FR2844022A1 - FLEXIBLE PIPELINE WITH MULTI-LAYER CORRUGATED METAL TUBE - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte au domaine des conduites flexiblesThe present invention relates to the field of flexible pipes.
utilisées par l'industrie pétrolière. Plus particulièrement, la présente invention propose une conduite flexible comprenant un tube interne métallique ondulé multicouche. Les conduites flexibles sont notamment utilisées par l'industrie pétrolière pour convoyer le pétrole d'une tête de puits implantée au fond de la mer à une installation de traitement située à la surface de la mer. Les conduites posées sur le fond de la mer, couramment appelées " flow line ", 10 subissent principalement des contraintes mécaniques statiques, par contre, les conduites reliant le fond de la mer à la surface, couramment appelées " riser ", used by the petroleum industry. More particularly, the present invention provides a flexible pipe comprising a multilayer corrugated metallic internal tube. Flexible pipes are used in particular by the petroleum industry to convey oil from a wellhead located at the bottom of the sea to a treatment installation located on the sea surface. The pipes laid on the seabed, commonly called "flow line", 10 mainly undergo static mechanical stresses, on the other hand, the pipes connecting the sea floor to the surface, commonly called "riser",
sont sollicitées mécaniquement de manière statique et dynamique. are mechanically stressed statically and dynamically.
Les conduites flexibles utilisées doivent pouvoir résister à des The flexible pipes used must be able to withstand
pressions internes et/ou à des pressions externes fortes et supporter également 15 des flexions longitudinales ou des torsions sans risque de rupture. internal pressures and / or at strong external pressures and also withstand longitudinal bending or twisting without risk of rupture.
Les normes API 17B et API 17J décrivent des structures de conduites flexibles et établissent des critères généraux quant à la construction de API 17B and API 17J describe flexible pipe structures and establish general criteria for the construction of
conduites flexibles.flexible lines.
Le document FR 2756605 propose de réaliser une conduite flexible comportant de l'intérieur vers l'extérieur: - un tube onduleux métallique interne. Le tube est continu et étanche au gaz, - un renfort métallique couramment appelé "vote de pression", 25 - une gaine polymère intermédiaire d'étanchéité, - au moins une nappe d'armure de traction, The document FR 2756605 proposes to produce a flexible pipe comprising from the inside to the outside: - an internal metallic corrugated tube. The tube is continuous and gas tight, - a metal reinforcement commonly called a "pressure vote", - an intermediate polymer sheath for sealing, - at least one layer of tensile armor,
- une gaine de protection et d'étanchéité externe en polymère. - an external polymer protection and sealing sheath.
La présence du tube onduleux interne empêche la diffusion des gaz acides contenus dans le fluide convoyé vers la vote et les nappes d'armure de traction. Ainsi les matériaux métalliques de la vote et des nappes d'armure de traction peuvent être choisis sans respecter le critère de résistance à la The presence of the internal corrugated tube prevents the diffusion of the acid gases contained in the conveyed fluid towards the vote and the layers of tensile armor. Thus the metallic materials of the vote and of the tensile armor plies can be chosen without respecting the criterion of resistance to
corrosion tel que défini par les normes API. corrosion as defined by API standards.
Le tube onduleux est un tube continu monocouche. Il est réalisé en 5 fabriquant un tube cylindrique, puis en formant des ondulations sur le tube cylindrique. La présente invention a notamment pour but de perfectionner le tube onduleux métallique interne. Elle propose de réaliser un tube onduleux 10 comportant plusieurs couches, la somme des épaisseurs de chaque couche The corrugated tube is a continuous monolayer tube. It is made by making a cylindrical tube, then forming corrugations on the cylindrical tube. The present invention aims in particular to improve the internal metallic corrugated tube. It proposes to produce a corrugated tube 10 comprising several layers, the sum of the thicknesses of each layer
pouvant être égale à l'épaisseur du tube monocouche de l'art antérieur. which may be equal to the thickness of the single-layer tube of the prior art.
La présente invention concerne une conduite flexible comportant un 15 tube métallique étanche dont la paroi comporte des ondulations, et une vote de résistance à la pression en fil métallique enroulé hélicodalement autour dudit tube métallique, caractérisée en ce que ladite paroi du tube comporte au The present invention relates to a flexible pipe comprising a sealed metal tube, the wall of which comprises corrugations, and a vote of resistance to pressure of metal wire wound helically around said metal tube, characterized in that said wall of the tube comprises
moins deux couches.minus two layers.
