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INSTALLATION ET PROCÉDÉ DE FABRICATION EN CONTINU
D'UN TUBE OU D'UN CÅBLE ISOLÉ THERMIQUEMENT OU
ÉLECTRIQUEMENT, TUBE OU CÅBLE AINSI OBTENU ET
APPLICATION A LA RÉALISATION DE TUYAUX DOUBLE ENVELOPPE
Le secteur technique de la présente invention est celui des
installations permettant la fabrication d'éléments à section
circulaire tels des tubes ou câbles électriques isolés à
l'aide d'un matériau isolant et en particulier permettant
d'installer un matériau isolant autour de tubes ou de
cylindres.
De façon générale, un isolant thermique se présente soit
sous forme de demi-coquilles que l'on applique contre le tube
soit de couvertures que l'on enroule autour du tube. Quelle
que soit la présentation de l'isolant thermique, son
application contre le tube implique une intervention manuelle
importante qui n'a pas pu jusqu'ici être au moins
partiellement automatisée.
Ainsi, des tubes isolés thermiquement sont utilisés dans
diverses industries pour conduire des fluides chauds ou froids
et maintenir leurs propriétés thermodynamiques. Ces tubes sont
généralement entourés par un matériau isolant thermique pour
réduire les échanges de chaleur avec le milieu environnant.
Dans l'industrie pétrolière, on utilise communément des tuyaux
double enveloppe isolés thermiquement pour l'extraction et le
transport des hydrocarbures. Dans toutes ces industries, les
tubes sont préfabriqués dans des longueurs données par exemple
6 à 48 mètres environ ou bien en longueur continue de 1 à 10
km. Les tubes sont généralement en acier avec un diamètre
externe compris entre 1 et 100 cm environ.
Dans le cas d'éléments à section circulaire comme les
câbles électriques, le matériau isolant est un matériau
isolant électrique.
Le but de la présente invention est de fournir une
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installation automatique ou semi-automatique de fabrication
d'éléments à section circulaire, tels des tubes ou des
cylindres, isolés thermiquement ou électriquement permettant
éventuellement de fabriquer de grandes longueurs dans le but
d'obtenir un meilleur contrôle de la géométrie de l'objet
final, d'améliorer les performances thermiques dans le cas
d'un tube isolé, ou électriques dans le cas d'un câble, de
réduire les coûts de fabrication et de supprimer une étape de
fabrication car le compactage de la poudre a lieu lors de sa
mise en place directe.
Un autre but de la présente invention est de réaliser
autour d'un élément à section circulaire le compactage d'une
poudre sous forme annulaire ayant une densité contrôlée, ces
poudres étant très fines.
L'invention a donc pour objet une installation de mise en
place en continu d'un matériau isolant thermique ou électrique
autour d'un élément à section circulaire, caractérisée en ce
qu'elle comprend un organe de forcement se présentant sous la
forme d'un tube tronconique dans lequel on engage au niveau de
sa grande base simultanément ledit élément, une feuille sur
laquelle le matériau isolant est disposé, des moyens pour
entraîner en translation ledit élément à section circulaire et
ladite feuille et un moyen de dépôt dudit matériau isolant sur
ladite feuille.
Des modes de réalisation préférentiels sont décrits
ci-dessous.
Selon une caractéristique de l'invention, ladite feuille
se présente sous la forme d'un matériau métallique ou
plastique.
Selon une caractéristique de l'invention, l'organe de
forcement présente une longueur comprise entre environ 1 et 3
mètres.
Ainsi, pour un tube d'environ 10 cm de diamètre environ,
la longueur de l'organe de forcement est d'environ 3 mètres.
Toutefois, sa longueur varie en fonction du diamètre du tube
ou du fil à isoler.
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Selon une autre caractéristique de l'invention, le rapport
entre le diamètre de la grande base et le diamètre de la
petite base de l'organe de forcement est compris entre environ
1,2 et 4.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la
largeur de la feuille est supérieure à la circonférence de la
petite base de l'organe de forcement.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention,
l'organe de forcement se présente sous la forme d'une pièce
/0 unique ou d'un assemblage d'éléments tronconiques.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention,
l'organe de forcement est prolongé au niveau de la petite base
par un élément tubulaire complémentaire.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la
feuille se présente sous la forme d'une bobine déroulée au
fur et à mesure de la translation dudit élément.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le
matériau isolant se présente à l'état brut sous forme de
poudre en vrac ou sous sachets individuels.
