Brevet FR2525730A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne les appareils et accessoires de tuyauteries, conduits ou canalisations, et a notamment pour objet un tube coudé destiné à être utilisé en particulier dans les conduits de transport de gaz, de pétrole, de produits pétroliers, d'eau, de vapeur, ainsi que d'autres produits. A ltheure actuelle, on connait des tubes coudés à rayon de courbure constant de leur ligne axiale. Ces tubes coudés sont utilisés dans des canalisations dans les enceintes intérieures desquelles il faut faire passer divers dispositifs de nettoyage ou de contrôle, le rayon de courbure de ces tubes coudés étant égal à au moins cinq fois le diamètre de la canalisation. Les dimensions géométriques de ces tubes coudés sont assez importantes, ce qui complique leur fabrication, leur transport et leur montage, et empêche l'assemblage des grands systèmes de conduits à partir d'organes préalablement montés. Leur fabrication nécessite de grandes aires de production et un matériel puissant et encombrant, ce qui entrasse une augmentation des frais d'utilisation, de matériaux, ainsi qu'une baisse de la productivité du matériel technique. Etant donné leurs grandes dimensions géométriques, ces tubes coudés, par exemple les tubes pour les conduits de 1420 mm de diamètre, dépassent les dimensions de gabarit et, par conséquent, leur transport vers les régions éloignées est compliqué, ce qui accroît leur cotit au chantier de construction. En outre, lors du fonctionnement du tube comme élément de compensation d'un secteur du conduit, les plus grandes contraintes de flexion sont engendrées dans la paroi de sa partie médiane. Ces contraintes déterminent la capacité portante et I'épaisseur des parois du tube, qui est constante suivant le périmètre de sa section transversale et sa longueur, ce qui entraîne une consommation excessive de matériau. L'épaisseur constante des parois monolithes des tubes coudés mentionnés neleur assure pas la résistance mécanique régulière indispensable lorsqu'elle est soumise à des actions irrégulières de la part des produits transportés dans les canalisations. Il s'ensuit que les tubes coudés à rayon de courbure constant de leur ligne axiale créent des difficultés notables pour leur fabrication en usine, leur transport vers le chantier de construction, leur montage dans le système de canalisation, diminuent les avantages économiques résultant deleur fabrication en usine et ne permettent pas d'utiliser les matériaux d'une manière plus économique lors de leur fabrication. On s'est donc proposé de mettre au point un tube coudé dont le rayon de courbure de la ligne axiale serait modifié de manière à réduire à un minimum les dimensions géométriques et la consommation de matériaux pour sa fabrication, à élever la fiabilité de sa construction et à assurer une réduction de la consommation de matériaux et des frais pour sa fabrication, son transport et son montage. Ce problème est résolu à l'aide d'un tube coudé du type dont l'entrée et la sortie ont une section proche d'une section ronde, caractérisé, selon l'inyention, en ce qu'il cow)o U16 vecteur central, mais non inférieur à la moitié des diamètres extérieurs correspondants de son entrée et de sa sortie. Letube coudé ainsiconçu a des dimensions g m étriques minimales et une consommation minimale de matériaux, est doué d'une haute fiabilité et assure une réduction de la consommation de matériaux et des frais pour sa fabrication, son transport et-son montage. Pour assurer une haute qualité de la construction, une haute fiabilité de cell-ci et une réalisation aisée des opérations technologiques dans des systèmes de conduits à différents contours géométriques, il est avantageux que le rayon de courbure de la ligne axiale dudit tube coudé dimine progressivement en direction de ses secteurs extrêmes, ou que les rayons de courbure de la ligne axiale desdits secteurs extrêmes du tube soient égaux, ou que les rayons de courbure de la ligne axiale desdits secteurs extrêmes du tube soient différents. Pour simplifier la technologie de fabrication, il est désirable que l'épaisseur de la paroi du tube coudé revendiqué soit constante suivant la longueur et le périmètre de la section transversale de ses secteurs. Pour assurer une consommation minimale de matériaux, élever la fiabilité de construction et de technologie ainsi que pour augmenter la durée de vie de conduits à