Tuyaux, tubes, tuyaux et flexibles et raccords - Cours de Mécanique des fluides avec Maxicours

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Tuyaux, tubes, tuyaux et flexibles et raccords

Qu'elles soient rigides ou souples, les conduites assurent le transport de l'énergie délivrée par la pompe hydraulique vers les composants de transformation et vers les actionneurs qui exécutent le travail.

 

Lorsqu'on parle d'énergie fluide (la puissance), on se rappelle l'équation vue à l'étude sur les paramètres de l'hydraulique qui la définit comme suit :

Puissance hydraulique (Ph) :

.

Vous devez retenir que les deux facteurs physiques Qv et p qui influencent la puissance agissent sur le choix de la tuyauterie.

La sélection des conduites hydrauliques s'effectue selon deux critères :

le débit qu'elles doivent porter ;

la pression qu'elles doivent supporter.

1. Tuyau d'acier rigide

Pour être de bonne qualité, le tuyau ou la conduite doit être fabriqué en acier étiré à froid et être exempt de toute soudure ou joint.

Souvent, on tolère le tuyau d'acier noir (utilisé généralement pour l'eau) avec joint soudé. Or, l'utilisation d'un tel tuyau n'est faite que dans un seul but : économiser. Ce choix s'avère dangereux puisque la soudure du joint peut briser à tout moment.

C'est pour cette raison que l'étude portera uniquement sur les tubes rigides sans soudure.

Les tubes se mesurent d'après leur diamètre extérieur et d'après l'épaisseur de leur paroi.

Le diamètre intérieur (diamètre extérieur moins deux fois l'épaisseur de la paroi) nous donne le diamètre d'écoulement. Cette donnée est essentielle pour régler la vitesse d'écoulement du débit.

L'épaisseur (représentée par e) de la paroi permet de connaître la résistance à la pression interne.

La figure suivante vous montre la coupe d'un tube.

Conduite rigide :

Source : CEMEQ.

Dans l'exemple suivant, sélectionnons le tube adéquat qui satisfait à une pression de 250 bars.

Prenons le cas d'une pompe hydraulique devant débiter 40 l/min et dont la vitesse maximale permise dans la section de la succion est de 1 m/s. Comment effectuer les calculs permettant de choisir le tube adéquat ?

Il s'agit d'abord de trouver le diamètre intérieur nécessaire pour respecter la vitesse de 1 m/s.

Sachant que 1 m2 = 106 mm2, la surface S en mm2 sera de 666,6 mm2.

La sélection du tube se fait en prenant le nombre le plus près du diamètre intérieur (29,13 mm) dans la table suivante (figure 2.1).

Le choix se fera sur le tube de diamètre intérieur de 30 mm. Pour satisfaire une pression de service de 250 bars, on retient un diamètre extérieur de 38 mm (voir figure ci-dessous).

Tubes EO acier St. 37.4 (Catalogue 4000/F. Parker)* :

* DIN 2413 I implique une pression statique.

* DIN 2413 III implique une pression dynamique.

Suite de la figure :

Source : Parker.

2. Tubes et raccords

Dans un système hydraulique, il faut tenir compte des énormes variations de température du fluide qui y circule

car la température du fluide en mouvement, augmente et provoque une dilatation du métal de la conduite.

Lors de l'installation de conduites rigides ou semi-rigides, il faut tenir compte du fait que les points de raccordement sont sujets à un déplacement relatif l'un par rapport à l'autre.

Ce déplacement des points de raccordement doit être compensé par une bonne élasticité de la conduite.

Donc, lors de l'installation de la conduite, il faut choisir un modèle qui permet une légère déformation de cette conduite afin qu'elle puisse absorber le déplacement des points de raccordement.

La figure suivante vous montre quelques exemples.

Installation de tubes :

Source : CEMEQ.

Pour raccorder des tubes aux composants du système hydraulique, on utilise deux types de raccords :

- Les raccords pour tubes évasés ;

- Les raccords pour tubes non évasés.

Les raccords pour tubes évasés s'utilisent avec des tubes qui sont minces. Le métal, étant plus mince, rend la déformation plus facile.

On les emploie dans les cas de basse et moyenne pressions (basse pression : inférieure à 100 bars ; moyenne pression : entre 100 et 215 bars). La figure suivante illustre un raccord à évasement simple trois pièces.

