Brevet FR2714143A1 — publié le 19950623

La présente invention concerne un dispositif de raccordement pour tuyaux et tubes en matière thermoplastique renforcés par une armature extérieure constituée par des fils assemblés dans une matrice et en particulier pour tuyaux véhiculant des fluides à hautes pressions. Jusqu'à présent les canalisations pour le transport à haute pression des gaz et liquides ont été réalisées en acier ou en fonte. Au cours de ces dernières années, un intérêt grandissant pour les canalisations en matière plastique s'est développé. Mais leur usage s'avère inadapté pour les hautes pressions du fait de leur faible résistance. Ainsi, des bandes en matière thermoplastique, armées de fils d'aramide, destinées à renforcer des tuyaux et des tubes en matière thermoplastique et notamment en polyéthylène haute densité ont été développées. Ces bandes de très haute résistance à la rupture et à très faible allongement sont enroulées et soudées autour d'un tube primaire ; elles sont réalisées de préférence dans la même matière thermoplastique que celui-ci. Chaque couche de bande augmente la résistance du tuyau et le banderollage s'effectue de manière hélicoïdale en couches croisées. Il est donc maintenant possible de produire des tuyaux et des tubes de gros diamètres (100 à 1000 mm) en matière thermoplastique, renforcés pour des utilisations à très haute pression (70 bars par exemple pour le transport du gaz). Toutefois, le problème du raccordement d'une extrémité d'un tuyau à un autre et surtout de l'extrémité d'un tuyau à un élément métallique, tel que vanne ou pompe s'avère délicat et aucune solution fiable, adéquate à sa mise en oeuvre sur site, n'a encore pu y être apportée. En particulier, l'extrémité du tuyau à raccorder présente un risque important d'effilochage de son armature en cas de modification de la géométrie du tuyau sous l'effet, par exemple, d'une forte pression intérieure. On connaît par exemple le système de raccordement qui prévoit le banderollage des extrémités de deux tuyaux par une bande d'armature de même nature que celle utilisée pour le renfort de ces tuyaux, l'ensemble étant ensuite chauffé afin de réaliser une soudure. Ce type de raccordement nécessite une mise en oeuvre précise, difficilement réalisable sur un chantier. De plus, le procédé est inopérant lorsqu'il s'agit de raccorder un tuyau à un élément métallique. On connaît également des raccords pour tuyaux en matière thermoplastique constitués d'un insert tubulaire denté s'emmanchant à l'intérieur de l'extrémité du tuyau à raccorder et, éventuellement, d'un collier permettant le serrage du tuyau sur l'insert tubulaire denté. Ce type de raccord présente l'inconvénient majeur de créer un col d'étranglement au niveau de l'insert, engendrant une perte de charge du fluide dans le tuyau. De plus, la fiabilité d'un tel raccord diminue pour les très hautes pressions sous l'effet desquelles le diamètre du tuyau à raccorder a tendance à augmenter. L'objectif principal de l'invention est de réaliser un dispositif de raccordement pour tuyaux et tubes en matière thermoplastique renforcés par une armature extérieure constituée par des fils assemblés dans une matrice, permettant de raccorder les extrémités de deux tuyaux entre elles ou une extrémité d'un tuyau avec un élément métallique, sans diminution de résistance à haute pression ni perte de charge et d'une mise en oeuvre simple sur un chantier. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un dispositif de raccordement d'une extrémité d'un tuyau ou d'un tube ayant une face terminale en matière thermoplastique et renforcé par une armature extérieure constituée par des fils assemblés dans une matrice, comportant des moyens de bridage du tuyau constitués d'au moins un organe de cerclage verrouillable sur la surface extérieure du tuyau et d'un organe d'attelage axial de l'or- gane de cerclage, chaque organe de cerclage, lorsqu'il est verrouillé, enveloppant ledit tuyau sur un tronçon longitudinal d'une longueur au moins trente fois supérieure au diamètre des fils constituant l'armature dudit tuyau. Ainsi, le dispositif ne crée aucun rétrécissement intérieur au niveau du raccordement qui peut donc être effectué sans perte de charge. De plus un arrimage efficace de toute l'armature du tuyau est obtenu, même pour les hautes pressions, en raison de l'importance de l'étendue du cerclage. En effet, bien que la liaison entre l'organe de cerclage et les fils d'armature du tuyau ne soit pas positive, c'est-à-dire que la reprise des efforts fasse intervenir la matière plastique de la matrice enrobant les fils qui est de faibles caractéristiques mécaniques, on a constaté par l'expérience qu'en réalisant un serrage sur une surface s'étendant longitudinalement sur une longueur suffisante, on obtient une liaison par friction dont la résistance à l'arrachement est supérieure à la résistance à la rupture de l'armature. On peut rapporter cette étendue longitudinale de serrage au diamètre des fils d'armature. Le rapport obtenu dépend bien entendu des matériaux employés pour les fils et pour la matrice. Pour les fils de polyesters dans une matrice de polyéthylène haute densité, ce rapport est de l'ordre de 50 à 100. On peut le faire varier en modifiant l'état de surface de la partie de cerclage en contact avec le tuyau. