Brevet FR2562667A1 — publié le 19851011

DISPOSITIF COMBINE -D'ETANCHEITE ET DE RETENUE POUR EPREUVE DE TUBES PAR FLUIDE SOUS PRESSION. Le dispositif qui fait l'objet de l'invention concerne, de la façon la plus générale, l'épreuve de tubes métalliques de révolution, sans soudure ou soudés, de tous types, par pression interne d'un fluide approprié. Il concerne plus particulièrement l'épreuve de ces tubes par un fluide hydraulique tel que de l'eau ou de l'huile. L'invention concerne également un procédé d'épreuve de tubes métalliques de révolution, par pression interne de fluide, dans lequel on introduit une extrêmité au moins d'un tube à éprouver à l'intérieur d'une tête d'épreuve, reliée à une arrivée de fluide sous pression, et dans lequel on réa-lise, de façon combinée une liaison étanche entre la paroi du tube et celle de la tête d'épreuve ainsi qu'une liaison de retenue entre ce tube et la tête d'épreuve. La description et les figures ci-aprds permettent de comprendre les caractéristiques générales du dispositif et du procédé qui font l'objet de l'invention ainsi que, de façon non limitative, les caractéristiques particulières de différents modes avantageux de réalisation de ce dispositif et de ce procédé. La figure 1 représente en coupe axiale un dispositif suivant l'invention en position d'ouverture La figure 2 représente en coupe axiale un dispositif suivant l'invention en position de fermeture. La figure 3 est une vue en coupe suivant A-A d'une partie de la figure 1. Le dispositif d'étanchéité et de retenue suivant l'invention est utilisé pour effectuer l'épreuve par pression interne d'un fluide de tubes métalliques de révolution. Il convient plus particulièrement pour des pressions d'épreuve de 10 à 100 bars relatifs. Ce dispositif comporte une tête d'épreuve, munie d'un orifice circulaire par lequel on introduit une extrémité ouverte d'un tube à éprouver qui pénètre ainsi dans un compartiment dont les parois, résistantes à la pression d'épreuve: entourent l'extremité du tube. Ce compartiment est relié à une source de fluide à la pression voulue pour effectuer l'épreuve. Un joint annulaire contractable permet de fermer de façon étanche l'espace compris entre la surface extérieure du tube et la surface interne du compartiment au voisinage de l'orifice d'entrée. Ce joint est engagé, au moins partiellement, dans une gorge annulaire formée dans la paroi du compartiment au voisinage de l'orifice. L'ouverture annulaire de cette gorge qui est en regard de la surface convexe du tube est fermée par le joint dont les bords sont en appui élastique sur les bords de la gorge. Le diamètre intérieur de ce joint, au repos, est au moins égal au diamètre extérieur du tube de façon que l'extremitd de celui-ci puisse être facilement introduite dans le comportement ou extraite de ce compartiment. Le fond de la gorge est raccordé à une source d'un fluide de commande sous pression, de façon à pouvoir exercer sur le joint la pression voulue pour le pousser radialement en le contractant, de façon à le mettre en appui sur la surface convexe du tube. Dans le but d'assurer à la fois l'étanchéité et la retenue du tube, le joint suivant l'invention a une structure composite. Cette structure comporte-d'une part un manchon de révolution à base d'élastomère dont la surface concave, orientée vers l'axe de passage du tube, est pourvue d'un rebord annulaire, en saillie en direction de cet axe, qui limite cette surface du côté du manchon le plus proche du fond du compartiment d'autre part une paroi métallique annulaire, non fermée, est appliquée, par sa surface extérieure convexe, contre la surface concave du manchon qu'elle recouvre en majeure partie, en dehors de la zone du rebord.La surface concave de cette paroi métallique, qui est en regard de la surface convexe du tube à éprouver, a une courbure au repos voisine de celle de cette surface convexe, en général de rayon un peu plus élevé. l'épaisseur de cette paroi métallique annulaire, ainsi que l'épaisseur de la saillie du rebord annulaire du manchon, sont ajustées l'une par rapport à l'autre de façon que, lorsque le joint est contracté par la pression du fluide de commande, la surface concave de cette paroi métallique soit appliquée contre la surface convexe du tube, avec une pression suffisante pour assurer sa retenue, en même temps que le rebord du manchon en élastomère assure l'étanchéité. Cette paroi métallique annulaire non fermée comporte au moins une zone de coupure réalisée de façon que les bords opposés de cette zone ne