Brevet FR3090069A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Raccord flexible démontable, grand diamètre et hautes pressions Domaine technique [0001] La présente divulgation concerne un raccord flexible pour relier un premier et un deuxième segment d'un conduit, un procédé d'utilisation d'un tel raccord flexible, ainsi qu'un conduit comportant un tel raccord flexible et un circuit d'alimentation d'un propulseur, notamment un circuit d'alimentation d'un moteur-fusée en ergol, comportant un tel conduit. Technique antérieure [0002] Les raccords flexibles sont typiquement utilisés pour relier des segments plus rigides de conduit dans des applications, comme par exemple la propulsion spatiale, dans lesquelles les conduits sont soumis à d'importantes contraintes, notamment vibratoires et thermiques. Ils permettent d'assurer certains degrés de liberté dans ces conduits, limitant ainsi l'ampleur des efforts transitant dans ces conduits et à leurs interfaces avec d'autres composants. [0003] Ces raccords flexibles comportent normalement un manchon tressé en filaments mé- talliques, soudé aux segments de conduit qu'il relie. Cette configuration présente néanmoins l'inconvénient d'une résistance limitée aux efforts en traction, qui interdit leur application sur des conduits fortement pressurisés présentant un grand diamètre. En effet, l'effort en traction généré par l'effet de fond sur un tel conduit pressurisé est proportionnel à la surpression de l'intérieur du conduit par rapport à l'extérieur, et au carré de son diamètre. Toutefois, dans cette configuration, l'épaisseur du manchon tressé est limitée par son soudage aux segments de conduit qu'il relie. Il devient en effet trop difficile de souder aux segments de conduit un manchon tressé de grande épaisseur, et il n'est ainsi pas possible d'augmenter indéfiniment cette épaisseur pour reprendre l'effort en traction généré par l'effet de fond. L'utilisation de matériaux à grande résistance en traction pour les filaments du manchon augmenterait son coût, risquerait de rendre plus difficile son soudage, et nécessiterait en tout cas d'importants travaux de mise au point des procédés de fabrication et de vérification expérimentale de la tenue mécanique du conduit assemblé. [0004] Les connexions à cardans représentent une alternative aux raccords flexibles. Toutefois, elles présentent d'autres inconvénients en termes de poids et coût. Exposé de l'invention [0005] L'objet de la présente divulgation est donc celui de proposer un raccord flexible, pour relier un premier et un deuxième segment d'un conduit, pouvant reprendre des 2 efforts axiaux plus élevés à un coût limité, permettant ainsi de relier un premier et un deuxième segment d'un conduit pressurisé à haute pression et grand diamètre. Suivant un premier aspect, ce problème est résolu par un raccord flexible qui peut comprendre un troisième segment, à surface ondulée, un premier et un deuxième renfort annulaire, un manchon tressé, et un premier et un deuxième collier de serrage. Le raccord flexible peut être destiné à relier une extrémité du premier segment à une extrémité du deuxième segment. Le premier et le deuxième renfort annulaire peuvent être destinés, respectivement, à être disposés autour du premier et du deuxième segment. Le manchon tressé peut être destiné à être emmanché autour des premier et deuxième renforts annulaires et du troisième segment, et le premier et le deuxième collier de serrage peuvent être destinés, respectivement, à serrer le manchon tressé autour du premier et du deuxième renfort annulaire. [0006] Grâce à ces caractéristiques, l'épaisseur du manchon tressé, et donc les efforts axiaux qu'il peut reprendre, ne sont plus limités par sa fixation sur les premier et deuxième segments de conduit devant être reliés par le raccord, puisque cette fixation est désormais assurée par les colliers de serrage. [0007] Afin d'assurer une pression de serrage élevée et homogène, le premier et/ou le deuxième collier de serrage peuvent comprendre une pluralité de segments arqués reliés par des dispositifs de serrage séparés. Les dispositifs de serrage peuvent notamment comprendre des boulons. Des arêtes intérieures adjacentes des segments arqués peuvent être arrondies ou chanfreinées pour éviter un pincement du manchon