Brevet FR2675237A1 — publié le 19921016

La présente invention est relative à des soufflets de dilatation pour canalisations ou tuyauteries de fluides de tous diamètres et de toutes sortes, y compris les corps de vanne, les robinets et les soupapes, qu'on utilise dans les applications industrielles et domestiques les plus diverses, comme par exemple la sidérurgie, la pétrochimie, l'énergie nucléaire ou encore les installations thermiques. Ces soufflets sont destinés notamment à compenser, par leur déformation axiale, les effets de la température sur les canalisations ou tuyauteries ci-dessus. L'une des difficultés que l'on rencontre avec les soufflets de dilatation réside dans leur capacité à supporter une pression de service importante, cette pression pouvant s'exercer depuis l'intérieur ou depuis l'extérieur du soufflet. Diverses solutions ont été proposées pour remédier à cette difficulté, toutes ces solutions faisant appel à des éléments de renfort mécanique qui évitent un écrasement ou une expansion radial-dû à la pression. L'une de ces solutions, proposée par la Deianderesse dans son Brevet français 85 08 106, réside dans un soufflet qui comporte une alternance d'ondes de déformation axiale et d'éléments mécaniques de renfort, ces éléments de renfort étant constitués soit par des disques radiaux, soit par des éléments de cylindre coaxiaux , auxquels les extrémités des ondes de déformation axiale sont fixées par soudure. Cette solution donne entière satisfaction quant au fonctionnement du soufflet, mais elle présente l'inconvé nient qui réside dans la difficulté et dans le coût de fabrication d'un tel soufflet. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un soufflet de dilatation qui, tout en étant d'un fonctionnement très satisfaisant, est d'une fa brication simple et peu onéreuse, et sans soudure circulaire. A cet effet, suivant un premier aspect, la présente invention concerne un soufflet de dilatation qui est caractérisé en ce qu'il est constitué par une succession d'un seul tenant d'ondes de deux types, à savoir des ondes de raidissement et des ondes de déformation axiale. Le soufflet selon 1 invention est donc constitué par un élément unique, et non plus par une succession d'éléments séparés qui sont fixés les uns aux autres, ce qui facilite sa fabrication et réduit grandement son coût de fabrication De préférence, chaque onde de déformation axiale est bordée par deux ondes de raidissement, c'est-à-dire que les ondes des deux types sont alternées, ce qui donne au soufflet une excellente résistance mécanique à la pression. Les ondes des deux types présentent des concavités qui, en coupe axiale, sont tournées radialement dans le même sens. De préférence, les ondes des deux types ont des hauteurs différentes pour pouvoir se chevaucher partiellement en direction axiale. De préférence également, une onde d'un type est raccordée à une onde de l'autre type par un pli de matière qui est rabattu sensiblement à 1800, ce pli pouvant se situer dans un plan sensiblement radial. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les ondes des deux types sont constituées par des surfaces toriques, les ondes de raidissement présentant, en coupe axiale, une forme sensiblement en demi-cercle, et les ondes de déformation axiale présentant , en coupe axiale, une forme en arc de cercle s'étendant sur plus de 1800, par exemple sur environ 3000, pour favoriser la déformation, cet arc de cercle étant raccordé de chaque côté à l'onde adjacente par un arc de cercle. Lorsque le soufflet selon l'invention est destiné à être'utilisé dans une application où la pression s'exerce depuis l'extérieur, la concavité des ondes de raidissement et des ondes de déformation axiale est tournée radialement vers l'extérieur, tandis que dans le cas contraire, c'est-à-dire lorsque la pression s'exerce depuis l'intérieur, cette concavité est tournée vers l'intérieur. Selon un second aspect, la présente invention concerne un procédé de fabrication du soufflet ci-dessus , ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser tout d'abord par hydroformage sur un tube cylindrique, à l'aide de matrices extérieures au tube et par pression hydraulique intérieure à ce tube, les ondes de raidissement et une ébauche des ondes de déformation axiale, puis à déformer également par hydroformage lesdites ébauches pour constituer les ondes finales de déformation axiale en utilisant les ondes de raidissement comme matrices d'appui.Dans le cas où la concavité des ondes des deux types est tournée radialement vers l'extérieur, la seconde opération d'hydroformage est réalisée par application de la pression hydraulique depuis l'extérieur du soufflet, tandis que dans le cas où la concavité des ondes des deux types est tournée vers l'intérieur, la pression hydraulique lors de la seconde opération d'hydroformage est exercée depuis l'intérieur. On comprendra bien l'invention à la lecture du complément de description qui va suivre et en référence au dessin annexé qui fait partie de la description et dans lequel : Fig. 1 est une vue en élévation du soufflet selon un mode de réalisation de l'invention, tel qu'il se présente après la première opération du procédé Fig. 2 montre le soufflet de la Fig. 1 après la seconde opération, la partie inférieure de cette Figure étant une vue