Brevet FR2657924A1 — publié le 19910809

i Dispositif de centrage interne pour le raccordement de deux tubes aboutés. La présente invention concerne un nouveau dispositif de centrage qui convient particulièrement pour être inséré dans deux tubes disposés bout à bout afin que les extrémités de ces tubes puissent être raccordées et qui, du fait qu'il est articulé, donne à ces tubes cinq bons degrés de liberté tout en étant relativement simple et peu coûteux à fabriquer ainsi qu'en étant extrêmement fiable et facile à installer, ce dispositif permettant non seulement aux bords aboutés des tubes à raccorder de reprendre efficacement leur forme de section droite mais également d'être juxtaposés de façon toujours parfaite grâce à des rotations appropriées et maintenant possibles et/ou à des mouvements de translation des deux tubes l'un par rapport à l'autre. Il est bien connu que dans de nombreuses applications et, en particulier, dans le soudage automatique des extrémités de tubes de grand diamètre, il est nécessaire généralement de positionner avec soin et précision les bords aboutés conjointement avec un rétablissement de la forme desdits bords dans des limites de tolérances raisonnables. On connaît dans l'état de la technique de nombreux dispositifs permettant d'exercer intérieurement un serrage sur les extrémités des tubes qui doivent être raccordés à leurs extrémités La majorité de ces dispositifs connus concerne le rétablissement de la forme cylindrique des extrémités aboutées des tubes mais ne permet pas d'obtenir une disposition mutuelle coaxiale précise des tubes ou une disposition mutuelle parfaitement dans le même plan des surfaces qui doivent être raccordées; de nombreux dispositifs de la technique antérieure agissent sur la proximité mutuelle des bords aboutés mais ne permettent pas une rotation ou un déplacement transversal des extrémités du tube. Enfin, aucun dispositif de centrage intérieur connu ne se révèle apte à maintenir la forme cylindrique des bords aboutés, tout en étant articulé au point d'offrir les cinq degrés de liberté qui sont strictement nécessaires pour qu'à coup sûr il existe toujours une juxtaposition parfaite des extrémités des tubes qui doivent être raccordés, et à compenser les erreurs de forme dues aux tolérances de travail normales. La présente invention a pour objet, en fait, d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus et de fournir un dispositif de centrage interne qui est relativement simple et pas très coûteux à fabriquer tout en étant fiable et facile à installer, ce dispositif permettant un déplacement et un positionnement relativement parfait d'un des tubes par rapport à l'autre, même dans le cas de tubes qui sont, dans une certaine mesure, décalés axialement et/ou mal alignés ainsi qu'une action sur la déformation radiale des bords à raccorder sur chacune des têtes à raccorder afin de rattraper les tolérances de forme. On obtient essentiellement ce résultat en réalisant le dispositif de centrage avec deux mandrins creux que l'on peut faire venir par expansion contre les parois intérieures des tubes à raccorder et dont au moins un est adapté pour effectuer un mouvement axial et au moins un est articulé sur un élément de support central disposé à l'intérieur des tubes et présente un développement dans le sens principalement axial c'est-à-dire a une forme allongée, ce dispositif étant pourvu d'au moins trois actionneurs radiaux en vue d'un déplacement et d'un positionnement angulaire résultant du mandrin proprement dit par rapport audit élément central. En fait, dans un mode de réalisation simple, l'élément central, qui est l'élément structural supportant les deux mandrins à l'intérieur desquels il est inséré, peut maintenant être facilement produit de manière telle qu'il peut résister également à des contraintes extérieures importantes, telles que celles transmises entre les tubes, et en outre, son développement principalement axial, qui permet d'espacer les articulations des mandrins suffisamment loin l'une de l'autre et par rapport aux actionneurs radiaux, permet facilement de faire tourner ou de déplacer transversalement l'un des mandrins par rapport à l'autre. Cette