usages différents, il est avantageux que l'épaisseur dudit tube coudé soit variable suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs, ou que l'épaisseur de sa paroi augmente vers ses secteurs extrêmes ,ou que l'épaisseur de sa paroi diminue vers ses secteurs extrêmes. Pour diminuer la consommation de matériaux coûteux et de haute qualité pour la fabrication du tube coudé revendiqué, ainsi que pour élever la fiabilité de construc tion du système de conduits, il est désirable que la paroi comporte, suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs, au moins une couche de matériau de cons traction, ou que la paroi ait un nombre différent de couches de matériau de construction suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de sa réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un tube coudé conforme à l'invention, dont l'entrée et la sortie ont des diamètres extérieurs égaux (D1=D2), avec un angle au centre de 900, et qui comporte un secteur central dont le rayon de courbure de sa ligne axiale est égal à cinq fois le diamètre extérieur de son entrée (5D1),et des secteurs extrêmes disposés symétriquement et dont le rayon de courbure de la ligne axiale est égal à la moitié du diamètre extérieur de son entrée (0,5 Di) - la figure 2 représente un tube coudé conforme à l'invention, dont les diamètres extérieurs de son entrée et de sa scotie sont égaux (D1 = D2), son angle au centre étant égal à 900, et qui possède un secteur central dont le rayon de courbure de la ligne axiale est égal à cinq fois le diamètre extérieur de son entrée (5D1), et des secteurs extrêmes disposés symétriquement et dont le rayon de courbure de la ligne axiale est égal à 1,5 fois le diamètre extérieur (1,5 D1) ( avec découpe partielle réalisée dans le corps du tube coudé) - la figure 3 montre un tube coudé conforme à l'invention, à angle au centre égal à 800, dont les diamètres extérieurs de l'entrée et de la sortie ne sont pas égaux (D1 Le tube coudé représenté surla figure 1 et dont l'entrée I et la sortie la ont des diamètres extérieurs égaux (D1=D2) et sont de section ronde, est composé d'un secteur central 2 et de secteurs extrêmes 3. Dans les secteurs extrêmes 3, disposés symétriquement, les rayons de courbure R-1 de leur ligne axiale 4, égaux à la moitié du diamètre extérieur de l'entrée (0,5 D1), sont inférieurs au rayon de courbure R2 de la ligne axiale 5 du secteur central 2 égal à cinq fois le diamètre extérieur de l'entrée (5 D1). Le secteur central 2 et les secteurs extrêmes 3 sont exécutés d'une seule pièce. Une telle conception du tube coudé permet d'assurer une épaisseur régulières de la paroi 6 suivant le périmètre de la section transversale des secteurs extrêmes, voisine de la valeur nécessaire au secteur central 2. Ceci est dû à ce que les secteurs extrêmes 3 réalisés avec un petit rayon de courbure de la ligne axiale 4 ont des dimensions pratiquement négligeables de la surface adjacente à la génératrice intérieure du tube coudé et déterminant, en règle générale, l'épaisseur requise de la paroi conformémént aux exigences auxquelles doit répondre la résistance mécanique du tube coudé, qu'on calcule pour la pression intérieure du produit à transporter. Il s'ensuit que la quantité consommée de matériau pour celui-ci sera minimale. I1 est possible d'appliquer un mode de réalisation du tube coudé illustré sur la figure 1, dans lequel le rayon de courbure de sa ligne axiale diminue progressivement dans lé sens des secteurs extrêmes. Ceci permet de répartir d'une manière plus régulière le long du tube coudé les contraintes et autres actions, et d'augmenter ainsi la durée de vie et d'élever la fiabilité de la construction. En outre, conformément à la technologie du tube coudé et aux conditions de son utilisation, la paroi 6 peut avoir d'après son épaisseur suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs 2, 3, une ou plusieurs couches de matériaux de construction, tandis que son épaisseur à 6 peut varier suivant la longueur et le périmètre1 de la section transversale. De tels tubes coudés, par exemple des tubes en acier, peuvent être fabriqués en usine par cintrage de tubes d'acier rectilignes à l'aide de machines-outils en effectuant un chauffage progressif d'une zone étroite par des courants de haute fréquence, ou par pliage d'ébauches à partir d'un feuillard chauffé au préalable, ces ébauches étant ensuite soudées et le tube coudé