Brevet FR2540603A1 — publié le 19840810

La présente invention se rapporte à un réservoir de pression, c'est-à- dire un récipient destiné à contenir un ou plusieurs fluides sous pression, à pression constante ou va- riable au cours du temps Le réservoir peut être, soit une bouteille, soit un accumulateur de pression hydropneumatique, soit un transmetteur de pression, soit tout récipient soumis à la fatigue du fait de la pression interne qui peut être élevée, par exemple plusieurs centaines de bars, et, s'il y a lieu, du fait des variations de cette pression interne qui, par exemple dans le cas d'un accumulateur, peut au cours du fonctionnement aller du simple au triple et même au-delà. Pour de tels réservoirs de pression, une réduction de la masse est souhaitable, mais ne doit pas risquer de com- promettre la résistance mécanique et la tenue du réservoir de pression et des éléments qu'il peut comporter s'il y a lieu par exemple un séparateur souple dans le cas d'un accumula- teur de pression hydropneumatique o un tel séparateur souple divise l'espace intérieur du réservoir de pression en une chambre à gaz et une chambre à liquide. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un réservoir de pression dont la paroi est au moins double en vue de réduire la masse du réservoir sans nuire à sa ré- sistance mécanique ni à sa tenue, cette double paroi compor- tant une chemise intérieure renforcée par un revêtement exté- rieur adjacent. Pour réaliser une double paroi, on a déjà proposé d'u- tiliser une chemise intérieure en matière rigide, par exemple acier, autour de laquelle on enroule sous précontrainte des fibres enrobées dans un liant pour former le revêtement exté- rieur. Le module de Young d'une matière, mesuré en hectobars (hbar) correspond au poids en deca Newtons sous l'action duquel une barre de 1 mm de section de cette matière s'al- longerait de sa propre longueur Il est d'autantplus petit que la matière est davantage élastique Le module de Young de l'acier est de l'ordre de 20 000 hbars tandis que le module de Young d'un enroulement de fibres enrobées dans un liant est de l'ordre de 5 000 hbars Autrement dit, la chemise in- térieure en acier est 4 fois moins élastique que le revête- ment extérieur consistant en un enroulement de fibres enro- bées dans un liant Ceci peut constituer, dans certains cas, un obstacle à l'obtention de conditions optimales de-résis- tance mécanique de la paroi double pour une masse de celle-ci aussi réduite que possible Un tel agencement présente en outre l'inconvénient d'un risque de flambage de la chemise interieure en acier lorsque le réservoir de pression est soumis à des variations de pression importantes, par exemple du simple au triple, notamment dans le cas des accumulateurs de pression hydropneumatiques. La présente invention a pour objet un réservoir de pression ayant une double paroi, qui est exempt de ces divers inconvénients et dont la résistance mécanique ainsi que la tenue sont excellentes, ceci avec une masse réduite. Suivant l'invention, un réservoir de pression ayant une double paroi qui comporte une chemise intérieure renfor- cée par un revêtement extérieur adjacent, est caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur est adapté à assurer à lui seul la quasi totalité de la résistance mécanique de la double paroi, tandis que la chemise intérieure dont le module de Young est choisi inférieur à celui du revêtement extérieur, a principalement un rôle d'étanchéité. Grâce à cette disposition, la chemise intérieure est plus élastique que le revêtement extérieur et ne risque donc pas de subir des déformations permanentes ni un flambage et conserve une excellente tenue quelles que soient les condi- tions de pression à l'intérieur du réservoir, constantes ou variables, le revêtement extérieur assurant dans tous les cas, et à lui seul, la résistance mécanique de la paroi double. De préférence, la chemise intérieure est en élastomère. De bons résultats ont été obtenus avec un tel matériau pour une fabrication de la double paroi au cours de laquelle on enfile la chemise sur un mandrin, soit extensible, soit en matériau perdu, par exemple sable ou cire, puis on enroule les fibres enrobées de liant autour de cette chemise en élas- tomère. En outre, le fait d'utiliser une chemise en élastomère permet une excellente étanchéité et favorise, dans le cas d' un accumulateur, la tenue de son séparateur souple. Suivant une autre caractéristique, l'épaisseur du re- vêtement extérieur est comprise entre 2 fois et 10 fois et de préférence voisine de 6 fois l'épaisseur de la chemise intérieure. Une forme d'exécution de l'invention est ci-après dé- crite, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale, d'un réservoir de pression à double paroi, suivant l'invention; la figure 2 est une vue de ce même réservoir, à plus petite échelle, équipé d'un séparateur souple et formant un accumulateur hydropneumatique; la figure 3 est un diagramme qui illustre les perfor- mances de l'objet de l'invention. Dans le mode de réalisation représenté à titre d' exemple non limitatif aux figures 1 à 3, on voit à la figure 1, un réservoir de pression ayant une double paroi 10, 11. Celle-ci comporte une chemise intérieure 10 renforcée par un revêtement