butent pas l'un contre l'autre en empêchant l'application de la paroi sur la surface convexe du tube lors de la contraction du joint. On peut ainsi réaliser une paroi métallique annulaire comportant plusieurs zones de coupure qui la divisent en plusieurs parties, par exemple deux à quatre parties.Il est particulièrement avantageux qùe le jeu radial existant entre la surface convexe du tube à éprouver et la surface concave de l'orifice d'entrée, par lequel pénètre le tube, soit inférieur à l'épaisseur de la paroi métallique annulaire, de façon que le bord latéral de la paroi métallique annulaire, situé du côté de l'orifice, vienne en butée contre les bords de cet orifice lorsque le tube est soumis à la pression d'épreuve. Avantageusement, dans la ou les zones de coupure, les bords opposés de la paroi métallique annulaire sont amincis de façon à se recouvrir, au moins partiellement, en glissant les uns sur les autres au moment de la contraction du joint composite. lorsque la paroi métallique annulaire est réalisée d'une seule pièce, comportant une seule zone de coupure, il n'est généralement pas nécessaire d'utiliser un moyen de liaison entre la surface convexe de cette paroi et la surface concave du manchon en élastomère contre laquelle elle est appliquée. Dans le cas au contraire où cette paroi est réalisée en plusieurs parties, il est avantageux de relier, en au moins un point, chacune de ces parties au manchon par un moyen convenable tel que collage, agrafage ou autre. Avantageusement, la surface concave de la paroi métallique annulaire peut être traitée, de façon connue, pour améliorer son coefficient d'adhérence par rapport à la surface convexe du tube à éprouver. l'objet de l'invention est également un procédé d'épreuve, par pression interne de fluide, d'un tube métallique de révolution. Ce procédé consiste à introduire ltextrêmite ouverte d'un tube à travers l'orifice d'un compartiment à parois résistantes à la préssion. Une arrivée d'un fluide d'épreuve permet de mettre en pression ce compartiment ainsi que l'intérieur du tube, dont l'autre extrêmité est obturée de façon convenable, par exemple par un bouchon ou tout autre moyen. Avant l'introduction du fluide d'épreuve, on ferme le compartiment au moyen d'un joint annulaire composite dont les caractéristiques ont été décrites plus haut. Cette fermeture est réalisée par contraction du joint, par exemple par pression d'un fluide de commande, introduit dans un logement annulaire dans lequel le joint est engagé au moins partiellement. Cette pression doit être suffisamment élevée pour que le rebord annulaire du manchon soit en appui étanche sur la surface convexe du tube et pour que le contact entre la surface convexe du tube et la surface concave de la paroi métallique annulaire oppose une résistance au glissement suffisante pour que la force de retenue ainsi créée soit au moins égale et opposée à la force de traction axiale résultant de la pression du fluide d'épreuve. Le fluide d'épreuve peut être un gaz tel que de l'air ou de l'azote, ou un liquide tel que de l'eau, de l'huile ou tout autre fluide naturel ou synthétique, liquide ou gazeux. On voit, figures 1 à 3, un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente, en élévation et en coupe suivant l'axe X1X2 d'introduction de l'extrêmité d'un tube à éprouver, une tête d'épreuve (1) équipée d'un dispositif d'étanchéité et de retenue suivant l'invention. Cette tête d'épreuve comporte une enveloppe, à parois épaisses, résistante aux pressions d'épreuve et de commande, en deux parties (2) et (3), de révolution autour de l'axe X1X2, assemblées par des brides (4) et (5) et par des boulons non représentés. Un joint torique (6) logé dans une gorge (7), assure l'étanchéité. Le tube à éprouver (9) est introduit dans la tête d'épreuve par l'orifice à bord circulaire (8) suivant l'axe X 1X2. Il traverse le joint composite annulaire (10) de façon que son extrêmité ouverte soit logée dans le compartiment (ll) relié par l'orifice (12) à la source de fluide d'épreuve non représentée. Le joint (10) est en position de repos, c' est-à- dire d'ouverture. Il est engagé dans la gorge annulaire (13) de façon que ses bords latéraux (14) et (15) ferment de fa çon étanche l'entrée de cette gorge. Le fond de la gorge est relié par un orifice (16) à une source d'un fluide de commande non représentée. En position de repos, un espace libre (17) existe entre la surface convexe (26) du tube (9) et la surface concave en regard du joint composite. Ce joint composite comporte