liberté complète possible d'un déplacement combiné avec la précision généralement procurée par les actionneurs radiaux commandés de façon appropriée garantit par conséquent l'établissement d'une concentricité et d'une disposition mutuelle coplanaire des "racines" des bords des tubes à raccorder dans les limites des tolérances de forme requises, cela cependant avec de bonnes tolérances de travail en ce qui concerne l'épaisseur des tubes et la perpendicularité des bords des extrémités quel que puisse être toutefois le décalage axial et/ou le défaut d'alignement des tubes eux- mêmes. En outre, les deux mandrins creux précités qui peuvent être placés soit symétriquement, soit en série, sur ledit élément de support central consistent chacun en un manchon flexible extérieur du type rendu élastique à l'aide d'un ressort cylindrique ou d'une lame de ressort ou de tout autre type de ressort et pourvu à ses extrémités de saillies d'expansion ou griffes pour un serrage ou blocage radial contre la paroi intérieure du tube à raccorder, cela par l'action d'un actionneur intérieur axial hydraulique muni de deux filetages opposés et constitué à son tour, par un corps creux articulé à l'une de ses extrémités sur ledit corps central et comportant près de ladite extrémité une saillie annulaire qui délimite deux chambres d'actionnement annulaire comportant une chemise annulaire supportée, d'une manière axialement coulissante, par ledit corps creux et comportant à une de ses extrémités des têtes d'expansion cunéiformes, la seconde desdites chambres annulaires étant alors délimitée par une tige creuse qui est également adaptée pour coulisser axialement et qui est disposée concentriquement à l'intérieur de ladite chemise avec laquelle elle délimite également une troisième chambre d'actionnement annulaire, ladite tige étant aussi supportée par le corps creux et comportant à son extrémité qui sort de ladite chemise des têtes d'expansion cunéiformes, les actionneurs radiaux étant amenés à agir contre le corps central et l'extrémité mentionnée ci-dessus de la tige creuse ou entre ledit corps central et ledit corps creux. De cette manière, en envoyant un fluide sous pression dans les deux chambres d'actionnement annulaire précitées, non seulement on peut obtenir un déplacement axial des filetages opposés par rapport à la chemise annulaire et à la tige creuse de l'actionneur hydraulique de chaque mandrin du dispositif de centrage interne dont les têtes cunéiformes imposent ainsi une expansion des saillies ou griffes du manchon élastique des mandrins du dispositif de centrage interne contre la surface intérieure des tubes qui doivent être bloqués et raccordés, en surmontant la réaction élastique des manchons eux- mêmes, mais le dimensionnent large qui est maintenant possible en ce qui concerne la forme particulière du dispositif de centrage interne permet également l'action plus efficace de la force exercée par les saillies d'expansion ou griffes contre chaque tube et un rétablissement par conséquent garanti de la forme des extrémités d'aboutement des tubes à raccorder En outre, après un blocage correct des tubes par les mandrins creux du dispositif de centrage, il est alors possible de positionner aussi axialement un des tubes qui doit être raccordé par rapport à l'autre tube à l'aide d'un déplacement axial ou longitudinal du mandrin correspondant par rapport au corps central du dispositif de centrage luimême, ce que l'on peut facilement obtenir par un transfert du fluide entre les deux chambres d'actionnement annulaires et, plus précisément, par une augmentation de la pression du fluide dans la seconde chambre annulaire et une réduction correspondante de la pression du fluide dans l'autre chambre, ladite augmentation de pression ayant lieu en fait, essentiellement entre ladite saillie annulaire du corps creux et la tige creuse, le corps creux étant articulé sur ledit corps central du dispositif de centrage et, par conséquent, ne pouvant pas se déplacer, ce qui oblige la chemise annulaire et la tige creuse de l'actionneur et, par conséquent, le manchon flexible du mandrin creux et le tube bloqué sur ce dernier à effectuer un déplacement