Supportage élastique des tuyauteries

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1.3.2 LES SUPPORTS ELASTIQUES ( ou flexibles ) SE
Supports à réaction variable ou constante destinés à équilibrer tout ou partie des effets de la composante verticale d’effort due à la pesanteur ( charges gravitaires ). Ces supports n’empêchent pas les déplacements verticaux de la tuyauterie tout en continuant à les supporter. Ces supports sont de deux types principaux.

1. Les supports à charge variable : Ou supports à ressort Fig 3-13

Généralement employés pour des tuyauteries légères ou moyennes soumises à des déplacements assez petit < 50 mm en général et pour des tuyauteries critiques à haute température +/- 500 °C et 76 mm dans les autres cas. L'effort de compression du ressort ( charge de supportage ) varie proportionnellement aux déplacements imposés. Donc, plus le déplacement est grand, plus grande sera la réaction du ressort. Cela conduit à des contraintes supplémentaires dans la tuyauterie, qui dans le cas de lourdes tuyauteries, peuvent être conséquentes.

Si on désigne par P la charge appliquée au ressort et Δ son allongement ou son écrasement correspondant, le rapport K =
= cste ( constante du ressort ou raideur ).

- Pour un déplacement vers le haut la charge à froid Ff = Fc + Δ x K
- Pour un déplacement vers le bas : Ff = Fc - Δ x K

Fc = charge en service ( à chaud ).

Les supports variables sont livrés bloqués en position dite de tarage ( à froid ). Leur mise en service, après l'éventuelle épreuve hydraulique, s'effectue en déplaçant les écrous du système de blocage Fig 3-13 e&f.

En agissant sur la tension de la tige de suspension, la charge peut être rééquilibrée. Le support variable est muni d'une plaque ( Fig 3-13f ) qui renseigne la graduation de l'échelle de course sur la plaque signalétique. Cette course est initialisée par rapport à la charge minimale indiquée en première ligne de chaque colonne du tableau du fournisseur ( LISEGA, PSS, … etc ). Il existe de nombreux modèles et il est intéressant de se procurer les catalogues fournis gracieusement par les différents fournisseurs


Il existe actuellement d'excellents logiciels édités par LISEGA => LICAD sur www.lisega.de; PSS GMBH => PSS 2005 pour la détermination des supports à ressort.

Exemple : Considérons une tuyauterie supportée suivant la Fig 3-17, les calculs ont donné pour S1:

Charge de service ( à chaud ) Fc = 6000 N ;
déplacement +dz Δ = + 15 mm ( course théorique ). La constance du ressort

K ≤
= 100 N/mm

Un catalogue fournisseur ( Lisega ) nous donne K = 66,6 N/mm pour le modèle 25 4.18,





une charge de 6 KN et une course max = 40 mm ( plage N° 2 ).

Effort de compression = Δ x K = 15 x 66,6 =999 N.

Charge à froid Ff = Fc + F = 6000 + 999 ≈ 7000 N.

Variation de charge =
= 16,65% < 25%

Notons que si la valeur de Ff était trop importante, on peut toujours choisir un ressort ayant un effort de compression moindre.


Remarque : Il peut arriver, dans des cas d'urgence, mais pour des charges et déplacements réduits, de calculer et réaliser des ressorts " Maison " ou ressorts nus comme le montre l'exemple suivant. Ils peuvent être exécutés suivant la Fig 3-16 et peuvent parfois être munis de coupelle Fig 3-18 permettant au ressort de suivre la direction de la tringle comme pour les pendarts ( α max = 4° ).

Ils ne comportent évidemment pas d'indicateur de tarage et ne sont pas livrés pré-tarés, ce qui nécessite un réglage plus laborieux et souvent mal réalisé, lors du montage ( prudence donc ). D'autre part, ils ne sont pas facilement blocable ( introduire un ou deux demi-tubes à l'intérieur du ressort à retirer après l'essai hydraulique ).


