Brevet FR3047237A1 — publié le 20170804

Le domaine technique de l'invention est le raccordement étanche de conduites susceptibles de conduire des fluides à des températures supérieures à celles que supportent des raccords par des manchons textiles étanchéifiés par enduction. De nombreux circuits transportant des fluides, et en particulier des fluides chauds, à une pression proche de la pression atmosphérique subissent des dilatations et/ou des déformations qui conduisent à les concevoir et à les réaliser en plusieurs tronçons. Ces tronçons doivent être raccordés les uns aux autres de façon étanche et suffisamment souple pour absorber les dilatations différentielles et les déformations qu'ils subissent dans différentes directions. On peut envisager d'utiliser pour cela des raccords constitués de manchons en textile, éventuellement en fibre de verre, enduits de polymères souples résistants à des températures moyennement élevées (silicones ou autre produits plus performants et malheureusement plus coûteux). Les températures auxquelles résistent les caoutchoucs, silicones ou autres produits plus coûteux sont respectivement de l'ordre de 100°C, de l'ordre de 200°C et de l'ordre de 300°C. Si la température des fluides à transporter est telle que les conduites atteignent des températures supérieures aux températures admissibles par ces matières, on envisage classiquement de réaliser un circuit double peau : une conduite interne en contact avec le fluide chaud dont les tronçons sont raccordés sommairement et dont le raccord n'est donc pas totalement étanche), entourée d'une couche d'isolant thermique, elle-même entourée d'une paroi externe étanche dont les tronçons sont raccordés par des manchons textiles comme décrits ci-dessus, vu que la couche d'isolant thermique permet de maintenir la paroi externe à une température supportable par de tels manchons. Cette solution conduit cependant à un coût important des raccords et à des montages compliqués et à un ensemble coûteux. Dans certains cas, différentes raisons (corrosion, nécessité de dispositifs plus compacts, coût etc.) peuvent conduire à refuser cette solution de double peau. Pour supporter des températures de l'ordre de 200 à 400°C sans dégradation, on est alors conduit à utiliser des raccords métalliques souples. De tels raccords sont soit des raccords en métal avec tresses de verre ou de céramique, raccords qui ne sont pas totalement étanches et qui risquent même dans certaines conditions de fuir assez fortement, soit des raccords formés d'anneaux métalliques sertis de façon plus ou moins étanche les uns sur les autres (par exemple en formant une spirale annelée qui constitue un élément de conduite ronde), soit des raccords en forme de tube ondulé étanche. Ces différents raccords sont coûteux, fragiles et demandent, pour les moins chers, des pièces d'adaptation qui en augmentent considérablement le prix. De plus, à l'exception des raccords en tube de tôle ondulés, ils ne sont pas totalement étanches et peuvent même fuir dans des situations particulières. Pour ce qui est des raccords formés avec des ondulations le long d'un tube, dès que les diamètres dépassent 20 cm, les coûts deviennent prohibitifs, les techniques de fabrication étant coûteuses. 3047237 2 L'invention porte sur un type de raccord étanche avantageusement en tôle métallique déformée judicieusement permettant de raccorder deux conduites en leur laissant une certaine latitude de mouvement le long de leurs axes et en permettant une modification de l'orientation relative de leurs 5 axes, pourvu que ces axes restent concourants et que l'angle entre eux reste raisonnablement petit, et sur la façon de fabriquer de tels raccords. Avec de tels raccords, on peut, en en utilisant deux dans un montage analogue au montage à double cardan réaliser tous les raccordements de conduite que l'on désire. Les raccords métalliques souples objets de la présente invention sont constitués de deux 10 couronnes raccordées entre elles au niveau de leurs périmètres extérieurs et chacune à l'extrémité de l'une des conduites à raccorder au niveau de son périmètre intérieur, la surface de chacune des couronnes étant de section ondulée, avantageusement de façon concentrique, de façon à ce que l'on puisse, sans gros effort, déformer ces couronnes en en enfonçant la partie centrale par rapport à la partie extérieure ou en créant un angle entre la partie centrale et la partie extérieure. 15 Au niveau de leurs périmètres extérieurs, les deux couronnes peuvent être soudées ou serties directement ensemble. Pour permettre le démontage du raccord, il peut être plus avantageux de munir chaque couronne d'une bride au niveau de son périmètre extérieur. L'étanchéité des deux brides serrées l'une contre l'autre peut, dans bien des cas, être assurée par un joint caoutchouc, silicone ou autre. Vu que le périmètre extérieur est refroidi par la couronne et par la bride elle-même, il sera 20 habituellement la partie la plus froide du raccord ce qui permet d'y utiliser un joint particulièrement simple. Au niveau de son périmètre intérieur, chacune des couronnes est soudée ou sertie soit directement à l'extrémité de la conduite à laquelle elle vient se raccorder, soit à une bride venant elle-même se fixer à une autre bride fixée sur l'extrémité de la conduite. 