Brevet FR3012199A1 — publié le 20150424

La présente invention se rapporte au domaine du transfert des fluides, notamment des fluides cryogéniques. Elle concerne plus particulièrement le raccord entre deux tuyaux dans lesquels doit s'écouler un tel fluide. Les tuyauteries d'installations industrielles transportant des fluides cryogéniques tels que l'argon, l'azote ou l'oxygène, doivent confiner ces fluides à des températures pouvant descendre jusqu'à 77 K et à des fortes pressions. Ces conditions de fonctionnement sollicitent particulièrement les moyens d'étanchéité aux jointures entre les tuyauteries. Sur les installations industrielles, des brides à collerette, avec un joint approprié pressé entre les collerettes des deux brides, sont souvent utilisées. L'étanchéité dépend alors de la qualité et de la tenue du serrage entre les brides. Les variations de pression et de température au cours du fonctionnement de l'installation peuvent affecter la tenue des moyens de serrage. Dans les installations cryogéniques, il est généralement considéré qu'il est nécessaire de souder les extrémités des tuyauteries entre elles pour obtenir un niveau d'étanchéité satisfaisant. De telles opérations de soudage ont lieu sur le site de l'installation, ce qui augmente la difficulté de montage, d'autant plus que les tuyauteries en cause sont souvent situées en hauteur, parfois à plusieurs dizaines de mètres. L'invention a pour but de proposer un accouplement mécanique pouvant être réalisé sur une installation industrielle avec un outillage traditionnel tout en assurant l'étanchéité par rapport au fluide cryogénique haute pression passant dans les tuyaux. Un second objectif de l'invention est de minimiser les opérations de soudage sur site. L'invention concerne un dispositif d'accouplement de tuyaux pour fluide, notamment pour fluide cryogénique, comprenant un ensemble de brides et un manchon apte à couvrir les extrémités à relier desdits tuyaux, lesdites brides étant configurées pour maintenir ledit manchon sur lesdits tuyaux au niveau desdites extrémités à relier et ledit manchon étant configuré pour se rétracter sous l'effet du froid. L'invention atteint son objectif en se servant du froid apporté par le fluide dont on veut éviter les fuites, lui-même. Plus précisément, le manchon, en se contractant par l'effet du froid, enserre les tuyaux autour de leur jointure et ceci de plus en plus fortement avec la baisse de température. Il rend ainsi le passage étanche, ceci sans souder les extrémités à relier. De plus, la contraction du manchon est assez forte pour résister à la pression du fluide dans les tuyaux. Enfin, cette étanchéité ne dépend pas de l'intensité du serrage des brides entre elles. Elle résiste donc mieux aux cycles de fonctionnement de l'installation et nécessite une moindre surveillance qu'une étanchéité par serrage mécanique. En particulier, pour les installations cryogéniques, le matériau formant ledit manchon est choisi pour se rétracter sous l'effet du froid jusqu'à une température de 77 K. Il est utilisé en particulier un matériau polymère composé à base de polytétrafluoroéthylène, du type Teflon TM. Ledit dispositif d'accouplement pourra également comprendre des moyens de serrage des brides l'une contre l'autre. De manière préférée, lesdites brides sont agencées pour appliquer ledit manchon contre lesdits tuyaux. Elles pourront en particulier être agencées de telle sorte qu'une translation selon une direction de coulissement desdites brides sur lesdits tuyaux applique radialement ledit manchon sur lesdits tuyaux. Ceci est réalisé en particulier lorsque lesdites brides ont une forme tronconique intérieure et que ledit manchon a une forme tronconique extérieure, correspondante, de manière à obtenir une application dudit manchon contre lesdits tuyaux lorsqu'on serre lesdites brides. Une telle disposition permet d'obtenir un niveau supplémentaire d'étanchéité du manchon autour des tuyaux par écrasement mécanique de celui-ci lors du rapprochement des brides. Elle complète avantageusement