WO2009147064A1 - Conduite flexible à embouts d'extrémité intégrés - Google Patents
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L33/00—Arrangements for connecting hoses to rigid members; Rigid hose connectors, i.e. single members engaging both hoses
- F16L33/01—Arrangements for connecting hoses to rigid members; Rigid hose connectors, i.e. single members engaging both hoses adapted for hoses having a multi-layer wall
Definitions
- the present invention relates to a flexible pipe, and more specifically to a flexible pipe with integrated end caps.
- Such a flexible pipe which will be referred to hereinafter more simply "flexible”, generally has a fairly low length, rarely exceeding a dozen meters and allowing a flexible connection between fixed equipment.
- Their inner diameter is relatively large, greater than 5 cm, typically between 7 and 11 cm.
- the pressure of the effluents transported may exceed 700 bar (70 MPa) and their temperature exceed 150 ° C.
- These effluents may consist of liquids or gases that can be very corrosive, such as oil, aromatic liquids, water , hydrogen sulphide (H 2 S), or carbon dioxide (CO 2 ).
- Such hoses are likely to be exposed to very different external stresses, such as in particular high radial and axial forces, traction on their ends during assembly, exposure to temperatures that can be between -40 0 C and + 70 0 C, an abrasion against the ground.
- Their lifespan varies according to the applications but it must generally be greater than 10 years, and their method of construction must ensure the safety of people and equipment.
- hoses made up of filamentary reinforcements made of steel and / or synthetic material (especially aramid fibers) incorporated within an elastomeric material; these reinforcements, generally multilayered, are embedded in the elastomer, so that the whole forms an indissociable whole;
- non-bonded structure consisting of layers of steel components ensuring mechanical performance and layers of plastic components sealing, with possibility of relative sliding between these two types of layers.
- filament will conventionally be used to designate a cable, a wire, a fiber, or a wick.
- fiber a cylindrical elementary formation of very small diameter, generally made of synthetic, organic or steel material and most often assembled in the form of a wire or wick;
- wick a long strand and small section, consisting of the meeting of parallel fibers, usually referred to in the field of petroleum industry by the English word “roving”;
- wire a long strand and small diameter consisting of the union of twisted fibers and spun together, usually designated in the field of the oil industry by the English word “yarn”; the term “cable”, a bundle of wires of synthetic material or steel, braided together.
- the object of the invention is to provide a hose having the following characteristics and advantages: a) resistance to high pressures, greater than 700 bar (70 MPa), with a large inside diameter (greater than 50 mm) ; (b) light weight, with a linear mass not exceeding a few kilograms per meter; c) ability to adopt a small radius of curvature; d) a structure with a reinforcement composed of several layers of synthetic filaments having both a very high tensile strength and a maximum elongation limited to about 5%; e) resistance to corrosive environments (H 2 S, CO 2 and water in particular); f) structure that can be manufactured in such a way that its two end-connector ends are inseparable from its main part cylindrical flexible and flexible, so as to preserve the continuity of winding of the fibers of each of the layers; g) structure provided with a mooring system for each sheet at the end caps, this without crimping (which could cause shearing of the filaments); h) adoption of
- the hose according to the invention which makes it possible to meet the requirements mentioned above, comprises a flexible and flexible tubular main part, or body, which is composed of at least two coaxial tubular elements, and which is sealingly connected to each of its two ends to a rigid tubular connector end.
- the two coaxial tubular elements constituting said body consist, from the outside towards the inside, in: a) a pressure vault comprising several plies of thin filaments having a high tensile strength, helically wound and in opposition with a winding angle relative to the generatrices which is constant and substantially equal to 54.7 °, these filaments being incorporated in an elastomer layer; b) an attached plastic sealing layer
- the connector end comprises two coaxial cylindrical sleeves integral with each other, namely: ⁇ ) an inner sleeve whose inner diameter is equal to the outer diameter of the sealing layer, so that the latter s' fit without play in the inner sleeve and is retained at its free end portion by means of a mechanical locking member, the outer diameter of this sleeve being slightly greater than the internal diameter of the pressure vault, the latter surrounding the inner sleeve with a certain degree of tightening and being fixed thereto, while being separated from the sealing layer; ⁇ ) an outer sleeve, or skirt, whose inner diameter is slightly greater than the outer diameter of the pressure vault, this skirt extending axially on the side of the hose body over a greater length than that of the
- the connector end is provided with a pair of annular support elements (rings) of flexible and elastically deformable material and variable profile and disposed at said transient region of the pressure vault, one interposed between the sealing layer and the pressure vault and the other interposed between the pressure vault and the skirt.
- rings annular support elements
- said flexible and flexible tubular main part, or body comprises a third tubular element coaxially surrounding the other two, namely a flexible steel protective carcass, to which said outer sleeve is connected;
- said filaments are made of synthetic material, for example aramid; said end-pieces are provided at their periphery with a set of mooring members positioned in alignment with the filaments, and each sheet comprises a network of uninterrupted filaments connecting the two end-pieces alternately in one direction then in the other, bypassing the said moorings, while hanging on them; said sealing layer is removable and interchangeable;
- said mechanical locking member is a conical clamping ring penetrating into the mouth of the sealing layer
- the annular support element interposed between the sealing layer and the pressure vault has a central zone of maximum thickness, and portions fading progressively on either side of this central zone, with a thickness decreasing outward and inward;
- the annular support member is supported by its tapered portion located on the tip end against the inner wall of complementary profile, the free end portion of said inner sleeve;
- the tapered portion located on the body side of the annular support member is axially facing the end portion of complementary profile, substantially conical, the other annular support member interposed between the pressure vault and the skirt ;
- the annular support member interposed between the pressure vault and the skirt is an end bead of a membrane of elastomeric material forming an integral part of the pressure vault;
- each of the plies of filaments which make up the pressure vault is therefore advantageously of the "continuous" type, formed of a single filament helically wound back and forth between the two ends of the hose, and passing around it.
