Méthode de calcul et localisation d'un supportage

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CHAPITRE 2 : ETUDE DU SUPPORTAGE
2.1 PRINCIPES GENERAUX

JAMAIS, il ne faut négliger l’étude d’un supportage quel qu’il soit, car cela conduirait toujours à des retards et des coûts supplémentaires importants lors de la réalisation. Les supports devront être étudiés pour soutenir le poids de la tuyauterie et de tous ses équipements (vannes, brides, pièces forgées, calorifuge, etc. ) ainsi que le fluide véhiculé par celle-ci, en service ou lors de l’essai hydraulique. En outre, cette étude tiendra compte de l’existence des forces climatiques ( neige, vent, .) ainsi que des effets des vibrations éventuelles, déplacements des structures, mouvements du sol, etc.

Le projeteur sera tenu de respecter les quelques principes suivants :

- L’étude doit être la plus simple possible et fera usage au maximum des plans guides et/ou spécifications mises à sa disposition. Toutefois, le supportage sera étudié en respectant les impératifs suivants :

a) Il ne doit introduire, en aucun point de la tuyauterie, aucune contrainte ni déformations inadmissibles.
b) Les réactions du supportage, combinées aux efforts de dilatation et de frottement ne doivent pas provoquer, sur les ancrages, le dépassement des valeurs admissibles.
c) Les supports ne doivent pas créer de contre-pente susceptible de gêner l'écoulement des condensats dans les tuyauteries de vapeur, de gaz ou de liquide dangereux ( acides par exemple ).

- Limiter les coûts et délais au niveau de la fabrication.
- Montage simple, mais qui permet de multiples possibilités de réglage.
- Le supportage devra être fiable dans le temps.
- Les éléments de supportage sont repérés soit sur les plans isométriques, soit sur les plans d'installation de tuyauteries, voir même les deux.
- Il ne sera pas prévu de métré des éléments de supportage.

2.2 LOCALISATION DU SUPPORTAGE

Elle dépendra:
- Des dimensions de la tuyauterie ( diamètre, épaisseur , fluide, … )
- De la configuration du tracé
- De la localisation des charges concentrées ( vannes, brides, appareils, … )
- Des structures disponibles pour le supportage .

Il existe sur le marché, de nombreux logiciels de calculs des tuyauteries, mais ils ont tous en commun le fait qu’il faut préciser la position des supports en donnée. Aussi, le projeteur a-t-il recours à quelques méthodes simples permettant de prédéterminer avec une bonne approximation la position d’un support, pour autant qu’elle ne soit imposée par les structures existantes.



2.2.1. LOCALISATION D’UN SUPPORTAGE

Exemple 1 : Prenons le tronçon de tuyauterie représenté à la Fig 3-26 ( dn 150 => Ф 168,3 x 4,5 ) et recherchons l'emplacement des supports afin de limiter la contrainte de flexion due à l'action des supports à 80 N/mm² ( Ac St 35-8 ) à la température de service de 160°C ( t° de montage = 10°C ).

Le tableau Fig 3-28 nous donne pour :

t = 100 °C => α = 1,11 mm/m
t = 200 °C => α = 2,42 mm/m

Pour Δt = 160 – 10 = 150 °C => α = 1,765 mm/m

Soit α = 0,00001765 m/m. La formule empirique ci-après, permet de déterminer la position du support de la branche horizontale sollicitée afin que la contrainte ne soit pas dépassée, soit :

X1 =
. Dans notre cas : ΔL = - Lo x α = -6 m x 0,001765 = -0,0106 m ( 10,6mm )

X1=
= 3,73 m

Supposons que la position du support S2 soit imposée pour des raisons constructives et se trouve à 2,5 m du point O . Le mouvement au droit de S2 devra être négatif et de valeur : DS2 =-
x 10,6 = - 7,1mm

Il est évident que ce support devra être du type à ressort variable.

Remarques :

a) Si une autre contrainte était à respecter, il est évident que le support S2 devrait se situer soit plus près, soit plus loin du point O.
b) Il devrait en être de même pour la partie verticale qui sera sollicitée par la branche horizontale. Il faudrait alors prévoir un support guide à 3,73 m du même point O.

2 2.2 METHODE DE CALCUL DE LA POUSSEE SUR UN POINT FIXE


Reprenons la Fig 3-26, mais nous plaçons une chandelle fixée sur une charpente, par exemple, ce qui crée un point fixe ( Fig 3-27 ). Le calcul suivant peut montrer pourquoi il ne faut jamais adopter une telle configuration.

Le calcul de la poussée est donné par la relation suivante issue de la théorie de la mécanique des milieux continus, soit : N =
= daN, dans laquelle :

E = module d'élasticité longitudinale ( de Young ) en daN/mm² et à la température de calcul ( Tableau Fig 1-37 ).
ΔL = dilatation réelle en mm ( voir § 2.2.1 )
L = Longueur initiale entre support et point fixe en m
Sm = section métal du tube en mm² ( voir tableau Fig 3-95 en fin de chapitre ).

Si nous reprenons la formule ΔL = α . Lo . Δt => N =
= E . α . Δt . Sm ou = E . Lo . Δt ; selon que α est exprimé en m/m/°C ou en m/m.

Il faut noter que la force de poussée au point de fixe est indépendante de la longueur du tube. Reprenons la Fig 3-27 et les branches Z1 et Z2. La poussée N, dans ces deux branches sera donc :

N = E . α . Sm avec E = 18900 daN/mm² à 150 °C ; α = 1,765 mm/m x 10 -3 et Sm = 5278 mm².
N = 18900 x 0,001765 x 5278 = 176066 daN ( effort considérable )

Le calcul des réactions aux appuis sera abordé au chapitre 3 – Etude de la flexibilité.
 
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