l'étanchéité offerte par le manchon car elle ne dépend pas ou moins de la température du fluide. De plus, selon différentes variantes de l'invention qui pourront être prises ensemble ou séparément : - un élément formant joint est interposé entre les deux brides ; - lesdites brides sont configurées pour former une cavité apte à contenir ledit manchon lorsqu'elles sont serrées et pour présenter un emboîtement à la périphérie de ladite cavité ; - ledit emboîtement est configuré pour maintenir ledit joint ; - une partie de chaque bride présentant ledit l'emboitement est située au niveau d'une collerette de fixation des brides entre elles. L'invention concerne également une installation, notamment cryogénique, comprenant des tuyaux de circulation d'un fluide, notamment un fluide cryogénique, et un dispositif tel que décrit précédemment pour l'accouplement d'au moins deux desdits tuyaux. Avantageusement, les extrémités des tuyaux à relier sont au contact l'une de l'autre au niveau d'une zone de raccord. Lesdits deux tuyaux pourront avoir le même diamètre extérieur. L'un et/ou l'autre desdits tuyaux pourra être soudé à la bride correspondante. L'invention concerne encore un procédé d'accouplement de deux tuyaux pour fluide, notamment fluide cryogénique, utilisant un tel dispositif. L'élément formant joint, quand il est présent, est comprimé de manière à régler la force d'application, notamment radiale, du manchon sur lesdits tuyaux. Avantageusement, dans un tel procédé d'accouplement, l'une au moins des brides est soudée sur l'un desdits tuyaux préalablement à la mise en place dudit tuyau en face du second tuyau. La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence à la figure unique 1 annexée qui présente schématiquement une coupe d'un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention : En référence à la figure 1, l'invention concerne un dispositif d'accouplement de deux tuyaux 1 - 2 d'un circuit à l'intérieur desquels passe un écoulement F1 de fluide, en particulier de fluide cryogénique. En général, ces tuyaux sont métalliques, les métaux utilisés étant choisis pour leurs bonnes propriétés de résistance mécanique aux températures cryogéniques. Le fluide cryogénique peut être, notamment, de l'argon, de l'azote ou de l'oxygène liquide à haute pression. Les températures de fonctionnement peuvent donc descendre dans ce cas à 77 K durant le transfert. Par ailleurs, la partie de l'installation où se trouve l'accouplement des tuyaux n'étant pas forcément toujours remplie, ce type de dispositif doit en général subir des phases transitoires de mise en froid et de montée en pression au début du transfert. Dans l'exemple présenté sur la figure, les parties terminales des deux tuyaux 1 -2 sont cylindriques rectilignes, de même section circulaire. Ces parties terminales 1 - 2 sont appliquées l'une contre l'autre de manière jointive sur une section de raccord 3 transversale à l'axe XX de révolution des parties terminales des tuyaux. Cette disposition assure une continuité sans jeu du conduit parcouru par le fluide et ne nécessite pas d'aménagement particulier de la forme des tuyaux 1 - 2 à leur extrémité, autre que de s'assurer que, de façon avantageuse, la section d'extrémité de chacun est proprement usinée de manière à correspondre à la section d'extrémité de l'autre tuyau. Pour assurer l'étanchéité de l'accouplement, le dispositif comporte essentiellement trois pièces : Un manchon 4, ici de diamètre intérieur égal à celui des tuyaux 1 - 2, qui entoure les parties terminales à relier desdits tuyaux; Deux brides 5 - 6 enfilées chacune sur la partie terminale d'un tuyau 1 - 2 et serrées l'une contre l'autre. Le manchon 4 est avantageusement réalisé dans un matériau polymère adapté à la réalisation de joints d'étanchéité pour des matériaux cryogéniques, notamment un composé à base de polytétrafluoroéthylène, du type Teflon TM. Ce type de matériau a une bonne résistance mécanique à la compression et une bonne résistance thermique pour des températures allant de la température ambiante, au