Selon l'invention, le tube métallique étanche peut comporter un feuillard onduleux enroulé hélicodalement autour de l'axe de la conduite, les spires du feuillard recouvrant les spires adjacentes sur au moins une période d'ondulations. Selon un premier mode de réalisation, la période d'ondulation peut être constituée d'une crête et d'un creux, le feuillard onduleux comportant trois crêtes et deux creux, les spires du feuillard recouvrant deux crêtes et un creux des spires adjacentes et un cordon de soudure hélicodal peut solidariser trois According to the invention, the waterproof metal tube can comprise an undulating strip helically wound around the axis of the pipe, the turns of the strip covering the adjacent turns over at least one period of undulations. According to a first embodiment, the ripple period can consist of a crest and a hollow, the undulating strip having three ridges and two recesses, the turns of the strip covering two ridges and a hollow of the adjacent turns and a helical weld bead can join three
spires superposées.superimposed turns.
Selon un deuxième mode de réalisation, la période d'ondulation peut être constituée d'une crête et d'un creux, le feuillard onduleux comportant quatre crêtes et trois creux, les spires du feuillard recouvrant deux crêtes et 5 trois creux des spires adjacentes et un cordon de soudure hélicodal peut According to a second embodiment, the undulation period can consist of a crest and a hollow, the undulating strip having four ridges and three recesses, the turns of the strip covering two ridges and three recesses of the adjacent turns and a helical weld bead can
solidariser quatre spires superposées. securing four superimposed turns.
Le cordon de soudure peut être disposé dans un creux ou sur une crête. The weld bead can be placed in a hollow or on a ridge.
Le feuillard peut comporter une première face constituée d'un premier matériau et une deuxième face constituée d'un deuxième matériau qui résiste The strip may have a first face made of a first material and a second face made of a second material which resists
mieux à la corrosion que ledit premier matériau. better corrosion than said first material.
Les ondulations peuvent être en hélice formant un angle supérieur à 15 80 par rapport à l'axe de la conduite. The corrugations can be helical forming an angle greater than 15 80 relative to the axis of the pipe.
Selon un troisième mode de réalisation, le tube métallique étanche According to a third embodiment, the sealed metal tube
peut comporter un premier tube et un deuxième tube coaxiaux. may include a first tube and a second coaxial tube.
La forme du fil de la vote peut coopérer avec la forme des ondulations. The shape of the voting thread can cooperate with the shape of the undulations.
Une gaine d'étanchéité en polymère extrudé peut être disposée autour de An extruded polymer sealing sheath can be placed around
ladite vote.said vote.
La présente invention concerne également un premier procédé de 25 fabrication d'une conduite flexible comportant les étapes: a) on impose un mouvement d'avance à un feuillard, b) on déforme plastiquement le feuillard par profilage pour obtenir un feuillard profilé, la section du feuillard profilé comportant au moins deux périodes d'ondulations, c) on enroule le feuillard selon une hélice autour de l'axe de la conduite pour réaliser un tube onduleux, au moins une période d'ondulations dudit feuillard profilé recouvrant l'extrémité dudit tube onduleux pour que ledit tube comporte au moins deux couches, d) on réalise un cordon de soudure entre lesdites couches, e) on enroule un fil métallique selon une hélice autour dudit tube onduleux The present invention also relates to a first method of manufacturing a flexible pipe comprising the steps: a) imposing a movement in advance on a strip, b) plastically deforming the strip by profiling to obtain a profiled strip, the cross section profiled strip comprising at least two periods of undulations, c) the strip is wound around a helix around the axis of the pipe to produce an undulating tube, at least one period of undulations of said profiled strip covering the end of said corrugated tube so that said tube comprises at least two layers, d) a weld bead is produced between said layers, e) a metallic wire is wound around a helical tube
pour réaliser une vote.to vote.
A l'étape d), on peut réaliser le cordon de soudure de manière continu 10 et en suivant une hélice. A l'étape d), on peut réaliser le cordon sur une extrémité libre du feuillard profilé. A l'étape c), l'angle d'enroulement par In step d), the weld bead can be made continuously 10 and following a helix. In step d), the bead can be made on a free end of the profiled strip. In step c), the winding angle by
rapport à l'axe de la conduite peut être supérieur à 80 . relation to the axis of the pipe can be greater than 80.