ainsi obtenu était recuit dans des fours. Le tube coudé réalisé selon la variante illustrée sur la figure 2 diffère de la variante représentée sur la figure I en ce qu'il comporte des secteurs extrêmes 3 soudés au secteur central 2 et que les rayons R3 de la ligne axiale de ses secteurs extrêmes 3,égaux à 1,5 D1, sont inférieurs au rayon de courbure R4 de la ligne axiale 5 du secteur central 2 égal à 5D1. La paroi 6 du secteur central 2 du tube coudé est constituée par une couche 7 de matériau de construction, tandis que la paroi 6 des secteurs extrêmes 3 est composée d'une couche ou de plusieurs couches de matériau de construction, notamment de deux couches 8.Dans le cas où le tube coudé est calculé pour une pression inférieure et que les secteurs extrêmes 3 sont exécutés en une couche de matériau de construction, leur épaisseur #3, #4, #5, #6 augmente de 25 % en compa- raison des épaisseurs #1 et # 2 dusecteur central 2. Avant de souder les parois de différentes épaisseurs, il faut préparer les bords adjacents des secteurs. Si, pour déterminer l'épaisseur de la paroi # du tube coudé, on prend en considération non pas la pression intérieure is dartres facteurs, par exemple l'usure abrasive provoquée par le produit transporté, on peut la choisir de manière que l'épaisseur # de la paroi soit plus grande aux endroits de l'usure la plus intense, c'est-à-dire que l'épaisseur # de ce tube coudé sera variable suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs. Si les secteurs extrêmes 3 dudit tube sont constitués par plusieurs couches, l'épaisseur #5 et #6 de leur paroi peut être égale à l'épaisseur #1 et #2 de la paroi du secteur central ou bien inférieure à celle ci. Une telle conception du tube coudé permet d'utiliser un équipement d'un type existant et la technologie de fabrication des tubes coudés par estampage et soudage sans fabrication supplémentaire de matrices ni de poinçons pour l'estampage des viroles. La figure 3 représente une variante du tubé coudé avec un angle central 800 dont le diamètre extérieur D1 de l'entrée-est inférieur au diamètre extérieur de la sortie D2 et les rayons de courbure R5 et Rs de la ligne axiale 4 des secteurs extrêmes 3 de valeurs différentes et égales à 1,5D1 et à ID2, respectivement, mais inférieures au rayon de courbure R7 de la ligne axiale 5 du secteur central -2 égal à 5D2, et des secteurs extrêmes asymétriques 3 soudés au secteur central 2.De plus, le secteur central 2 et les secteurs extrêmes 3 sont constitués, suivant l'épaisseur de la paroi 6, par plusieurs couches de matériau de construction, le secteur central 2 comportant deux couches 9 suivant la moitié extérieure de la surface toroidale du périmètre de la section transversale et trois couches 10 suivant la moitié intérieure de la surface toroidale du périmètre de la section transversale, tandis que les secteurs extrêmes ont trois couches Il suivant ladite moitié extérieure du périmètre de la couche transversale du tube et quatre couches 12 suivant ladite moitié intérieure du périmètre de la section transversale du tube. Le nombre de couches de ce tube coudé suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs est différent en fonction des particularités technologiques de l'utilisation du conduit et permet de réduire au maximum la consommation de matériau. il est avantageux d'appliquer aussi la conception du tube coudé constitué par plusieurs couches pour le'transport par le conduit de fluides corrosifs et abrasifs. Dans ce cas, il est possible de fabriquer la couche intérieure en un matériau plus résistant et naturellement plus cher, ce qui permet de réduire sa consommation. En diminuant l'épaisseur de chaque couche du matériau de construction utilisé pour la fabrication de ces tubes coudés, on peut obtenir une plus haute qualité tout en réduisant les frais. En fonction des conditions d'utilisation, il est possible de choisir des épaisseurs optimales des parois n p n & #n j > 5 et g6 suivant le périmètre de la section transversale des secteurs et d'assurer par cela même une consommation réduite du métal pour la fabrication des tubes coudés et une fiabilité élevée du tube fini. En cas de construction de canalisations d'acier qui travaillent à des températures au-dessous de zéro, il est avantageux que les tubes coudés (figures 1, 2, 3 ) ou certains de leurs secteurs soient constitués par plusieurs couches de matériau de construction, en les