Brevet FR2600747A1 — publié le 19871231

- 1 La présente invention concerne une nouvelle structure de tube flexible dont les parois peuvent supporter de fortes pressions sans subir d'écrasement excessif. L'un des objets de l'invention est de réaliser des tubes flexibles permettant de supporter de fortes pressions différentielles, quel que soit le sens d'o elles proviennent. Un autre objet de la présente invention est de réaliser des tubes 10 utilisables notamment pour le transport des fluides caloporteurs tels de l'eau, en particulier pour le chauffage urbain, ou encore des fluides frigorifiques. Les tubes selon l'art antérieur réalisés en vue d'un tel usage sont généralement rigides, d'o des montages complexes et coteux pour contourner les obstacles et pour tenir compte de la 15 dilatation thermique de ces tubes. De plus, les matériaux généralement utilisés pour'l'isolation thermique n'ont une bonne résistance à la compression que si leur densité est élevée, et ce sont alors de médiocres isolants. S'ils sont utilisés avec une faible densité, leur résistance à la compression est faible et de ce fait lorsqu'on utilise 20 ces tubes en les soumettant à des pressions externes importantes, par exemple en les enterrant dans le sol, on constate un écrasement important du matériau d'isolation thermique. Cet écrasement s'accompagne d'une dégradation des qualités d'isolation thermique de ce matériau. Le tube selon la présente invention évite une grande partie de ces écueils. L'art antérieur peut être illustré par les brevets ou demandes de 30 brevets français FR-A-1.550.000, FR-A-1.333.402 et FR-A-2.337 298, les -2 brevets britanniques GB-A-591.307 et GB-A-1.414.113, ainsi que par les demandes de brevets européens EP-A-0050469 et EP-A-0.140.773. Le brevet FR-A-1.550.000 décrit un tube ondulé dont les ondulations sont remplies d'une matière flexible ou d'un élastomère adhérant à la matière de base du tube. La présente invention précise des caractéristiques de configuration d'une gaine ondulée et d'un élément de renfort que l'on ne retrouve pas dans les documents antérieurs et qui permettent d'améliorer 10 sensiblement les qualités du produit résultant. Selon la présente invention, on utilise au moins un élément de renfort qui épouse étroitement la forme des ondes et qui n'est pas adhérent à la matière de base du tube. Par ailleurs, selon l'invention, cet 15 élément est rigide transversalement et comporte éventuellement des moyens de résistance à la traction longitudinale, tels qu'une tresse. La demande de brevet français FR-A-2.337.298 décrit un tube rigide à grande isolation. Un fluide à température intermédiaire circule à 20 contre courant du fluide principal en position centrale. Ce produit peut difficilement être comparé à notre canalisation, non plus que les séparations longitudinales assurant une bonne circulation des gaz dans le premier annulaire ne peuvent être comparées à la 25 structure alvéolaire que peut comporter un tube selon l'invention. Le brevet britannique GB-A-591.307 décrit un flexible armé constitué d'une gaine imperméable et de tissus coincés entre deux spirales métalliques de même pas, l'une intérieure et l'autre extérieure. Selon 30 ce document antérieur, le rayon de tore reste grand et, par suite, la résistance de la couche de tissus doit être élevée pour que ce tube résiste à des pressions fortes. Le produit ainsi obtenu sera coûteux, peu flexible et pas très résistant. Le brevet britannique GB-A-1.414.113 décrit un tube comportant un - 3 isolant entre deux couches de tissus. Enfin, le brevet européen EP-A-0050469 décrit une forme particulière des éléments de renfort. La présente invention concerne un tube flexible comportant une gaine dont la surface extérieure a une forme ondulée, c'est-à-dire que la trace de l'intersection de la surface extérieure de la gaine par un plan passant par l'axe du tube correspond à une courbe présentant des 10 ondulations. Ces ondulations se composent d'une succession de creux et de zones arrondies, les creux étant situés dans la partie de la gaine proche de l'axe du tube, les zones arrondies étant situées dans la partie de la gaine éloignée de l'axe dudit tube. Les