Brevet FR2693534A1 — publié le 19940114

La présente invention se rapporte à des flexibles pour haute pression et en particulier bien que non exclusi- vement à des flexibles qui doivent être protégés contre leur environnement tel que des huiles et des fluides hydrau-5 liques. Il existe de nombreuses occasions et emplacements auxquels des flexibles sous haute pression sont nécessaires dans l'un ou l'autre de nombreux environnements hostiles Par exemple, des flexibles pour haute pression sont nécessaires sur des véhicules allant des sous-marins, en passant par les voitures automobiles, aux véhicules voyageant au-delà de l'atmosphère terrestre Dans l'une ou l'autre de ces utilisa- tions ou d'autres utilisations semblables, le flexible peut être soumis à une large plage de températures, à des chocs mécaniques, des chaos et des vibrations Une autre caracté- ristique de ces flexibles est qu'ils doivent être très légers Il existe par exemple des estimations suivant lesquelles chaque kilogramme ajouté à un avion exige au moins sept kilogrammes supplémentaires (accroissement de la résistance structurelle, davantage de puissance des moteurs, augmentation de la consommation de carburant, etc) De plus, dans l'une ou l'autre de ces utilisations ou d'utilisations semblables, une rupture de flexible peut provoquer un désastre catastrophique. En conséquence, il est de pratique courante de conférer un très faible poids au flexible, mais de l'entourer d'une armature mécanique extrêmement solide pour lui permet- tre de résister à la pression intérieure Un flexible dont le rapport de la résistance mécanique au poids est élevé doit disposer d'une protection destinée à le renforcer sans supplément fâcheux de prix de revient ou de poids, en particulier dans des systèmes aéroportés ou d'autres systèmes dans lesquels le poids a une importance déterminante et dans lesquels les fluides de commande peuvent être très corrosifs et dommageables pour la résistance, la légèreté et la souplesse des armatures Il est donc impératif que l'armature ait un rapport élevé de la résistance au poids et assure la protection sans ajouter des frais fâcheux ou du poids ni provoquer un élargissement du profil ou de l'enveloppe. Une matière (aramide) qui satisfait à ces exigences et spécifications est fabriquée et vendue par la société E I Du Pont de Nemours sous la marque de fabrique "Kevlar" Un flexible tressé de "Kevlar" satisfait aux normes SAE AS 1975 Toutefois, le "Kevlar" soulève aussi des problèmes, car il perd sa résistance lorsqu'il est exposé à des huiles et des fluides hydrauliques Lorsque cette perte de résistance apparaît, la pression interne peut faire exploser par exemple les extrémités situées aux raccords du flexible. Dans son bulletin K-4 d'août 1979, Du Pont décrit le "Kevlar" de la manière suivante: l'aramide Kevlar est une fibre organique de la famille des polyamides aromatiques Le Kevlar présente une combinaison totalement nouvelle de résistance mécanique élevée, de module d'élasticité élevé, de ténacité et de stabilité thermique qui permet d'accroître la résis- tance ou de réduire le poids d'armatures de produits caoutchouteux mécaniques La commission fédérale américaine du commerce a établi la classification générique de fibre aramide pour faire la distinction entre ces fibres et d'autres fibres artificielles en raison de la composition chimique distincte et différente et des propriétés des polyamides aromatiques. Les propriétés caractéristiques d'échantillons non dégraissés de fils de "Kevlar" sont indiquées dans le tableau I. TABLEAU I PROPRIETES CARACTERISTIQUES D'UN FIL D'ARAMIDE KEVLAR dtex 1670 * Nombre de filaments 1000 Poids spécifique 1,44 Absorption d'humidité (qualité commerciale) % 7,0 Propriétés de contraintes déformations Essais rectilignes sur fils conditionnés: résistance à la rupture, da N 32,3 Ténacité à la rupture, c N/tex 194,2 Allongement à la rupture, % 3,6 Module d'élasticité initial, c N/tex 4636 Essais en boucle sur fil conditionné résistance à la rupture, da N 31,1 Ténacité à la rupture, c N/tex 92,7 Allongement à la rupture, % 2,3 Propriétés thermiques Perte de résistance, %, après 48 h dans de l'air sec à 177 C 