axial en direction de l'autre mandrin du dispositif de centrage interne On dégage les mandrins des tubes correspondants en réduisant la pression dans les deux chambres d'actionnement annulaires et en l'augmentant dans la troisième chambre d'actionnement annulaire délimitée par la chemise annulaire et la tige creuse de l'actionneur intérieur. Il va de soi que si l'un des deux mandrins creux du dispositif de centrage interne n'a pas à effectuer un déplacement axial du tube bloqué correspondant, il s'ensuit une simplification notable de son actionneur intérieur par le fait que, conformément à un autre mode de réalisation de la présente invention, le corps creux précité, articulé sur l'élément de support central et comportant une saillie annulaire, est maintenant solidaire de la tige creuse et ne forme qu'un seul corps dont la saillie annulaire délimite avec la chemise annulaire déplaçable tout juste deux chambres d'actionnement annulaires Plus précisément, l'actionneur axial intérieur, qui est un actionneur hydraulique et qui comporte deux filetages opposés pour le mandrin axialement immobile est constitué, selon la présente invention, par un corps creux articulé à une de ses extrémités sur l'élément de support central tandis qu'à son autre extrémité il comporte des têtes d'expansion cunéiformes et est pourvu d'une saillie annulaire qui délimite deux chambres d'actionnement annulaires avec une chemise annulaire supportée de manière à pouvoir être déplacée axialement sur ledit corps creux et comportant des têtes d'expansion cunéiformes sur son extrémité qui est voisine de l'articulation dudit corps creux. Un autre des nombreux avantages du dispositif de centrage selon l'invention réside encore dans le fait que l'actionneur hydraulique particulier pourvu de deux filetages opposés permet de bloquer les tubes et de libérer ensuite les saillies d'agrippement sans aucun effet d'entraînement et, en outre, la forme parfaitement profilée qu'il est possible de donner à la surface extérieure du dispositif de centrage et, plus spécifiquement à la surface extérieure des mandrins du dispositif de centrage facilite l'insertion de ce dispositif de centrage dans les tubes tandis que la simplicité structurale et le nombre réduit d'élément contribuent à réduire le coûts et avant tout à augmenter la fiabilité. On va maintenant expliquer la présente invention de façon plus claire en se référant aux dessins annexés qui représentent une forme de réalisation préférée et qui sont donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif en ce sens que des modifications techniques ou structurales peuvent y être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi, par exemple, que les formes structurales particulières représentées sont données dans l'hypothèse d'un ensemble vertical de tubes et concernent un tel ensemble constituant l'ancrage d'une plate- forme flottante, à l'intérieur de laquelle le dispositif de centrage est calé sous l'effet de la pesanteur mais il va de soi qu'avec des artifices simples, la même invention permet un raccordement entre des tubes inclinés aussi bien qu'horizontaux En outre, dans la configuration choisie à des fins de commodité d'illustration, on fait en sorte que les actionneurs radiaux agissent entre le corps de support central et la tige creuse et on forme les chambres d'actionnement correspondantes dans la tige creuse mais les actionneurs pourraient aussi bien agir entre le corps de support et le corps creux et, par conséquent, les chambres d'actionnement pourraient être formées soit dans le corps creux soit, en réalité, dans le corps de support central. En outre, il convient de remarquer que pour des raisons de simplification d'illlustration, les moyens hydrauliques fournissant et réglant le fluides et les autres dispositifs complémentaires tels que les capteurs et les transducteurs de position et de pression ainsi que les divers dispositifs électriques et électroniques qui sont groupés en une seule unité centrale hydraulique n'ont pas été représentés sur les dessins car ces dispositifs sont bien connus et ne constituent pas des éléments nouveaux de l'invention De même, pour des raisons de simplification