extérieur adjacent 11 Le réservoir de pression est destiné à être utilisé comme accumulateur hydropneumati- que (figure 2) dans lequel la pression intérieure est variable dans de larges proportions, par exemple du simple au triple. Mais le réservoir de pression suivant l'invention peut rece- voir toutes autres applications appropriées dans lesquelles la pression est variable ou constante et par exemple être utilisé comme bouteille recevant un fluide sous pression, par exemple un gaz liquéfié etc Dans l'application non limitative, représentée à la figure 2, le réservoir de pression 10, il formant un accumu- lateur de pression hydropneumatique a un orifice de charge de gaz 12 à une extrémité 13 et un orifice de liquide 14 à-l' autre extrémité 15. L'orifice de charge de gaz 12 est ménagé dans une pièce métallique 16 en forme de douille, tandis que l'orifice de liquide 14 est défini dans une pièce métallique 17 en forme de manchon, présentant une portée conique 18. Un séparateur souple constitué par une vessie en élas- tomère 19 (figure 2) est montée dans le réservoir de pression , 11 et le divise en une chambre à gaz 20 qui communique avec l'orifice de charge de gaz 12 et en une chambre à liquide 21 qui communique avec l'orifice de liquide 14, La vessie en élastomère 19 porte un corps de valve de charge de gaz 22 qui est adapté à être monté dans l'orifice 12 Le corps de valve 22 est percé pour les besoins de la charge en gaz de la chambre 20 et reçoit vissé un écrou 23 et un chapeau 24 pour le blocage du corps 22 en position et le maintien de la vessie 19 dans le réservoir 10, 11. La vessie en élastomère 19 porte solidairement, à 1 ' opposé du corps de valve 22, un bouton 25 qui est adapté à s'appliquer en fermeture sur la portée conique 18, formant siège. L'orifice 14 est destiné à être relié à une ligne hy- draulique. En vue du fonctionnement du réservoir de pression, du gaz est d'abord insufflé sous pression par le corps de valve 22 dans la chambre 20, ce qui applique la vessie 19 contre la paroi 10, 11 du réservoir et pousse le bouton 25 en ferme- ture sur le siège 18. Lorsque du liquide est admis de la ligne hydraulique dans l'orifice 14, sous une pression supérieure à celle de précharge de pression du gaz dans la chambre 20, le liquide entre dans la chambre 21 en repoussant le bouton 25 en éloigne- ment du siège 18 et en comprimant la vessie 19 L'accumulateur hydropneumatique est alors en état de fonctionnement Au cours du fonctionnement, le réservoir de pression 10, 11 va suppor- ter des pressions importantes, par exemple de l'ordre de plusieurs centaines de bars Ces pressions sont variables dans de larges proportions par exemple du simple au triple. Pour fixer les idées la pression de précharge de l'accumulateur peut être de l'ordre de 100 bars, tandis qu'au cours du fonc- tionnement, la pression peut atteindre 300 ou 400 bars - Il est donc essentiel que la paroi 10, 11 du réservoir puisse supporter, dans d'excellentes conditions, des pressions aussi élevées et éventuellement variables dans de telles pro- portions, et ceci, avec une masse aussi réduite que possible et en conservant une excellente tenue aussi bien dans son ensemble que dans ses divers éléments, c'est-à-dire non seu- lement la chemise 10 et le revêtement 11, mais aussi les pièces métalliques 14 et 16, le corps de valve 22 et la vessie en élastomère 19 ainsi que le bouton 25. Suivant l'invention, le revêtement extérieur 11 est adapté à assurer à lui seul la quasi totalité de la résis- tance mécanique de la double paroi 10, 11, tandis que la chemise intérieure 10 a principalement un rôle d'étanchéité. Le module de Young d'une matière, mesuré en hectobars (hbars) est numériquement égal au poids en deca Newtons sous l'action duquel une barre de 1 mm 2 de section de cette matière s'allongerait de sa propre longueur Autrement dit, le module de Young d'une matière est d'autant plus petit que cette matière est davantage élastique. Suivant l'invention, la matière dont est faite la chemise intérieure 10 de la double paroi 10, 11 a un module de Young qui est choisi inférieur à celui de la matière dont le revêtement extérieur 11 est fait Autrement dit, la chemise intérieure 10 est prévue davantage élastique que le revête- ment extérieur 11 La chambre intérieure 10 est donc à même, mieux encore que le revêtement extérieur 11 à subir des dé- formations qui ne risquent pas de dépasser la limite d'élas- ticité au-delà de laquelle ces déformations ne seraient plus élastiques mais deviendraient permanentes. De préférence la chemise intérieure 10 est en élasto- mère dont le module de Young est très petit et par-exemple de l'ordre de 0,07 hbar. Le revêtement extérieur 1 h consiste en *des fibres qui sont enroulées autour de la chemise intérieure 10 et qui sont enrobées dans un liant Ces fibres sont notamment des fibres de verre ou de polyamide ou de carbone tandis que le liant est par exemple une résine synthétique Le module de Young du revêtement 11 est de l'ordre de 5000 hbars. Autrement dit, le module de Young de la chemise 10 est considérablement plus petit que celui du revêtement extérieur 11 puisqu'il est environ 10 000 fois plus petit. On se référera plus particulièrement au diagramme de la figure 3 o -lon a porté en