zones arrondies ont en chaque point un cercle osculateur dont le centre est situé d'un 15 même côté de la gaine et dont le rayon de courbure n'est pas infini, la courbure de l'arrondie étant orientée vers l'axe du tube. Le tube selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte au moins un élément de renfort externe, rigide latéralement, remplissant lesdits creux sur une hauteur telle qu'il atteint au moins les zones arrondies 20 et en ce que ledit élément de renfort n'adhère pas aux parois de ladite gaine. Lorsque chacune des zones arrondies comporte à son sommet une portion à rayon de courbure sensiblement constant, l'élément de renfort peut 25 avoir une hauteur suffisante pour remplir lesdits creux et l'espace compris entre deux zones arrondies successives jusqu'â atteindre au moins les portions de la zone arrondie à rayon de courbure constant. L'élément de renfort pourra remplir les creux et s'étendre 30 sensiblement sur toute la hauteur de l'ondulation et pourra affleurer le sommet de l'ondulation, mais avec une discontinuité de cet élément de renfort à la périphérie de ladite gaine entre deux ondulations successives. L'élément de renfort pourra remplir les creux, l'espace compris entre deux zones arrondies successives et s'étendre au-delà du sommet de la - 4 zone arrondie, mais en ayant une discontinuité à la périphérie de ladite gaine entre deux ondulations successives. L'élément de renfort pourra comporter de la résine et/ou des fibres. La gaine pourra comporter éventuellement un ou plusieurs éléments de renfort interne. L'intersection de ladite gaine avec un plan longitudinal pénétrant à l'intérieur de ladite gaine définit des ondulations de hauteur ou amplitude H, cette hauteur étant mesurée en 10 considérant l'ondulation sur la face externe de ladite gaine. Le tube selon l'invention comporte au moins un élément de renfort externe, ayant une surface interne qui épouse la forme du creux d'une ondulation qu'il- remplit sur une hauteur (h), sans pour autant adhérer à ladite gaine. Le tube selon l'invention peut comporter des moyens de 15 résistance à la traction longitudinale tels une tresse externe de renfort, ces moyens de renfort entourant ladite gaine interne équipée.de l'élément de renfort externe, lesdits moyens permettant de limiter l'allongement de la gaine interne, notamment lors de la mise en pression de l'intérieur de la dite gaine. 20 L'élément de renfort externe est rigide transversalement. La face externe de l'élément de renfort externe peut avoir une forme qui s'inscrit sensiblement, du moins en partie, dans un cylindre. 25 Le tube flexible selon l'invention peut comporter une structure alvéolaire recouvrant soit l'élément de renfort externe, soit la tresse. Cette structure alvéolaire étant souple dans le sens longitudinal du tube et rigide dans le sens radial. 30 La structure alvéolaire pourra être avantageusement remplie d'un matériau ayant des propriétés d'isolation thermique. Enfin, le tube flexible selon la présente invention pourra être 35 recouvert d'une gaine extérieure. - 5 On pourra avantageusement créer une dépression dans l'espace délimité entre la gaine interne et la gaine externe. En effet une telle dépression crée un vide partiel dans cet espace, il est bien connu que l'air raréfié constitue un bon isolant thermique. La mise en dépression de l'espace délimitée par les gaines interne externe ne provoque pas l'écrasement de la gaine externe, car celle-ci prend appui sur la structure alvéolaire. La présente invention pourra être mieux comprise et ses avantages apparaitront plus clairement à la description qui suit d'exemples particuliers de réalisation illustrés par les figures ci-jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 représente une vue en coupe d'un tube selon la présente invention, - la figure 2 illustre une vue en coupe d'un tube selon l'invention, ce tube comportant une structure alvéolaire, 20 la figure 3 représente en détail une ondulation, et - les figures 4 à 6 représentent différents modes de remplissage du creux de cette ondulation par un élément de renfort. 