d'illustration, les articulations entre le corps de support central et le corps creux de l'actionneur axial sont représentés sous la forme d'une sphère mais toute autre disposition parmi les nombreuses dispositions connues dans l'état de la technique peut être utilisée pour permettre une rotation du mandrin par rapport au corps de support central. Sur les dessins: la figure 1 est une vue en perspective partiellement en coupe d'un dispositif de centrage interne réalisé selon l'invention pour le raccordement des extrémités de deux tubes; la figure 2 représente une coupe longitudinale du dispositif de centrage de la figure 1; les figures 3 à 6 représentent successivement les phases fondamentales du fonctionnement du dispositif de centrage interne selon la présente invention, à savoir: la figure 3 montre le positionnement du dispositif de centrage à l'intérieur des tubes qui doivent être raccordés; la figure 4 montre le serrage ou blocage des mandrins creux du dispositif de centrage contre les parois intérieures des tubes qui doivent être raccordés, cela avec le rétablissement de la forme cylindrique des bords aboutés desdits tubes. la figure 5 montre la phase de rotation et de déplacement trans- versal relatif des tubes à raccorder; la figure 6 montre le déplacement axial relatif des tubes à à raccorder; la figure 7 est une coupe longitudinale d'une variante de réalisation du dispositif de centrage réalisée selon la présente invention et représentée sur la figure 1, un des mandrins de ce dispositif ne permettant pas un déplacement axial du tube qui est bloqué sur ce mandrin; la figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation du dispositif de centrage réalisé selon la présente invention et dans lequel deux mandrins creux sont disposés en série sur le corps de support central; la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation du dispositif de centrage représenté sur la figure 8, un des mandrins de ce dispositif ne permettant pas un déplacement axial du tube qui est bloqué sur ce mandrin; et la figure 10 est une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation du dispositif de centrage réalisé selon la présente invention et dans lequel seul un des mandrins creux est articulé sur le corps de support central. En se référant aux dessins, on voit que les références 1 et 2 indiquent respectivement les deux tubes qui doivent être raccordés à leurs extrémités au moyen du dispositif de centrage intérieur réalisé selon la présente invention et constitué par un corps de support central 3 de développement principalement axial, c'est-à-dire de forme allongée, et sur lequel sont montés deux mandrins creux respectifs 4 et 5 qui sont parfaitement identiques et qui sont montés sur ledit corps central 3 Les mandrins creux 4 et 5 sont disposés de façon symétrique l'un par rapport à l'autre (voir les figures 1 et 2) sur ledit corps central 3 et sont articulés aux extrémités de ce dernier respectivement au moyen de joints 6 et 7 Chaque mandrin creux 4 ou 5 est alors constitué par un manchon flexible extérieur 8 qui est rendu élastique par des ressorts cylindriques, comme représenté clairement sur la figure 1, et qui est pourvu à ses extrémités de griffes 9 en vue d'un serrage ou blocage radial de celles-ci contre la paroi intérieure du tube et qui est adapté pour être expansé radialement par un actionneur axial interne qui est hydraulique et qui comporte deux filetage opposés, cet actionneur consistant en un corps creux 10 dont une des extrémités est articulée sur le joint 6 ou 7 et comportant une saillie annulaire 11 qui forme deux chambres d'actionnement annulaire, à savoir les chambres respectives 12 et 13, avec une chemise annulaire 14 qui est supportée de manière à pouvoir coulisser axialement sur ledit corps creux 10 et qui comporte des têtes d'expansion cunéiformes 15 La chambre annulaire 13 est en outre délimitée également par une tige creuse 16 qui est également adaptée pour coulisser axialement en étant disposée concentriquement à l'intérieur de la chemise 14 avec laquelle elle délimite, d'une part, la chambre d'actionnement annulaire 17, ladite tige étant également supportée par le corps creux 10 