L'invention concerne également un deuxième procédé de fabrication 15 d'une conduite flexible comportant les étapes: a) on fabrique un premier tube cylindrique, b) On fabrique un deuxième tube cylindrique coaxial au premier tube pour obtenir un tube cylindrique à deux couches, c) On forme des ondulations sur le tube cylindrique à deux couches. 20 En cas d'enroulement de la conduite flexible à un rayon de courbure donné, les couches d'un tube onduleux multicouche sont soumises à un taux de déformation élastique ou plastique inférieur à celui engendré dans un tube onduleux monocouche de même épaisseur globale. Le taux de déformation 25 désigne le rapport entre la valeur de l'allongement d'une dimension et la valeur initiale de cette dimension. L'abaissement du taux de déformation du tube est favorable vis à vis de la tenue en fatigue du tube onduleux. Or, pendant les opérations d'enroulement-déroulement inhérentes au mode de fabrication et au mode d'installation des conduites flexibles (le tube onduleux interne voit toutes les étapes ultérieures du procédé de fabrication de la conduite) et en service ("riser" soumis à des sollicitations dynamiques), le tube onduleux est soumis à de nombreux cycles de fatigue. Par conséquent, le tube onduleux multicouche présente une durée de vie plus importante qu'un tube 5 onduleux monocouche. En conservant une même épaisseur globale, le tube multicouche présente des propriétés de tenue à la corrosion et de tenue The invention also relates to a second method of manufacturing a flexible pipe comprising the steps: a) a first cylindrical tube is manufactured, b) A second cylindrical tube is coaxial with the first tube to obtain a two-layer cylindrical tube, c) Corrugations are formed on the cylindrical tube with two layers. In the case of winding of the flexible pipe at a given radius of curvature, the layers of a multilayer corrugated tube are subjected to a lower rate of elastic or plastic deformation than that generated in a monolayer corrugated tube of the same overall thickness. The rate of deformation 25 designates the ratio between the value of the elongation of a dimension and the initial value of this dimension. The lowering of the tube deformation rate is favorable with regard to the fatigue strength of the corrugated tube. However, during the winding-unwinding operations inherent in the manufacturing mode and the installation mode of the flexible pipes (the internal corrugated tube sees all the subsequent stages of the pipe manufacturing process) and in service ("riser" subject dynamic stresses), the corrugated tube is subjected to numerous fatigue cycles. Consequently, the multilayer corrugated tube has a longer service life than a monolayer corrugated tube. By retaining the same overall thickness, the multilayer tube exhibits corrosion resistance and resistance properties.
mécanique statique identiques à celles d'un tube monocouche. static mechanics identical to those of a single-layer tube.
De plus, la meilleure tenue en fatigue d'un tube onduleux multicouche permet de sélectionner un matériau dont la tenue mécanique en fatigue est In addition, the best fatigue strength of a multilayer corrugated tube makes it possible to select a material whose mechanical fatigue strength is
0 plus faible mais dont la tenue à la corrosion est meilleure. 0 lower but with better corrosion resistance.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux Other characteristics and advantages of the invention will be better
compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après understood and will appear clearly on reading the description given below
à titre d'exemple en se référant aux dessins parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective et partielle d'une conduite flexible selon l'invention, - la figure 1A représente une section d'un tube onduleux entouré d'une vote, - la figure 2 représente la forme extérieure d'un tube onduleux, - la figure 3 schématise un premier procédé de fabrication du tube onduleux, - la figure 3A représente un feuillard, - les figures 4 et 5 représentent des structures du tube onduleux obtenu selon le procédé décrit en relation avec la figure 3, 25 - la figure 6 représente une section d'un tube onduleux, - la figure 7 représente un deuxième procédé de fabrication du tube onduleux. La conduite flexible d'axe AA', telle que représentée sur la figure 1, comprend de l'intérieur vers l'extérieur, un tube onduleux interne métallique 1, une vote 2, éventuellement une gaine polymère 3 d'étanchéité, éventuellement deux nappes d'armure de traction 4 et 5 et éventuellement une gaine 6 de protection externe. La vote 2 est constituée par des fils métalliques profilés enroulés by way of example with reference to the drawings in which: - Figure 1 is a perspective and partial view of a flexible pipe according to the invention, - Figure 1A shows a section of a corrugated tube surrounded by a vote, - FIG. 2 represents the external shape of a corrugated tube, - FIG. 3 shows schematically a first method of manufacturing the corrugated tube, - FIG. 3A represents a strip, - FIGS. 4 and 5 represent structures of the corrugated tube obtained according to the method described in relation to Figure 3, 25 - Figure 6 shows a section of a corrugated tube, - Figure 7 shows a second method of manufacturing the corrugated tube. The flexible pipe with axis AA ′, as shown in FIG. 1, comprises from the inside towards the outside, an internal metallic corrugated tube 1, a vote 2, possibly a polymer sheath 3 for sealing, possibly two plies of tensile armor 4 and 5 and possibly a sheath 6 of external protection. Vote 2 consists of rolled up profiled metal wires
selon une hélice à pas cours (c'est à dire avec un angle d'enroulement supérieur à 80 par rapport à l'axe de la conduite) autour du tube onduleux. according to a pitch helix (that is to say with a winding angle greater than 80 relative to the axis of the pipe) around the corrugated tube.