25 La référence 1 à la figure 1 désigne la gaine interne ondulée du tube flexible. Dans l'ensemble illustré, la gaine interne ondulée comporte des moyens 30 de renfort interne 2 qui peuvent être constitués d'anneaux ou d'un élément hélicoïdal. Ces moyens de renfort interne permettent à la gaine de supporter les efforts de compression radiale résultant de ce que la pression régnant 35 en 3 à l'extérieur du tube est supérieure à la pression régnant en 4 à l'intérieur du tube. - 6 L'intersection du tube avec un plan longitudinal pénétrant à l'intérieur de ladite gaine définit des ondulations. Selon la présente invention, on renforce la gaine interne ondulée en 5 plaçant un élément de renfort externe 5 sur la gaine ondulée. Cet élément 5 se loge dans le creux des ondulations de la gaine. Il épouse la forme de l'ondulation dont il remplit le creux sur une hauteur h. Dans le cas des figures 1, 2, 4 et 5 la hauteur h est inférieure à la hauteur H de l'ondulation elle même. Ainsi des zones de la gaine 10 interne référencées 6 ne sont pas en contact avec l'élément de renfort 5. Ce ne sont pas ces zones qui permettent la flexibilité du tube, mais le mouvement de l'élément de renfort 5, relativement à la gaine ondulée qui permet l'allongement local du tube. L'élément de renfort externe 5 pourra comporter des matériaux fibreux, par exemple de fibres de verre. De même, cet élément pourra comporter plusieurs anneaux ou une ou plusieurs hélices, ceci dépendant bien entendu de la structure de la 20 gaine ondulée. L'élément de renfort externe comporte une face externe qui, au moins en partie, s'inscrit sensiblement dans un cylindre. Bien entendu les éléments de renfort interne 2 peuvent être supprimés, notamment dans le cas o la pression interne -en 4 est toujours supérieure à la pression externe en 3. 25 Les figures 3 à 6 permettent de comprendre les configurations de la gaine et de l'élément de renfort selon la présente invention. L'ondulation représentée à la figure 3 correspond à la trace de l'intersection de la gaine par un plan passant l'axe 13 de la gaine 1 ou plan longitudinal. Dans l'exemple considéré, le tube est supposé être rectiligne au - repos. Si telle n'est pas le cas le terme ondulation pourra 35 correspondre à la trace de la gaine obtenue sur une surface développée d'une surface cylindrique générée par une droite prenant appui sur - 7 l'axe de la gaine, cette surface cylindrique coupant ladite gaine. Dans le cas représenté à la figure 3, l'ondulation comporte une zone creuse ou creux 14 qui se compose d'une partie courbe 15, et 5 éventuellement d'une partie droite 16. L'ondulation comporte en outre une zone arrondie 17 du moins lorsque la gaine 1 est soumise à une pression interne, les cercles osculateurs de cette zone arrondie ont un rayon non infini et leur centre compris d'un même côté de la gaine 1 et du côté de l'axe de la gaine. Ainsi la courbure de cette zone 10 arrondie est dirigée vers l'axe 13 de la gaine. Généralement la portion arrondie 17 comporte une portion à rayon constant 18 située de part et d'autre du sommet 19 de l'ondulation. Sur la figure 4 l'élément de renfort 5 remplit le creux 14 de l'ondulation et s'étend au moins jusqu'au début de la zone arrondie 17. Dans le cas de la figure 5 l'élément de renfort 5 s'étend, en partant du creux 14, jusqu'à au moins le début de la portion à rayon constant 20 de la zone arrondie 17. La figure 6 représente le cas o l'élément de renfort 5 s'étend, en partant du creux de l'ondulation, au-delà du sommet de l'ondulation 19. Bien entendu l'élément de renfort pourra être affleurant aux 25 sommet 19 de l'ondulation. Dans tous les cas il faudra que l'élément de renfort de deux ondulations successives présente une discontinuité 20. C'est cette discontinuité qui permettra la flexibilité du tube. Selon la présente invention l'élément de renfort 5 épouse parfaitement la forme de l'ondulation mais n'y adhère pas. De plus l'élément de renfort est rigide latéralement et axialement pour pouvoir supporter 35 les contraintes circonférentielles qui apparaissent quand la gaine est mise sous pression. -8 On ne sortira pas du cadre de la présente invention si la.portion à rayon constant-18 correspond à un secteur supérieur à 180 . Le tube selon la présente invention