en élévation, tandis que la partie supérieure de cette Figure est une vue en coupe axiale ; -. Fig. 3 est, à plus grande échelle, une coupe axiale de détail montrant la forme des ondes du soufflet de la Fig. 2 ; Fig. 4 est une vue analogue à la Fig. 1 pour la fabrication d'un soufflet selon un second mode de réalisation ; Fig. 5 est une vue analogue h la Fig. 2 pour le soufflet de la Fig. 4 ; et Fig. 6 est une vue analogue à la Fig. 3 et montre une variante pour la forme des ondes. On a représenté sur la Fig. 2, en coupe axiale dans la moitié supérieure et en élévation dans la moitié inférieure, un soufflet de dilatation établi selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ce soufflet est constitué par une succession d'un seul tenant d'ondes de deux types, à savoir des ondes de raidissement 1 et des ondes de déformation axiale 2. Sur la Fig. 2, on a représenté seulement trois ondes de raidissement 1 et deux ondes intermédiaires 2 de déformation axiale, ainsi que deux demi-ondes extrêmes 2 de déformation, mais il est entendu que le soufflet selon l'invention comporte tout nombre approprié d'ondes A ses extrémités, le soufflet comporte des éléments de raccordement (non représentés) permettant son raccordement avec des canalisations ou des tuyaux. Comme représenté, les ondes 1 et les ondes 2 sont alternées, ce qui donne au soufflet une bonne résistance mécanique à la pression tout en lui conférant des bonnes propriétés de déformation axiale. Le soufflet de la Fig. 2 est destiné à être utilisé dans des applications où une pression relativement impor tante, ou même importante, s'exerce depuis l'extérieur du soufflet. Dans ce cas, la concavité des ondes 1 et 2, en coupe axiale, est tournée radialement vers l'extérieur pour les ondes des deux types. Comme on le voit sur les Figs. 2 et 3, les ondes 1 et 2 sont de hauteurs différentes, les ondes 1 étant plus hautes, ce qui permet aux ondes des deux types de se chevaucher partiellement en direction axiale, les ondes 2 de déformation axiale étant situées partiellement au-dessous des ondes de raidissement 1, c'est-à-dire radialement à l'intérieur par rapport à celles-ci. Cette disposition permet de réduire la dimension axiale du soufflet selon l'invention sans nuire à ses performances. Comme on le voit sur la Fig. 3, une onde 2 est raccordée à une onde 1 par un pli de matière 3 qui est rabattu sensiblement à 1800, ce pli étant en arc de cercle ou, comme montré sur la Fig. 6, dans un plan qui est sensiblement radial à son extrémité. Suivant un mode de réalisation préféré, les ondes des deux types sont, comme montré sur les Figs. 3 et 6, constituées par des surfaces toriques, c'est-à-dire par des surfaces qui sont engendrées par des arcs de cercle tournant autour de l'axe du soufflet. En coupe axiale, les ondes de raidissement 1 sont constituées par un arc de cercle qui s'étend sur sensiblement un demi-cercle, tandis que les ondes de déformation axiale 2 sont constituées, en coupe axiale, par une partie 4 en arc de cercle qui s'étend sur plus de 1808, par exemple sur environ 3000 dans l'exemple représenté, l'arc de cercle 4 étant raccordé de chaque côté à l'onde adjacente de raidissement par une partie en arc de cercle 5 qui est concentrique à l'onde de raidissement 1 et qui s'étend sur sensiblement 600.Ainsi, à partir de la jonction entre les parties 4 et 5 de l'onde de déformation axiale 2, les ondes 1 et 2 présentent une double épaisseur sans pour autant être fixées l'une à l'autre, ce qui permet une bonne déformation axiale du soufflet. Le soufflet de la Fig. 2 est obtenu, selon l'invention, par un procédé faisant appel à l'hydroforiage et réalisé en deux opérations, comme cela ressort de l'observa- tion des Figs. 1 et 2. Lors de la première opération on obtient, à partir d'un tube non représenté, le soufflet intermédiaire de la Fig. 1. Par cette première opération, et à l'aide de matrices extérieures habituelles 6 et d'une pression hydraulique appliquée à l'intérieur du tube, on réalise les ondes de raidissement 1 suivant leur conformation finale, ces ondes 1 étant séparées par des ébauches 2' d'ondes de déformation axiale sans qu'il y ait de chevauchement axial entre les ondes des deux types.Les ondes intermédiaires 2' se présentent sous la forme d'un U dont les deux branches latérales sont radiales et dont le fond, en coupe axiale, est en forme de demi-cercle. Après cette première opération, on réalise une seconde opération d'hydroformage, sans utiliser de matrices au moins pour les ondes de déformation axiale , car ces ondes peuvent constituer, lors de cette seconde opération, des éléments suffisamment résistants pour encaisser la pression hydraulique qui est exercée depuis l'extérieur du soufflet. Après l'application de cette seconde pression hydraulique, qui s'accompagne d'une contraction axiale du soufflet, on obtient le soufflet de la Fig. 2. On a représenté sur les Figs. 4 et 5 une variante du soufflet et du procédé selon l'invention, cette variante étant utilisée lorsque le soufflet doit subir, en fonctionnement, une pression qui s'exerce depuis l'intérieur du soufflet. Dans ce cas, comme montré sur la Fig. 5, les ondes 11 de raidissement et les ondes 12 de déformation axiale sont toujours alternées, comme dans le mode de réalisation précédent, mais leur concavité, en