir une pression élevée d'application du tuyau sur cette paroi. Dans les exemples illustrés les deux nappes ou les deux paires de nappes de renfort 14 sont superposées étroitement l'une sur l'autre mais elles pourraient aussi être espacées par une couche de gomme intermédiaire. Selon l'invention, les extrémités du tuyau 10 sont ainsi accrochées et fixées sur les fermetures rigides Les extrémités 14 1 et 14 2 des nappes 14 (ou des paires de nappes) sont engagées entre deux éléments rigides annulaires co-axiaux 21-22 formant l'un un appui intérieur et l'autre une frette extérieure qui présentent des sur- faces de serrage coniques divergentes vers les extrémités des nappes. Un troisième élément rigide annulaire 23 en forme de coin est enfon- cé axialement entre les extrémités des deux nappes de renfort de façon à serrer ces extrémités respectivement contre l'élément d'appui 21 et contre l'élément de frettage 22 Au moins l'élément d'appui 21 et éventuellement les deux éléments 21, 22 sont fixés, par exemple par des boulons 17, 18 au fond correspondant Il et dans ce dernier cas ils sont rendus solidaires l'un de l'autre dans le sens axial. Le coin 23 prend simplement appui sur le fond Il qui le maintient en position serrée contre les nappes Eventuellement les surfaces de serrage de l'un ou plusieurs des éléments rigides 21-22-23 pourraient présenter des crans, nervures ou aspérités propres à augmenter l'adhérence et l'accrochage des nappes à ces surfaces. On voit qu'avec cet arrangement tout effort de traction excercé sur les nappes 14, par suite de la pression de gonflage en position dilatée du tuyau 10, tend à enfoncer le coin 23 entre l'appui 21 et la frette 22 et à produire ainsi un auto serrage des extrémités 14 19 14 2 des i 4 _ nappes entre les surfaces de serrage -coniqu 1 es correspondantes de ces éléments Cet auto-serrage résulte de la faible va-le-z 'angîe au somiet A de la section de l'élément en forme de coin 23 Cet angle A est compris en pratique entre 10 et 300 environ Les surfaces de serrage conique de l'appui 21 et de la frette 22, qui sont normalement parallèles aux surfaces coniques du coin forment donc entre elles un angle égal à l'angle A Cependant le plan cylindrique P passant par le sommet du coin n'est pas nécessairement en coïncidence avec la bissectrice de l'angle A et la répartition de l'angle A par rapport à ce plan peut être telle que les angles-de pente B et C des surfaces coniques de l'appui 21 et de la frette 22 soient inégaux et compris entre 5 et 200 environ De préférence cependant l'angle de pente C de la surface conique de la frette est compris entre 5 et 10 et il est inférieur à l'angle de pente B de la surface conique de l'appui 21, ce qui permet notamment d'augmenter le diamètre intérieur D 1 de la frette 22 (et donc de rapprocher les nappes 14 de la surface extérieure du tuyau 10) tout en maintenant le diamètre extérieur D 2 de la frette à une valeur sensiblement égale ou peu supérieure au diamètre extérieur D 3 du tuyau et tout en conservant pour la frette une section suffisante pour sa résistance mécanique aux efforts résultant du serrage et de la tension des nappes en position dilatée du tuyau. De plus, et aussi pour favoriser la déformation des nappes de renfort 14 et du caoutchouc au cours de la dilatation du tuyau 10 la frette 22 présente une longueur axiale au moins égale et de préférence un peu supérieure à la longueur axiale du coin et à la longueur axiale de l'appui 21 avec un bord intérieur arrondi de raccordement entre sa surface conique et sa face d'extrémité. Avec l'arrangement ci-dessus écrit les nappes de renfort 14 déter- minent dans la paroi du tuyau en caoutchouc 10 un revêtement extérieur relativement mince 16 et une couche interne ou tube 15 qui peut avantageusement être plus épais de façon à améliorer l'étan- chéité et à s'opposer au fluage du caoutchouc entre les cablés des nappes 14 lorsque le dispositif est