recule le seuil d'ovalisation d'écrasement de la gaine comparativement au tube de l'art antérieur. Le fait que l'élément de renfort soit rigide latéralement fait que, lors d'une flexion, la fibre neutre du tube se trouve du côté du tube en compression et non plus sur l'axe du tube. Il est important selon la présente invention qu'au repos l'élément de renfort épouse le mieux possible la forme de la gaine. Ceci est bien réalisé lorsque l'élément de renfort comporte une résine.15 Cette résine pourra alors être mise en place dans les ondulations alors qu'elle n'a pas encore durci et pourra être cuite ensuite. Bien entendu à la fin de cette opération le tube pourra être déformé pour décoller, si nécessaire, l'élément de renfort de la gaine. 20 De même si l'élément de renfort est mis de manière à affleurer aux sommet des ondulations, le tube pourra être déformé pour casser de manière certaine le voile qui pourrait relier par dessus le sommet 19 de l'ondulation l'élément de renfort de manière à assurer deux 25 portions successives de la discontinuité de l'élément de renfort. L'élément de renfort selon la présente invention pour comporter des filaments fibreux. Afin de renforcer dans le sens longitudinal le tube décrit précédemment, on peut l'équiper de moyens de résistance à la traction longitudinale tels, par exemple, une tresse représentée schématiquement sur la figure 2 et désignée par la référence 7. Bien entendu le tube ainsi constitué peut comporter une gaine externe 8. 35 Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de - 9 l'invention, utilisable notamment pour réduire les échanges thermiques entre le milieu extérieur 3 et le milieu 4 à l'intérieur du tube, une structure alvéolaire 9 est placée extérieurement autour de la gaine interne 1 équipée de l'élément de renfort externe 5 et éventuellement de la tresse 7. Cette structure alvéolaire est rigide dans une direction radiale gràce à des cloisons ayant une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du tube. Elle peut être recouverte d'une gaine externe 10 protectrice. Les alvéoles pourront être avantageusement remplies d'un matériau 10 ayant des propriétés d'isolation thermique. Lorsqu'un tel tube comporte la structure alvéolaire 9 garnie de matériau d'isolation 10, c'est la structure alvéolaire qui transmet les efforts à l'écrasement et non le matériau d'isolation comme cela est désigné par la référence 12 sur la figure 2. De ce fait, il devient possible à un tel tube de supporter des valeurs importantes de la pression à l'écrasement des parois sans provoquer l'écrasement du matériau d'isolation, même si celui-ci a une très faible résistance à la compression. Il convient de rappeler ici que l'écrasement d'un matériau d'isolation thermique s'accompagne généralement d'une diminution des qualités thermiques isolantes. Lorsque le tube flexible comporte une gaine externe étanche, il es 30 possible de réaliser, grâce à des moyens de pompage, un vide partiel dans l'espace annulaire entre la gaine externe et la gaine interne, celles-ci étant séparées l'une de l'autre par la structure alvéolaire. Une telle solution présente de sérieux avantages.parmi lesquels figurent une bonne isolation thermique et un faible prix. 35 De plus un tel mode de réalisation permet d'obtenir une détection des - fluites avant que celles-ci n'atteignent des proportions importantes, toujours coûteuse. En effet en cas de fuite, même légére, les moyens de pompage réagissent par un débit pompé supérieur au débit normal. Dans un tel cas des moyens d'alarme pourront avertir l'opération de l'existence d'un anomalie. Cet inconvénient est supprimé avec la structure indiquée ci-dessus. Un tel tube peut être utilisé pour le transport de fluides caloporteurs, par exemple pour le chauffage urbain, pour le transport 10 de fluides frigorifiques, ou de refroidissement, ou d'une manière plus générale pour le transport de fluides dont on souhaite limiter les échanges thermiques pendant cette phase de transport, par exemple pour le transport de pétrole lourd ou de gaz naturel liquéfié. - il REVENDICATIONS 1. - Tube flexible comportant une gaine dont la surface extérieure a une forme ondulée, c'est-à-dire