- moorings are for example pins integral with the end cap, according to an arrangement known from WO 2007/112785 in the name of the applicant, a document which can be referred to if necessary.
- pins are here arranged at the periphery of the inner sleeve.
- the retention of the end portion of the pressure vault around this inner sleeve is advantageously supported by the presence of a curable resin which is cast in the annular gap separating the latter from the outer sleeve; the end portion of the pressure vault is thus embedded and retained within the resin.
- the sealed connection of the body of the hose with the end connector end pieces is obtained by the fact that the angle of winding of the filaments with respect to the generatrices at the of these tips is greater than 54.7 °, and advantageously between 56 ° and 65 °, so that, under the effect of an internal pressure prevailing in the pipe, the traction generated on the filaments tends to tighten the sheets on the sealing sheath and on said end caps.
- a constant angulation of the winding substantially equal to 54.7 ° with respect to the generatrices, can be maintained over the entire length of the hose, including included in the end caps, which solves this problem of density and, in addition, facilitates the manufacturing process of the product.
- FIG. 1 is a partial view, in axial section, of an end portion of a flexible pipe according to the invention, represented at the level of an end connector end, this pipe being not subjected to high internal pressure.
- Figure 2 is a view similar to that of Figure 1, the pipe being subjected to radial expansion under the effect of an internal fluid pressure;
- Figure 3 is a partial view, on a larger scale, similar to that of Figure 2.
- Figure 1 is designated by the references PP and EC respectively, the body of the hose - partially visible - and one of its end caps (left end). A similar assembly is naturally provided at the other end of the pipe for the right nozzle.
- Each end has an end portion 100 adapted to be connected to the similar end of an adjacent hose, by a sealed connection of known type, for example by screwing.
- the hose body PP has a cylindrical wall 1 of axis XX 'with a multilayer structure comprising, from the outside towards the inside, a protective carcass of steel Id, a pressure vault Ib-Ic, and a sealing layer reported the.
- the pressure vault is in contact by its inner face with the outer face of the sealing layer. On the other hand, it is separated from the carcass Id, of larger diameter, which surrounds it.
- the pressure vault Ib-Ic comprises a core of elastomeric material inside which are incorporated several plies of thin filaments 10 having a high tensile strength.
- the sealing layer is, for example, of flexible and elastically deformable material, for example plastic or elastomeric material, the quality of which is chosen to resist mechanically, thermally and chemically the attacks of the fluid to be conveyed in the pipe, and 'to the different constraints related to the application in question, while ensuring a perfect seal.
- the connector connector EC also centered on X-X ', consists of parts made of rigid material, for example steel.
- the inner sleeve 2 has an enlarged free end 20 of larger diameter in which the end portion 100 is inserted and screwed.
- This wider end portion 20 with the remainder of the sleeve 2 is through an intermediate zone with a conical wall.
- the sealing layer penetrates it completely, coaxially, inside the main part of the sleeve 2, to this intermediate zone; the inner face of the latter serves as a seat at the mouth Ea of the sealing layer la.
- This mouth also takes a conical shape and is applied against its seat by a locking ring 4 conically complementary face. It is solicited by an intermediate ring 3 itself requested by the screwed element 100 so as to ensure a certain tightening of the mouthpiece Ea between its seat and the ring 4 and ensure a good seal at this level.
- Ad-hoc seals are also provided to seal the connections between the elements 100, 3 and 20.
- the latter have a central opening of circular section and axis X-X ', which the diameter is equal to the inside diameter C 0 of the sealing layer 1a when the hose is at rest (not inflated).
- the outer diameter of the inner sleeve 2 is slightly greater than the inner diameter of the pressure vault Ib-Ic; it is fitted on the inner sleeve with a certain degree of tightening; at this level, it is therefore separated from the sealing layer 1a, the wall of the main part of the inner sleeve 2 being sandwiched between the pressure vault and the sealing layer.
- the sleeve 2 is provided with a plurality of pins 21 arranged radially according to a circumference, towards the outside of the wall. These pins are used for docking constituent filaments of each sheet, which bypass the pins, in a similar arrangement to that described and represented in WO 2007/112785.
- the inner end zone (on the right of the figures) is connected via a ferrule 71 to the free end portion of the carcass Id. These connections are made by gluing, for example.
- this resin 9 covers the end portion of the pressure vault as well as the pins 21 and the filaments 10 which circumvent them.
- the connector end EC is provided with a pair of annular support elements -or rings-5, 6 of flexible material and elastically deformable and variable profile.
- One of these elements, referenced 5 has an approximately biconical outer shape, having a central zone of larger diameter, whose thickness corresponds substantially to the thickness of the inner sleeve 2. It has a central cylindrical opening whose diameter is equal to the outer diameter of the sealing layer la, which passes through it.
