QUE SONT LES TUYÈRES AUTO-RENFORCÉES DES RÉCIPIENTS SOUS PRESSION ?

En ce qui concerne les buses auto-renforcées, on suppose généralement que le renfort pour résister aux charges qui affectent la buse sera une partie constitutive de la buse. Cela signifie que les buses auto-renforcées n'ont pas besoin d'éléments auxiliaires (comme les buses construites) pour résister aux conditions de conception et aux charges externes. Sur le plan pratique, les buses auto-renforcées sont celles qui n'ont aucun type de renfort supplémentaire (coussinet) attaché, et toutes les soudures entre ses propres composants et entre la buse et le récipient sont de type à pénétration complète. Pour cette raison, ces buses pourraient également être appelées renforcées intégralement. Il existe différentes configurations de buses auto-renforcées. Les plus couramment utilisées sont les suivantes : Long Welding Neck (LWN) ou moyeu droit, épaisseur de moyeu variable et buses fabriquées à l'aide d'un tube d'épaisseur standardisée.

Intuitivement, on peut noter que les buses auto-renforcées impliquent généralement une augmentation du coût par rapport à une buse de type non auto-renforcée. Par conséquent, les raisons qui conduisent le concepteur à choisir un type spécifique parmi toutes les possibilités doivent être raisonnées et soigneusement examinées.

Ces raisons peuvent dépendre de divers facteurs tels que la pression, la température, la présence de charges variables (fatigue), des charges externes élevées résultant du raccordement à un tuyau, etc. Habituellement, les exigences relatives à l'utilisation de buses auto-renforcées sont incluses dans les spécifications de travail appartenant aux propriétaires d'installations industrielles où ces buses sont en service ou, parfois, ces exigences peuvent être indiquées dans les spécifications du concédant, le cas échéant.

En raison de ce qui précède, il n'est pas possible d'établir des critères spécifiques concernant le moment d'utiliser ce type de buses dans tous les cas, mais seulement quelques lignes directrices générales qui devraient être utilisées comme première approche pour considérer dans quels scénarios les buses auto-renforcées doivent être considérées comme une solution de conception. Des scénarios tels que ceux dans lesquels les conditions de conception incluent les effets suivants sont propices à devoir choisir des buses auto-renforcées : le composant étudié doit résister à des charges variables (fatigue), des buses tangentielles ou inclinées par rapport au récipient où les buses sont fixées, un service mortel, une haute pression, des températures élevées ou des récipients sous pression avec des épaisseurs élevées.

Comme nous l'avons déjà indiqué, les buses auto-renforcées sont souvent utilisées dans des conditions de service sévères ou critiques. C'est pourquoi il convient de mentionner que pour ce type particulier de buses, les concentrateurs de contraintes doivent être éliminés autant que possible.

Pour certains codes de conception, les critères de conception et de calcul des buses auto-renforcées et des buses renforcées ne sont pas toujours les mêmes. Les exigences sont plus conservatrices pour le dernier cas. À titre d'exemple, considérons l'étude de sélection de la procédure ASME Section VIII Division 2, pour déterminer si une analyse de fatigue est requise. Si un équipement donné ou l'un de ses composants est de configuration intégrale, il peut supporter un nombre plus élevé de charges variables qu'un équipement de configuration non intégrale, sans qu'il soit nécessaire de vérifier sa résistance aux charges de fatigue au moyen d'un calcul spécifique.

Pour revenir à la question économique, même s'il est tout à fait évident que les buses auto-renforcées constituent la solution idéale dans un cas donné, il faut tenir compte du fait que certaines configurations de buses auto-renforcées sont fabriquées à partir de matériaux forgés. Cela implique des coûts économiques élevés, raison pour laquelle il est très important d'optimiser la conception afin que le coût n'augmente pas excessivement.

Sous l'action de la pression interne, la répartition inégale des contraintes dans le cylindre à paroi épaisse est plus importante sur la paroi intérieure et plus faible sur la paroi extérieure. Afin d'améliorer l'irrégularité de cette répartition des contraintes dans le cylindre, un traitement de surpression peut être effectué à l'avance avant la mise en service du cylindre à paroi épaisse et, sous la pression de surcharge strictement contrôlée, la partie en couches du corps du cylindre peut produire une déformation plastique pour former une zone plastique, tandis que le matériau extérieur est toujours dans un état élastique.

Après que la pression est maintenue pendant un certain temps, la partie de la couche de coque qui présente une déformation plastique ne peut pas revenir à la position initiale en raison d'une déformation résiduelle, et le matériau extérieur qui est encore au stade élastique a tendance à revenir à l'état d'origine, mais il est bloqué par le matériau intérieur qui ne peut pas revenir à l'état d'origine et ne peut pas être complètement restauré. Par conséquent, l'état de précontrainte de compression de la couche intérieure et de tension de la couche extérieure se forme dans la paroi du cylindre. Lorsque le cylindre est mis en service et soumis à la pression de fonctionnement, la contrainte de la paroi intérieure provoquée par la pression de fonctionnement se superpose à la contrainte de précontrainte formée par la pression interne et la tension externe, de sorte que la contrainte de la paroi intérieure avec le niveau élevé d'origine est réduite, tandis que la contrainte de la paroi extérieure avec le niveau faible d'origine est augmentée de manière appropriée, et la répartition des contraintes le long de l'épaisseur de la paroi tend à être uniforme, améliorant ainsi la capacité portante du cylindre.

Grâce à un traitement de surpression contrôlée, seule la couche intérieure cède tandis que la couche extérieure reste élastique et utilise sa propre contraction élastique pour générer une précontrainte, de manière à améliorer la capacité portante du cylindre, ce qu'on appelle l'auto-renforcement du cylindre à paroi épaisse.