Comment concevoir un joint de tuyau à bride ovale ?

Joint de tuyau à bride ovale

Les joints de tuyaux à bride ovale sont principalement utilisés dans les petits tuyaux d’un diamètre allant jusqu’à 175 mm. Ce joint de tuyau à bride ovale est principalement utilisé dans les applications hydrauliques. Dans l’article précédent, nous avons discuté du joint de tuyau à bride circulaire. Pour concevoir un joint de tuyau à bride ovale, nous devons déterminer les principaux paramètres tels que l’épaisseur de la bride, le PCD et les diamètres des boulons en fonction de la pression du fluide à l’intérieur du tuyau. Dans cet article, nous expliquerons comment concevoir un joint de tuyau à bride ovale pour un tuyau donné avec une pression de fluide spécifiée.

Joint de tuyau à bride ovale

Joint de tuyau à bride ovale

Dans la plupart des cas, les joints de tuyaux à brides ovales font partie intégrante du tuyau, dans certains cas, ils sont vissés aux extrémités du tuyau. Comme vous pouvez le voir, l’ergot et la douille sont fournis pour localiser l’alésage du tuyau en ligne droite.

Joint de tuyau à bride ovale
Figure : Raccord de tuyau à bride ovale

Comme nous l’avons mentionné dans l’article précédent, on suppose que la pression du fluide agit entre les deux brides et essaie de les séparer avec une pression existant au point de fuite. Afin de maintenir les brides ensemble, le joint boulonné doit résister à la contrainte de traction.

Calculons la Force essayant de séparer les deux brides,

F1 = (π/4) 2 p

est le diamètre interne du tuyau et p est la pression à l’intérieur du tuyau.

Comme le montre le schéma ci-dessus, une garniture est placée entre le bout uni et la douille pour rendre le joint étanche. Donc, ce parking est également en train d’être compressé.

L’intensité de la pression sur la garniture doit être supérieure à la pression du fluide à l’intérieur du tuyau. Alors seul le joint peut être étanche.

Pour notre commodité, on suppose que le matériau d’emballage est comprimé à la même pression que celle à l’intérieur du tuyau.

Ainsi, le matériau d’emballage a une force résistive contre les deux brides (spigot et socket) pour les séparer

Par conséquent, la force tendant à séparer les brides due à la pression dans la garniture est donnée par

F2 = (π/4) (1 22) p

1 est le diamètre extérieur de la garniture.

Maintenant, calculons la force totale qui essaie de séparer les brides est F = F1+F2

F = [(π/4) D2 p ] + [(π/4) (D1 2D2p]

F = (π/4) (1)2 p ……. Éqn. (une)

Maintenant, il s’agit de la charge censée être résistée par les deux boulons pour les joints de tuyaux à bride ovale.

Donc chaque boulon devra reprendre la charge Fb = F/2

Disons maintenant que chaque diamètre de noyau de boulon est c, puis Fb = (π/4) (dc)2 ??tb …… Éqn. (b)

??tb est la contrainte de traction admissible pour le matériau du boulon La valeur detb est généralement maintenu bas pour permettre la contrainte de serrage initiale dans les boulons. Une fois le diamètre du noyau obtenu, le diamètre nominal des boulons est choisi dans le manuel de conception. Si le manuel de conception n’est pas disponible, le diamètre nominal peut être calculé

diamètre nominal = diamètre du noyau/0,84

  • Pour les applications de tuyaux hydrauliques, les boulons de moins de 12 mm de diamètre ne doivent jamais être utilisés, car des contraintes de serrage initiales très importantes peuvent être induites dans les boulons plus petits.
  • Les centres des boulons doivent être aussi près que possible du centre du tuyau pour éviter de plier la bride.
  • Mais un espace suffisant entre la tête du boulon et la surface du tuyau doit être prévu pour le serrage des boulons sans endommager le matériau du tuyau.

Épaisseur de la bride

L’épaisseur de la bride est obtenue en considérant que la bride est soumise à des contraintes de flexion dues aux forces agissant dans un boulon.

La contrainte de flexion maximale sera induite au niveau de la section XX comme le montre le schéma ci-dessus.

Le moment fléchissant à cette section est donné par Mxx = Fb×e (force sur le boulon x distance de la section XX)

Mxx = (F/2e (… où Fb = F/2) ……. Éqn. (c)

et nous avons le module de section de la section transversale de la bride est Z = (1/6) × b (tF)2

b est la largeur de la semelle à la section XX et tF est l’épaisseur de la bride.

Le moment résistant sur la bride est Mxx =b × Z …..Éqn. (ré)

b contrainte de flexion admissible pour le matériau de la bride.