16 Retrait, %, dans de l'air sec à 160 'C 0,2 Température à résistance nulle **, OC 455 Température à moitié de la résistance, C 400 Chaleur spécifique J/kg K à 250 C 1,6376 x 103 Conductivité thermique par m d'épaisseur (W/m K) 0,0144 * D'autres décitex sont aussi produits ** Température à laquelle le fil se rompt sous une charge de 0,88 c N/tex. Ce tableau montre que le fil aramide "Kevlar" a 1 une ténacité à la rupture de 194,2 c N/tex, ce qui représente une résistance plus de cinq fois supérieure à celle d'un fil d'acier et deux fois supérieure à celle des fils industriels de nylon, polyester ou de fibres de verre tels qu'utilisés dans des produits caoutchouteux mécaniques; 2 un module d'élasticité initial inhabituelle- ment élevé de 4636 c N/tex, ce qui représente à peu près deux fois le module d'élasticité d'un fil d'acier, quatre fois le module d'élasticité d'un polyester à grande ténacité et neuf fois le module d'élasticité d'un nylon à grande ténacité; 3 une excellente stabilité thermique (il conserve 84 % de sa résistance après 48 h dans de l'air sec à 177 C). En conséquence, l'invention a pour objet la réalisation de nouveaux flexibles améliorés pour haute pression, en particulier mais non pas exclusivement pour l'usage dans des environnements hostiles Un objectif de ce flexible est en particulier qu'il puisse résister à des pressions internes pouvant atteindre au moins 56 M Pa Le nouveau flexible doit pouvoir en particulier être utilisé dans des environnements dans lesquels il est exposé à de l'huile ou à des fluides hydrauliques.10 Selon une particularité essentielle de l'inven- tion, le flexible comprend une âme de "Teflon" ou de polyté- trafluoréthylène (PTFE) enveloppée d'une tresse de "Kevlar". Pour protéger cette tresse de "Kevlar" contre l'huile ou d'autres fluides destructifs, un ruban de "Teflon" est enroulé autour d'elle Toutefois, il faut faire en sorte d'éviter d'utiliser le "Teflon" en des emplacements, par exemple entre un flexible et un raccord, auxquels il peut former un lubrifiant et permettre à un raccord d'extrémité ou analogue de faire éclater l'extrémité du flexible Donc, le flexible composite pour haute pression selon l'invention est destiné à être utilisé dans des applications dans lesquelles l'armature doit être protégée contre des fluides destructifs ou d'autres milieux transportés ou contre des milieux extérieurs utilisés pour entretenir le système de circulation de fluide environnant ou contre les projections accidentelles à proximité du flexible protégé. L'invention va être décrite à titre d'exemple en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale du flexible de l'invention et du raccord d'extrémité; la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne 2-2 de la figure 1; et la figure 3 est une coupe à échelle agrandie de la partie de la figure 1 qui est entourée d'un cercle 3 en trait mixte. L'invention se rapporte donc à un flexible composite destiné en particulier à être utilisé dans des systèmes dans lesquels règnent des pressions pouvant attein- dre 560 kg/cm 2 Le revêtement intérieur du flexible est en PTFE ("Teflon") ou il peut consister en un tube extrudé analogue L'armature du revêtement intérieur est réalisée en fil aramide "Kevlar" à résistance élevée à la traction, qui est recouvert d'un enroulement d'un ruban de PTFE Ce ruban est entouré de son côté d'une garniture tressée de protection contre l'usure par frottement. Sur la figure 1, le flexible 10 se compose d'une âme intérieure 12 de "Teflon" ou PTFE qui est entourée d'une tresse 14 de "Kevlar" L'âme intérieure 12 de "Teflon" transporte ou loge une huile ou un autre fluide se trouvant dans le flexible et empêche toute attaque du "Kevlar" par l'intérieur La tresse de "Kevlar" assure la résistance mécanique empêchant le flexible de se rompre sous l'effet d'une forte pression interne. Toutefois le "Kevlar" perd sa résistance s'il est exposé soit à de l'huile, soit à d'autres contaminants semblables En conséquence, pour protéger la tresse de "Kevlar" contre une attaque extérieure par de l'huile ou tout autre contaminant se trouvant dans l'environnement, un ruban 16 relativement mince de "Teflon" ou de