utilisé à des très fortes pres sions Ce tube 15 peut être prolongé sous l'élément d'appui 21 de façon à venir former un joint d'étanchéité contre le fond 11. Pour la fabrication du dispositif décrit, on confectionne le tuyau avec des couches de mélange caoutchouteux et des nappes de renforts 14 de préférence enduites de caoutchouc et l'on met en place les éléments rigides 21, 22, 23 en position de serrage des nappes 14 Puis on -5vulcanise le tuyau de façon à obtenir en même temps l'adhérence du caoutchouc aux nappes et aux éléments rigides, ce qui assure une cohésion et une étanchéité excellentes de l'ensemble. Il résulte de ce qui précède que le dispositif décrit peut être utilisé en tant que bouchon d'obturation dans des canalisations ou des trous ayant des diamètres intérieurs compris entre-environ le diamètre extérieur du tuyau à l'état libre et le diamètre extérieur du tuyau à l'état dilaté sous pression interne Toutes choses étant égales par ailleurs et en particulier dans le cas de dispositif de grands diamètres, la longueur d'application du tuyau sur la paroi de la canalisation ou du trou à obturer peut ainsi être augmentée. Selon les exigences des applications rencontrées en pratique on peut donc obtenir soit une plus grande résistance à l'effort axial d 1 expulsion (pour une longueur imposée du dispositif) soit un encom- brement en longueur plus faible (pour un taux de dilatation imposé). Bien entendu l'invention n'est pas limitée strictement au dispositif décrit ni à cette application. Revendications. 1 i Dispositif à tuyau souple et élastique, notamment pour obturateur dilatable, du genre dans lequel le tuyau ( 10) est renforcé par au moins deux nappes d'armature ( 14) et est fixé au moins à une extrémité par serrage de ses nappes de renfort sur des pièces rigides comprenant un élément intérieur d'appui ( 21) et un élément extérieur de frettage ( 22) co-axiaux, caractérisé en ce que l'élément d'appui ( 21) et l'élément de frettage ( 22) présentent des surfaces de serrage coniques divergentes vers l'extrémité et en ce que un coin ( 23) à surfaces de serrage coniques correspondantes est enfoncé entre les extrémités des nappes de renfort ( 14) pour les serrer respectivement contre l'élément d'appui ( 21) et l'élément de frettage ( 22). 2 Dispositif selon 10 caractérisé en ce que l'angle au sommet A de la section du coin ( 23) et des surfaces de serrage correspondantes de l'appui et de la frette est compris entre 10 et 30 environ et cet angle est réparti de part et d'autre du plan cylindrique P passant par le sommet du coin. 3 Dispositif selon 10 ou 2 caractérisé en ce que l'angle de pente C des surfaces de serrage de l'élément de frettage ( 22) est compris entre 5 et 20 environ et cet angle de pente est plus faible que l'angle de pente B des surfaces de serrage de l'élément d'appui ( 21). Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'élément d'appui et l'élément de frettage sont solidaires l'un de l'autre dans le sens axial et le coin est maintenu enfoncé entre ces deux éléments. 5 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 40 caractérisé en ce que au moins l'élément d'appui ( 21) est fixé à un fond étanche ( 11) de fermeture du tuyau. 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la frette ( 22) présente une longueur axiale égale ou un peu supérieure à celle du coin ( 22) et de l'élément d'appui ( 21). 7 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la frette extérieure ( 22) présente un diamètre extérieur égal ou peu supérieur à celui du tuyau souple. i' 2517017 I 7- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les nappes de renfort ( 14) définissent dans la paroi du tuyau un revêtement extérieur mince ( 16) et un tube intérieur d'étanchéité plus épais ( 15). 90 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tuyau en caoutchouc ( 10) est vulcanisé après mise en place et serrage des pièces d'extrémité rigides.