Les fils sont séparés par un jeu, par exemple de l'ordre de 5 % à 8 % de la 10 largeur du fil, permettant la flexibilité de la vote, donc de la conduite. Les fils The wires are separated by a clearance, for example of the order of 5% to 8% of the width of the wire, allowing flexibility in voting, and therefore in conduct. The sons
métalliques peuvent être non agrafables ou présenter une forme de T, de Z ou de U permettant l'agrafage. La vote métallique assure notamment la résistance à l'éclatement lorsque la conduite est soumise à une forte pression interne et participe à la résistance à l'écrasement lorsque la conduite est 15 soumise à une forte pression externe. metal can be non-staplable or have a T, Z or U shape allowing stapling. The metallic vote ensures in particular the resistance to bursting when the pipe is subjected to a strong internal pressure and participates in the resistance to crushing when the pipe is subjected to a strong external pressure.
La gaine 3 est généralement constituée en matériau thermoplastique à The sheath 3 is generally made of thermoplastic material with
haut point de fusion, par exemple du type polyamide. La gaine 3 est extrudée autour de la vote 2. Elle est notamment destinée à assurer l'étanchéité de la conduite et à empêcher un écrasement de la conduite en s'appuyant sur la 20 vote, lors de fortes pressions externes s'exerçant sur la conduite. high melting point, for example of the polyamide type. The sheath 3 is extruded around the vote 2. It is in particular intended to ensure the tightness of the pipe and to prevent the pipe from being crushed by pressing on the vote, during strong external pressures exerted on the conduct.
Les nappes d'armure 4 et 5 sont constituées de fils métalliques enroulés selon une hélice à pas long (c'est à dire avec un angle d'enroulement inférieur à 60 par rapport à l'axe de la conduite) autour de la gaine 3. Les nappes d'armure de traction assurent notamment la résistance à la traction de 25 la conduite. La section des fils peut être rectangulaire. Les fils de la nappe The armor plies 4 and 5 consist of metallic wires wound in a long pitch helix (that is to say with a winding angle less than 60 relative to the axis of the pipe) around the sheath 3 The tensile armor plies in particular ensure the tensile strength of the pipe. The wire section can be rectangular. The tablecloth threads
d'armure 5 peuvent être croisés par rapport aux fils de la nappe d'armure 4. of armor 5 can be crossed with respect to the wires of armor ply 4.
Selon un autre mode de réalisation, la gaine d'étanchéité 3 peut également être extrudée entre deux nappes d'armure 4 et 5, la nappe d'armure 4 étant According to another embodiment, the sealing sheath 3 can also be extruded between two armor plies 4 and 5, the armor ply 4 being
constituée de fils enroulés autour de la vote 2. made up of wires wrapped around vote 2.
La gaine 6 peut être en polymère extrudé autour de la nappe d'armure 5. Elle assure la protection externe de la conduite et éventuellement The sheath 6 can be made of extruded polymer around the armor ply 5. It provides external protection for the pipe and possibly
l'étanchéité de la conduite.the tightness of the pipe.
La figure 2 représente une coupe d'un tube onduleux selon un plan contenant l'axe AA' de la conduite flexible (seule la ligne moyenne du tube onduleux est représentée). La distance moyenne Dm qui sépare le tube onduleux de l'axe AA' est constante sur toute la longueur du tube. Les ondulations sont formées par une succession de crêtes et de creux. Une crête 10 10 désigne les parties du tube dont la distance par rapport à l'axe AA' est supérieure à la distance moyenne Dm. Un creux 11 désigne les parties du tube dont la distance par rapport à l'axe AA' est inférieure à la distance moyenne Dm. Les ondulations sont hélicodales, c'est à dire qu'un creux ou une crête forme une hélice sur la paroi du tube onduleux. Deux creux successifs peuvent 15 être disposés sur une unique hélice. Deux creux successifs peuvent également être disposés sur deux hélices distinctes. Le tube onduleux présente des ondulations périodiques, c'est à dire que la forme des ondulations est identique sur toute la longueur du tube. Une période d'ondulation est définie par la forme unitaire des ondulations. Une période d'ondulation peut être 20 caractérisée par la distance P qui sépare deux crêtes ou deux creux successifs, la distance P étant mesurée selon une direction parallèle à l'axe AA'. La forme des ondulations peut être sinusodale, circulaire ou autre. La forme des crêtes 2 shows a section of a corrugated tube along a plane containing the axis AA 'of the flexible pipe (only the middle line of the corrugated tube is shown). The average distance Dm which separates the corrugated tube from the axis AA 'is constant over the entire length of the tube. The undulations are formed by a succession of ridges and valleys. A crest 10 10 designates the parts of the tube whose distance from the axis AA ′ is greater than the average distance Dm. A recess 11 designates the parts of the tube whose distance from the axis AA 'is less than the average distance Dm. The corrugations are helical, i.e. a hollow or crest forms a helix on the wall of the corrugated tube. Two successive recesses can be arranged on a single helix. Two successive recesses can also be arranged on two separate propellers. The corrugated tube has periodic undulations, i.e. the shape of the undulations is identical over the entire length of the tube. A ripple period is defined by the unit form of the ripples. A ripple period can be characterized by the distance P which separates two successive peaks or two valleys, the distance P being measured in a direction parallel to the axis AA '. The shape of the undulations can be sinusodal, circular or other. The shape of the ridges
peut être ou non symétrique par rapport à la forme des creux 11. may or may not be symmetrical with respect to the shape of the recesses 11.