et comportant à son extrémité située à l'extérieur de la chemise annulaire 14 une tête d'expansion cunéiforme 18 et, d'autre part, les chambres d'actionnement 19 pour une série d'au moins trois actionneurs radiaux 20 qui agissent entre le corps central 3 et la tige 16. La séquence et le mode de fonctionnement d'un tel dispositif de centrage intérieur a lieu de la façon suivante. Une fois monté dans les tubes 1 et 2, le dispositif de centrage est verrouillé en position de manière que chaque mandrin 4 et 5 puisse bloquer un seul tube (voir figure 3) Ensuite, à partir de l'unité centrale hydraulique 21 et par l'intermédiaire de conduits appropriés, tels que des conduits 22 et 23 représentés sur les figures 1 et 2, un fluide sous pression est envoyé aux chambres annulaires 12 et 13 ce qui les fait se déplacer grâce aux filetages opposés de la chemise annulaire 14 et la tige creuse 16 sur laquelle des têtes d'expansion cunéiformes 15 et 18 refoulent ainsi les griffes ou mors 9 des manchons flexibles 8 des mandrins 4 et 5 de manière qu'elles viennent porter contre la surface intérieure des tubes 1 et 2 (voir figure 4). Après avoir bloqué correctement les tubes, on utilise des moyens connus pour soulever les bords d'aboutement des tubes 1 et 2 de manière à effectuer les actions successives nécessaires pour qu'ils prennent la forme requise et pour qu'ils soient juxtaposés de telle sorte qu'ils puissent être raccordés En particulier, les actionneurs radiaux sont utilisés à cette fin, le fluide sous pression dans la chambre 19 provoquant l'alignement d'un des tubes par rapport à l'autre en agissant sur quatre degrés de liberté, à savoir: deux rotations et deux déplacements transversaux (voir figure 5) Le positionnement est alors complété par le déplacement axial relatif des tubes que l'on obtient en modifiant la pression du fluide dans les chambres 12 et 13 jusqu'à ce que les bords des tubes eux-mêmes (voir figure 6) viennent en butée l'un contre l'autre Après un raccordement, ou tout autre opération appropriée, on libère finalement les mandrins 4 et 5 en réduisant la pression régnant dans les chambres précitées tout en appliquant une pression, par contre, aux chambres annulaires 17 se trouvant entre les tiges creuses et les chemises annulaires 14. La figure 7 représente un dispositif de centrage interne qui est sensiblement identique à celui de la figure 1 sauf qu'un de ses deux mandrins, celui référencé 5 ', ne permet pas le déplacement axial du tube 2 qui est bloqué sur ce mandrin Ceci représente une simplification en ce sens que le corps creux 10 ' articulé en 7 sur le corps de support central 3 est lui-même prolongé jusqu'à la position de la tige creuse 16 et se termine aux têtes d'expansion cunéiformes 18. De cette façon, la chemise annulaire 14 ne délimite que deux chambres d'actionnement annulaires, 12 et 13 ' respectivement. Le dispositif de centrage interne de la figure 8 diffère de celui de des figures 1 ou 2 uniquement par le fait que les mandrins creux 4 et 5 sont articulés sur le corps de support central 3 en série et non pas dans une disposition symétrique des mandrins. Le dispositif de centrage interne représenté sur la figure 9 est similaire à celui de la figure 8 sauf qu'on utilise un seul mandrin 5 ' ne permettant un déplacement axial et, par conséquent, présente la simplification déjà procurée par le dispositif de centrage de la figure 7. Enfin, la figure 10 montre un dispositif de centrage interne comportant un seul mandrin 5 articulé sur l'axe central autour du corps 3 de support central L'autre mandrin 4 ', du fait qu'il n'est pas articulé, ne nécessite pas, bien entendu, d'actionneurs radiaux mais pour le reste, est identique du point de vue structural au premier mandrin. il REVENDICATIONS 1 Dispositif de centrage interne qui convient particulièrement pour le raccordement des extrémités de tubes ( 1, 2), comprenant un corps de support central ( 3) ainsi qu'un moyen d'expansion pour un blocage radial contre les parois intérieures des tubes à raccorder, caractérisé en ce que ledit moyen d'expansion consiste en deux mandrins ( 4, 5; 4 ', 5; 4, 5 ') creux montés sur ledit corps de support central qui les