PTFE (indiqué par des hachures épaisses) est enroulé ou forme un enveloppement autour du "Kevlar" Le ruban 16 peut être enroulé en hélice avec un chevauchement d'environ 10 % à 75 %, de préférence avec une enveloppement de 50 % le long de l'axe du flexible En variante, il peut aussi former un enveloppement longitudinal avec un chevauchement de l'ordre de 10 % à 100 %, de préférence d'environ 50 % Dans certains cas, un enveloppement hélicoïdal aussi bien qu'un enveloppement axial peuvent être utilisés. De forts chevauchements peuvent aussi être utilisés, mais en général ils ne sont pas nécessaires L'épaisseur du ruban peut être de l'ordre de 0, 25 à 3,8 mm Les matériaux choisis pour un flexible composite donné peuvent différer en fonction des fluides et de la température auxquels celui-ci doit être exposé. Il est en général préférable d'utiliser un revêtement intérieur de PTFE et un enroulement d'un ruban de même matière Il est possible que pour des fluides spéci- f iques tels que l'huile de lubrification ou l'essence, une matière plastique moins coûteuse telle que du Nylon ou du polyéthylène à haute densité ou analogue puisse être utilisée à la place du PTFE. Un manchon tressé 18 de protection contre l'usure en une matière convenable est placé autour du ruban de "Teflon" Ainsi, la tresse de protection 18 protège le flexible contre l'usure par frottement. Les raccords d'extrémité de ce flexible composite peuvent être réalisés en tout matériau convenable tel que l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium, des matières plastiques à grande résistance ou des matériaux composites ou des combinaisons de ces matériaux Les raccords sont conçus pour exercer une grande force de serrage sur le flexible, tout en autorisant des fuites de fluide du flexible vers le joint du raccord en évitant qu'elles entrent en contact avec l'armature interne si et lorsque des imperfections du raccord ou un assemblage mal effectué permettent à de telles fuites de se produire en service En d'autres termes, aucune huile se trouvant dans le flexible ne doit avoir la possibilité de contaminer le "Kevlar" même si une fuite devait se produire au joint entre le raccord d'extrémité et le flexible Si l'armature de "Kevlar" se trouvant à l'intérieur du raccord est dégradée par une exposition à un milieu fluide risquant de l'endommager, une rupture catastrophique à l'emplacement du raccord risque de se produire. Le raccord d'extrémité 20 peut comprendre une pièce rapportée intérieure de métal 22 comportant plusieurs filets, nervures, arêtes ou pointes 24 destinés à s'appliquer contre la surface intérieure de l'âme 10 Un collier exté- rieur 26 s'ajuste sur le manchon tressé de protection 18 La surface intérieure du collier 26 comprend également des filets, nervures, arêtes ou pointes 28 destinés à s'appliquer contre et à enserrer le manchon 18 S'il est en métal, le collier 26 est embouti ou serti de manière qu'il comprime, emprisonne et enserre le manchon de protection 18, le ruban 16 de "Teflon", la tresse 14 de "Kevlar" et l'âme intérieure 12 de "Teflon" S'il est en matière plastique, de sorte que le raccord ne peut pas être serti, il est possible d'utiliser une combinaison de cliquet et de collier coulissant de blocage telle que spécifiée dans la demande de brevet des E.U A no de dépôt 07/708 780, déposée le 29 mai 1991. L'extrémité extérieure du collier 26 comporte plusieurs pans 30 servant à une clé (figure 2) L'extrémité extérieure 32 de la pièce rapportée intérieure 22 peut comprendre tout élément convenable d'accouplement permettant de le rattacher de toute manière convenable à un autre dispositif Ainsi, les pans 30 peuvent être tenus par une clé pendant que l'élément d'accouplement pénètre dans un autre raccord. Une combinaison convenable 34 d'un élargissement et d'une cavité complémentaires constitue un loquet entre la pièce rapportée intérieure 22 et l'extrémité élargie du collier 26 Un nombre convenable (par exemple quatre) de vis de blocage 36 portées par le collier extérieur 28 sont destinées à mordre dans la tresse de "Kevlar" et à la retenir Les vis de blocage peuvent être placées en un endroit quelconque le long du collier, mais