un manchon en élastomère (18) dont la largeur mesurée parallèlement à l'axe X 1X2 est de préférence supérieure à l'épaisseur moyenne mesurée radialement. Ce manchon comporte un rebord annulaire (19) de ré révolution, en saillie en direction de l'axe X1X2. Une paroi métallique annulaire (20) est appliquée par sa surface convexe (21) contre la surface concave du manchon en élastomère au delà du rebord (19). Cette paroi métallique (20) comporte une zone de coupure (22) dont les bords opposés (23) et (24) sont séparés l'un de l'autre par une distance tell( lorsque le joint est au repos (figure 1).Dans ces conditions, la surface concave de cette paroi a un rayon de cour- bure légèrement supérieur à celui de la surface convexe du tube. lorsque le joint composite (10) est contracté par l'action du fluide de commande pénétrant sous pression par l'orifice (16) dans la gorge (13), la surface concave (25) de la paroi métallique annulaire (20) vient s'appliquer sur la surface convexe (26) du tube (9) comme le montre la figure 2. Dans ces conditions, la distance entre les bords (23) et (24) de la zone de coupure (22) est réduite à "e2". L'épaisseur moyenne "e3" de la paroi métallique annulaire (20) est supérieure au jeu radial existant entre le bord concave (8) de l'orifice circulaire formé dans l'enveloppe (3) et la surface convexe (26) du tube (9). Ainsi, comme le montre la figure 2, la paroi métallique annulaire (20) est en appui par son bord latéral (27) contre l'enveloppe (3) dans la zone annulaire qui entoure l'arifice, tout en étant appliquée sur le tube par sa surface concave (25). Dans ces conditions, Si la pression de serrage de la paroi métallique (20) sur la surface (26) du tube (9) est suffisante, tout glissement axial de celui-ci en direction de l'extérieur est rendu impossible.La hauteur de la saillie radiale, en direction de l'axe X1X2 du rebord annulaire (19), est déterminée de façon que, lorsque le joint composite (10) est contracté comme le montre la figure 2, ce rebord soit en appui sur la surface convexe (26) du tube (9) avec une pression suffisante pour rendre étanche le compartiment (11) quand il est mis en pression au moyen du fluide d'épreuve introduit par l'orifice (12). L'homme de l'art détermine la hauteur de cette saillie radiale en tenant compte des caractéristiques de l'élastomère utilisé pour le manchon (18), de la pression de commande réalisée dans la gorge (13) et enfin de la pression d'épreuve réalisée dans le compartiment (ll) et donc à l'intérieur du tube (9). La zone de coupure (22), comme le montre la figure 3, peut être une cause de pincement de l'élastomère au moment de la contraction du manchon (18) sous l'action du fluide de commande. Pour éviter cela, on peut remplacer les bords d'extrêmité (23) et (24) à coupure franche par un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe X1X2, par des bords comportant des zones amincies qui glissent les unes sur les autres au moment de la contraction du joint. On peut utiliser aussi une paroi métallique annulaire comportant plusieurs parties. Bien d'autres modifications peuvent être apportées au dispositif suivant l'invention sans sortir du domaine couvert par celle-ci. Comme cela a été dit plus haut, l'invention concerne aussi un procédé d'énreuve de tubes métalliques de révolution au moyen du dispositif qui vient d'être décrit. le procédé per ment d'éviter d'avoir à réaliser un calage efficace du tube et de la tête d'épreuve pour empêcher leur séparation au cours de la montée en pression. Ce procédé permet aussi de limiter à une zone d'extrêmité très courte la partie du tube dont les défauts éventuels ne seront pas révélés par l'é- preuve hydraulique. l'utilisation du joint composite suivant l'invention permet en particulier de simplifier les opérations de contrôle en accélérant le cycle opératoire et de réduire les risques de fausses manoeuvres. La fermeture de l'autre extrêmité du tube pendant l'épreuve peut être effectuée au moyen d'une deuxième tête, équipée également d'un joint composite suivant l'invention, dont la contraction est assurée par le même fluide de commande que celui qui contracte le joint composite de la première tête. La deuxième tête peut ne pas être équipée d'une arrivée de fluide d'épreuve. De nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé suivant l'invention sans sortir du domaine couvert par celle-ci. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'étanchéité et de retenue pour épreuve de tubes métalliques de révolution par pression interne d'un fluide comportant une tête d'épreuve munie d'un orifice cir culaire pour l'introduction d'une extrêmité du tube à éprou ver dans un compartiment relié à une source de fluide d'é preuve, l'espace compris entre la paroi du compartiment et la surface convexe du tube au voisinage de l'orifice pouvant être fermé de façon étanche par un joint annulaire entourant le tube, caractérisé en ce que le joint annulaire a une structure composite comprenant un manchon à base d'élastomère dont la surface concave orientée vers 11 axe de passage du tube est pourvue d'un rebord annulaire en saillie en di rection de cet axe et une paroi métallique annulaire non fermée appliquée par sa surface extérieure convexe contre la surface concave du manchon, en dehors de la zone du rebord, la surface intérieure concave de cette paroi métallique étant en regard de la surface extérieure convexe du tube et en ce que le joint annulaire est engagé au moins partiellement dans une gorge dont il ferme ltouverture annulaire, le fond de cette gorge étant relié à une source d'un fluide de commande sous pression permettant d'exercer ~sùr -le joint la preasion nécessaire pour mettre en appui sur la surface extérieure convexe du tube le rebord annulaire et la paroi métallique annulaire. 2) Dispositif suivant revendication 1 caractérisé en ce que l'épaisseur moyenne de la paroi métallique annulaire non fermée est supérieure au jeu radial entre la surface convexe du tube à éprouver et la surface concave du bord de l'orifice d'entrée. 3) Dispositif suivant revendication l ou 2 caractérisé en ce que la paroi métallique annulaire non fermée présente au moins une zone de coupure réalisée de façon que les bords opposés de cette zone ne butent pas l'un contre l'autre en empêchant l'application de la paroi sur la surface convexe du tube lors de la contraction du joint. 4) Dispositif suivant revendication 3 caractérisé en ce que, dans au moins une zone de coupure, des bords d'extrêmité comportent des zones de recouvrement amincies qui glissent les unes sur les autres au moment de la contraction du joint. 5) Dispositif suivant l'une des revendications à å4 carac- térisé en ce que la paroi métallique annulaire non fermée comporte au moins deux parties séparées par au moins deux zones de coupure. 6) Dispositif suivant l'une des revendications I a 5 carac térisé en ce que, lorsque la paroi métallique annulaire est réalisée en plusieurs parties, chacune de celles-ci est re liée, en au moins un point, au manchon par un moyen conve nable tel que collage, agrafage ou autre. 7) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6 carac térisé en ce que la surface concave de la paroi métallique annulaire présente un coefficient d'adhérence amélioré par un traitement de surface. 8) Procédé d'épreuve de tubes métalliques de révolution par pression interne de fluide, dans lequel on introduit l'ex trêmité ouverte d'un tube dont l'autre extrêmité a été au préalable fermée de façon convenable, dans l'orifice d'un compartiment résistant à la pression d'une tête d'épreuve, ce compartiment étant relié à une arrivée de fluide sous pression caractérisé en ce que l'on dispose autour du tube, à l'intérieur de la tête d'épreuve et au voisinage de l'ori- fice, un joint composite annulaire comportant un manchon en élastomère muni d'un rebord en saillie en direction de l'axe du tube et une paroi métallique annulaire non fermée dont la surface extérieure convexe est appliquée contre la surface intérieure concave du manchon, et en ce que l'on contracte ce joint qui est engagé, au moins partiellement, dans une gorge, par pression d'un fluide de commande introduit dans cette gorge, de façon qu'il enserre la surface extérieure du tube, le rebord en élastomère étant alors en contact étanche avec cette surface extérieure et la paroi métallique, au contact de cette même surface, opposant une résistance au glissement suffisante pour empêcher le tube d'être entraîné par la force de traction axiale résultant de la pression d'épreuve. 9) Procédé suivant revendication 8 caractérisé en ce que, après contraction du joint composite, on introduit dans le compartiment de la tête d'épreuve une pression de fluide d'épreuve de 10 à 100 bars. 10) Procédé suivant revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que le fluide d'épreuve est de l'eau, une huile ou un autre fluide liquide ou gazeux. 11) Procédé suivant l'une des revendications 8 a10 caractérisé en ce que le fluide de commande est de l'eau, une huile ou un autre fluide liquide ou gazeux.