20 Selon encore une autre caractéristique de l'invention,
l'élément est entraîné en translation par un moyen de traction
ou de poussée.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la
feuille est entraînée par ledit élément.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la
feuille
est une feuille en acier d'épaisseur inférieure à
environ 0,5 mm, l'élément un tube et le matériau isolant un
matériau isolant thermique.
Avantageusement, l'élément à section circulaire isolé
30 thermiquement comprend une feuille appliquée sur le matériau
isolant thermique, en recouvrement de ses bords libres.
L'invention concerne également un procédé de réalisation
d'un élément à section circulaire protégé à l'aide d'un
matériau isolant thermique ou électrique à l'aide d'une
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installation selon l'invention, caractérisé en ce qu'il
comprend les étapes suivantes :
- on présente l'élément dans l'organe de forcement en
alignant les axes dudit élément et de l'organe de forcement,
- on introduit partiellement la feuille dans l'organe de
forcement au niveau de l'extrémité dudit élément,
- on dépose le matériau isolant thermique ou électrique
sur la feuille,
- on entraîne ledit élément et la feuille en translation
pour réaliser simultanément le forcement et la conformation du
matériau isolant et de la feuille autour dudit tube.
Des modes de réalisation préférentiels du procédé sont
décrits ci-dessous.
Selon une caractéristique du procédé, le matériau isolant
thermique ou électrique est déposé sur la feuille en continu
au fur et à mesure de la translation dudit élément.
Selon une autre caractéristique du procédé, on réalise le
recouvrement dudit élément par le matériau isolant thermique
ou électrique et le recouvrement du matériau isolant par la
feuille par compression dans l'organe de forcement.
Selon une autre caractéristique du procédé, le matériau
isolant est déposé sous forme de poudre en vrac ou en sachets.
Selon une autre caractéristique du procédé, la surface
intérieure de l'organe de forcement peut être avantageusement
recouverte d'une épaisseur d'un matériau facilitant le
glissement de la feuille sur les parois de l'organe de
forcement et limiter les efforts induits.
Le matériau isolant est déposé dans un sachet ouvert.
L'invention concerne également un tube isolé thermiquement
obtenu suivant le procédé selon l'invention.
Avantageusement, le tube isolé thermiquement comprend une
feuille appliquée sur le matériau isolant thermique, en
recouvrement de ses bords libres.
L'invention concerne encore un tuyau double enveloppe
caractérisé en ce qu'il comprend un tube isolé thermiquement.
L'invention concerne encore un câble isolé électriquement
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obtenu par la mise en uvre du procédé selon l'invention.
L'invention concerne également l'application
de
l'installation selon l'invention à la réalisation d'un tube
isolé thermiquement de grande longueur, par exemple de
quelques mètres à plusieurs kilomètres.
Un tout premier avantage de l'installation selon
l'invention réside dans la réduction des coûts de fabrication
en raison de la réduction de l'intervention manuelle.
Un autre avantage réside dans l'homogénéité du matériau
isolant autour dudit élément en raison de la compression
uniforme subie et appliquée directement sur ledit élément.
Un autre avantage réside dans le fait que dans le cas d'un
tube ses excentricités sont absorbées, ce qui permet d'obtenir
un tube isolé thermiquement avec de meilleures tolérances
dimensionnelles qu'avec les méthodes jusqu'ici employées.
Ainsi, l'épaisseur du matériau isolant thermique est optimisée
et les performances isolantes globales et locales du système
ainsi réalisé sont meilleures que celles obtenues avec une
réalisation classique.
Un autre avantage réside dans le fait que l'installation
peut être rapidement mise en uvre en tout lieu et ce, sans
nécessiter un personnel qualifié.
Un autre avantage réside dans la productivité élevée de
l'installation et du procédé selon l'invention qui permettent
d'obtenir une cadence de production d'éléments isolés
thermiquement supérieure à 1 mètre par minute.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de
l'invention ressortiront plus clairement de la description
donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins
dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique de
l'installation selon l'invention,
- les figures 2a à 2d représentent différentes
configurations de l'organe de forcement,
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- les figures 3a à 3e illustrent différentes dispositions
entre le matériau isolant et la feuille, et
- les figures 4 à 6 représentent en coupe différentes
configurations d'un tube isolé thermiquement.
Comme indiqué précédemment, l'invention vise à assurer une
meilleure performance d'isolation thermique pour un diamètre
extérieur donné de l'objet final, une réduction importante des
coûts d'installation du matériau isolant, la prise en compte
des tolérances pour optimiser la réalisation et réduire les
/0 coûts complets du système.