tressé. [0008] Afin d'assurer une plus grande résistance à l'arrachement du manchon, le premier et le deuxième renfort annulaire peuvent comprendre au moins une surface extérieure convexe et le premier et le deuxième collier de serrage comprendre au moins une surface intérieure concave. Avec le même objet, et alternativement ou en complément à ces surfaces coniques, le premier et le deuxième renfort annulaire peuvent présenter un traitement de surface pour augmenter leur coefficient de friction statique avec le manchon tressé [0009] Afin aussi d'assurer une plus grande résistance aux efforts axiaux, le manchon tressé peut comprendre une pluralité de couches concentriques. [0010] Afin d'augmenter la pression de serrage quand la température du conduit descend, notamment quand un fluide cryogénique est admis dans le conduit, les premier et deuxième colliers de serrage peuvent présenter un plus grand coefficient de dilatation thermique que les premier et deuxième renforts annulaires. La contraction thermique des colliers de serrage va ainsi augmenter la pression radiale exercée sur le manchon tressé et les premier et deuxième renforts annulaires. [0011] Un deuxième aspect de cette divulgation concerne un conduit pouvant comprendre 3 un tel raccord, ainsi que les premier et deuxième segments, l'extrémité du premier segment étant reliée à l'extrémité du deuxième segment par le troisième segment, les premier et deuxième renforts annulaires étant emmanchés autour de, respectivement, les premier et deuxième segments, le manchon tressé étant emmanché autour des premier et deuxième renforts annulaires et du troisième segment, et les premier et deuxième colliers de serrage serrant le manchon tressé autour de, respectivement, les premier et deuxième renforts annulaires. Le premier renfort annulaire peut être fixé par soudage au premier segment et/ou le deuxième renfort annulaire être fixé par soudage au deuxième segment. Alternativement ou en complément à ces soudures, le premier renfort annulaire peut être retenu axialement par un épaulement radial du premier segment et/ou le deuxième renfort annulaire être retenu axialement par un épaulement radial du deuxième segment. [0012] Un troisième aspect de cette divulgation concerne un circuit d'alimentation d'un propulseur, et notamment un circuit d'alimentation d'un moteur-fusée en ergol, pouvant comprendre au moins un conduit comme le conduit susmentionné. [0013] Un quatrième aspect de cette divulgation concerne un procédé d'utilisation du raccord flexible susmentionné, pouvant comprendre les étapes suivantes : emmanchement du premier renfort annulaire autour du premier segment, emmanchement du deuxième renfort annulaire autour du deuxième segment, connexion du troisième segment entre les extrémités des premier et deuxième segments, emmanchement du manchon tressé autour des premier et deuxième renforts annulaires et du troisième segment, serrage du manchon tressé, par le premier collier de serrage, autour du premier renfort annulaire, et serrage du manchon tressé, par le deuxième collier de serrage, autour du deuxième renfort annulaire. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. Brève description des dessins [0014] [fig.1A] La figure lA est une vue en perspective éclatée et des vues en coupe longi- tudinale et transversale d'un conduit comprenant un raccord suivant un premier mode de réalisation. [0015] [fig.1B] La figure 1B est une vue en coupe longitudinale du conduit de la figure 1A. [0016] [fig.1C] La figure 1C est une vue en coupe transversale du conduit des figure lA et 1B. [0017] [fig.2] La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un conduit comprenant un raccord suivant un deuxième mode de réalisation. Description des modes de réalisation [0018] Un premier mode de réalisation est illustré sur les figures 1 A à 1C. Comme illustré sur ces figures, un conduit 1 peut comprendre un premier segment 1 a, un deuxième segment lb et un raccord flexible 10 disposé entre ces deux segments 1 a, 1h. Dans des applications soumises à d'importantes contraintes mécaniques et thermiques, notamment pour l'alimentation de moteurs-fusées en ergol, les premier et deuxième segments 1 a, 1h peuvent être dans des alliages de nickel-chrome, comme par exemple le NiCr22Mo9Nb, commercialisé sous la marque