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Title:
PIPE/FLANGE ASSEMBLY FOR PRESSURIZATION SYSTEM OF AN AERONAUTICAL VESSEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/097159
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a pipe/flange assembly intended for use with a pressurization system of an aeronautical vessel, said assembly comprising a flange (10) having a main part (12) with an orifice (11) and a sleeve (14) projecting from the main part (12) and enclosing the orifice (11) along its full circumference, the sleeve (14) having a first end (14a) secured to the main part (12) and a second, free end (14b), said assembly further having a pipe (20) secured to the flange (10) by a roll-expanded portion (30) in the orifice (11) of the main part (12) and secured by welding (40) to the second, free end (14b) of the sleeve (14); the first end (14a) of the sleeve has a first diameter greater than the diameter of the orifice (11) and the second end (14b) of the sleeve has a second diameter smaller than the diameter of the first end (14a).

Inventors:
PAYET, Didier (48 Ter avenue Paul Bert, Mantes La Jolie, 78200, FR)
Application Number:
FR2018/052829
Publication Date:
May 23, 2019
Filing Date:
November 14, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ARIANEGROUP SAS (Tour Cristal, 7-11 Quai André Citroën, Paris, 75015, FR)
International Classes:
F16L23/024; F02K9/60; F16L23/026; F16L23/032; F16L23/12; F16L51/00; F16L51/04
Foreign References:
FR361327A1906-06-15
GB1443810A1976-07-28
FR641507A1928-08-06
US3817805A1974-06-18
US4985975A1991-01-22
US3711132A1973-01-16
DE554605C1932-07-11
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
INTÈS, Didier et al. (Cabinet Beau De Lomenie, 158 Rue de l'Université, Paris Cedex 07, 75340, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Assemblage tube/bride destiné à être utilisé sur un système de pressurisation d'un engin aéronautique, l'assemblage comportant : - une bride (10) comportant une partie principale (12) présentant un orifice (11), et un manchon (14) faisant saillie depuis la partie principale (12) et entourant l'orifice (11) sur toute sa circonférence, le manchon (14) comportant une première extrémité (14a) fixée à la partie principale (12), et une deuxième extrémité (14b) libre; - un tube (20) fixé à la bride (10) par dudgeonnage (30) dans l'orifice (11) de la partie principale (12) et par soudage (40) à la deuxième extrémité (14b) libre du manchon (14); dans lequel la première extrémité (14a) du manchon présente un premier diamètre supérieur au diamètre de l'orifice (11), la deuxième extrémité (14b) du manchon présente un deuxième diamètre inférieur au diamètre de la première extrémité (14a), et le manchon (14) comporte au moins une partie coudée (15).

2. Assemblage selon la revendication 1, dans lequel le premier diamètre du manchon (14) est entre 1,5 et 3 fois supérieur, de préférence entre 1.5 et 2 fois supérieur au diamètre de l'orifice (11) de la partie principale (12).

3. Assemblage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le manchon (14) comporte deux parties coudées (15, 16) dirigées dans des directions opposées l'une de l'autre.

4. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, dans une vue perpendiculaire à l'axe (A) de l'orifice (11), le manchon (14) comporte une première portion (141) s'étendant selon l'axe de l'orifice depuis la partie principale (12) de la bride, une deuxième portion (142) s'étendant depuis une extrémité de la première portion (141), suivant un angle d'inclinaison par rapport à l'axe de l'orifice différent de celui de la première portion, et une troisième portion (143) s'étendant selon l'axe de l'orifice depuis une extrémité de la deuxième portion (142), et suivant un angle d'inclinaison par rapport à l'axe de l'orifice différent de celui de la deuxième portion.

5. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le manchon (14) présente une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm.

6. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dudgeonnage (30) présente une épaisseur comprise entre 0,25 et 0,75 mm.