il faut qu'elles soient au moins à 6 mm d'une part de l'extrémité 37 du flexible et d'autre part de l'épaulement 39 de butée du collier contre lequel repose l'extrémité du flexible afin d'éviter une contrainte excessive à l'extrémité du collier et de bloquer correctement la tresse de I"Kevlarl' en évitant à l'extrémité de la tresse de s'effranger et de perdre sa résistance à l'étreinte Les vis de blocage 36 sont en général nécessaires pour des flexibles à grand trou ( 25 mm de diamètre ou davantage), bien qu'elles puissent être parfois utilisées aussi pour des flexibles de diamètre plus petit, en particulier lorsque ceux-ci sont soumis à des pressions très élevées. Les vis de blocage doivent pénétrer dans environ 25 % à 85 % de l'épaisseur de la couche d'armature et doivent être noyées sous la surface extérieure du collier avant l'emboutissage Il est avantageux qu'elles pénètrent dans 60 % de l'épaisseur de la couche de "Kevlar" Pendant l'embou- tissage ou le sertissage, le fluage du collier de métal enfonce automatiquement les vis de blocage pour les mettre en place de manière à les empêcher de ressortir Lorsque le raccord d'extrémité utilisé est entièrement en matière plastique, des serre-joints sont utilisés pour comprimer le flexible pendant qu'un collier de blocage est enfilé pour être mis en place Lorsque les serre-joints sont desserrés, le flexible comprimé tend à reprendre sa forme et exerce une pression vers l'extérieur de manière à immobiliser le collier de blocage et à emprisonner les vis de blocage Lorsque celles-ci ont été mises en place, il faut en étanchéifier la surface extérieure à l'aide d'une matière disponible sur le marché, telle qu'une cire, afin d'empêcher la contamination de l'armature par le collier taraudé lorsque les vis sont serrées. L'extrémité 37 du flexible est introduite dans le collier jusqu'à ce qu'elle bute contre l'épaulement 39 situé à l'extrémité du contre-alésage du collier Ensuite, les vis de blocage 36 ou des organes analogues sont utilisés pour effectuer une pénétration dans la tresse d'armature de "Kevlar" en autant d'emplacements que nécessaire (dans le cas particulier, en quatre emplacements) afin de contribuer à retenir le flexible en place à l'intérieur du raccord. Celui-ci assure une retenue fiable pour des charges exercées sur l'extrémité qui peuvent atteindre 9000 kg et davantage pour des flexibles de 30 mm de diamètre Le collier comporte également des protubérances effilées d'étanchéité 38 (figure 3) qui pénètrent dans l'âme de "Teflon" si elle flue (par exemple comme indiqué en 42) au-delà de l'épaulement de butée à la fin de l'emboutissage destiné à comprimer le collier contre le flexible et la pièce rapportée intérieure L'âme intérieure extrudée de "Teflon" isole de manière étanche le5 "Kevlar" à l'extrémité 37 à l'intérieur d'une chambre délimitée par l'extrusion et l'épaulement du collier. La pièce rapportée intérieure 22 comporte des rainures de purge 40 dans la partie dans laquelle elle est reliée au collier Les protubérances d'étanchéité 38 et l'extrusion de l'âme intérieure 12 de "Teflon" coopèrent pour garantir que s'il y a une fuite entre le diamètre extérieur de la pièce rapportée 22 et le diamètre intérieur du flexi- ble, la fuite sort par les rainures de purge 40 Il n'y a aucun reflux qui puisse atteindre l'armature de "Kevlar". Ainsi, les rainures de fuite 40 permettent aux fuites de fluide de s'écouler vers l'extérieur du raccord sans détério- rer l'armature de "Kevlar", mais donnent une indication visuelle qu'un entretien et un service sont nécessaires. Il est bien entendu que différentes modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Flexible composite pour haute pression comprenant une âme intérieure ( 12) en matière qui résiste à l'attaque par le fluide transporté et une couche ( 14) d'armature en fil aramide à grande résistance mécanique qui entoure ladite âme intérieure, ladite armature en fil aramide étant sujette à être attaquée par le fluide transporté ou par des milieux susceptibles de se trouver dans l'environnement dans lequel ledit flexible peut être utilisé, caractérisé en ce qu'il comprend une couche extérieure ( 16) de matière résistant à l'attaque et recouvrant totalement ladite armature en fil aramide, ainsi qu'un manchon ( 18) de protec- tion contre l'usure qui recouvre ladite couche extérieure ( 16). 