début du transfert cryogénique, jusqu'à 77 K, lors de la circulation du fluide. De plus, et c'est la caractéristique qui est utilisée dans l'invention, il a la propriété de se contracter avec le froid plus rapidement que le matériau des tuyaux 1 - 2. Le manchon 4 est ici de forme cylindrique et présente un axe de révolution se confondant avec celui XX des tuyaux 1 - 2 lorsqu'il est en place. Lorsque le manchon est libre, sa longueur L1, non représentée sur la figure, est légèrement supérieure à la longueur L qui est indiquée et qui correspond au dispositif d'accouplement mis en place. Son diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre extérieur des tuyaux 1 - 2, de manière à pouvoir y enfiler les tuyaux de manière ajustée à la température de montage du dispositif. Par ailleurs, le manchon présente une épaisseur sensiblement constante E, sur sa partie centrale, suffisante pour lui donner une bonne résistance à la pression. Ces caractéristiques géométriques associées aux propriétés de contraction du matériau avec le froid entraînent le fait que la partie centrale du manchon 4, mis en place comme indiqué sur la figure, serre les deux tuyaux 1 - 2 autour de la section de raccord 3 lorsque le fluide cryogénique passe. La contraction du manchon 4 sur les tuyaux 1 - 2 s'intensifie lorsque la température diminue, ce qui assure une permanence de l'étanchéité de la liaison entre les tuyaux au cours du transfert de fluide cryogénique. Par ailleurs, l'épaisseur du manchon 4 diminue progressivement vers chaque extrémité, donnant à sa surface extérieure une forme de tronc de cône formant un angle A avec l'axe XX de révolution du manchon. Chaque bride 5 - 6 se présente ici sous la forme d'un tronc de cône creux. La cavité centrale a une section minimale au sommet 5a - 6a du tronc de cône, de forme circulaire et de diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur du tuyau 1 - 2, juste suffisant pour faire coulisser le tuyau dans la bride. La base 5b - 6b du tronc de cône de chaque bride est conformée pour coopérer avec la base de l'autre bride pour serrer les brides l'une contre l'autre en formant un espace fermé autour des extrémités des parties terminales des tuyaux. Les brides installées ont un axe de révolution qui se confond avec celui XX des extrémités des tuyaux 1 - 2. La base des brides se présente ici sous la forme d'une collerette 5b - 6b de diamètre supérieur au tronc de cône. Dans un mode de réalisation préféré, représenté sur la figure, les brides 5 - 6 sont dites du type « welding neck ». Dans ce cas, les brides étant en place pour accoupler les tuyaux, elles sont généralement soudées au tuyau sur le pourtour de leur sommet 5a - 6a. Une telle soudure 11 est représentée entre l'extrémité 6a de la bride de droite 6 et le tuyau 2. D'une part, cela assure une étanchéité à ce niveau, d'autre part, cela les rend solidaires des tuyaux. Le maintien de l'ensemble est alors obtenu par un serrage des deux brides 5 - 6 avec des moyens de type boulon 7 traversant les collerettes 5b - 6b. Ce type de bride présente en particulier l'avantage de ne nécessiter aucun aménagement préalable de l'extrémité des tuyaux. Cependant, des brides de type « vissées », présentant un alésage intérieur à leur sommet 5a - 6a pourraient réaliser les mêmes fonctions pour rendre les brides solidaires du tuyau puis les serrer l'une contre l'autre. Par contre, ce type de bride nécessite l'adaptation des parties terminales de chaque tuyau pour y créer un pas de vis coopérant avec celui de la bride. La forme intérieure des brides 5 - 6 est par ailleurs en concordance avec celle du manchon 4 de manière à maintenir le manchon contre les extrémités des tuyaux 1 - 2. Ici, comme déjà indiqué, chaque bride présente une cavité cylindrique de diamètre constant permettant juste le passage du tuyau 1 - 2, allant de l'extrémité du tronc de cône 5a - 6a à une section 5c - 6c sur la bride. Puis la cavité intérieure s'évase en allant de cette section 5c - 6c vers la base 5b - 6b, où son diamètre est supérieur au