- the element 5 is interposed between the sealing layer 1a and the pressure vault Ib-Ic, and adjoins the mouth of the inner sleeve 2. More specifically, the inner wall 23 of the mouth of the sleeve 2 has a profile substantially conical complementary to the outer portion (end-side EC) of the element 5. Its inner portion (body side PP) has a conical portion which bears against the inner wall of the pressure vault, in the transient zone of diameter change of this pressure vault.
- the other element 6 is an end bead of a membrane Ic forming the outer layer of the pressure vault. Its outside diameter is equal to the inside diameter of the skirt 7.
- the element 6 is fitted into the internal entry portion (body side PP) of this skirt. Its central opening flares out from the external side (end-piece EC) to affect a substantially conical profile, complementary to that of the transient zone of diameter change of the pressure vault Ib. Thus this transitional zone is interposed between the two elements. flexible and elastic inside 5 and outside 6.
- the external protective carcass Id non-expandable, does not thwart this expansion because its inside diameter is substantially larger than the outside diameter of the pressure vault.
- the inside diameter of the sealing layer changes to a value Di> D 0 .
- This increase in diameter implies an elongation of the filaments 10 (which can be indicative of up to 5%), but without variation in their winding angle.
- connection of the EC end connector ferrules to the PP hose body is done without crimping.
- the skirt 7 ensures only a resumption of the radial forces, but not the axial retention of the body in the tip, this retention being ensured by the joining of the plies of filaments with each endpiece.
- the number and the dimensions of the pins 21 are naturally chosen according to the characteristics required for the pipe, and in particular the diameter of the filaments and the number of layers used.
- the mooring members are not necessarily pins, nor fortiori cylindrical fingers; they could consist for example of hooks, teeth and / or slots, in particular. Instead of a single set of pins (or similar moorings) disposed in the same transverse plane, it would naturally be possible to provide several similar sets, for example two or three sets slightly offset in the axial direction.
- the filaments may have a circular section, but this is not mandatory.
- Suitable materials include synthetic materials, including aramid, but also carbon, glass and steel.
- the filaments must be sufficiently thin and flexible to be able to get around the mooring members, pins or others.
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Abstract
Cette conduite flexible comprend un corps tubulaire souple et flexible (PP) qui comporte, de l'extérieur vers l'intérieur, une voûte de pression (1b- 1c) à filaments (10) noyés dans une couche d'élastomère et enroulés en hélice avec un angle de 54,7 ° par rapport aux génératrices et une couche d'étanchéité rapportée (la), ainsi qu'une paire d'embouts connecteurs d'extrémité rigide (EC) qui comprend deux manchons cylindriques coaxiaux, l'un intérieur (2) dans lequel est emmanchée et retenue la couche d'étanchéité (1a), l'autre extérieur (7) qui s'étend axialement du côté du corps (PP) au-delà du manchon intérieur (2) en entourant la zone transitoire, à diamètre variable, de la voûte de pression; l'embout connecteur est muni d'une paire d'éléments d'appui annulaires souples (5, 6) à profil variable, disposés au niveau de cette zone transitoire et intercalés respectivement entre la couche d'étanchéité (la) et la voûte de pression (1b-1c) et entre la voûte de pression (1b-1c) et la jupe (7), évitant le cisaillement des filaments au gonflage. Une telle conduite s'adresse notamment à l'industrie pétrolière, pour le transport de liquides ou de gaz.
Description
Conduite flexible à embouts d'extrémité intégrés
La présente invention concerne une conduite flexible, et plus précisément une conduite flexible à embouts d'extrémité intégrés.
Sa structure est particulièrement, mais non nécessairement, adaptée à une application dans l'industrie pétrolière pour transporter des liquides ou des gaz. Une telle conduite flexible, que l'on désignera ci-après plus simplement « flexible », a en général une longueur assez faible, excédant rarement une douzaine de mètres et permettant une connexion souple entre des équipements fixes.
Lorsque des longueurs supérieures aux longueurs disponibles sont nécessaires, plusieurs flexibles peuvent être connectés ensemble.
Leur diamètre intérieur est relativement grand, supérieur à 5 cm, typiquement compris entre 7 et 11 cm environ.
Ces flexibles, notamment dans un environnement du domaine de l'industrie pétrolière, sont susceptibles d'être soumis à des sollicitations très sévères.
La pression des effluents transportés peut dépasser 700 bars (soit 70 MPa) et leur température excéder 1500C. Ces effluents peuvent être constitués de liquides ou de gaz pouvant être très corrosifs, tels que du pétrole, des liquides aromatiques, de l'eau, du sulfure d'hydrogène (H2S), ou du gaz carbonique (CO2). De tels flexibles sont susceptibles d'être exposés à des contraintes extérieures très variées, telles que notamment des efforts radiaux et axiaux élevés, des tractions sur leurs extrémités lors du montage, une exposition à des températures pouvant être comprises entre -400C et +700C, une abrasion contre le sol. Leur durée de vie est variable suivant les applications mais elle doit généralement être supérieure à 10 ans, et leur mode de construction doit permettre de garantir la sécurité des personnes et des équipements.