Les fils constituant la vote 2 peuvent également présenter des formes telles que décrites par le document FR 2756605 en relation avec ses figures 3 à 9. La figure 1A, coupe selon l'axe AA', représente la ligne moyenne d'un tube onduleux et d'une vote. La vote est composée du fil métallique 8 entouré autour du tube onduleux 9. La partie du fil 8 qui est en regard avec le tube 9 a une forme qui coopère avec le tube 9, c'est à dire que la forme du fil 8 épouse les ondulations du tube 9. La section orthogonale du fil métallique 8 possède The wires constituting vote 2 can also have shapes as described by document FR 2756605 in relation to FIGS. 3 to 9. FIG. 1A, cut along the axis AA ′, represents the mean line of an undulating tube and of a vote. The vote is made up of the metal wire 8 surrounded around the undulating tube 9. The part of the wire 8 which is opposite the tube 9 has a shape which cooperates with the tube 9, that is to say that the shape of the wire 8 follows the undulations of the tube 9. The orthogonal section of the metal wire 8 has
un téton Sa qui vient se loger dans un creux 9a du tube 9. a stud Sa which is housed in a hollow 9a of the tube 9.
Selon la présente invention, le tube onduleux 1 est constitué de plusieurs couches, c'est à dire que le tube onduleux est constitué d'au moins According to the present invention, the corrugated tube 1 consists of several layers, that is to say that the corrugated tube consists of at least
deux couches distinctes et superposées. two separate and overlapping layers.
La figure 3 schématise un procédé de fabrication du tube onduleux 10 interne métallique 1. Un feuillard métallique 24 est disponible sous forme de bobine 21. En déroulant la bobine 21, on obtient le défilement selon la direction V du feuillard 24 de surface plane et de largeur définie. La largeur ú du feuillard peut être comprise entre 0,01 m et 1 m, l'épaisseur e du feuillard peut être supérieure à 0,1 mm. On introduit le feuillard 24 dans la machine à 15 profiler 22 pour former des ondulations. La machine à profiler 22 est composée de couples de galets dont les formes sont complémentaires. La section transversale (perpendiculaire au sens de défilement) du feuillard 25 sortant de la machine à profiler 22 comporte des ondulations. La génératrice des ondulations du feuillard 25 est parallèle à la direction de défilement V. La 20 forme des ondulations de la section transversale du feuillard 25 est FIG. 3 shows schematically a method of manufacturing the internal metallic corrugated tube 10 1. A metal strip 24 is available in the form of a reel 21. By unwinding the reel 21, one obtains the scrolling in the direction V of the strip 24 of planar surface and defined width. The width ú of the strip can be between 0.01 m and 1 m, the thickness e of the strip can be greater than 0.1 mm. The strip 24 is introduced into the profiling machine 22 to form corrugations. The profiling machine 22 is composed of pairs of rollers whose shapes are complementary. The cross section (perpendicular to the direction of travel) of the strip 25 leaving the profiling machine 22 has undulations. The generator of the undulations of the strip 25 is parallel to the direction of travel V. The shape of the undulations of the cross section of the strip 25 is
sensiblement identique à la forme des ondulations du tube onduleux 1 vu selon une coupe passant par l'axe AA' du tube. Les ondulations du feuillard 25 comportent au moins deux formes unitaires d'ondulations, c'est à dire au moins deux périodes d'ondulation (deux crêtes et deux creux). Des galets et des 25 rouleaux guident et imposent le mouvement d'avance aux feuillards 24 et 25. substantially identical to the shape of the corrugations of the corrugated tube 1 seen in a section passing through the axis AA 'of the tube. The undulations of the strip 25 comprise at least two unitary forms of undulations, that is to say at least two periods of undulation (two peaks and two valleys). Rollers and 25 rollers guide and impose the advance movement on the strips 24 and 25.