Inconel® 625. Le raccord flexible 10 peut comprendre un troisième segment 11, reliant hermétiquement les extrémités desdits premier et deuxième segments 1a,1b. Pour cela, la jonction du troisième segment 11 à chacun des premier et deuxième segments la, lb peut être effectuée par des soudures bout à bout. Pour obtenir une plus grande flexibilité du troisième segment 11 par rapport aux premier et deuxième segments la, lb, même en utilisant le même matériau, ce troisième segment 11 peut notamment présenter des ondulations en direction axiale, ainsi qu'éventuellement une épaisseur de paroi moindre que celles des premier et deuxième segments 1 a, 1h. Par ailleurs, ce troisième segment 11 peut comprendre une pluralité de couches concentriques. [0019] Autour du troisième segment 11, le raccord flexible 10 peut comprendre aussi un manchon tressé 12 en filaments métalliques, et notamment en filaments d'acier inoxydable. Ce manchon tressé 12 peut comprendre une pluralité de couches concentriques pour une plus grande épaisseur et résistance en traction. Pour relier le manchon tressé 12 aux premier et deuxième segments la, lb, le raccord flexible 10 peut comprendre aussi des premier et deuxième renforts annulaires 13a,13b disposés autour de, respectivement, les premier et deuxième segments la, lb du conduit 1. Chacun des premier et deuxième renforts annulaires 13a, 13b peut être, comme illustré, en une seule pièce annulaire monobloc, emmanchée sur le segment la, lb correspondant, mais il est aussi envisageable qu'ils comprennent plusieurs secteurs angulaires solidarisés entre eux et au segment la, lb con-espondant. Les premier et deuxième renforts annulaires 13a, 13b peuvent être dans un matériau relativement peu coûteux, mais comparativement rigide par rapport à celui des premier et deuxième segments la,lb, comme par exemple un acier carbone, avec éventuellement un traitement de surface pour augmenter son coefficient de friction statique contre le matériau du manchon tressé 12. Comme dans le mode de réalisation illustré, les premier et deuxième renforts annulaires 13a, 13b peuvent être fixés sur les segments la, lb par des cordons de soudure 14, quoique des moyens de fixation alternatifs puissent être considérés. Le manchon tressé 12 peut être emmanché autour du troisième segment 11 et des renforts annulaires 13a, 13b. [0020] Des premier et deuxième colliers de serrage 15a, 15b peuvent serrer le manchon tressé 12 respectivement autour des premier et deuxième renforts annulaires 13a, 13b, de manière à fixer axialement par friction le manchon tressé 12 sur ces premier et deuxième renforts annulaires 13a, 13b. Comme illustré, afin d'exercer une pression radiale de serrage, chacun des premier et deuxième colliers de serrage 15a, 15b peut comprendre une pluralité de segments arqués 16, reliés par des dispositifs de serrage 17. Les segments arqués 16 de chacun des colliers de serrage 15a, 15b peuvent être formés tels que, quand le raccord flexible 10 est complètement assemblé et que chaque collier de serrage 15a, 15b serre le manchon tressé autour du renfort annulaire 13a, 13b respectif, les surfaces radialement internes des segments arqués 16 de chaque collier de serrage 15a, 15b, en contact avec le manchon tressé 12, définissent une surface de révolution autour du manchon tressé 12 de manière à exercer une pression de serrage uniforme autour du manchon tressé 12. Chacun de ces dispositifs de serrage 17 peut inclure un boulon formé par une vis 17a, un écrou 17b et une rondelle 17e. Ces boulons peuvent être orientés tangentiellement à une circonférence concentrique au conduit 1, de telle manière que le serrage des boulons puisse rapprocher les segments arqués 16 adjacents et provoquer ainsi le serrage radial des colliers de serrage 15a, 15b autour du manchon tressé 12 et des renforts annulaires 13a, 13b correspondants. Afin d'éviter de pincer le manchon tressé 12 entre des segments arqués 16 adjacents lors du serrage des boulons, les arêtes intérieures adjacentes 18 de ces segments arqués 16 peuvent être arrondies et/ou chanfreinées. [0021] Quand le conduit 1 est destiné à recevoir des fluides froids ou même cryogéniques, les colliers de serrage 15a, 15b peuvent être en un matériau à coefficient de dilatation thermique supérieur à celui des renforts