coupe axiale, est tournée radialement vers l'intérieur. Les ondes 11 et 12 se chevauchent également partiellement en direction axiale et, cette fois, les ondes de raidissement il sont moins hautes que les ondes de déformation axiale 12. Le raccordement des ondes 11 et 12 est semblable à celui des ondes 1 et 2 précédentes, c'est-à-dire qu'il se fait par un pli de matière rabattu sensiblement à 1800, ce pli présentant une extrémité en arc de cercle ou en position radiale.En coupe axiale, les ondes de raidissement 11 sont également en arc de cercle, sensiblement à 1800, et les ondes de déformation axiale 12 présentent la même forme, cette fois renversée, que les ondes précédentes 2, c'est-à-dire qu'elles sont constituées par un arc de cercle qui s'étend sur plus de 1800, par exemple sur environ 3000, cet arc de cercle étant raccordé, de chaque côté, à l'onde de raidissement il adjacente par un arc de cercle qui s'étend sur sensiblement 600. Pour la fabrication du soufflet selon la Fig.5, on opère de façon semblable à ce qui a été décrit précédemment, à savoir que, à partir d'un tube (non représenté), on réalise l'ébauche de la Fig. 4 en utilisant des matrices extérieures 16 et une pression hydraulique à l'intérieur du tube pour obtenir les ondes de raidissement 11 suivant leur forme finale et des ébauches 12' qui deviendront les ondes 12 lors de la seconde opération. Lors de cette seconde opération, toutes les matrices 16 étant retirées, on exerce une pression hydraulique à l'intérieur du soufflet pour obtenir la conformation de la Fig. 5, avec contraction axiale du soufflet. Dans les deux modes de réalisation ci-dessus du soufflet selon l'invention, la paroi du soufflet peut présenter une seule épaisseur, par exemple métallique, ou au moins deux épaisseurs, comme montré sur les Figs. 3 et 6, ces deux couches étant métalliques ou de natures différentes, l'une de ces couches pouvant être en matière synthétique, par exemple en polytétrafluoroéthylène. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation, non plus qu'au mode d'application, qui ont été décrits ; on pourrait au contraire concevoir diverses variantes sans sortir pour autant de son cadre. REVENDICATIONS 1. Soufflet de dilatation, caractérisé par le fait qu'il est constitué par une succession d'un seul tenant d'ondes de deux types, à savoir des ondes de raidissement (1,11) et des ondes de déformation axiale (2,12). 2 Soufflet selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les ondes des deux types sont alternées. 3. Soufflet selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les ondes des deux types présentent des concavités qui, en coupe axiale, sont tournées radialement dans le même sens. 4. Soufflet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les ondes des deux types ont des hauteurs différentes et se chevauchent partiellement en direction axiale. 5. Soufflet selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'une onde d'un type est raccordée à une onde de l'autre type par un pli (3) de matière rabattu sensiblement à 1800. 6. Soufflet selon la revendication 5, caractérisé par le fait que, en coupe axiale, la partie extrême du pli de raccordement est situé dans un plan sensiblement radial. 7. Soufflet selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les ondes des deux types sont constituées par des surfaces toriques. 8. Soufflet selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les ondes de raidissement (1,11) ont, en coupe axiale, une forme sensiblement en demi-cercle. 9. Soufflet selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que les ondes (2,12) de déformation axiale ont, en coupe axiale, une forme en arc de cercle s'étendant sur plus de 1800, par exemple sur environ 3000, cet arc de cercle étant raccordé de chaque côté à inonde adjacente (1,11) par un arc de cercle (5). 10. Soufflet selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que, pour son utilisation dans une application à pression extérieure élevée, la concavité des ondes de raidissement (1) et des ondes de déformation axiale (2) est tournée radialement vers l'extérieur. 11. Soufflet selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que, pour son utilisation dans une application à pression intérieure élevée, la concavité des ondes de raidissement (11) et des ondes de déformation axiale (12) est tournée vers l'intérieur. 12. Procédé de fabrication du soufflet selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser par hydroformage sur un tube cylindrique, à l'aide de matrices (6,16) extérieures au tube et par pression hydraulique intérieure au tube , les ondes de raidissement (1,11) et une ébauche (2',12') d'ondes de déformation axiale, et à déformer par hydroformage lesdites ébauches (2', 12') pour constituer les ondes finales de déformation axiale (2,12) en utilisant les ondes de raidissement (1,11) comme matrices 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que, pour obtenir le soufflet de la revendication 10, la seconde opération est réalisée par application de la pression hydraulique de fluide à l'extérieur du soufflet. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que, pour obtenir le soufflet de la revendication 11, la seconde opération est réalisée par application de la pression hydraulique à l'intérieur du soufflet.