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'organe de cerclage est situé à distance de la face terminale du tuyau et le dispositif de raccordement comporte un manchon de raccordement recouvrant l'extrémité dudit tuyau. Ainsi, lors de l'établissement d'une pression élevée, le manchon de raccordement empêche l'extrémité du tuyau de se déformer sous l'effet de la pression dans des proportions qui entraîneraient inévitablement l'effilochage de l'armature. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers de l'invention en relation avec les figures ci-jointes, parmi lesquelles - la figure 1 est une vue extérieure montrant un tuyau renforcé par deux bandes en matière thermoplastique armées de fils d'aramide - la figure 2 est une vue suivant la flèche F de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe par un plan axial d'un mode de réalisation de l'invention illustrant le raccordement de deux tuyaux semblables à celui des figures 1 et 2 - la figure 4 est une vue partielle analogue à la figure 3 montrant le même dispositif mis sous pression - la figure 5 est une vue de la bague de serrage suivant la flèche F' des figures 3 et 4 - la figure 6 est une vue analogue à la figure 3 montrant un second mode de réalisation - la figure 7 est une vue extérieure d'un troisième mode de réalisation de l'invention montrant le raccordement des extrémités de deux tuyaux - la figure 8 est une vue en coupe par un plan axial du mode de réalisation de la figure 7 adapté au raccordement de l'extrémité d'un tuyau à un élément métallique - la figure 9 est une vue en coupe par un plan axial d'un mode de réalisation simplifié de l'invention utilisant le manchon tubulaire des figures 7 et 8. Sur les figures 1 et 2 on a représenté un tuyau (ou tube) en matière thermoplastique, telle que du polyéthylène haute densité, renforcé par une armature extérieure formée de fils d'aramide assemblés dans une matrice en matière thermoplastique sous forme de bandes enroulées et soudées autour de chacun des tuyaux. Sur les figures 3, 4 et 5, on a représenté un premier mode de réalisation du dispositif de raccordement selon l'invention des extrémités de deux tuyaux 1 et 2 semblables à celui qui vient d'être décrit. Ces tuyaux 1 et 2 comportent des faces terminales respectivement référencées 3 et 4. Pour chaque tuyau, le dispositif comporte des moyens de bridage constitués d'un organe de cerclage 5 enveloppant chacun des tuyaux et d'un organe d'attelage axial 6. L'organe de cerclage 5 est disposé à distance de la face terminale de chaque tuyau ; il comporte plusieurs bagues de serrage 7 entourant chacun des tuyaux et constituées chacune de deux demi-bagues 7a et 7b assemblées par vis de manière connue en soi. Ces bagues de serrage sont maintenues à distance les unes des autres par des entretoises tubulaires 8, indépendantes les unes des autres ou regroupées autour d'une bague d'assemblage (non représentée) facilitant leur mise en place et leur positionnement lors du montage. Ces entretoises sont disposées en regard de trous axiaux 9 ménagés dans la périphérie des bagues de serrage 7, de manière à permettre le passage de l'organe d'attelage axial 6 ici constitué par des tirants 10 munis à une de leurs extrémités d'une tête d'entraînement 11 et à leur extrémité opposée d'un filet 12 destiné à recevoir des écrous de bridage 13. Au niveau du raccordement des extrémités des tuyaux 1 et 2, le dispositif comporte un manchon de raccordement 14 muni d'un épaulement intérieur 15 et de deux rebords 16 ménagés sur une circonférence intérieure du manchon de raccordement 14 de part et d'autre de l'épaulement intérieur 15 et à proximité des extrémités du manchon de raccordement. Entre l'épaulement intérieur 15 du manchon 14 et chacun des tuyaux 1 et 2, sont disposés deux joints annulaires élastiques 17. Pour préparer l'opération de raccordement, les bagues de serrage 7 sont assemblées sans être serrées autour de chaque tuyau 1 et 2 de manière à former sur les tirants 10 un empilement en alternance avec les entretoises tubulaires 8. Les extrémités des tuyaux 1 et 2 sont emmanchées dans le manchon de raccordement 14, les faces terminales radiales 3 et 4 de ces extrémités venant se positionner en butée contre les joints annulaires élastiques 17. Les bagues de serrage 7 sont ensuite serrées et bloquées sur les tuyaux 1 et 2. Lors de l'opération effective de raccordement, un bridage axial des