Exemple : Vérifions le ressort type 3 de la Fig 3-16
Charge maximale = 350 daN
Nombre de spires n = 10
Diamètre du fil d = 11 mm
Diamètre moyen d'enroulement Dm = 70 mm
Hauteur du ressort H = 210 mm
Flèche sous charge maximale = 70 mm
Validité du ressort :

≥ 1/9 ( 0,111 ) soit
= 0,1571 > 0,111

≥ 1/45 ( 0,022 ) soit
= 0,0524 > 0,022

d ≤ 0,25 x Dm => 11 ≤


φ =
; f = φ . r =
. r =
. L

avec L = 2 π r n ( spires )

fn =
( G = module d’élasticité transversal = daN/mm² )

Soit pour G = 8500 daN/mm² : fn =
= 77 mm > 70

t=
= 46 daN/mm²

Soit un acier 1.5028 ( 65 Si 7 ) Re = 108 daN/mm² et Rr = 137 daN/mm² Suivant tableau ci-après

264


Sécurité =
= 2,35

2. Supports à charge constante : Lorsque le déplacement d'une tuyauterie supportée par des ressorts engendre une variation de portance de ceux-ci supérieure à 25% de la charge de service, il est nécessaire d'utiliser des supports dits " à portance constante ". Cette limite pourra être abaissée dans le cas des supports situés au voisinage des machines tournantes. La variation effective de la réaction d'un support dit " à portance constante " sur l'ensemble de la course ne doit pas excéder 6% de la charge de service. Il existe plusieurs modèles, mais tous partent du principe de l’utilisation des leviers. On rencontre dans la pratique courante deux types de supports à charge constante:

- Compensation par système à ressort
- Compensation par contre-poids

a) Système à ressort: Pour produire un effet de supportage constant, le moment créé par la charge autour du pivot principal doit être équilibré par un moment dû à la réaction du ressort dans toute l’étendue du déplacement.



Partant de la FIG 3-20, à 3 positions de la charge P correspondent:

- 3 valeurs de la réaction du ressort ( F1, F2, F3 ).
- 3 valeurs du bras de levier de la réaction du ressort ( a1, a2, a3 ).
- 3 valeurs du bras de levier de la charge ( b1, b2, b3 ).

Ecrivons l’équation d’équilibre :

F1 x a1 = P x b1
F2 x a2 =P x b2
F3 x a3 = P x b3

Soit : P =


Les ressorts, ainsi que les dimensions des parties mobiles sont déterminées afin que la valeur du rapport ( F . a / b ) reste constante quelle que soit la position à l’intérieur de la zone d’utilisation.

Il n’y a donc pas de charge additionnelle due au ressort. C’est le supportage à considérer en premier lieu à proximité des turbo-machines par exemple. Les données de base pour déterminer un support constant sont :

- La charge P à supporter
- La valeur de le sens du déplacement calculé

Le déplacement total sera choisi légèrement supérieur à celui de la tuyauterie à supporter. Si fu = course théorique calculée, la réserve de course fr = 0,2 . fu avec un minimum de 15 mm.

Les tableaux fournis par les fabricants indiquent que la charge P sera comprise entre deux valeurs extrêmes ( réglage de la charge de ± 15% sans modification de la couse nominale ).

Exemple de choix d’un support constant d’après GRINNELL

Données : P2 = 10000 N ; fu = + 130 mm

Déterminer le support constant

Solution

Sécurité = 20% de fu ( avec min de 15% ) soit fr = 0,2 x 130 = 26 mm


Remarque: Les supports à ressorts en opposition permettent une compensation directe de la force principale, par les forces auxiliaires, qui a pour conséquence une force de supportage constante. Les FIG 3-22 ( a -> d ) résument par elles-mêmes le principe.

Les forces des ressorts de compensation sont transmises directement au tube de charge par l'intermédiaire des cames oscillantes ( par exemple ). La force résultante due à ces ressorts, vient compenser de manière continue la force du ressort principal.


Ces types de ressorts, de conception assez récente, sont caractérisés par une large plage de réglage, un minimum de frottement et un point d’application de la charge situé sur l’axe d’inertie.

b) Système à contre-poids: Ils sont employés principalement en chaudronnerie, très rarement en tuyauteries ( sauf urgence ). Ils servent surtout à contrebalancer les déplacements des gros collecteurs par exemple Fig 3-23.

Le principe est simple, on contrebalance le poids de la tuyauterie par un contre-poids de même valeur capable d’effectuer la course de la tuyauterie. Le contre-poids peut compenser à lui seul le poids de la tuyauterie ou le faire au moyen d’un système levier.

Attention à l’aspect sécurité pour la protection du personnel, au niveau de la fixation des masses d’équilibrage.
Il doit être prévu :

- Un système de limitation de course.
- Un système de sécurité contre la chute éventuelle des masses d'équilibrage.
 
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