diamètre extérieur du manchon 4. De plus, cette cavité a une forme tronconique en partant de la section 5a - 6a, formant sensiblement le même angle A avec l'axe de symétrie XX de la bride que l'angle A formé par la surface extérieure du manchon, sur une distance au moins égale à celle nécessaire pour dépasser le diamètre extérieur maximal du manchon 4. Par ailleurs, lorsque les deux brides 5 - 6 sont appliquées l'une contre l'autre par leurs bases 5a - 6b, la distance entre les sections 5c - 6c d'extrémité des parties tronconiques internes des deux brides a une valeur L2, non représentée sur la figure légèrement inférieure à la longueur L de la figure et à la longueur L1 du manchon 4 lorsqu'il est libre. Lors de la mise en place du dispositif d'accouplement autour du raccord 3 entre les deux tuyaux, les brides 5 - 6 se rapprochent l'une de l'autre au fur et à mesure que les boulons 7 sont serrés. Ainsi que c'est représenté sur la figure, les deux brides forment, lorsque les boulons 7 sont complètement serrés, une cavité 8 entourant les tuyaux 1 - 2 et le manchon 4, et ayant une longueur L entre les extrémités 5c - 6c des parties tronconiques internes des brides. La surface extérieure du manchon suit la face interne de chaque bride dans sa partie tronconique. Cette longueur L étant légèrement inférieure à la longueur L1 du manchon quand il est libre, le manchon est donc comprimé axialement. De plus, la forme tronconique des parois interne des brides, en appuyant sur les extrémités tronconiques du manchon, applique radialement le manchon contre les tuyaux 1- 2 en le comprimant axialement. Ce dispositif assure donc un niveau d'étanchéité complémentaire, indépendamment de la contraction du manchon par le froid. Il est à noter qu'un anneau 9, formant joint est ici interposé entre les bases 5b- 6b des deux brides lorsqu'elles sont serrées. Ainsi que c'est représenté sur la figure, il est positionné à la périphérie de la cavité 8 et ferme ainsi tout contact avec l'extérieur. Cet anneau 9 a cependant une deuxième fonction. Par son épaisseur, il permet d'ajuster la longueur L de la cavité 8 et ainsi de régler le niveau de compression du manchon pour obtenir le niveau étanchéité complémentaire. Par ailleurs, sur l'exemple présenté, les faces opposées des bases 5b - 6b des brides sont essentiellement planes transversalement à l'axe XX de révolution des brides. Elles présentent cependant des bagues plates 101 - 102 protubérantes, de 30 forme annulaire centrée sur l'axe XX de révolution des brides et agencées pour coopérer de manière à former un emboîtement simple 10 entre les deux brides 5 - 6. Cet emboîtement 10 présente plusieurs avantages. Il permet tout d'abord de centrer les deux brides 5 - 6 l'une par rapport à l'autre, lors de la mise en place du dispositif d'accouplement. Il permet aussi de positionner l'anneau 9 formant joint autour de l'une des bagues 102 formant l'emboîtement, l'autre bague 101 appuyant sur l'anneau lorsque les brides 5 - 6 sont serrées. De plus, dans l'application particulière à une installation cryogénique, cet emboîtement forme une chicane à la périphérie de la cavité intérieure 8 du dispositif. Cette chicane permet de piéger d'éventuels gaz qui peuvent s'échapper du raccord 3 des tuyaux lors des phases transitoires, lorsque le manchon n'est pas encore assez contracté pour former une étanchéité totale autour de ce raccord. D'autres réalisations d'un emboîtement réalisant les mêmes fonctions sont envisageables, telles qu'un emboîtement double. Dans ce cas, par exemple, la face de la base 6b de la bride 6 peut présenter une rainure annulaire agencée pour que la bague 101 de la base 5b vienne s'y emboîter lorsqu'on serre les deux brides l'une contre l'autre. L'anneau 9 formant joint est alors logé dans cette rainure. Comme cela a été déjà évoqué, ce type de dispositif d'accouplement est particulièrement bien adapté pour monter une installation industrielle avec un outillage traditionnel et sans préparation particulière des tuyaux, si ce n'est de favoriser de la netteté