Ils doivent à la fois être légers, pour faciliter leur transport et leur manipulation, tout en ayant une capacité de flexion importante leur permettant d'adopter un faible rayon de courbure si cela est nécessaire.
Il existe globalement deux grandes familles de flexibles :
- les flexibles dits « à structure collée », constitués de renforts fïlamentaires en acier et/ou en matière synthétique (fibres d'aramide notamment)
incorporés au sein d'un matériau élastomère ; ces renforts en général multicouches sont noyés dans l' élastomère, de sorte que l'ensemble forme un tout indissociable ;
- les flexibles « à structure non collée », constitués de couches de composants en acier assurant les performances mécaniques et de couches de composants en matière plastique assurant l'étanchéité, avec possibilité de glissement relatif entre ces deux types de couches.
Dans la description qui va suivre, ainsi que dans les revendications, on utilisera conventionnellement le terme générique « filament » pour désigner aussi bien un câble, qu'un fil, une fibre, ou une mèche. On entend par :
- le terme « fibre », une formation cylindrique élémentaire de très petit diamètre, généralement en matière synthétique, organique ou en acier et le plus souvent rassemblé sous forme de fil ou de mèche ;
- le terme « mèche », un brin long et de petite section, constitué de la réunion de fibres parallèles, usuellement désigné dans le domaine de l'industrie pétrolière par le mot anglais « roving » ;
- le terme « fil », un brin long et de petit diamètre constitué de la réunion de fibres tordues et filées ensemble, usuellement désigné dans le domaine de l'industrie pétrolière par le mot anglais « yarn » ; -le terme « câble », un faisceau de fils de matière synthétique ou d'acier, tressés ensemble.
L'objectif de l'invention est de proposer un flexible possédant les caractéristiques et avantages ci-après : a) résistance à des pressions élevées, supérieures à 700 bars (soit 70 MPa), avec un diamètre intérieur important (supérieur à 50 mm) ; b) légèreté, avec une masse linéaire n'excédant pas quelques kilogrammes par mètre ; c) aptitude à adopter un faible rayon de courbure ; d) structure dotée d'un renfort composé de plusieurs nappes de filaments synthétiques possédant à la fois une résistance à la traction très élevée et une élongation maximale limitée à 5% environ ; e) résistance à des environnements corrosifs (H2S, CO2 et eau notamment) ; f) structure susceptible d'être fabriquée de telle sorte que ses deux embouts connecteurs d'extrémité soient indissociables de sa partie principale
cylindrique souple et flexible, de manière à préserver la continuité d'enroulement des fibres de chacune des nappes ; g) structure pourvue d'un système d'amarrage de chaque nappe aux embouts d'extrémité, ceci sans sertissage (qui pourrait être cause de cisaillement des filaments) ; h) adoption d'un compromis entre les deux familles de flexibles précités, de telle façon que sa partie principale -ou corps-, qui reprend les efforts de pression, constitue une structure collée, tandis que la couche d'étanchéité, en matière plastique ou en matériau élastomère, est rapportée et interchangeable à la manière d'une structure non collée, avec possibilité de glissement relatif de ces deux éléments.
Le flexible selon l'invention, qui permet de répondre aux impératifs ci-dessus énoncés, comprend une partie principale tubulaire souple et flexible, ou corps, qui est composée d'au moins deux éléments tubulaires coaxiaux, et qui est reliée de manière étanche à chacune de ses deux extrémités à un embout connecteur tubulaire rigide.
Conformément à l'invention :
- les deux éléments tubulaires coaxiaux composant ledit corps consistent, de l'extérieur vers l'intérieur, en : a) une voûte de pression comprenant plusieurs nappes de filaments de faible épaisseur ayant une forte résistance à la traction, enroulés en hélice et en opposition avec un angle d'enroulement par rapport aux génératrices qui est constant et sensiblement égal à 54,7 °, ces filaments étant incorporés dans une couche d' élastomère ; b) une couche d'étanchéité rapportée en matière plastique
(polyamide par exemple) ou en élastomère, dont la face externe est en contact avec la face interne de la voûte de pression, mais sans en être solidaire, de sorte qu'un léger glissement relatif entre ces deux couches est possible lors d'un gonflage du flexible induit par une forte pression interne ; - l'embout connecteur comprend deux manchons cylindriques coaxiaux solidaires l'un de l'autre, à savoir : α) un manchon intérieur dont le diamètre interne est égal au diamètre externe de la couche d'étanchéité, de sorte que cette dernière s'emmanche sans jeu dans le manchon intérieur et y est retenu à sa portion d'extrémité libre au moyen d'un organe de blocage mécanique, le diamètre externe de ce manchon étant légèrement supérieur au diamètre interne de la voûte de pression, celle-ci entourant
le manchon intérieur avec un certain degré de serrage et étant fixée sur celui-ci, tout en étant écartée de la couche d'étanchéité ; β) un manchon extérieur, ou jupe, dont le diamètre interne est légèrement supérieur au diamètre externe de la voûte de pression, cette jupe s 'étendant axialement du côté du corps de flexible sur une longueur plus grande que celle du manchon intérieur, en entourant avec un certain jeu la zone transitoire, à diamètre variable, de la voûte de pression;
- l'embout connecteur est muni d'une paire d'éléments d'appui annulaires (bagues) en matériau souple et élastiquement déformable et à profil variable et disposés au niveau de ladite zone transitoire de la voûte de pression, l'un intercalé entre la couche d'étanchéité et la voûte de pression et l'autre intercalé entre la voûte de pression et la jupe.