tuyaux contre l'épaulement intérieur 15 du manchon de raccordement 14 est assuré au moyen des tirants 10. Ceux-ci, grâce à leurs têtes d'entraînement 11 et à la coopération des écrous de bridage 13 avec les filets 12, tendent à rapprocher les deux organes de cerclage 5 des tuyaux 1 et 2. Les joints annulaires élastiques 17 sont comprimés. Lors de l'établissement de la pression à l'inte- rieur des tuyaux 1 et 2, conformément à la figure 4, les diamètres de ceux-ci augmentent légèrement, ce qui a pour effet, d'augmenter le serrage et donc l'adhérence des bagues 7 sur les tuyaux 1 et 2. De plus, cette augmentation du diamètre des tuyaux provoque des déformations locales de ces tuyaux en regard des entretoises tubulaires 8 qui constituent des butées au glissement éventuel des bagues de serrage 7 sur le tuyau. Une déformation analogue au niveau des rebords 16 du manchon de raccordement 14 permet d'assurer une étanchéité parfaite du raccord en provoquant l'incrustation des rebords 16 dans le tuyau. Les rebords 16 tendent également à contrer l'effort de retrait axial des tuyaux du à leur déformation radiale. Par ailleurs, le manchon de raccordement 14 permet de contenir l'élargissement des extrémités des tuyaux, empêchant ainsi l'effilochage de leur armature L'indépendance des bagues de serrage~ 7 et des entretoises tubulaires 8 permet d'adapter le nombre et l'espacement des bagues de serrage, et donc la longueur sur laquelle les tuyaux sont enveloppés, en fonction des diamètres des tuyaux et de la pression admissible dans ceux-ci. En règle générale, le nombre de bagues de serrage se situera entre trois et sept pour chaque tuyau. Eventuellement, la longueur des entretoises tubulaires augmente avec leur éloignement par rapport à l'extrémité du tuyau raccordé. En effet, comme cela a été expliqué plus haut, l'extrémité des tuyaux présente un risque important d'effilochage de l'armature par glissement relatif des fils par rapport à la matrice, l'extrémité de chaque fil étant laissée libre au niveau de la face terminale du tuyau. C'est donc au voisinage de cette face terminale que la surface de contact de l'organe de cerclage avec le tuyau doit être la plus importante. En revanche, à distance de la face terminale, cette surface de contact peut être diminuée car les fils d'armature sont ancrés dans la matrice de manière continue. Selon la figure 6 qui présente un second mode de réalisation de l'invention, l'organe de cerclage 5, est constitué de bagues de serrage 18 comportant une pluralité de doigts radiaux 19. L'organe d'attelage axial est constitué par plusieurs barrettes de liaison 20 munies de trous 21 destinés à recevoir les doigts radiaux 19 de chaque bague situés sur une même génératrice de tuyau. Le bridage est assuré par traction de l'extrémité des barrettes de liaison 20 à l'encontre d'un manchon de raccordement 14 identique à celui du premier mode de réalisation. Cette traction est ici réalisée au moyen de tirants 22 et d'écrous de bridage 23 rapprochant les extrémités des barrettes de liaison munies chacune à cet effet d'une patte de bridage 24. Dans un troisième mode de réalisation représenté sur les figures 7 et 8, l'organe de cerclage 5 est constitué par un manchon tubulaire 25 formé de deux coquilles demicylindriques 25a et 25b assemblées par des vis 25c de manière connue en soi. Une collerette 39 est ménagée sur une extré mité de ce manchon tubulaire 25 et des reliefs 26, par exemple des gorges circonférentielles internes, sont ménagés sur sa périphérie intérieure. Dans le cas, présenté sur la figure 7 en vue extérieure, du raccordement de deux tuyaux, des tirants 27 assurent le rapprochement des deux manchons tubulaires 25 en exerçant une traction sur les collerettes 39. Sur la figure 8, on a représenté, vu en coupe, le même mode de réalisation de l'invention adapté au cas du raccordement d'un tuyau à un élément métallique 28, ici un té de dérivation. Un manchon standard de raccordement 29 est spécialement réalisé pour s'adapter a différents éléments métalliques au moyen d'une collerette radiale de raccordement 33 ménagée sur une extrémité du manchon standard de raccordement en regard de l'élément métallique. Le manchon tubulaire 25 est tiré vers le manchon standard de raccordement 29 au moyen de tiges filetées 30 coopérant avec des taraudages 32 ménagés dans ce manchon standard de raccordement. Un bridage de la collerette radiale de raccordement 33 contre l'élément métallique 28 est assuré par des vis 34 coopérant avec des taraudages 35 ménagés dans le manchon standard de raccordement 29. Un joint annulaire élastique (non représenté) est disposé entre la collerette radiale de raccordement du manchon standard de raccordement et l'élément métallique, de manière a être comprimé lors du serrage. Bien entendu, ce type de raccordement d'un tuyau à un élément métallique au moyen du manchon