Dans la suite de la description, on s'attachera plus
particulièrement à un tube à isoler thermiquement bien que
tout élément à section circulaire puisse être mis en uvre
dans l'installation afin de l'isoler comme par exemple un
câble à isoler électriquement ou tout autre élément sans pour
cela réduire la portée de l'invention. C'est pourquoi on
parlera dans la suite plus particulièrement d'isolant
thermique étant entendu que lorsqu'il s'agit d'un câble,
l'isolant est un isolant électrique sans que cela entraîne une
20 modification de l'installation décrite ci-après.
La figure 1 est une représentation schématique de
l'installation 1 selon l'invention dans laquelle il s'agit
d'enrouler autour d'un tube 2 un matériau isolant thermique.
Le tube 2 est de longueur quelconque par exemple des tronçons
de 6 à 24 m que l'on soude entre eux au fur et à mesure pour
réaliser des longueurs de 1 à 10 km ou bien des tronçons de
plusieurs centaines de mètres ou bien encore des tronçons
simples sans intention de les rabouter. Ces longueurs sont
données à titre d'exemple. Le tube 2 peut être également de
30 grande longueur enroulé sur une roue de grand diamètre qui est
redressé lors de la mise en uvre pour être rectiligne. Le
tube 2 est généralement en acier et il s'agit quasiment
toujours d'un tube cylindrique. Ce tube est positionné sur un
support non représenté mais que l'homme du métier peut prévoir
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sans difficulté particulière et son axe est sensiblement
confondu avec une direction X. Ce tube 2 est entraîné en
translation continue suivant la flèche F vers un organe de
forcement 3 dans lequel il est contraint de circuler. Sur la
figure, on voit que l'organe 3 se présente sous la forme d'un
tube tronconique, le tube 2 étant engagé au niveau de la
grande base 3a de l'organe 3. L'axe de l'organe 3 est
également aligné sur la direction X de façon à être disposé
sensiblement coaxialement avec le tube 2.
On s'arrange pour que le rapport du diamètre de la grande
base 3a au diamètre de la petite base 3b de l'organe de
forcement soit compris entre environ 1,2 et 4. Cette
fourchette de valeurs permet avantageusement d'obtenir avec la
translation du tube 2 l'entraînement simultané de la feuille 4
supportant le matériau isolant. Bien entendu, cette fourchette
est donnée à titre indicatif sans caractère limitatif.
Une feuille 4 est positionnée au voisinage de l'organe 3 et
se présente sous la forme d'une bobine 5. Cette bobine est
positionnée de manière à se dévider au fur et à mesure de
l'avancement de la feuille 4 comme cela sera expliqué ci-
après. La feuille 4 est ici une feuille en acier d'épaisseur
inférieure à environ 0,5 mm.
Il va de soi que la feuille 4 peut être de nature
quelconque, par exemple métallique ou synthétique, pourvu que
sa résistance à la déchirure soit suffisamment grande afin de
supporter les contraintes dans le cône de forcement.
Des sachets de matériau isolant thermique 6 sont amenés par
un moyen de dépôt 7 par exemple un tapis sans fin pour être
déposés sur la feuille 4 au fur et à mesure que celle-ci est
déroulée. Sur la figure, on voit que les sachets sont fermés.
Les sachets présentent alors une flexibilité suffisante pour
être enroulés autour du tube 2. Toutefois, le matériau isolant
peut se présenter sous la forme de sachets ouverts que l'on
remplit in situ avec le matériau isolant par exemple au niveau
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du tapis 7.
Le matériau isolant thermique est un matériau connu et peut
être de différentes natures. On peut typiquement utiliser un
matériau pulvérulent de type dit micro- ou nano-poreux comme
les aérogels, ou une poudre de silice précipitée ou pyrogénée
dans une proportion de 50 à 100%, avec un opacifiant du type
dioxyde de titane selon un pourcentage de 0 à 15%, des fibres
par exemple de verre selon un pourcentage de 0 à 15%, pour
conférer au matériau une homogénéité. Le matériau isolant peut
être compacté, ou au moins pré-compacté, suivant une densité
prédéfinie dans le but de faciliter la manipulation. Bien
entendu, le matériau isolant peut être non compacté. Les
poudres considérées présentent une majorité de particules
d'une dimension inférieure à un micron.
On peut prévoir une largeur de la feuille 4 supérieure à la
circonférence de la petite base 3b de l'organe de forcement.
Ceci permet d'obtenir une jonction par recouvrement mutuel des
deux bords de la feuille au lieu d'une jonction bord à bord
difficile à maîtriser.