Grâce à cet arrangement, on évite le cisaillement des filaments dans la zone de raccordement du corps de flexible avec l'embout d'extrémité, même en cas de forte pression interne. Le gonflement des éléments d'appui est maîtrisé par la jupe, qui absorbe les efforts radiaux.
Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles possibles, mais non limitatives de l'invention :
- ladite partie principale tubulaire souple et flexible, ou corps, comporte un troisième élément tubulaire entourant coaxialement les deux autres, à savoir une carcasse protectrice flexible en acier, à laquelle est connecté ledit manchon extérieur ;
- lesdits filaments sont en matière synthétique, par exemple en aramide ; - lesdits embouts sont pourvus à leur périphérie d'un ensemble d'organes d'amarrage positionnés dans l'alignement des filaments, et chaque nappe comprend un réseau de filaments ininterrompus reliant l'un à l'autre les deux embouts alternativement dans une direction, puis dans l'autre, en contournant lesdits organes d'amarrage, tout en s'y accrochant ; - ladite couche d'étanchéité est amovible et interchangeable ;
- ledit organe de blocage mécanique est une bague de serrage conique pénétrant dans l'embouchure de la couche d'étanchéité ;
- l'élément d'appui annulaire intercalé entre la couche d'étanchéité et la voûte de pression possède une zone centrale d'épaisseur maximale, et des portions s'effïlant progressivement de part et d'autre de cette zone centrale, avec une épaisseur décroissante vers l'extérieur et vers l'intérieur ;
- l'élément d'appui annulaire prend appui par sa portion effilée située côté embout contre la paroi interne, de profil complémentaire, de la partie d'extrémité libre dudit manchon intérieur ;
- la portion effilée située côté corps de l'élément d'appui annulaire se trouve axialement en regard de la portion d'extrémité, de profil complémentaire, sensiblement conique, de l'autre élément d'appui annulaire intercalé entre la voûte de pression et la jupe ;
- l'élément d'appui annulaire intercalé entre la voûte de pression et la jupe constitue un bourrelet d'extrémité d'une membrane en matériau élastomère formant partie intégrante de la voûte de pression ;
- la portion desdits filaments qui entoure le manchon intérieur de l'embout connecteur est enrobée dans une résine coulée entre les manchons intérieur et extérieur.
Comme indiqué plus haut, chacune des nappes de filaments qui compose la voûte de pression est donc avantageusement de type « continu », formée d'un seul filament enroulé hélicoïdalement en faisant des allers-retours entre les deux extrémités du flexible, et en passant autour d'organes d'amarrage ; ces derniers sont par exemple des picots solidaires de l'embout d'extrémité, selon un agencement connu par le document WO 2007/112785 au nom de la demanderesse, document auquel on pourra se reporter au besoin.
Ces picots sont ici disposés à la périphérie du manchon intérieur. En outre, la retenue de la portion d'extrémité de la voûte de pression autour de ce manchon intérieur est avantageusement confortée par la présence d'une résine durcissable qui est coulée dans l'intervalle annulaire séparant ce dernier du manchon extérieur ; la portion d'extrémité de la voûte de pression se trouve ainsi noyée et retenue au sein de la résine.
Il convient de noter que selon une préconisation du document WO 2007/112785 précité, la liaison étanche du corps du flexible avec les embouts connecteurs d'extrémité est obtenue par le fait que l'angle d'enroulement des filaments par rapport aux génératrices au niveau de ces embouts est supérieur à 54,7°, et avantageusement compris entre 56° et 65°, de sorte que, sous l'effet d'une pression interne régnant dans la conduite, la traction engendrée sur les filaments tend à resserrer les nappes sur la gaine d'étanchéité et sur lesdits embouts d'extrémité. Si ce principe d'enroulement des filaments avec un pas variable donne techniquement satisfaction, il pose néanmoins un inconvénient lié au fait que
la densité surfacique des filaments dans le corps du flexible est forcément plus faible qu'au niveau de ses extrémités, à cause de la différence de leur inclinaison ; en effet, deux filaments adjacents qui sont en contact pour un angle d'enroulement donné, tel que défini plus haut, se trouveront écartés l'un de l'autre si cet angle est plus faible.
Grâce à la combinaison de moyens selon l'invention, telle qu'énoncée ci-dessus, une angulation constante de l'enroulement, sensiblement égale à 54,7 °par rapport aux génératrices, peut être conservée sur toute la longueur du flexible, y compris au niveau des embouts d'extrémité, ce qui résout ce problème de densité et, de surcroît, facilite le procédé de fabrication du produit.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre d'exemple, un mode de réalisation possible, et sur lesquels:
La figure 1 est une vue partielle, en coupe axiale, d'une portion d'extrémité d'une conduite flexible conforme à l'invention, représentée au niveau d'un embout connecteur d'extrémité, cette conduite n'étant pas soumise à une pression interne élevée.
La figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, la conduite étant soumise à une expansion radiale sous l'effet d'une pression de fluide interne ; La figure 3 est une vue partielle, à plus grande échelle, similaire à celle de la figure 2.