standard de raccordement 29 peut être réalisé en utilisant les organes de cerclage des deux premiers modes de réalisation. Dans un mode de réalisation moins élaboré de l'invention, illustré par la figure 9, et destiné au raccordement d'une extrémité d'un tuyau véhiculant des fluides à basse ou moyenne pression, il est possible de supprimer le manchon de raccordement 14. A cet effet, les manchons tubulaires 25 portent, à leurs extrémités les plus proches des faces terminales 3 et 4 des tuyaux, des surfaces radiales 36 entre lesquelles un joint 37 est disposé. Les manchons tubulaires 25 sont placés autour des tuyaux 1 et 2 de telle sorte que les surfaces radiales 36 soient sensiblement dans le plan des faces terminales 3 et 4 des tuyaux 1 et 2 ou légèrement en avant de celles-ci. Des boulons 38 assurent le bridage des manchons tubulaires 25 l'un contre l'autre, comprimant ainsi le joint 37. Il peut être envisagé que les surfaces radiales 36 des collerettes des manchons 25 soient pourvues d'éléments mâles et femelles pour leur centrage mutuel s'interpénétrant dans le sens axial. De même, également pour de faibles pressions, dans le cas (non représenté) du raccordement d'un tuyau à un élément métallique, le manchon standard de raccordement 29 peut être supprimé. Un bridage du manchon tubulaire muni d'une surface radiale de raccordement contre un élément métallique, lui-même muni d'une surface radiale est assuré au moyen de boulons. Un joint d'étanchéité est disposé entre les surfaces de raccordement du manchon de raccordement et de l'élément métallique de manière à être comprimé lors du serrage des boulons. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, et englobe toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Dispositif de raccordement d'une extrémité d'un tuyau ou d'un tube (1, 2) ayant une face terminale (3, 4) en matière thermoplastique et renforcé par une armature extérieure constituée par des fils assemblés dans une matrice, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de bridage du tuyau constitués d'au moins un organe de cerclage (5) verrouillable sur la surface extérieure du tuyau (1, 2) et d'un organe d'attelage axial (6) de l'organe de cerclage (5), chaque organe de cerclage, lorsqu'il est verrouillé, enveloppant ledit tuyau sur un tronçon longitudinal d'une longueur au moins trente fois supérieure au diamètre des fils constituant l'armature dudit tuyau. 2. Dispositif de raccordement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de cerclage (5) est situé à distance de la face terminale (3, 4) du tuyau (1, 2) et en ce que le dispositif comporte un manchon de raccordement (14, 29) recouvrant l'extrémité dudit tuyau (1, 2). 3. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de cerclage (5) est constitué d'au moins deux bagues de serrage (7, 18) disposées à distance l'une de l'autre le long du tuyau (1, 2). 4. Dispositif de raccordement selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'espacement des bagues de serrage (7, 18) augmente avec l'éloignement de celles-ci par rapport à la face terminale (3, 4) du tuyau (1, 2). 5. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'espacement des bagues de serrage (7) est assuré par des entretoises tubulaires (8) disposées entre deux bagues de serrage (7) consécutives et en ce que l'organe d'attelage axial (6) est constitué d'au moins deux tirants (10) traversant les bagues de serrage (7) et les entretoises tubulaires (8). 6. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque bague de serrage (18) comporte une pluralité de doigts radiaux (19) et en ce que l'organe d'attelage axial (6) comporte des barrettes de liaison (20) des doigts radiaux (19) de chaque bague de serrage (18) situés sur une même génératrice du tuyau (1, 2), chaque barrette de liaison (20) comportant une patte de bridage (24) ménagée sur une extrémité de cette barrette de liaison proche de la face terminale (3, 4) du tuyau (1, 2). 7. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de cerclage (5) est constitué par un manchon tubulaire (25) formé de deux coquilles (25a, 25b) serrées sur le tuyau (1, 2), chaque coquille comportant une collerette (39). 8. Dispositif de raccordement selon la revendication 7, caractérisé en ce que le manchon tubulaire (25) comporte sur sa surface intérieure des reliefs (26). 9. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le manchon de raccordement (20, 22) comporte sur sa surface intérieure au moins un rebord (16). 10. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le manchon de raccordement (14, 29) comporte un épaulement intérieur (15), un joint élastique (17) étant disposé entre cet épaulement et le tuyau (1, 2). 11. Dispositif de raccordement selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le manchon de raccordement (29) comporte une collerette radiale de raccordement (33).