25 Les raccords métalliques ainsi formés sont donc souples et étanches. Il existe des membranes en tôle mince de forme analogue à la forme des couronnes utilisées dans la présente invention. Pourtant, il faut remarquer que ces membranes sont souvent de petit 30 diamètre extérieur et réalisées par emboutissage et sont en des métaux qui acceptent des emboutissages relativement profonds du fait d'un allongement à la rupture élevé. Les raccords selon l'invention ne nécessitent pas l'utilisation de métaux spécialement favorables à l'emboutissage car on a cherché à ce qu'ils puissent être réalisés en des métaux résistant bien à la corrosion et le moins coûteux possible. Il a donc fallu mettre au point un mode de réalisation des couronnes limitant les déformations 35 subies par les tôles, ce qui a amené à les concevoir en une surface développable définie et étudiée judicieusement. La réalisation de ces couronnes est faite avec des appareils de formage qui n'induisent 3047237 3 pas des efforts très importants et qui donc peuvent créer des couronnes ondulées de grande taille à un prix raisonnable. Il s'agit en particulier de machines dérivées des « roues anglaises » et des bordeusesmoulureuses, munies de galets formeurs mâles de forme angulaire d'angle légèrement arrondi et femelle de forme avec gorge torique, et que la machine est munie d'un bras de guidage permettant de 5 faire tourner le tronc de cône de tôle autour de son sommet, sommet qui est maintenu fixe lors de tout le formage d'une moulure et déplacé quand on passe au formage d'une autre moulure. Ces machines formeront des troncs de cône constitués par jointoiement (par soudure, sertissage ou autre) des bords d'une tôle découpée en secteur de couronne, jointoiement selon une génératrice du cône. On pourra constituer par jointoiement également des tôles de grande taille à partir de tôles plus petites et faire la 10 découpe des tôles de grande taille. Pour que les couronnes ondulées puissent être réalisées sans que l'on n'ait à faire subir à la couronne de tôle des déformations excessives qui l'amèneraient à gondoler ou à se déchirer en certains points, il convient que la forme finale recherchée de la couronne déformée soit développable. On peut 15 vérifier qu'une couronne creusée de sillons concentriques à angles vifs d'angle déterminé et de la même valeur partout est développable en un tronc de cône de révolution, lui-même développable en un secteur de couronne plane. Les angles au sommet correspondant aux raccords dessinés dans la figure 1 et dans la figure 2 sont différents comme on peut le voir en observant que les parties coniques résiduelles des faces du raccord n'ont pas le même angle dans les deux figures. La surface dont la 20 réalisation causerait le moins de contraintes serait donc une surface dans laquelle les portions de cercles rapportées dans les coupes des figures 1 et 2 auraient le plus petit rayon possible correspondant à un simple pliage. Pourtant, ce pliage serré serait extrêmement difficile à réaliser avec un outil du genre des moulureuses, même améliorées. On est donc amené à réaliser des formages ayant un rayon de courbure nettement plus important qu'un rayon qu'on pourrait faire en pliage. Malheureusement, la 25 roulette et la contre-roulette d'une moulureuse ont des diamètres importants et ces diamètres induisent quand on fait des moulures incurvées sur une tôle, que les moulures obtenues ont un rayon de courbure donné qui ne peut être inférieur à un certain rayon fonction de la courbure en plan de la moulure et du diamètre de la roulette même si cette roulette a un angle aigu (angle aigu qui peut avoir tendance à fragiliser la partie enfoncée). On utilisera donc pour former la surface non pas une simple 30 moulureuse équipée d'une des roues et contre-roues habituelles mais une moulureuse modifiée capable de serrer la tôle entre deux roues beaucoup plus petites qui tournent autour d'axes beaucoup plus proches l'un de l'autre que ne le sont les axes d'une moulureuse habituelle. Certes, il sera alors difficile d'entraîner la tôle par la roue et la contre-roue d'une telle machine. Sachant que le cône que l'on va travailler est guidé par son sommet qui est rendu fixe par rapport à la machine, on entraînera la 35 couronne conique de tôle par deux galets caoutchoutés qui l'obligeront à tourner autour de son axe. On notera d'ailleurs que c'est une couronne tronc-conique de tôle que l'on formera, couronne qui 3047237 4 deviendra globalement un plateau comme indiqué sur les figures et cela au fur et à mesure d'un formage qui commencera avantageusement par l'extérieur. Cette couronne tronc-conique de tôle sera obtenue par soudure bord à bord à l'arc ou par points avec un léger recouvrement des deux morceaux de génératrice de cône qui limitent le secteur de couronne découpé dans la tôle. Dans le raccord de la 5 figure 1, le cône de tôle passera pour chacune des moulures qui y sont faites dans la bordureuse- moulureuse modifiée avec un réglage déterminé de l'axe. Plusieurs tours permettront d'approfondir progressivement la moulure et cela pour chaque moulure, en commençant avantageusement par les moulures les plus externes. Pour le raccord de la figure 2, on fera passer le cône successivement sur une face puis sur l'autre dans la moulureuse modifiée de sorte qu'on réalise successivement les moulures 10 dans un sens et dans l'autre bord à bord, et cela pour chaque bande d'une moulure double. Il apparaît comme avantageux de choisir l'angle des faces planes que fait apparaître le double moulurage à une valeur de 90° environ. Les déformations sont en effet plus faciles