Sur la figure 1 on a désigné par les référence PP et, respectivement, EC, le corps du flexible - partiellement visible- et l'un de ses embouts d'extrémité (embout gauche). Un montage similaire est naturellement prévu à l'autre extrémité de la conduite, pour l'embout droit.
Chaque embout possède une portion d'extrémité 100 adaptée pour être connecté à l'embout similaire d'un flexible adjacent, par une liaison étanche de type connu, par exemple par vissage. Le corps de flexible PP possède une paroi cylindrique 1 d'axe X-X' à structure multicouche comprenant, de l'extérieur vers l'intérieur, une carcasse protectrice en acier Id, une voûte de pression Ib-Ic, et une couche d'étanchéité rapportée la. La voûte de pression est en contact par sa face intérieure avec la face extérieure de la couche d'étanchéité. En revanche, elle est écartée de la carcasse Id, de plus grand diamètre, qui l'entoure.
La voûte de pression Ib-Ic comprend une âme en matériau élastomère à l'intérieur de laquelle sont incorporées plusieurs nappes de filaments 10 de faible épaisseur ayant une forte résistance à la traction.
Ceux-ci sont enroulés en hélice et en opposition, avec un angle d'enroulement par rapport aux génératrices qui est constant et sensiblement égal à 54,7 ° ; ainsi que cela a été rappelé dans le document WO 2007/112785 précité (voir notamment page 12, lignes 6-12), cette valeur d'angle assure l'équilibre de la nappe qui ne tend pas à se déformer radialement ni axialement sous l'effet d'une pression interne. Les filaments peuvent toutefois s'allonger lorsqu'ils sont soumis à un effort de traction élevé généré par une pression interne.
La couche d'étanchéité la est par exemple en matière souple et élastiquement déformable, par exemple en plastique ou en matériau élastomère, dont la qualité est choisie pour résister mécaniquement, thermiquement et chimiquement aux agressions du fluide devant être véhiculé dans la conduite, ainsi qu'aux différentes contraintes liées à l'application considérée, tout en assurant une parfaite étanchéité.
Sa face externe est en contact avec la face interne de la voûte de pression Ib-Ic, mais sans en être solidaire, ni par collage ni par d'autre moyen ; ainsi un glissement relatif entre ces deux couches est possible en direction axiale.
L'embout connecteur EC, également centré sur X-X', est constitué de pièces en matériau rigide, par exemple en acier.
Il comprend un manchon intérieur 2 dont le diamètre interne est égal au diamètre externe de la couche d'étanchéité la, et un manchon extérieur, ou jupe, 7 qui s'étend axialement du côté du corps de flexible PP (vers la droite de la figure), par conséquent, ceci sur une longueur plus grande que celle du manchon intérieur 2.
Le manchon intérieur 2 possède une extrémité libre 20 élargie, de plus grand diamètre, dans laquelle est insérée et vissée la portion d'extrémité 100.
La transition de cette partie d'extrémité plus large 20 avec le reste du manchon 2 se fait par une zone intermédiaire à paroi conique. La couche d'étanchéité la pénètre complètement, coaxialement, à l'intérieur de la partie principale du manchon 2, jusqu'à cette zone intermédiaire; la face interne de cette dernière sert de siège à l'embouchure Ea de la couche d'étanchéité la. Cette embouchure prend donc également une forme conique et est appliquée contre son siège par une bague de blocage 4 à face conique complémentaire. Celle-ci est sollicitée par une bague intermédiaire 3 elle-même sollicitée par l'élément vissé
100 de manière à assurer un certain serrage de l'embouchure Ea entre son siège et la bague 4 et assurer une bonne étanchéité à ce niveau.
Des joints d' étanchéité ad- hoc (non représentés) sont également prévus pour assurer l'étanchéité des liaisons entre les éléments 100, 3 et 20. Ces derniers présentent une ouverture centrale de section circulaire et d'axe X-X', dont le diamètre est égal au diamètre intérieur Do de la couche d'étanchéité la lorsque le flexible est au repos (non gonflé).
Le diamètre externe du manchon intérieur 2 est légèrement supérieur au diamètre interne de la voûte de pression Ib-Ic ; celle-ci est emmanchée sur le manchon intérieur avec un certain degré de serrage ; à ce niveau elle se trouve donc écartée de la couche d'étanchéité la, la paroi de la partie principale du manchon intérieur 2 étant prise en sandwich entre la voûte de pression et la couche d'étanchéité.
Dans la zone d'extrémité externe (sur la gauche des figures) de sa partie principale, à proximité donc de la zone transitoire dont il a été fait état plus haut, le manchon 2 est muni d'une pluralité de picots 21 disposés radialement suivant une circonférence, vers l'extérieur de la paroi. Ces picots servent à l'amarrage des filaments constitutifs de chaque nappe, qui contournent les picots, selon une disposition analogue à celle décrite et représentée dans le WO 2007/112785.
La zone d'extrémité interne (sur la droite des figures) est connectée par l'intermédiaire d'une virole 71 à la portion d'extrémité libre de la carcasse Id. Ces liaisons sont réalisées par collage par exemple.
Dans l'espace interstitiel annulaire qui sépare les deux manchons 2 et 7 peut être injectée sous vide une résine durcissable.