Raccord à évasement trois pièces :

Source : CEMEQ.

Les raccords pour tubes non évasés seront, quant à eux, utilisés avec des tubes plus épais.

3. Flexibles

Les canalisations souples, plus souvent appelées tuyaux flexibles, sont utilisées en hydraulique pour raccorder des composants relativement mobiles l'un par rapport à l'autre.

On les utilise aussi dans les endroits où se produit une vibration.

Le tuyau flexible est essentiellement composé de trois épaisseurs (figure suivante). Ce schéma est simplifié.

La partie forte du centre (la gaine métallique) est souvent composée de plusieurs épaisseurs superposées, ce qui lui donne une plus grande résistance à la pression tout en lui permettant de demeurer flexible.

Tuyau flexible :

Source : CEMEQ.

Il faut toujours s'en remettre au fabricant pour connaître les pressions d'utilisation, les températures et les rayons de pliage des tuyaux flexibles.

Les tuyaux flexibles, tout en remplissant leur rôle de conducteur de fluide, peuvent aussi servir à absorber les changements de pression puisqu'ils se gonflent légèrement.

On trouve plusieurs sortes de raccords pour les tuyaux flexibles.

En fait, il existe des modèles pour toutes les situations. Les raccords sont essentiellement formés de deux parties (figure suivante).

Raccord pour flexible :

Source : CEMEQ.

Souvenez-vous que lors de la sélection d'un tuyau flexible, le mécanicien doit considérer les quatre facteurs suivants :

- La résistance à la pression.

- Le diamètre intérieur perpendiculaire à la vitesse du liquide.

- La compatibilité avec le fluide hydraulique et les produits environnants.

- La résistance à la température maximale atteinte par le fluide.

Dans l'exemple qui suit, nous allons sélectionner le tuyau flexible adéquat pour une installation.

Ce tuyau flexible, qui raccorde une pompe hydraulique à un distributeur, doit faire circuler 30 l/min sous une pression de 25 bars. La vitesse du fluide est de 1 m/s.

Trouvons le diamètre intérieur du tuyau flexible :

Le tableau de résistance aux produits chimiques et de la température du fluide apparaît dans le catalogue du fabricant. Il permet de choisir chaque tuyau flexible selon la pression et le diamètre intérieur.

La table suivante donne des informations sur le tuyau flexible standardisé SAE 100R9 ayant un facteur de sécurité 4.

Table de sélection :

Source : CEMEQ.

Les caractéristiques des tubes de cette table de sélection sont :

- ces tubes peuvent supporter de hautes pressions ;

- ils sont utilisables à des plages de températures admissibles de - 40°C à 93°C ;

- l'intérieur est constitué de néoprène ou nitrite résistant aux huiles et aux hydrocarbures.

En résumé sur les tuyaux, tubes, tuyaux flexibles et raccords :

A la suite de cette étude, vous devriez être en mesure de retenir particulièrement les points suivants :

- Les conduites assurent le transport de l'énergie fluide.

- Le transport de l'énergie fluide a deux variables : le débit (Qv) et la pression (p).

- Le transfert d'énergie ne peut se faire sans perte, d'où le rendement (). Ce qui donne l'expression de la puissance hydraulique (Ph) :

- Les conduites se divisent en deux catégories : rigides et flexibles.

Le couple débit-vitesse dépend du diamètre intérieur et la pression admissible dépend de l'épaisseur de la paroi.

La température du fluide provoque la déformation des conduites.

- Il existe deux catégories de raccordements : les tubes évasés et les tubes non évasés. Les tubes évasés s'emploient avec des tubes minces dans lesquels circule un fluide à basse ou moyenne pression.

Les tuyaux flexibles sont utilisés dans les cas de mouvements relatifs (mobilité des composants) et de vibrations prévisibles.

- Lors de la sélection de tubes ou de tuyaux flexibles, il faut absolument consulter la table du fabricant.

Dans cette étude, vous avez appris que les conduites (tubes, tuyaux, etc.) sont les autoroutes des circuits hydrauliques et qu'un bon choix de conduites peut faire la différence entre un fonctionnement adéquat et un fonctionnement problématique.

A l'étude sur le travail et la puissance, vous pouvez étudier d'autres composants d'un circuit hydraulique : les appareils et les instruments de contrôle.

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