pour cette valeur pour laquelle on profite du fait que le cosinus de l'angle 90° n'évolue que très peu lorsque l'angle de 90° évolue. Grâce à cela, on obtiendra une souplesse plus importante des couronnes formées. Malgré les précautions et la 15 relative petitesse du diamètre des roues et contre -roues, le pli entre deux ondulations ne sera pas aussi net que le pli que l'on pourrait obtenir dans une plieuse car les roues et contre-roues engendrent dans leur mouvement, même si la roue a un angle vif, une déformation qui a un rayon de courbure plus important que celui que l'on obtiendrait dans un moulurage linéaire, et cela pour des raisons géométriques assez faciles à comprendre. C'est la raison pour laquelle les profils des coupes de 20 couronnes formées sont un ensemble de portions de cercles raccordés par des droites. Les figures 1 et 2 représentent une vue de côté et une coupe selon un rayon d'un raccord souple métallique objet du présent brevet sous deux formes différente : figure 1 : raccord souple à faible souplesse, figure 2 : raccord souple à plus forte souplesse. On notera les couronnes en tôles formée (1) 25 et les brides extérieures (2). On peut avantageusement réaliser ces raccords en tôles d'acier inoxydable de 4/10 à 1,5 mm d'épaisseur, sachant que les brides extérieures indiquées sur la figure, du fait qu'elles sont raidies par l'assemblage avec la couronne de tôle sont facilement rendues étanches par un serrage raisonnable. 30 Bien que l'on puisse souder à l'intérieur de la couronne une bride raccordable à une autre bride portée par chaque tuyau que l'on veut raccorder, on a considéré comme avantageux et donc choisi de représenter le cas où l'on raccorde les conduites au raccord par soudure ou sertissage. Les profils radiaux des couronnes et de leurs collerettes ne sont pas quelconques. Ils réunissent 35 des portions de droite à des portions approximativement d'arcs de cercles. 3047237 5 Chacune des fixations des couronnes entre elles et avec les conduites peut être réalisée soit avec une bride soit par soudure ou sertissage. On noter que l'utilisation de brides facilite le démontage, ce qui a amené à prévoir dans les cas représentés sur les figures des brides sur le périmètre extérieur des couronnes pour la fixation des deux couronnes entre elles. 5 REVENDICATIONS1) Raccord souple métallique caractérisé en ce qu'il est constitué de deux couronnes raccordées entre elles au niveau de leurs périmètres extérieurs et chacune à l'extrémité de l'une des conduites à raccorder au niveau de son périmètre intérieur, la surface de chacune des couronnes étant ondulée, avantageusement de façon concentrique, de façon à ce que l'on puisse modifier sans gros effort la position relative des deux conduites réunies par le raccord aussi bien en ce qui concerne l'angle formé par leurs axes que la distance précise de leurs extrémités. 2) Raccord souple métallique éventuellement selon la revendication précédente caractérisé en ce que les couronnes de tôle mince formées pour constituer les flancs du raccord sont découpées dans une tôle, éventuellement constituée par jointoiements entre elles de plusieurs tôles par une technique assurant l'étanchéité (par exemple soudure bord à bord avec ou sans léger recouvrement, sertissage etc), la découpe permettant de constituer un tronc de cône de révolution d'angle au sommet défini par les paramètres de la forme et de la dimension choisies pour les couronnes, la tôle découpée étant formée en ce tronc de cône en jointoyant entre eux les bords correspondants à une génératrice par une technique assurant l'étanchéité. 3) Raccord souple métallique éventuellement selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes caractérisé en ce que les cônes sont transformés en les pièces en forme globale de plateau mouluré, sans zone centrale, à l'aide d'une machine tenant à la fois de la « roue anglaise » et de la « bordeuse - moulureuse », munie de galets formeurs mâles de forme angulaire d'angle légèrement arrondi et femelle de forme avec gorge torique, et que la machine est munie d'un bras de guidage permettant de faire tourner le tronc de cône de tôle autour de son sommet, sommet qui est maintenu fixe lors de tout le formage d'une moulure et déplacé quand on passe au formage d'une autre moulure. 4) Raccord souple métallique éventuellement selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes caractérisé en ce que les bords intérieurs et extérieurs sont raccordés à des brides - - - Il .- - - - - - - - - - raccorder par des moyens assurant l'étanchéité et la solidité du raccord. 5) Raccord souple métallique éventuellement selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on peut en utiliser deux aux extrémités d'un tronçon plus ou moins long de conduite pour raccorder des conduites dont les axes ne sont pas concourants à la façon d'un double cardan avec les raccords à la place des cardans. 6) Raccord souple métallique éventuellement selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut raccorder deux conduites entourant des conduites plus petites simplement emboitée ou raccordée de façon sommaire avec le jeu suffisant pour les laisser bouger l'une par rapport à l'autre, les canalisations intérieures et extérieures étant séparées par une couche d'isolant 3047237 7 suffisamment souple résistant aux hautes températures. Cette disposition permet d'éviter de porter le raccord à une température aussi élevée que les conduites intérieures.