Une fois durcie cette résine 9 recouvre la portion d'extrémité de la voûte de pression ainsi que les picots 21 et les filaments 10 qui les contournent.
Ainsi on obtient une liaison mécaniquement résistante de la voûte de pression avec l'embout ; cette solidarisation est encore confortée par la présence d'une série de gorges annulaires 22 creusées à la périphérie de la paroi du manchon
2, qui tendent à s'opposer au glissement de la voûte de pression en cas de traction axiale.
Selon une caractéristique de l'invention, l'embout connecteur EC est muni d'une paire d'éléments d'appui annulaires -ou bagues- 5, 6 en matériau souple et élastiquement déformable et à profil variable.
L'un de ces éléments, référencé 5, a une forme extérieure approximativement biconique, présentant une zone centrale de plus grand diamètre, dont l'épaisseur correspond sensiblement à l'épaisseur du manchon intérieur 2. Il présente une ouverture centrale cylindrique dont le diamètre est égal au diamètre extérieur de la couche d'étanchéité la, qui la traverse.
L'élément 5 est interposé entre la couche d'étanchéité la et la voûte de pression Ib-Ic, et jouxte l'embouchure du manchon intérieur 2. Plus précisément, la paroi interne 23 de l'embouchure du manchon 2 possède un profil sensiblement conique complémentaire de la portion externe (côté embout EC) de l'élément 5. Sa portion interne (côté corps PP) a une portion conique qui prend appui contre la paroi intérieure de la voûte de pression, dans la zone transitoire de changement de diamètre de cette voûte de pression.
L'autre élément 6 est un bourrelet d'extrémité d'une membrane Ic formant la couche extérieure de la voûte de pression. Son diamètre extérieur est égal au diamètre intérieur de la jupe 7.
L'élément 6 est emmanché dans la portion d'entrée interne (côté corps PP) de cette jupe. Son ouverture centrale s'évase du côté externe (côté embout EC) pour affecter un profil sensiblement conique, complémentaire de celui de la zone transitoire de changement de diamètre de la voûte de pression Ib. Ainsi cette zone transitoire se trouve intercalée entre les deux éléments souples et élastiques intérieur 5 et extérieur 6.
En nous référant plus particulièrement aux figures 2 et 3, nous allons maintenant décrire le comportement du flexible au niveau d'un embout d'extrémité EC lorsqu'il est soumis à une forte pression interne. Cette surpression provoque une expansion radiale des couches la et
Ib-Ic du corps de flexible PP. La carcasse protectrice externe Id, non expansible, ne contrarie pas cette expansion car son diamètre intérieur est sensiblement plus grand que le diamètre extérieur de la voûte de pression.
Le diamètre intérieur de la couche d'étanchéité, initialement égal à D0, passe à une valeur Di > D0. Cette augmentation de diamètre implique un allongement des filaments 10 (pouvant à titre indicatif atteindre 5 %), mais sans variation de leur angle d'enroulement.
Dans la zone de transition entre les deux diamètres, qui est désignée
ZT sur les figures 2 et 3, on observe un écrasement vers l'extérieur de l'élément d'appui souple 5, qui à son tour repousse vers l'extérieur la partie Ib de la voûte de
pression, laquelle prend appui, en l'écrasant, contre l'autre élément d'appui souple 6.
Ces efforts sont absorbés par la jupe tubulaire rigide 7. Ainsi, le gonflement progressif des couches la et Ib est parfaitement maîtrisé, sans risque de cisaillement des filaments 10.
Il convient de noter que la liaison des embouts connecteurs d'extrémité EC avec le corps du flexible PP se fait sans sertissage.
En cas d'usure ou de détérioration de la couche d'étanchéité la (fissuration par exemple), celle-ci peut être facilement remplacée. Il suffit pour cela de dévisser les éléments connecteurs 100, de retirer les bagues de bocage 3 et 4, de retirer la couche d'étanchéité la par traction axiale, de la remplacer par une nouvelle, puis de bloquer les extrémités de celle-ci en remettant en place les éléments 4, 3 et 100.
Il n'est pas nécessaire de remplacer l'ensemble du flexible, ce qui est économiquement intéressant.
La jupe 7 assure uniquement une reprise des efforts radiaux, mais non la retenue axiale du corps dans l'embout, cette retenue étant assurée grâce la solidarisation des nappes de filaments avec chaque embout.
Le nombre et les dimensions des picots 21 sont naturellement choisis en fonction des caractéristiques requises pour la conduite, et en particulier du diamètre des filaments et du nombre de nappes mises en œuvre.
Les organes d'amarrage ne sont pas nécessairement des picots, ni a fortiori des doigts cylindriques ; ils pourraient consister par exemple en des crochets, des dents et/ou des créneaux, notamment. Au lieu d'un seul ensemble de picots (ou d'organes d'amarrage similaires) disposés dans un même plan transversal, il serait naturellement possible de prévoir plusieurs ensembles similaires, par exemple deux ou trois ensembles, légèrement décalés en direction axiale.
Les filaments peuvent avoir une section circulaire, mais ce n'est pas obligatoire.
Ils sont réalisés dans un matériau hautement résistant à la traction. Comme matériaux appropriés, on peut citer des matériaux synthétiques, notamment l'aramide, mais également le carbone, le verre et l'acier.
Les filaments doivent être suffisamment fins et flexibles pour pouvoir contourner au plus près les organes d'amarrage, picots ou autres.