7. Système de pressurisation d'un engin aéronautique comprenant un réchauffeur comportant un assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Description:
ASSEMBLAGE TUBE/BRIDE POUR SYSTEME DE PRESSURISATION D'UN

ENGIN AERONAUTIQUE

DOMAINE DE L'INVENTION

[0001] L'invention se rapporte au domaine des moteurs de fusée et de satellites, notamment aux systèmes de contrôle de la pression dans les réservoirs, et plus particulièrement un assemblage tube/bride pour un tel système de contrôle de pression.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

[0002] Les engins spatiaux, par exemple les fusées, peuvent comporter des systèmes de pressurisation autogène présentant notamment un réservoir pressurisé comportant de l'oxygène, et un réchauffeur permettant de chauffer une partie de cet oxygène, de le renvoyer sous forme gazeuse, de façon à réguler la pression du réservoir. La pression étant régulé par deux ou plusieurs niveaux de débits, les variations de débits dans ces systèmes engendrent de brusques fluctuations de température au niveau du réchauffeur, et donc des gradients thermiques importants. Les fluides mis en jeu étant hautement réactifs, il est indispensable que les différents éléments de ces systèmes présentent une tenue mécanique suffisante, permettant d'éviter toute fuite de gaz sous l'effet de ces gradients thermiques.

[0003] Plus précisément, les liaisons entre les tubes, dans lesquels circulent les gaz pressurisés, et les brides en entrée et en sortie du réchauffeur, doivent être parfaitement étanches. Pour ce faire, une solution classique consiste à réaliser d'une part un dudgeonnage entre le tube et l'orifice de la bride dans lequel il est inséré, et d'autre part un soudage entre l'extrémité du tube et de la bride. Une double barrière mécanique est ainsi réalisée.

[0004] Toutefois, en cas de changement brusque d'un faible débit, donc une température élevée en sortie du réchauffeur, à un débit élevé, donc une température plus faible en sortie du réchauffeur, un gradient thermique important se produit. Or, le tube présentant une épaisseur faible par rapport aux dimensions de la bride, la température de ce dernier diminue plus rapidement, et tend donc à se contracter plus rapidement que la bride. Ceci peut avoir pour conséquence d'entraîner une perte de contact entre le tube et la bride dans la partie dudgeonnée. Dans ce cas, seul la partie soudée assure la liaison mécanique entre le tube et la bride. Les risques de fuite sont donc accrus.

[0005] Il existe donc un besoin pour un dispositif permettant de limiter les risques de fuite dans les systèmes de pressurisation, et donc d'améliorer la sécurité de ces derniers.

PRESENTATION DE L'INVENTION

[0006] Le présent exposé concerne un assemblage tube/bride destiné à être utilisé sur un système de pressurisation d'un engin aéronautique, l'assemblage comportant :

- une bride comportant une partie principale présentant un orifice, et un manchon faisant saillie depuis la partie principale et entourant l'orifice sur toute sa circonférence, le manchon comportant une première extrémité fixée à la partie principale, et une deuxième extrémité libre;

- un tube fixé à la bride par dudgeonnage dans l'orifice de la partie principale et par soudage à la deuxième extrémité libre du manchon; dans lequel la première extrémité du manchon présente un premier diamètre supérieur au diamètre de l'orifice, et la deuxième extrémité du manchon présente un deuxième diamètre inférieur au diamètre de la première extrémité.

[0007] Dans le présent exposé, l'orifice de la bride peut être un orifice cylindrique présentant un axe central. Le tube peut également être un tube cylindrique, et de section constante, présentant un axe central confondu avec l'axe central de l'orifice du manchon lorsque le tube est inséré dans l'orifice. Par ailleurs, la première extrémité du manchon peut présenter une forme circulaire entourant l'orifice sur toute sa circonférence, l'axe central de l'orifice passant par le centre du cercle formé par la première extrémité du manchon.

[0008] Par « fixée à la partie principale », on comprend que la première extrémité du manchon est solidaire de la partie principale de la bride, de sorte qu'ils ne forment qu'une seule et même pièce. Le manchon et la partie principale de la bride peuvent par exemple être réalisés en un seul bloc lors de la formation de la bride, par usinage, moulage, ou tout autre procédé de formation.

[0009] La deuxième extrémité du manchon est l'extrémité opposée à la première extrémité suivant l'axe central de l'orifice du manchon. Par « extrémité libre », on comprend que la deuxième extrémité n'est fixée, ou n'est en contact avec aucune autre partie de la bride.

[0010] L'assemblage comporte la bride et le tube, le tube étant inséré dans l'orifice de la bride, de telle sorte qu'une extrémité du tube fasse saillie à l'extérieur de l'orifice. De préférence, l'extrémité du tube faisant saillie à l'extérieur de l'orifice est disposée à la même position, suivant l'axe central de l'orifice, que la deuxième extrémité libre du manchon.