utilisant en même temps en tant que moyens d'arrêt protégeant les tubes d'acier adjacents contre la destruction par les avalanches, en cas de résistance insuffisante de ceux-ci au froid. Selon les conditions technologiques, les diamètres des ouvertures d'entrée et de sortie des tubes coudés peuvent être réalisés différents (figu#re 3). Dans ce cas, il est avantageux que l'épaisseur de la paroi des secteurs varie non seulement en fonction des rayons de courbure de la ligne axiale des secteurs ou d'autres conditions, mais aussi proportionnellement au carré des diamètres de la section transversale des secteurs du tube coudé, s'ils sont calculés pour supporter une pression intérieure. Le tube coudé suivant l'invention satisfait aux conditions technologiques de l'utilisation, assure une haute fiabilité et une grande durée de vie dans différentes conditions de fonctionnement et d'actions agressives, les frais pour la fabrication, le transport et le montage étant minimaux. il assure le passage des dispositifs de nettoyage et de cnntrôle à travers le creux intérieur d'une canalisation ainsi qu'une faible résistance hydraulique. Ce tube, dont ltencombrement et le poids sont réduits à un minimum, facilite notablement la technologie de fabrication et le montage des systèmes de conduits, en particulier des tubes de grands diamètres, ce qui est important dans les conditions difficiles de construction, par exemple en cas de construction dans des espacements étroits, sur des terrains sans routes, sur un chantier de construction éloigné lors du montage sous l'eau, en l'absence de grues de grande capacité ainsi que dans d'autres cas analogues. Le procédéde fabrication des tubes coudés avec un rayon @@@@@urbure variable de la ligne axiale ne nécessite pratiquement aucun changement du matériel de l'usine. De plus, le@@@@@@ coudé selon l'invention peut être fabriqué à l'aide d'un équipement moins puissant et sur des aires de production plus réduites-- le cas de la fabrication des tubes coudés avec un rayon @@@@@@ courbure constant de la ligne axiale. Cette particularité est assez avantageuse en cas de fabrication de tubes de grands diamètres. Ainsi, en cas de fabrication de tubes coudés d'acier avec un angle central égal à 90 et un rayon de courbure de la ligne axiale du secteur central égal à 5D,un rayon de courbures des secteurs extrêmes égal à 1,5 D pour les canalisations de refoulement, surtout ceux de grand diamètre, on a obtenu une réduction de la consommation de métal de 35 à 40 % et on a diminué l'encombrement approximativement de 35 %, ce qui a permis d'augmenter la productivité de l'équipement ; la puissance et l'encombrement des presses, des fours, des moyens de transport et d'autres équipements pour la fabrication et le montage étant les mêmes.Les côtes d'encombrement des tubes coudés revendiqués, même ceux de 1420 mm, satisfont aux normes relatives auxmoyens de transport ; en même temps, les tubes coudés classiques de ce diamètre en usage à l'heure actuelle ont des cotes d'encombrement de 11,0 x 3,3 m et une épaisseur dé paroi de 20 mm, le poids étant de 8,4 tonnes. La fabrication des tubes coudés revendiqués permet de réduire la main d'oeuvre et le temps de certaines opérations technologiques, d'augmenter le rendement de l'équipement lors de la réalisation de certains procédés et d'abaisser la consommation de combustible, de l'énergie, des matériaux, ainsi que les frais d'inveStissement.Ainsi, par exemple, en cas de fabrication de tubes coudés d'acier pour les canalisations de grands diamètres, le rendement de l'équipement effec tuant les procédés principaux peut être augmenté de 80 % et davantage, tandis que la main d'oeuvre nécessaire à la fabrication et le temps de certaines opérations de fabrication, la consommation des matériaux, du combustible, de l'énergie, les salaires, les frais de transport, etc., peuvent être réduits d'environ 30 9/0. il est maintenant possible d'augmenter le nombre de branches des tubes sans augmenter, à cet effet, les aires de production et de stockage et sans investissements notables. Le prix de revient se trouve réduit à environ 40 % et le cotit de la construction d'un ouvrage est réduit encore davantage. Dans le cas où le tube coudé travaille @ la flexion, par exemple dans des secteurs de compensation des canalisations, il est avantageux de choisir le rapport des rayons de courbure de la ligne axiale des secteurs de manière