Claims
1. Conduite flexible, qui comprend une partie principale tubulaire souple et flexible (PP), ou corps, qui est composée d'au moins deux éléments tubulaires coaxiaux et qui est reliée de manière étanche à chacune de ses deux extrémités à un embout connecteur tubulaire rigide (EC), caractérisée par le fait que :
- les deux éléments tubulaires coaxiaux composant ledit corps consistent, de l'extérieur vers l'intérieur, en : a) une voûte de pression (Ib-Ic) comprenant plusieurs nappes de filaments (10) de faible épaisseur ayant une forte résistance à la traction, enroulés en hélice et en opposition avec un angle d'enroulement par rapport aux génératrices qui est constant et sensiblement égal à 54,7 °, ces filaments étant incorporés dans une couche d'élastomère ; b) une couche d'étanchéité (la) rapportée en matière plastique ou en élastomère, dont la face externe est en contact avec la face interne de la voûte de pression (Ib-Ic), mais sans en être solidaire, de sorte qu'un léger glissement relatif entre ces deux couches est possible lors d'un gonflage du flexible induit par une forte pression interne ;
- l'embout connecteur comprend deux manchons cylindriques coaxiaux solidaires l'un de l'autre, à savoir : α) un manchon intérieur (2) dont le diamètre interne est égal au diamètre externe de la couche d'étanchéité (la), de sorte que cette dernière s'emmanche sans jeu dans le manchon intérieur (2) et y est retenu à sa portion d'extrémité libre au moyen d'un organe de blocage mécanique (4), le diamètre externe de ce manchon intérieur (2) étant légèrement supérieur au diamètre interne de la voûte de pression (Ib-Ic), celle-ci entourant le manchon intérieur avec un certain degré de serrage et étant fixée sur celui-ci, tout en étant écartée de la couche d'étanchéité (la); β) un manchon extérieur (7), ou jupe, dont le diamètre interne est légèrement supérieur au diamètre externe de la voûte de pression (Ib-Ic), cette jupe s 'étendant axialement du côté du corps de flexible sur une longueur plus grande que celle du manchon intérieur(2), en entourant avec un certain jeu la zone transitoire, à diamètre variable, de la voûte de pression (Ib-Ic);
- l'embout connecteur est muni d'une paire d'éléments d'appui annulaires -ou bagues- (5, 6) en matériau souple et élastiquement déformable et à profil variable, disposés au niveau de ladite zone transitoire de la voûte de pression (Ib-Ic), l'un (5) intercalé entre la couche d'étanchéité (la) et la voûte de pression (Ib-Ic), l'autre intercalé entre la voûte de pression (Ib-Ic) et la jupe (7).
2. Conduite flexible selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite partie principale (PP) comporte un troisième élément tubulaire entourant coaxialement les deux autres, à savoir une carcasse protectrice flexible en acier (Id), à laquelle est connecté ledit manchon extérieur (7).
3. Conduite flexible selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que lesdits filaments (10) sont en matière synthétique, par exemple en aramide.
4. Conduite flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, caractérisée par le fait que, d'une part, lesdits embouts (EC) sont pourvus à leur périphérie d'un ensemble d'organes d'amarrage (21) positionnés dans l'alignement des filaments, et que, d'autre part, chaque nappe comprend un réseau de filaments ininterrompus (10) reliant l'un à l'autre les deux embouts (EC) alternativement dans une direction, puis dans l'autre, en contournant lesdits organes d'amarrage (3), tout en s'y accrochant.
5. Conduite flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, caractérisée par le fait que ladite couche d'étanchéité (la) est amovible et interchangeable.
6. Conduite flexible selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ledit organe de blocage mécanique (4) est une bague de serrage conique pénétrant dans l'embouchure (Ea) de la couche d'étanchéité (la).
7. Conduite flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que l'élément d'appui annulaire (5) intercalé entre la couche d'étanchéité (la) et la voûte de pression (Ib-Ic) possède une zone centrale d'épaisseur maximale, et des portions s'effilant progressivement de part et d'autre de cette zone centrale, avec une épaisseur décroissante vers l'extérieur (côté embout) et vers l'intérieur (côté corps).
8. Conduite flexible selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'élément d'appui annulaire (5) prend appui par sa portion effilée située côté embout contre la paroi interne, de profil complémentaire, de la partie d'extrémité libre dudit manchon intérieur (2).
9. Conduite flexible selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée par le fait que la portion effilée située côté corps de l'élément d'appui annulaire (5) se trouve axialement en regard de la portion d'extrémité, de profil complémentaire, sensiblement conique, de l'autre élément d'appui annulaire (6) intercalé entre la voûte de pression (Ib-Ic) et la jupe (7).
10. Conduite flexible selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait que l'élément d'appui annulaire (6) intercalé entre la voûte de pression (Ib-Ic) et la jupe (7) constitue un bourrelet d'extrémité d'une membrane (Ic) en matériau élastomère formant partie intégrante de la voûte de pression (Ib-Ic).
11. Conduite flexible selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que la portion desdits filaments (10) qui entoure le manchon intérieur (2) de l'embout connecteur (EC) est enrobée dans une résine coulée entre les manchons intérieur (2) et extérieur (7).
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