L'organe de forcement 3 peut se présenter sous la forme
d'une pièce unique ou d'un assemblage d'éléments tronconiques.
Sur les figures 2a à 2d, on a représenté différentes
configurations de réalisation de l'organe de forcement 3. Sur
la figure 2a, cet organe de forcement 3 est une pièce
monobloc, par exemple en acier, présentant un état de surface
interne facilitant la progression du tube 2. Sur la figure 2b,
l'élément 3 est constitué de plusieurs troncs 3i de cône. Une
telle réalisation permet de faciliter le transport de l'organe
de forcement surtout lorsqu'une longueur importante est
souhaitée, par exemple 3 mètres. Bien entendu, des moyens de
liaison sont prévus entre deux troncs consécutifs de façon à
assurer la continuité de surface de l'organe assemblé. Sur la
figure 2c, l'élément tronconique 3 est monobloc comme sur la
figure 2a mais est prolongé du côté de sa petite base par un
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élément tubulaire complémentaire 8. Le diamètre interne de cet
élément 8 est égal à celui de la petite base. Le rôle de cet
élément 8 est de parfaire le profil cylindrique final du tube
2 isolé lors de son passage. Ce dernier élément peut également
présenter une fente longitudinale ou fenêtre permettant à
l'aide d'un outil par exemple un laser de fermer l'enveloppe 4
en la soudant sur elle-même. Sur la figure 2d, l'organe de
forcement 3 est constitué de plusieurs troncs de cône 3'i,
prolongé par l'élément tubulaire 8.
Les dimensions de l'organe de forcement sont adaptées par
l'homme du métier en fonction du diamètre externe du tube à
isoler et du diamètre final du tube isolé qu'il cherche à
obtenir.
Comme cela a été précisé antérieurement, le matériau
isolant peut se présenter soit sous forme de sachets, soit
sous forme de poudre en vrac.
Sur la figure 3a, on a représenté un sachet 9 de matériau
isolant déposé sur la feuille 4 dont l'enveloppe 10 est fermée
par une couture 11. Les bords de la feuille 4 ont été déformés
afin de faciliter le pliage lors du passage dans l'organe de
forcement 3.
Sur la figure 3b, on a représenté un sachet 12 ouvert
initialement puis rempli in situ de matériau isolant et
refermé par rabattement des deux bords libres de son enveloppe
13 lors du forcement. On voit que les bords libres de
l'enveloppe 13 sont disposés en recouvrement sur une partie
importante de leur surface. Dans cette configuration, la
feuille 4 est totalement plane. Cette réalisation permet de
s'affranchir de l'étape de compression.
Sur la figure 3c, on a représenté la même disposition que
celle de la figure 3b mais les bords de la feuille 4 sont
repliés.
Sur la figure 3d, on a représenté le matériau isolant sous
la forme d'un sachet 14 ouvert qui a été rempli de matériau
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isolant mais dont les bords libres de l'enveloppe 15 sont
repliés sur le tube 2. Lors de l'enroulement autour du tube 2,
les bords libres de l'enveloppe 15 glissent l'un par rapport à
l'autre pour réaliser un sachet permettant une expansion du
matériau isolant.
Enfin, sur la figure 3e, on a représenté un amas 16 de
matériau isolant déposé directement sur la feuille 4 dont les
bords sont légèrement repliés. Cette réalisation permet de
s'affranchir des sachets de matériau isolant en opérant à
10 partir d'un vrac de matériau.
Sur la figure 4, on a représenté en coupe le tube isolé au
sortir de l'organe de forcement 3 à partir de l'isolant des
figures 3a, 3b et 3c. On distingue de l'intérieur vers
l'extérieur le tube 2 lui-même, la couche de matériau isolant
9 ou 12, l'enveloppe 10 ou 13, ou une double épaisseur du
sachet et la feuille 4. On voit sur cette figure la jonction
17 des deux arêtes du sachet venues en contact intime l'un de
l'autre.
Sur la figure 5, on a représenté le tube 2 isolé au sortir
de l'organe de forcement 3 à partir de matériau isolant de la
figure 3d. Il n'y a plus de jonction des bords libres de
l'enveloppe 15 du sachet 14 comme cela est représenté sur la
figure 4.
Sur la figure 6, on a représenté le tube isolé au sortir de
l'organe de forcement 3 à partir du matériau isolant de la
figure 3e. On note sur cette figure l'absence de sachet. Le
matériau isolant thermique 16 présente une continuité totale
de sa structure et est enfermé dans la feuille 4 enroulée.