[0011] Dans le présent exposé, le tube est fixé au manchon d'une part par dudgeonnage du tube dans l'orifice, d'autre part par soudage de l'extrémité du tube à la deuxième extrémité libre du manchon. Le premier diamètre étant supérieur au deuxième diamètre, le diamètre du manchon décroît donc entre la première extrémité et la deuxième extrémité. Le manchon peut donc présenter une forme tronconique, son diamètre convergeant continûment depuis la première extrémité jusqu'à la deuxième extrémité. De manière alternative, le diamètre du manchon peut évoluer par palier entre la première extrémité et la deuxième extrémité.

[0012] La forme du manchon permet de conférer à celui-ci une plus grande souplesse mécanique. En effet, alors qu'une déformation, c'est-à-dire une compression axiale d'un manchon présentant une forme cylindrique de section constante demanderait des efforts très importants, la forme convergente du manchon du présent exposé nécessite des efforts moindres pour se déformer axialement.

[0013] Ainsi, lorsque le tube tend à se contracter radialement sous l'effet de forts gradients thermiques, ce dernier peut également se contracter axialement. En effet, l'extrémité du tube étant soudée à la deuxième extrémité du manchon, la contraction axiale du tube entraîne la déformation du manchon, cette dernière étant facilitée par la forme du manchon. Par conséquent, en cas de perte de contact mécanique entre le tube et la bride dans la partie dudgeonnée due à la contraction radiale du tube, une nouvelle surface de contact peut être retrouvée grâce à la contraction axiale du tube.

[0014] Dans certains modes de réalisation, le premier diamètre du manchon est entre 1.5 et 3 fois supérieur, de préférence entre 1,5 et 2 fois supérieur au diamètre de l'orifice de la partie principale. [0015] Plus généralement, ces plages de rapport entre le premier diamètre du manchon et le diamètre de l'orifice sont déterminées en fonction du gradient thermique entre le tube et le manchon. Ces valeurs du rapport entre les diamètres de l'orifice et de la première extrémité du manchon permettent de conférer à ce dernier une souplesse optimale, tout en conservant une rigidité suffisante de l'assemblage.

[0016] Dans certains modes de réalisation, le manchon comporte au moins une partie coudée.

[0017] La partie coudée correspond à un brusque changement de diamètre du manchon. La présence d'une partie coudée permet d'améliorer encore la souplesse mécanique du manchon, la déformation de celui-ci étant facilitée au niveau de la partie coudée.

[0018] Dans certains modes de réalisation, le manchon comporte deux parties coudées dirigées dans des directions opposées l'une de l'autre.

[0019] Par « directions opposées », on comprend que l'intérieur du premier coude est dirigé vers l'axe central de l'orifice, par exemple, et l'intérieur du deuxième coude est dirigée dans la direction opposée à l'axe central de l'orifice, ou inversement. Le diamètre du manchon peut donc évoluer par paliers. La présence de deux parties coudées permet d'accroître davantage la souplesse mécanique du manchon, facilitant encore la déformation de celui-ci lorsque le tube tend à se contracter.

[0020] Dans certains modes de réalisation, dans une vue perpendiculaire à l'axe de l'orifice, le manchon comporte une première portion s'étendant selon l'axe de l'orifice depuis la partie principale de la bride, une deuxième portion s'étendant depuis une extrémité de la première portion, suivant un angle d'inclinaison par rapport à l'axe de l'orifice différent de celui de la première portion, et une troisième portion s'étendant selon l'axe de l'orifice depuis une extrémité de la deuxième portion, et suivant un angle d'inclinaison par rapport à l'axe de l'orifice différent de celui de la deuxième portion.

[0021] En d'autres termes, la première portion s'étend entre la partie principale de la bride et la première partie coudée, la deuxième portion s'étend entre la première partie coudée et la deuxième partie coudée, et la troisième portion s'étend entre la deuxième partie coudée et la deuxième extrémité du manchon soudée au tube. Le fait que les différentes portions présentent des angles différents les unes des autres par rapport à l'axe central permet la présence des coudes entre ces portions, conférant au manchon une plus grande souplesse mécanique, facilitant la déformation axiale de celui-ci.

[0022] Dans certains modes de réalisation, dans la vue perpendiculaire à l'axe de l'orifice, la première portion s'étend parallèlement à l'axe de l'orifice.