2 Flexible composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite âme intérieure ( 12) est en un matériau d'un groupe consistant en PTFE, Nylon et polyéthy- lène haute densité. 3 Flexible selon l'une ou l'autre des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que ladite couche extérieure ( 16) est un ruban en une matière d'un groupe consistant en PTFE, Nylon et polyéthylène haute densité, ledit ruban étant enroulé autour de et enveloppant ledit fil aramide. 4 Flexible selon la revendication 3 combiné avec un raccord d'extrémité ( 20), caractérisé en ce que ledit raccord comprend un épaulement de butée ( 39) contre lequel s'applique une extrémité ( 37) dudit flexible ( 10), ledit épaulement coopérant avec ladite âme intérieure ( 12) et ladite couche extérieure ( 16) pour envelopper totalement ledit fil aramide ( 14), un collier de verrouillage ( 26) entourant et comprimant ledit flexible et des rainures de purge ( 40) réalisées dans ledit épaulement de butée ( 39) se prolongeant vers l'extérieur de l'espace logeant le flexible au voisinage de l'épaulement ( 39), de manière que l'âme intérieure ( 12) flue en formant une extrusion ( 42) pénétrant dans lesdites rainures lorsqu'elle est comprimée par ledit il collier ( 26), ladite extrusion ( 42) fermant de manière étanche lesdites rainures pour empêcher tout reflux d'une fuite de liquide vers ladite armature ( 14) en fil aramide à l'intérieur d'un espace délimité par au moins ledit épaule- ment de butée ( 39), ladite âme intérieure ( 12) et ladite couche extérieure ( 16). Flexible selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une vis de blocage ( 36) est placée à au moins six mm à la fois dudit épaulement de butée ( 39), et de l'autre extrémité dudit collier ( 26). 6 Flexible selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite vis de blocage ( 36) pénètre dans la matière d'armature sur une distance d'environ 25 % à 85 % de son épaisseur. 7 Flexible selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit raccord d'extrémité ( 20) est en matière plastique qui ne peut pas être emboutie, ledit flexible comprend au moins une gaine extérieure d'élastomère ayant une mémoire plastique, ledit raccord d'extrémité ( 20) étant emprisonné par une dilatation du flexible d'élastomère par poussée de celui-ci vers l'extérieur contre ledit raccord par suite de la mémoire plastique de l'élastomère. 8 Flexible composite ( 10) pour haute pression équipé d'un raccord d'extrémité ( 20) comprenant une pièce rapportée intérieure ( 22) et un collier ( 26), caractérisé en ce que ladite pièce rapportée intérieure ( 22) et ledit collier ( 26) délimitent entre eux un espace fermé par un épaulement de butée ( 39), un moyen ( 34) étant prévu pour verrouiller mécaniquement ladite pièce rapportée intérieure et ledit collier l'un sur l'autre, l'extrémité d'un flexible ( 10) à couches multiples prenant appui contre ledit épaule- ment de butée ( 39) et étant emprisonnée entre ladite pièce rapportée intérieure et ledit collier, ledit flexible à couches multiples comprenant une âme intérieure ( 12) de PTFE entourée par une tresse ( 14) d'aramide recouverte d'un ruban ( 16) de PTFE et des moyens ( 38) étant prévus pour assurer l'étanchéité d'une extrémité dudit flexible dans un espace délimité par ladite pièce rapportée intérieure ( 22), le collier ( 26) et l'épaulement de butée ( 39). 9 Flexible composite selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen ( 40) de purge destiné à évacuer toute fuite de fluide dudit flexible ( 10) dans ledit raccord d'extrémité ( 20) sans qu'il puisse atteindre ladite tresse d'aramide ( 14) isolée de manière étanche dans ledit espace, ledit moyen de purge étant placé de manière à être fermé de manière étanche par ladite extrusion ( 42) de l'âme intérieure afin d'empêcher un reflux de ladite fuite de fluide vers ladite tresse d'aramide. Flexible selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite âme intérieure ( 12) est en matière fluorocarbonée.