annulaires 13a,13b. Ainsi, par exemple, si les renforts annulaires 13a,13b sont en acier carbone, les colliers de serrage 15a, 15b pourraient être en aluminium ou un alliage d'aluminium. De cette manière, le refroidissement du conduit 1 ressen-erait les colliers de serrage 15a, 15b autour des renforts annulaires 13a, 13b. Toutefois, il est aussi envisageable que les colliers de serrage 15a, 15b aient un coefficient de dilatation thermique égal ou même inférieur à celui des renforts annulaires 13a, 13b, notamment si le conduit 1 est plutôt destiné à recevoir des fluides chauds. [0022] Afin d'installer le raccord flexible 10, tel qu'illustré sur les figures lA à 1C, sur le conduit 1, on peut d'abord procéder à emmancher les premier et deuxième renforts annulaires 13a,13b autour de, respectivement, les premier et deuxième segments la, lb du conduit 1. Cet emmanchement peut être effectué avec un léger frettage, afin d'assurer un contact uniforme des renforts annulaires la, lb avec les segments la,lb correspondants. Les premier et deuxième renforts annulaires 13a,13b peuvent ensuite être fixés par soudage aux segments la, lb correspondants, avec les cordons de soudure 14. Ensuite, on peut procéder à relier hermétiquement les extrémités libres opposées des premier et deuxième segments la, lb du circuit 1 en y soudant le 6 troisième segment 11, par exemple bout-à-bout, quoiqu'une soudure avec recouvrement axial est aussi envisageable. Le manchon tressé 12 (qui a pu être préalablement enfilé sur l'un ou l'autre des premier et deuxième segments 1 a, 1h du conduit 1) peut ensuite être emmanché autour des premier et deuxième renforts annulaires 13a,13b et du troisième segment 11, avant de serrer les premier et deuxième colliers de serrage 15a, 15b, avec les dispositifs de serrage 17, autour du manchon tressé 12 et des renforts annulaires 13a,13b correspondants. [0023] En fonctionnement, la flexibilité du troisième segment 11 et du manchon tressé 12 peut permettre d'accommoder des contraintes entre les premier et deuxième segments 1 a, lb, tandis que le manchon tressé 12, serré autour des renforts annulaires 13a, 13b, peut reprendre d'importants efforts en traction entre les premier et deuxième segments 1 a, lb. Quand un fluide pressurisé est contenu dans le circuit 1, le troisième segment 11 peut gonfler radialement jusqu'à ce que les crêtes des ondulations de sa surface externe prennent appui sur la surface interne du manchon tressé 12. Le manchon tressé 12 peut ainsi non seulement reprendre des efforts en traction, mais aussi contribuer à reprendre la pression interne du raccord flexible 10. [0024] Un deuxième mode de réalisation est illustré sur la figure 2. Comme illustré sur cette figure 2, afin d'accroître la résistance à la traction de la liaison du manchon tressé 12 aux renforts annulaires 13a, 13b, ces derniers peuvent présenter des surfaces extérieures convexes complémentaires de surfaces intérieures concaves des colliers de serrage 15a, 15b. Par ailleurs, comme illustré aussi sur la figure 2, alternativement ou en complément à la fixation des renforts annulaires 13a, 13b sur les premier et deuxième segments la, lb, les surfaces extérieures de ces derniers peuvent présenter des épaulements radiaux 19a, 19b, orientés en sens opposé aux extrémités correspondantes des premier et deuxième segments la, lb, pour retenir axialement les renforts annulaires 13a, 13b contre les efforts axiaux en traction transmis par le manchon tressé 12. Les éléments restants du mode de réalisation illustré sur la figure 2 sont équivalents et fonctionnent de manière analogue à ceux des figures 1A-1C, et reçoivent en conséquence les mêmes repères sur cette figure. [0025] Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réa- lisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. En particulier, les renforts annulaires 13a, 13b à surface extérieure convexe du deuxième mode de réalisation pourraient être fixés sur les segments la, lb con-espondants par soudure, comme dans le premier mode de réalisation, ou les renforts annulaires 13a. 13b à surface extérieure plate du premier mode 7 de réalisation être retenus par des épaulements radiaux 19a, 19b des segments la, lb, comme dans le deuxième mode de réalisation. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. 8