[0023] Dans certains modes de réalisation, dans la vue perpendiculaire à l'axe de l'orifice, la deuxième portion s'étend depuis la première portion perpendiculairement à l'axe de l'orifice.

[0024] Dans certains modes de réalisation, dans la vue perpendiculaire à l'axe de l'orifice, la troisième portion s'étend parallèlement à l'axe de l'orifice.

[0025] Lorsque la première et la troisième portion s'étendent parallèlement à l'axe de l'orifice, et que la deuxième portion s'étend perpendiculairement à l'axe de l'orifice, les coudes existant entre chaque portion forment un endroit. La forme du manchon ainsi obtenue présente l'avantage d'être facile à réaliser, tout en améliorant la souplesse mécanique de celui-ci.

[0026] Dans certains modes de réalisation, le manchon présente une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm.

[0027] L'épaisseur du manchon correspond à l'épaisseur de celui-ci suivant une direction radiale, c'est-à-dire une direction perpendiculaire à l'axe central de l'orifice.

[0028] Ces valeurs de l'épaisseur du manchon permettent de faciliter la déformation de celui-ci lorsque le tube se contracte, et permettent donc d'optimiser la souplesse de celui-ci, tout en conservant une rigidité suffisante de l'assemblage.

[0029] Ces valeurs présentent l'avantage de conférer une rigidité suffisante de la liaison entre le manchon et le tube, permettant d'assurer la tenue mécanique de l'assemblage, tout en améliorant la souplesse mécanique du manchon permettant une déformation axiale suffisante de ce dernier.

[0030] Dans certains modes de réalisation, le dudgeonnage présente une profondeur comprise entre 0,25 et 0,75 mm. [0031] Par profondeur, on comprend la distance selon laquelle le tube s'enfonce radialement dans la paroi interne de l'orifice du manchon, lors de la réalisation du dudgeonnage. Cette plage de valeurs permet d'obtenir l'effet selon lequel, lorsque le tube se contracte axialement grâce à la souplesse améliorer du manchon, le contact entre la partie dudgeonnée du tube et la bride peut être retrouvé.

[0032] Le présent exposé concerne également un système de pressurisation d'un engin aéronautique comprenant un réchauffeur comportant un assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0033] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :

- la figure 1 représente une vue en coupe d'un assemblage bride/tube selon l'art antérieur ;

- la figure 2 représente une vue en coupe d'un assemblage bride/tube selon le présent exposé ;

- la figure 3 représente l'assemblage de la figure 2 lorsque le tube est contracté en cas de forts gradients thermiques.

DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION

[0034] La figure 1 représente une vue en coupe d'un assemblage bride/tube d'un échangeur thermique de système de pressurisation d'engin spatial, selon l'art antérieur. L'assemblage comporte une bride 10 et un tube 20 dans lequel un fluide peut s'écouler, le tube 20 étant inséré dans un orifice 11 de la bride 10. L'orifice 11 et le tube 20 sont de forme cylindrique, présentant le même axe central A lorsque le tube 20, est inséré dans l'orifice 11.

[0035] La bride 10 comporte une partie principale 12 et un manchon 14 faisant saillie depuis la partie principale 12, cette dernière comportant l'orifice 11. Dans l'assemblage selon l'art antérieur, le manchon 14 est un cylindre de diamètre constant, comportant une première extrémité 14a fixée à la partie principale 12, de manière à ne former qu'un seul et même bloc avec la partie principale 12, et une deuxième extrémité 14b libre, à l'opposé de la première extrémité 14a suivant Taxe central A. Le manchon 14 est disposé autour de l'orifice 11, dans le prolongement de ce dernier, le diamètre interne du manchon 14 étant égal au diamètre de l'orifice 11.

[0036] Pour former l'assemblage bride/tube, le tube 20 est fixé à la bride 10, d'une part, par un dudgeonnage 30 du tube 20 dans l'orifice 11 de la bride 10. Le dudgeonnage 30 est une déformation plastique du tube 20 réalisée par exemple par un mandrin, permettant une expansion locale du diamètre externe du tube 20. Cette expansion locale du tube 20 permet d'engendrer une pression de contact entre le tube 20 et la surface de l'orifice 11, ayant pour conséquence la réalisation d'une liaison mécanique résistante entre le tube 20 et la bride 10. Ce dudgeonnage 30 constitue ainsi une première barrière mécanique permettant d'immobiliser le tube 20 dans la bride 10, et permettant l'étanchéité de l'assemblage.