Ensuite, le feuillard ondulé 25 est enroulé autour de l'axe de la conduite AA'. Then, the corrugated strip 25 is wound around the axis of the pipe AA '.
L'enroulement est effectué suivant une hélice à pas cours autour de l'axe AA'. The winding is carried out according to a helix with pitch not around the axis AA '.
L'angle d'enroulement peut être supérieur à 80 par rapport à l'axe AA' de la conduite. Pour faciliter l'enroulement, la direction de défilement V du feuillard fait un angle of par rapport à l'axe AA', l'angle ac étant égal à l'angle d'enroulement du feuillard 25. Le feuillard 25 recouvre la dernière spire formée sur au moins une période de l'ondulation (ou sur au moins une distance axiale P). Par exemple, une crête et un creux successifs d'une spire recouvrent 5 une crête et un creux successifs de la spire adjacente. L'outil 23 réalise un cordon de soudure continu pour solidariser une spire avec la spire ou les spires adjacentes et pour assurer l'étanchéité du tube onduleux. Le cordon de soudure a la forme d'une hélice qui est sensiblement identique à la forme de l'hélice de l'enroulement du feuillard. Il peut être disposé proche des extrémités libres du 10 feuillard 25 et peut être réalisé sur une crête ou dans un creux des The winding angle can be greater than 80 relative to the axis AA 'of the pipe. To facilitate winding, the direction of travel V of the strip makes an angle of with respect to the axis AA ', the angle ac being equal to the winding angle of the strip 25. The strip 25 covers the last turn formed over at least one period of the ripple (or at least an axial distance P). For example, a successive peak and trough of a turn overlaps a successive crest and trough of the adjacent turn. The tool 23 produces a continuous weld bead to secure a turn with the turn or the adjacent turns and to seal the corrugated tube. The weld bead has the shape of a helix which is substantially identical to the shape of the helix of the strip winding. It can be placed close to the free ends of the strip 25 and can be produced on a ridge or in a hollow of the
ondulations. La soudure solidarise toutes les couches qui sont superposées. undulations. The weld secures all the layers which are superimposed.
Pour réaliser la soudure, on peut par exemple utiliser un procédé électrique comme le soudage à la molette ou un procédé à haute densité d'énergie comme le soudage laser. Le tube 20 peut être animé d'un mouvement hélicodal autour 15 de l'axe AA', la bobine 21, la machine à profiler 22 et l'outil 23 étant fixes. To carry out the welding, it is possible, for example, to use an electrical process such as seam welding or a high energy density process such as laser welding. The tube 20 can be animated by a helical movement around the axis AA ', the coil 21, the profiling machine 22 and the tool 23 being fixed.
Selon une variante, la bobine 21, la machine à profiler 22 et l'outil 23 sont animés d'un mouvement de rotation autour de l'axe AA' et le tube 20 est animé d'un mouvement d'avance dans la direction de l'axe AA'. Après fabrication du tube onduleux, la distance, mesurée selon une direction radiale du tube, 20 séparant deux parties de spires superposées peut être inférieure à cinq fois l'épaisseur e du feuillard, de préférence inférieure à une fois l'épaisseur e du feuillard. Le feuillard 24 représenté par la figure 3A comporte deux faces X et Y, le matériau de la face X étant différent de celui de la face Y. Le feuillard 24 25 peut être constitué par deux feuilles de matériaux différents, une feuille étant collée et recouvrant l'autre feuille. Ainsi, la face X du feuillard est composée d'un acier résistant à la corrosion, par exemple un acier austéno-ferritique. La face Y du feuillard est composée d'un acier dont la résistance mécanique est supérieure à celui de la face A. On peut mettre en oeuvre le procédé décrit en relation avec la figure 3 en utilisant un feuillard décrit en relation avec la figure 3A pour obtenir un tube onduleux dont la paroi interne est composée du matériau de la face X et dont la paroi externe est composée du matériau de la face Y. La figure 4 représente une coupe d'un tube onduleux 30 selon un plan passant par l'axe AA' de la conduite. Le tube 30 comporte deux couches de feuillard. Il est constitué par l'enroulement d'un feuillard comportant deux creux et trois crêtes. Par exemple la spire 32 comporte les creux C et E, ainsi que les crêtes B, D et F. Une spire recouvre deux crêtes et un creux de la spire 10 adjacente. La spire 32 recouvre les crêtes B et D, ainsi que le creux C de la spire 31. La spire 32 est recouverte par les crêtes D et F, ainsi que par le creux E de la spire 33. Le cordon de soudure 34 est de forme hélicodale. Il est disposé sur le sommet des crêtes et solidarise trois spires superposées. Sur la According to a variant, the coil 21, the profiling machine 22 and the tool 23 are driven in a rotational movement around the axis AA ′ and the tube 20 is driven in a forward movement in