On a indiqué précédemment que le tube 2 est entraîné en
translation de manière continue. Bien entendu, ceci peut être
réalisé de différentes manières par exemple par poussée ou
traction du tube. En engageant préalablement la feuille 4 dans
l'organe de forcement 3, celle-ci est entraînée par le tube en
y étant attachée.
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L'invention concerne également un procédé de réalisation
d'un tube protégé par un matériau isolant thermique.
A cette fin, on procède de la manière suivante :
- on présente le tube 2 dans l'organe de forcement 3 en
alignant les axes du tube et de l'organe de forcement suivant
une direction unique Z,
- on introduit partiellement la feuille 4 dans l'organe de
forcement 3 au niveau de l'extrémité du tube en réalisant
avantageusement un léger repli des bords de cette feuille. Ce
repli facilite l'interaction entre le tube 2 et la feuille 4,
- on dépose le matériau isolant thermique 6 sur la feuille
4, au plus près de son extrémité,
- on entraîne le tube 2 en translation et donc la feuille 4
pour réaliser simultanément le forcement et la conformation du
matériau isolant et de la feuille autour dudit tube.
De cette manière, en alimentant la feuille 4 en matériau
isolant, on réalise un tube isolé thermiquement suivant la
longueur désirée, par exemple de quelques mètres à 10 km. Bien
entendu, les éléments de tube sont raccordés par soudure sur
place en amont de l'installation selon l'invention ou bien le
tube est déroulé à partir d'une roue de grand diamètre. Si
nécessaire, on relie la feuille 4 à un moyen de traction qui
peut être celui du tube 2.
Le procédé selon l'invention permet le dépôt de matériau
isolant thermique sur la feuille en continu au fur et à mesure
de la translation du tube 2 sous forme soit de poudre en vrac
soit de sachets. L'utilisation de la poudre en vrac permet de
réaliser le matériau isolant thermique in situ à partir des
différents composants tels un matériau micro-poreux, un
matériau fibreux, des opacifiants, etc, comme cela a été
décrit précédemment. Lorsque le matériau isolant thermique est
en sachets, ceux-ci peuvent être remplis sur place à partir du
vrac de poudre. On peut alors appliquer les bords libres de
ces sachets directement sur le tube 2 pour mettre ainsi le
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matériau isolant en contact direct avec le tube 2 comme c'est
le cas lorsque le matériau isolant est utilisé en vrac.
Le procédé selon l'invention permet également de réaliser
le recouvrement du tube 2 par le matériau isolant thermique et
le recouvrement du matériau isolant par la feuille 4 par
compression dans l'organe de forcement 3 et ce, en une seule
étape.
Le procédé selon l'invention permet par l'utilisation de
l'organe de forcement 3 d'assurer une liaison intime entre le
matériau isolant thermique et le tube, et par suite de
provoquer une répartition régulière du matériau isolant autour
du tube 2.
L'invention concerne également le tube isolé thermiquement
obtenu suivant le procédé. En effet, le tube 2 isolé comprend
une feuille 4 continue appliquée sur le matériau isolant
thermique, les bords libres de la feuille étant en
recouvrement. Ce tube isolé obtenu de manière continue peut
être de grande longueur par exemple de 1 à 10 km.
L'invention concerne également un tuyau double enveloppe
comportant un tube isolé comportant un matériau isolant
thermique appliqué sur le tube par une feuille continue. Ce
tuyau double enveloppe peut être réalisé en introduisant le
tube isolé dès la sortie de l'organe de forcement dans un tube
externe selon une technique connue. On peut réaliser ainsi des
tuyaux double enveloppe de très grande longueur et donc sans
soudure d'éléments de tuyau double enveloppe. Par très grande
longueur, on entend des longueurs de l'ordre de 1 à 10 km par
exemple. Un tuyau double enveloppe à insérer dans un puits
d'extraction de pétrole ou de gaz ou de plus grand diamètre à
poser en mer peut être facilement réalisé en usine à terre
puis enroulé et transporté et déroulé sur son lieu
d'utilisation.
On rappellera que l'installation selon l'invention permet
sans modification importante la fabrication d'un câble isolé
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électriquement. Il suffit pour cela de remplacer l'isolant
thermique 6 par un isolant électrique comme par exemple de la
magnésie et d'utiliser une feuille en matériau synthétique non
conducteur électrique comme par exemple une feuille en
matériau plastique. Le câble électrique peut être un fil
unique ou plusieurs fils torsadés ou non.