à partir de l’équation (c) et (d) on obtient Fb×e =b × (1/6) × b (tF)2 …… Éqn. (e)

A partir de cette expression, on peut obtenir l’épaisseur de la bride lorsque la largeur de la bride est connue.

Pour obtenir l’épaisseur de la bride, nous pouvons l’obtenir par certaines dimensions de bride fixes comme mentionné ci-dessous pour les applications de tuyaux hydrauliques.

Diamètre nominal des boulons, = 0,75 t + 10mm

L’épaisseur de la bride, tF = 1,5t + 3mm

Diamètre extérieur de la bride, o = + 2t + 4,6

Diamètre du cercle primitif, p = o –(3t + 20 mm)

Le saviez-vous? …… Les joints hydrauliques à brides ovales sont appelés Les joints de tuyaux d’Armstrong.

Nous avons maintenant toutes les expressions nécessaires pour calculer le joint de tuyau à bride ovale. prenons donc un exercice simple pour trouver les dimensions d’une bride.

Énoncé du problème : Concevez un joint de tuyau à bride ovale pour un tuyau ayant un alésage de 50 mm et une épaisseur de 12 mm. Il est soumis à une pression de fluide interne de 7 N/mm2. La contrainte de traction maximale dans le matériau du tuyau ne doit pas dépasser 20MPa et dans les boulons 60MPa.

Solution:

Données données

Diamètre intérieur du tuyau =50mm ou R=25mm

Pression du fluide à l’intérieur du tuyau (p)=7N/mm2

Contrainte de traction admissible pour le matériau du tuyau (σt) = 20MPa =20N/mm2

Contrainte de traction admissible pour le matériau du boulon σtb = 60 MPa = 60 N/mm2

Et l’épaisseur donnée du tuyau (t)= 12mm

Avant de commencer à trouver les dimensions de la bride, disons que l’épaisseur du tuyau n’est pas fournie. Ensuite, nous devons trouver l’épaisseur du tuyau selon la formule cylindrique épaisse (selon l’équation de Lame).

Formule cylindrique épaisse

À partir de l’équation ci-dessus, nous pouvons substituer la contrainte admissible du tuyau (σt), 20N/mm2 et la pression à l’intérieur du tuyau (p) 7N/mm2 et le rayon de l’alésage du tuyau (R) est de 25 mm.

ce qui nous donnera 11,03 mm où nous pourrons faire un arrondi à la valeur de 12 mm. C’est exactement ce qui est fourni dans l’énoncé du problème.

Trouvons maintenant les autres paramètres.

En supposant que la largeur de la garniture est de 10 mm, donc le diamètre extérieur de la garniture,
1 = + 2 × Largeur d’emballage
1 = 50 + 2 × 10
1 = 70mm

Maintenant, calculons la force totale qui essaie de séparer les brides est F = (π/4) (1)2 p

F = (π/4) (70)2 7
F = 26943N.

La charge de 26943N essaie de séparer les brides, cette charge est donc censée être fixée par les deux boulons. et chaque boulon doit supporter une charge de Fb = F/2.

Fb = 26943/2 = 13471,5N

De l’équation ci-dessus (b), nous avons Fb = (π/4) (dc)2 ??tb

Nous pouvons remplacer l’équation ci-dessus par les valeurs que nous avons.

13471,5 = (π/4) (dc)2 60
(réc)2 = 13471,5/47,2
(réc)2 =285,4
c = 16,9 mm

Disons le diamètre du noyau du boulon (dc) est de 17 mm.

A partir des normes de conception, nous pouvons prendre le diamètre nominal du boulon. Nous avons également mentionné que si vous n’avez pas de manuel de conception en main, vous pouvez calculer le diamètre nominal du boulon en divisant le diamètre du noyau par 0,84, ce qui donnera le diamètre nominal.

= c/0,84 = 17/0,84 = 20,2 mm.

Prenons un boulon de 22mm diamètre nominal ().

à partir de là on peut déterminer les quelques dimensions fixes des brides telles que

Diamètre extérieur de la bride, o = + 2t + 4,6= 50 + (2 × 12) + (4,6 × 22) = 175,2 mm

Disons que le diamètre extérieur de la bride est 180mm.

Diamètre du cercle primitif, p = o –(3t + 20mm) = 180 – ((3×12)+20mm) = 124mm

Afin de trouver l’épaisseur de la bride (tF) nous avons besoin de la largeur (b) de forme ovale.

Pour connaître ce paramètre, nous devons dessiner un contour de forme ovale en fonction des dimensions disponibles.

Nous avons le diamètre extérieur de la bride comme grand axe Do, le diamètre du cercle primitif Dp, le diamètre du tuyau (D) et l’épaisseur