the direction of axis AA '. After manufacture of the corrugated tube, the distance, measured in a radial direction of the tube, separating two parts of superimposed turns may be less than five times the thickness e of the strip, preferably less than once the thickness e of the strip. The strip 24 shown in FIG. 3A has two sides X and Y, the material of the side X being different from that of the side Y. The strip 24 25 can be constituted by two sheets of different materials, one sheet being glued and covering the other sheet. Thus, the X face of the strip is made of a corrosion-resistant steel, for example an austenitic-ferritic steel. The Y side of the strip is composed of a steel whose mechanical strength is greater than that of the A side. The method described in relation to FIG. 3 can be implemented using a strip described in relation to FIG. 3A for obtain a corrugated tube whose internal wall is composed of the material of the face X and whose external wall is composed of the material of the face Y. FIG. 4 represents a section of a corrugated tube 30 according to a plane passing through the axis AA 'of driving. The tube 30 has two layers of strip. It consists of the winding of a strip comprising two recesses and three ridges. For example, the turn 32 has the recesses C and E, as well as the ridges B, D and F. A turn covers two ridges and a recess of the adjacent turn 10. The coil 32 covers the ridges B and D, as well as the hollow C of the coil 31. The coil 32 is covered by the ridges D and F, as well as by the hollow E of the coil 33. The weld bead 34 is helical shape. It is placed on the top of the ridges and secures three superimposed turns. On the
crête D, le cordon de soudure 34 solidarise les spires 31, 32 et 33. crest D, the weld bead 34 secures the turns 31, 32 and 33.
La figure 5 représente une coupe d'un tube onduleux 30 selon un plan FIG. 5 represents a section of a corrugated tube 30 according to a plane
passant par l'axe AA' de la conduite. Le tube 40 comporte trois couches de feuillard. Il est constitué par l'enroulement d'un feuillard comportant trois creux et quatre crêtes. Une spire recouvre trois crêtes et deux creux de la spire adjacente. Le cordon de soudure est disposé sur le fond des creux et solidarise 20 quatre spires superposées. passing through the axis AA 'of the pipe. The tube 40 has three layers of strip. It consists of the winding of a strip comprising three hollows and four crests. One turn covers three ridges and two hollows of the adjacent turn. The weld bead is placed on the bottom of the recesses and secures four superimposed turns.
Les matériaux constituant le tube onduleux interne sont des alliages métalliques résistant à la corrosion par les effluents pétroliers afin de garantir le maintien de l'étanchéité durant la vie de la conduite. Par exemple de l'acier 25 austéno-ferritique (UNS S31803), de l'acier austénitique (UNS S31254), ou à base de nickel (N 06625). Le cordon de soudure doit également résister à la corrosion. Des calculs par éléments finis, dans le cas d'un profil d'onde circulaire symétrique, illustrent l'intérêt du tube onduleux à deux couches par comparaison avec un onduleux monocouche de même épaisseur globale. On compare la durée de vie d'un tube formé par une couche simple de 1,2 mm 5 d'épaisseur e et la durée de vie d'un tube bicouche formé de deux feuillards ondulés de 0,6 mm d'épaisseur chacun. Le pas P est de 30 mm et la profondeur H de 8 mm avec des rayons R1 et R2 identiques de 9 mm (voir figure 6). On applique des cycles de flexion alternée à plus ou moins deux fois le rayon de courbure maximale du tube. On en déduit la variation de la déformation 10 plastique cumulée sur un quart de cycle. Les deux surfaces des couches du tube bicouche sont, dans cet exemple, considérées en contact mais peuvent The materials constituting the internal corrugated tube are metal alloys resistant to corrosion by petroleum effluents in order to guarantee the maintenance of the seal during the life of the pipe. For example austenitic-ferritic steel (UNS S31803), austenitic steel (UNS S31254), or nickel-based steel (N 06625). The weld bead must also resist corrosion. Finite element calculations, in the case of a symmetrical circular wave profile, illustrate the advantage of the corrugated tube with two layers by comparison with a monolayer corrugator of the same overall thickness. We compare the lifetime of a tube formed by a single layer of 1.2 mm thick e and the lifetime of a two-layer tube formed of two corrugated strips of 0.6 mm thick each. The pitch P is 30 mm and the depth H 8 mm with identical radii R1 and R2 9 mm (see Figure 6). Alternating bending cycles are applied at more or less twice the maximum radius of curvature of the tube. We deduce the variation of the plastic deformation accumulated over a quarter cycle. The two surfaces of the layers of the bilayer tube are, in this example, considered in contact but can
glisser l'une sur l'autre.slide one over the other.