abscisses en hbars, les modules de Young divisés par 1000 et en ordonnéesl'allongement, c'est-à-dire le pourcentage de l'accroissement de la longueur atteinte en charge. On a représenté, par la droite C, les variations de l'allongement en fonction de la pression On voit en Cl le point représentatif d'un allongement de un millième corres- pondant au millième du module de Young de l'élastomère dont est faite la chemise 10 c'est-à-dire 0,07 divisé par mille, soit: 0,7 x 10 On voit, de la même façon, en R la droite qui représente les variations de l'allongement du revêtement 11 en fonction de la charge et plus particulièrement le point RI qui est représentatif d'un allongement de un millième, correspondant au module de Young de 5000 divisé par mille, ce qui correspond à une abscisse de 5 On voit que la pente de la droite C correspondant à la chemise en élastomère 10 est plus importante que la pente de la droite R qui correspond au revêtement 11, consistant un un enroulement de fibres enrobées dans un liant. On voit également à la figure 3 en C' la droite qui représenterait les variations de l'allongement en fonction de la charge si la chemise intérieure était en acier et non pas en élastomère, par exemple un acier dont le module de Young serait de 20000 hbars On voit que, dans ce cas, la droite C' a une pente, non pas plus forte, mais plus faible que celle de la droite R Lorsque le revêtement est prévu sous forme d'un enroulement sous précontrainte de fibres au- tour de la chemise la droite R se trouve décalée et prend la position représentée en R' Dans ce cas, il apparaît qu'avec une telle chemise en acier et un tel revêtement précontraint la paroi double du réservoir est soumise à des conditions de résistance assez précaires notamment lorsque la pression est fortement variable, et de plus la chemise en acier peut être soumise à un flambage et risquer de compromettre la tenue du réservoir et de ses éléments. Ces inconvénients n'existent pas dans la disposition suivant l'invention avec une chemise 10 en élastomère et un revêtement extérieur 11 non précontraint sous forme d'un en- roulement autour de cette chemise 10 de fibres enrobées par un liant. La réalisation de la double paroi 10, 11 avec la chemise 10 en élastomère permet donc d'utiliser, de façon optimale, les propriétés mécaniques du revêtement extérieur 11, 254 06 03 l'allongement à la rupture des élastomère se comptant en cen- taines de pourcent L'élastomère dont est faite la chemise 10 ne participe donc pratiquement pas à la tenue mécanique de la double paroi 10, 11, assurée quasi entièrement par le re- vêtement 11 L'épaisseur de la chemise en élastomère 10 est définie par la valeur minimale compatible avec la fabrication. Pour fixer les idées, l'épaisseur du revêtement extérieur est compriséentre 2 fois et 10 fois, et de préférence voisin de 6 fois, l'épaisseur de la chemise intérieure La densité de la chemise intérieure 10 est avantageusement de l'ordre de 2. L'agencement suivant l'invention apparaît donc comme optimal au niveau de l'allongement et de la tenue aux pressions et plus particulièrement, s'il y a lieu, aux cycles de pressions. En outre, la fabrication du réservoir de pression sui- vant l'invention, est particulièrement simple et commode. La chemise 10 est réalisée en élastomère suivant tout procédé approprié Cette chemise 10 est constituée d'un tube dont les extrémités se referment sur les pièces 14 et 16, La chemise 10 en élastomère est enfilée sur un mandrin, soit mécanique, par exemple un mandrin du type extensible de tout type approprié, soit un mandrin en matériauperdu, par exemple sable ou cire Ce mandrin comporte avantageusement un axe cen- tral et peut ainsi être entraîné en rotation pour l'enroulement des fibres autour de cet axe de symétrie Les pièces métalli- ques 14 et 16 constituent des-inserts qui sont adhérisésà la chemise en élastomère 10 avant cette opération et de toute manière appropriée Les fibres imprégnées de liant sont rendues solidaires de la chemise 10 Il y a donc une excellente adhérisation de la chemise 10 et du revêtement 11. REVENDICATIONS 1) Réservoir de pression ayant une double paroi qui comporte une chemise intérieure renforcée par un revêtement extérieur adjacent 1 réservoir de pression caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur ( 11) est adapté à assurer à lui seul la quasi totalité de la résistance mécanique de la double paroi ( 10, 11), tandis que la chemise intérieure ( 10) dont le module de Young est choisi inférieur à celui du revê- tement extérieur, a principalement un rôle d'étanchéité. 2) Réservoir de pression suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chemise intérieure ( 10) est en élastomère. 3) Réservoir de pression suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le revêtement exté- rieur ( 11) est exempt de précontrainte. 4) Réservoir de pression suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement extérieur ( 11) comporte des fibres enroulées autour de la chemise intérieure et enrobées dans un liant. 5) Réservoir de pression suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement extérieur ( 11) est comprise entre deux fois et dix fois et de préférence voisine de six fois l'épaisseur de la chemise intérieure ( 10). c O