que les contraintes dues à la flexion soient régulières suivant toute sa longueur. Ceci permet d'utiliser d'une manière plus complète la capacité portante du matériau et d'élever la fiabilité de la construction. il est avantageux d'appliquer cette égalisation de l'état contraint du tube coudé aussi dans le cas où on a besoin d'abaisser le niveau des contraintes maximales provoquant, par exemple la corrosion par le sulfite et l'hydrogène dans des canalisations métalliques. En utilisant un tube coudé suivant l'invention, fabriqué, par exemple, 'avec un angle central égal à 900, on peut obtenir, enle coupant suivant le périmètre d'une sec tion transversale quelconque, des tubes coudés avec n'importe quel angle central réduit nécessaire dals des conditions données convenables au passage des dispositifs de nettoyage et de contrôle par le creux intérieur de la canalisation, ce qui est assuré par un tube coudé entier avec un angle de 900. Ceci facilite le montage à un câble des systèmes de formes quelconques en utilisant, à cet effet, un nombre réduit de types de tubes coudés fabriqués en usine. Le tube coudé suivant l'invention peut servir d'arrêtoir en cas d'accidents en empêchant la propagation des fissures dans une canalisation d'acier si elle est fabriquée en acier insuffisamment résistant au froid. Ceci permet d'utiliser des aciers de nuances simples et moins comateux pour la construction des canalisations utilisées dans des conditions de températures au-dessous de zéro, et d'obtenir ainsi un effet économique notable. Un tube coudé constitué par plusieurs couches de matériau de construction permet d'élever la durée de vie et la fiabilité même en cas de transport de fluides actifs abrasifs dans les canalisations, la consommation de matériaux coûteux résistant à l'usure étant diminuée. Ainsi, le tube coudé suivant l'invention offre des avantages économiques et ~~techniques remarquables en comparaison des tubes coudés classiques et est universel au point de vue des domaines de son utilisation. De plus, sa fabrication dans des entreprises existantes à l'aide de machines actuellement en usage dans ces entreprises ne pose pas de problèmes difficiles. ~ R E V E N D I C A T I O N S 1. Tube coudé du type com#portant une entrée (1) et une sortie (la) de section voisine d'une section ronde, caractérisé en ce qu'il comporte des secteurs extrêmes (3) et un secteur central (2), le rayon de courbure (R1, R3, > R5, R6) de la ligne axiale (4) de ses secteurs extrêmes (3) étant inférieur aurrayon de courbure (R2, R4, R7) de la ligne axiale (5) du secteur cental (2),-mais non inférieur à la moitié des diamètres extérieurs respectifs (D1,D2) de son entrée (1) et de sa sortie (1a). 2. Tube coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de courbure (R2, R4, R7) de sa ligne axiale (5) diminue progressivement à mesure qu'on se rapproche de ses secteurs extrêmes (3). 3. Tube coudé selon la revendication I, caractérisé en ce que les rayons de courbure (R1 R3) de la ligne axiale (4) des secteurs extrêmes (3) sont égaux. 4. Tube coudé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les rayons de courbure (R5, R6) de la ligne axiale (4) des secteurs extrêmes (3) sont de valeurs différentes. 5. Tube coudé selon l'une des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que ltépaisseur (9 ) de sa paroi (6) est constante suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs (2, 3). 6. Tube coudé selon l'une des revendications 1, 3 et 4, variable suivant la section transversale de ses secteurs (2,3). 7. Tube coudé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'épaisseur (#) de sa paroi(6) est constante suivant toute langueur des secteurs (2, 3). 8. Tube coudé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'épaisseur - g ) de sa paroi (6) s'accroit vers les secteurs extrêmes (3). 9. Tube coudé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'épaisseur (g ) de sa paroi (6) diminue vers les secteurs extrêmes (3). 10. Tube coudé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la paroi (6) comporte au moins une couche (7) de matériau de construction suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs (2,3). 11. Tube coudé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la paroi~(6) comprend un nombre différent de couches (8, 9, 10, 11, 12) de matériau de construction suivant le périmètre de la section transversale de ses secteurs (2,3).