La durée de vie N (en nombre de cycles) en fonction de la déformation plastique (appliquée à chaque cycle) p est calculée avec une loi de Manson15 Coffin obtenue à partir d'essais de fatigue en tractioncompression. Cette loi est de la forme: The lifetime N (in number of cycles) as a function of the plastic deformation (applied to each cycle) p is calculated with a Manson law 15 Coffin obtained from fatigue tests in traction-compression. This law is of the form:
úp = K x Na o K et ac sont des constantes. úp = K x Na o K and ac are constants.
Pour une situation identique de sollicitation mécanique de la conduite 20 flexible, la déformation plastique maximale cumulée en surface externe du tube onduleux bicouche est réduite de plus de 40% par rapport au tube onduleux monocouche de même épaisseur totale. En s'appuyant sur des courbes de Manson-Coffin expérimentales établies sur un alliage austénitique, il s'ensuit un accroissement de 150% de la durée de vie en fatigue. Ce gain sur 25 la durée de vie augmente avec le nombre de couches constituant le tube For an identical situation of mechanical stress on the flexible pipe, the maximum cumulative plastic deformation on the external surface of the two-layer corrugated tube is reduced by more than 40% compared to the single-layer corrugated tube of the same total thickness. By relying on experimental Manson-Coffin curves established on an austenitic alloy, this results in a 150% increase in fatigue life. This lifetime gain increases with the number of layers making up the tube
onduleux car le taux de déformation diminue avec l'épaisseur des couches. wavy because the deformation rate decreases with the thickness of the layers.
L'emplacement le plus sollicité est le même dans les deux cas étudiés: il s'agit de la crête de l'onde. Si la soudure est positionnée à cet emplacement, il faut choisir des conditions de soudage et/ou un produit d'apport tels que le cordon de soudure a une tenue mécanique au moins égale à celle du métal de base. A défaut, on peut positionner la soudure dans une zone moins sollicitée, par The most requested location is the same in the two cases studied: it is the crest of the wave. If the weld is positioned at this location, it is necessary to choose welding conditions and / or a filler product such that the weld bead has a mechanical resistance at least equal to that of the base metal. Otherwise, the weld can be positioned in a less stressed area, by
exemple dans le creux d'une onde.example in the hollow of a wave.
La figure 7 schématise un deuxième procédé de fabrication du tube onduleux interne métallique 1. On fabrique en premier le tube 51 cylindrique d'axe AA'. Le tube 51 peut être fabriqué à partir d'un feuillard continu soudé selon un cordon longitudinal ou en hélice. Puis on dispose un deuxième tube 52 autour du premier tube 51. Le tube 52 peut être fabriqué puis emmanché sur 10 le tube 51 ou fabriqué directement autour du tube 51. Le deuxième tube 52 peut ne pas être soudé sur le premier tube 51. Le matériau du premier tube 51 peut être différent du matériau du deuxième tube. Par exemple, le matériau du premier tube 51 résiste mieux à la corrosion que le matériau du deuxième tube 52. L'ensemble des tubes 51 et 52 constituent le tube bicouche 50. Le tube 15 50 est introduit dans l'outil 53 qui forme des ondulations. L'outil 53 peut être FIG. 7 shows diagrammatically a second method of manufacturing the internal metallic corrugated tube 1. The cylindrical tube 51 of axis AA ′ is first manufactured. The tube 51 can be manufactured from a continuous strip welded according to a longitudinal bead or in a helix. Then a second tube 52 is placed around the first tube 51. The tube 52 can be produced and then fitted onto the tube 51 or produced directly around the tube 51. The second tube 52 may not be welded to the first tube 51. The material of the first tube 51 may be different from the material of the second tube. For example, the material of the first tube 51 resists corrosion better than the material of the second tube 52. All of the tubes 51 and 52 constitute the bilayer tube 50. The tube 50 is introduced into the tool 53 which forms undulations. Tool 53 can be
constitué par des galets presseurs et un noyau tournant. consisting of pinch rollers and a rotating core.
L'outil 53 peut également être un outil d'hydroformage. Le tube 50 est inséré dans un moule. La paroi interne du tube 50 est soumise à une pression uniforme par l'intermédiaire d'un fluide (par exemple de l'eau). La pression est 20 choisie suffisamment élevée pour déformer le tube 50 de manière à ce qu'il The tool 53 can also be a hydroforming tool. The tube 50 is inserted into a mold. The internal wall of the tube 50 is subjected to a uniform pressure by means of a fluid (for example water). The pressure is chosen to be high enough to deform the tube 50 so that it
épouse la forme du moule.follows the shape of the mold.
Le tube onduleux peut également être fabriqué selon le deuxième The corrugated tube can also be produced according to the second
procédé avec trois tubes ou plus.process with three or more tubes.
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