[0037] D'autre part, le tube 20 est également fixé à la bride

10 par soudage 40 d'une extrémité du tube 20 à la deuxième extrémité 14b libre du manchon 14. Cette liaison par soudage 40 constitue ainsi une deuxième barrière mécanique permettant d'immobiliser le tube 20 dans la bride 10, et permettant l'étanchéité de l'assemblage.

[0038] Par conséquent, lors du passage d'un faible débit de fluide dans l'échangeur, engendrant une température élevée du fluide, à un débit de fluide de fluide important, engendrant une température de fluide plus faible, un fort gradient thermique se produit. Compte tenu du fait que le tube 20 présente une faible épaisseur par rapport aux dimensions de la bride 10, une dilatation différentielle se produit entre le tube 20 et la bride 10. Dans ce cas, le tube 20 se contracte radialement, provoquant une perte de contact entre le tube 20 et la bride 10 au niveau du dudgeonnage 30 (cf. zoom du dudgeonnage 30 sur la fig. 1). Par conséquent, le dudgeonnage 30 n'assure plus la fonction de barrière mécanique. Seul le soudage 40 assure alors cette fonction.

[0039] La figure 2 représente une vue en coupe suivant l'axe A d'un exemple d'assemblage bride/tube selon le présent exposé. Dans cet exemple, seul le manchon 14 diffère de l'assemblage de la figure 1, les autres éléments étant identiques.

[0040] Dans cet exemple, le manchon 14 comporte une première portion 141 s'étendant de la première extrémité 14a jusqu'à une première partie coudée 15, une deuxième portion 142 s'étendant de la première partie coudée 15 jusqu'à une deuxième partie coudée 16, et une troisième portion 143 s'étendant de la deuxième partie coudée 16 jusqu'à la deuxième extrémité 14b libre. Les parties coudées 15 et 16 sont chacune dirigées dans des directions opposées l'une de l'autre donnant au manchon 14, dans la vue de la figure 2, une forme de chicane.

[0041] Dans cet exemple, la première portion 141 et la troisième portion 143 s'étendent de manière sensiblement parallèle à l'axe central A, et la deuxième portion 142 s'étend de manière sensiblement perpendiculaire à l'axe central A. Néanmoins, le manchon 14 n'est pas limité à cette forme, les première, deuxième et troisième portions pouvant présenter des angles différents par rapport à l'axe central A que ceux illustrés sur la figure 2. De même, le nombre de parties coudées n'est pas limité à deux, mais peut être égal à un, trois ou davantage.

[0042] Dans ce cas, lors du passage d'un faible débit de fluide dans l'échangeur, engendrant une température élevée du fluide, à un débit de fluide de fluide important, engendrant une température de fluide plus faible, le fort gradient thermique se produisant provoque une perte de contact entre le tube 20 et la bride 10 au niveau du dudgeonnage 30, pour les raisons évoquées ci-dessus. En outre, la contraction axiale du tube 20 tend à exercer une contrainte, dans la direction de l'axe central A (cf. flèche sur la fig. 3), sur la deuxième extrémité 14b libre du manchon 14 par l'intermédiaire du soudage 40. Dans le cas présent, compte tenu de la forme du manchon 14, et de la présence des deux parties coudées 15 et 16 lui conférant une plus grande souplesse mécanique, cette contrainte axiale engendre une déformation du manchon 14. Cette déformation permet donc d'accompagner la contraction du tube 20, facilitant cette dernière. Par conséquent, la perte de contact entre le tube 20 et la bride 10 au niveau du dudgeonnage 30, engendrée par la contraction radiale du tube 20, peut être compensée par la contraction axiale de ce dernier, permettant d'obtenir une nouvelle surface de contact 50 entre le tube 20 et la bride 10. Par conséquent, grâce à cette nouvelle surface de contact 50, le dudgeonnage 30 assure toujours la fonction de barrière mécanique en cas de forts gradients thermiques. La fonction de double barrière mécanique de l'assemblage, par le dugeonnage 30 et le soudage 40, peut ainsi être maintenue même dans ce cas.

[0043] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.