que la trace de l'intersection de la surface extérieure de la gaine par un plan passant par l'axe du tube correspond à une courbe présentant des ondulations qui comporte une 5 succession de creux et de zones arrondies, lesdits creux étant situés dans la partie de la gaine proche de l'axe du tube, lesdites zones arrondies étant situées dans la partie de la gaine éloignée de l'axe dudit tube, lesdites zones arrondies ayant en chaque point un cercle osculateur dont le centre est situé d'un même côté de ladite gaine et 10 dont le rayon de courbure n'est pas infini, la courbure de l'arrondie étant orientée vers l'axe du tube, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément de renfort (5) externe rigide latéralement remplissant lesdits creux (14) sur une hauteur telle qu'il atteint au moins les zones arrondies (17) et en ce que ledit élément de renfort 15 (5) n'adhère pas aux parois de ladite gaine (1). 2. - Tube flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites zones arrondies (17) comportent chacune à leur sommet (19) une portion (18) à rayon de courbure sensiblement constant et en ce 20 que ledit élément de renfort (5) a une hauteur suffisante pour remplir lesdits creux (14) et l'espace compris entre deux zones arrondies (17) successives jusqu'à atteindre au moins lesdites portions (18) à rayon de courbure constant. 3. - Tube selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de renfort (5) rempli lesdits creux (14) et s'étend sensiblement sur toute la hauteur de l'ondulation et en ce qu'il affleure le sommet (19) de l'ondulation, mais en ayant une discontinuité dudit élément de renfort (5) à la périphérie de ladite 30 gaine (1). 26.00747 - 12 4. - Tube selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de renfort (5) remplit lesdits creux (14), 1 'espace compris entre deux zones arrondies successives (18) et s'étend au-delà du sommet (19) de la zone arrondie (18) mais en ayant une discontinuité (20) dudit élément de renfort à la périphérie de ladite gaine. 5. - Tube selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément de renfort (5) comporte de la résine. 6. - Tube selon l'une-des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément de renfort (5) comporte des fibres. 7. - Tube flexible selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de résistance à la traction 15 longitudinale, tels une tresse externe (7), ces moyens entourant l'élément de renfort externe (5), lesdits moyens limitant l'allongement de la gaine interne (1) lors de la mise en pression de l'espace intérieur à ladite gaine (1). 8. - Tube flexible selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une structure alvéolaire (9) recouvrant l'élément de renfort externe (5). 9. - Tube flexible selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il 25 comporte une tresse externe (7) recouverte d'une structure alvéolaire (9), cette structure comportant des cloisons ayant une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du tube. 10. - Tube flexible selon la revendication 8, caractérisé en ce que 30 ladite structure alvéolaire (9) est remplie d'un matériau ayant des propriétés d'isolation thermique. 11. - Tube flexible selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite structure alvéolaire (9) est remplie d'un matériau (10) ayant 35 des propriétés d'isolation thermique. - 13 - 12. - Tube flexible selon la revendication 8, ladite structure alvéolaire (9) est recouverte (8). 13. - Tube flexible selon la revendication 9, ladite structure alvéolaire (9) est recouverte (8). caractérisé en ce que d'une gaine extérieure caractérisé en ce que d'une gaine extérieure 14. Tube flexible selon la revendication 10, caractérisé en ce que 10 ladite structure alvéolaire (9) est recouverte d'une gaine extérieure (8). 15. Tube flexible selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite structure alvéolaire (9) est recouverte d'une gaine extérieure 15 (8). 16. - Tube flexible selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite structure alvéolaire (9) est recouverte d'une gaine externe (8), en ce que l'espace délimité entre la gaine interne et la 20 gaine externe est mis en dépression.