des sections de raccord. En particulier, dans un procédé d'accouplement des tuyaux avec ce dispositif, on peut positionner une première bride sur l'un des tuyaux et la souder, en particulier dans le cas d'une bride de type « welding neck », avant que ce tuyau ne soit mis en place. La fixation des deux brides, faite lorsque les tuyaux sont en place, ne nécessite pas que le raccord 3 entre les tuyaux soit exactement au centre de la cavité pour assurer l'étanchéité du dispositif. De plus, il est toujours possible d'ajuster dans certaines tolérances l'épaisseur du joint 9 par rapport à la différence de longueur entre le manchon 4 et l'espace intérieur entre les extrémités des brides.25 REVENDICATIONS1. Dispositif d'accouplement de tuyaux pour fluide, notamment pour fluide cryogénique, comprenant un ensemble de brides (5, 6) et un manchon (4) apte à couvrir les extrémités (1, 2) à relier desdits tuyaux, lesdites brides (5, 6) étant configurées pour maintenir ledit manchon (4) sur lesdits tuyaux (1, 2) au niveau desdites extrémités à relier et ledit manchon (4) étant configuré pour se rétracter sous l'effet du froid. 2. Dispositif d'accouplement selon la revendication précédente dans lequel le matériau formant ledit manchon (4) est choisi pour se rétracter sous l'effet du froid jusqu'à une température de 77 K. 3. Dispositif d'accouplement selon l'une des revendications précédentes dans lequel le matériau formant ledit manchon (4) est un composé à base de 15 polytétrafluoroéthylène. 4. Dispositif d'accouplement selon l'une des revendications précédentes comprenant des moyens de serrage desdites brides (5, 6) l'une contre l'autre. 20 5. Dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdites brides (5, 6) sont agencées de telle sorte qu'une translation selon une direction de coulissement desdites brides (5, 6) sur lesdits tuyaux (1, 2) applique radialement ledit manchon (4) sur lesdits tuyaux. 25 6. Dispositif d'accouplement selon la revendication précédente dans lequel lesdites brides (5, 6) ont une forme tronconique intérieure et ledit manchon (4) a une forme tronconique extérieure, correspondante, de manière à obtenir une application dudit manchon (4) contre lesdits tuyaux (1, 2) lorsqu'on serre lesdites brides (5, 6). 30 7. Dispositif d'accouplement selon l'une des revendications précédentes dans lequel un élément formant joint (9) est interposé entre les deux brides (5, 6). 8. Dispositif d'accouplement selon la revendication n°7 dans lequel lesdites brides sont configurées pour former une cavité (8) apte à contenir ledit manchon (4) lorsqu'elles sont serrées et pour présenter un emboîtement (10) à la périphérie de ladite cavité (8). 9. Dispositif d'accouplement selon la revendication précédente dans lequel ledit emboîtement (10) est configure pour maintenir ledit joint (9). 10. Dispositif d'accouplement selon l'une des revendications 8 ou 9 dans lequel une partie de chaque bride (5, 6) présentant ledit emboitement est située au niveau d'une collerette de fixation (5b, 6b) des brides entre elles. 11. Installation comprenant des tuyaux de circulation d'un fluide et un dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendications précédentes pour l'accouplement d'au moins deux desdits tuyaux. 12. Installation selon la revendication précédente dans laquelle lesdits deux tuyaux ont le même diamètre extérieur. 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12 dans laquelle les extrémités à relier (1, 2) sont en contact l'une de l'autre au niveau d'une zone de raccord (3). 14. Procédé d'accouplement de deux tuyaux pour fluide utilisant un dispositif selon la revendication 7 dans lequel l'élément formant joint (9) est comprimé de manière à régler la force d'application du manchon (4) sur lesdits tuyaux (1, 2). 15. Procédé d'accouplement de deux tuyaux pour fluide cryogénique utilisant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel l'une au moins des brides (6) est soudée (11) sur l'un desdits tuyaux (2) préalablement à la mise en place dudit tuyau en face du second tuyau.