traverse et présente un développement principalement axial, au moins un desdits mandrins étant adapté pour un déplacement axial et au moins un desdits mandrins étant articulé sur ledit corps de support central et étant pourvu de trois actionneurs radiaux ( 20) qui sont disposés d'une façon suffisamment éloignée de l'articulation correspondante pour permettre un positionnement angulaire du mandrin lui-même par rapport audit corps de support central, chaque mandrin consistant en un manchon élastique extérieur ( 8) qui peut être expansé radialement sous l'action d'un actionneur axial intérieur qui est hydraulique et qui comporte deux filetages opposés. 2 Dispositif de centrage interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit actionneur axial intérieur qui est hydraulique et qui comporte deux filetages opposés pour le mandrin axialement mobile consiste en un corps creux ( 10) articulé à une de ses extrémités sur ledit corps central ( 3) et comportant à proximité de ladite extrémité une saillie annulaire ( 11) qui définit deux chambres d'actionnement annulaires ( 12, 13) avec une chemise annulaire ( 14) supportée de manière à coulisser axialement sur ledit corps creux et comportant des têtes d'expansion cunéiformes à son extrémité voisine de l'articulation dudit corps creux, la seconde desdites chambres annulaires étant alors délimitée par une tige creuse ( 16) qui est également adaptée pour coulisser axialement et qu est disposée concentriquement à l'intérieur de ladite chemise avec laquelle elle définit aussi une troisième chambre d'actionnement annulaire ( 17), la tige précitée étant elle-même supportée par le corps creux et comportant des têtes d'expansion cunéiformes ( 19) à son extrémité qui sort de la chemise annulaire. 3 Dispositif de centrage interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur axial hydraulique intérieur pourvu de deux filetages opposés pour le mandrin axialement immobile ( 5 ') consiste en un corps creux ( 10 ') qui est articulé à une de ses extrémités sur le corps de support central ( 3) et qui comporte à son autre extrémité des têtes d'expansion cunéiformes ( 18) ainsi qu'une saillie annulaire ( 11 ') délimitant deux chambres d'actionnement annulaires ( 12, 13 ') avec une chemise annulaire ( 14) supportée de manière telle qu'elle peut coulisser axialement sur ledit corps creux et qui comporte des têtes d'expansion cunéiformes ( 15) sur son extrémité voisine de l'articulation du corps creux. 4 Dispositif de centrage interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon flexible ( 8) des mandrins creux ( 4, 5; 4 ', 5 '; 4, 5 '; 4 ', 5) est rendu élastique au moyen de ressorts cylindriques. 5 Dispositif de centrage interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon flexible ( 8) des mandrins creux ( 4, 5; 4 ', 5 '; 4, 5 '; 4 ', 5) est rendu élastique au moyen de lames de ressort. 6 Dispositif de centrage interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mandrins creux ( 4,5 '; 4 ', 5 ') sont montés de manière telle qu'ils sont disposés symétriquement l'un par rapport à l'autre sur le corps de support central ( 3). 7 Dispositif de centrage interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mandrins creux ( 4, 5 ') sont disposés en série l'un avec l'autre sur le corps de support central ( 3). 8 Dispositif de centrage interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon flexible ( 8) sur chaque mandrin creux est pourvu à ses extrémités de griffes ou mors ( 9) destinés à un serrage radial contre la paroi intérieure du tube à raccorder. 9 Dispositif de centrage interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les actionneurs radiaux précités sont amenés à agir entre le corps de support central et l'extrémité de la tige creus qui sort de la chemise annulaire et en ce que les chambres d'actionnement correspondantes sont formées dans la tige creuse. 10 Dispositif de centrage interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les actionneurs radiaux sont amenés à agir entre le corps central et le corps creux et en ce que les chambres d'actionnement correspondantes sont formées soit dans le corps creux soit dans le corps central.