La Norme EN Calcul des assemblages boulonnés à brides circulaires avec joint

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1 La Norme EN Calcul des assemblages boulonnés à brides circulaires avec joint Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 1

2 Sommaire Introduction 1- Présentation de la méthode EN Présentation de quelques exemples de calcul Conclusion Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 2

3 Introduction Contexte normatif EN éthode de calcul nécessitant de nouvelles caractéristiques de joint EN Valeurs de paramètres de joints CEN TC74/W8 : norme EN13555 Procédures d essais Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 3

4 Introduction Principe de la méthode m EN Analyser le comportement de l assemblage et recommander une valeur de serrage pour les conditions de calcul Critères d étanchéité Critères d intégrité mécanique Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 4

5 Eléments non pris en compte par la méthode m Taylor orge: Rotation des plateaux de bride Introduction Compatibilité des déformations entre brides, boulons et joint Chargements extérieurs Effets de la dilatation différentielle axiale Comportement de fluage du joint Contrainte de compression maximum du joint Dispersion liée au moyen de serrage Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 5

6 ut : satisfaire les critères d étanchéité et de résistance mécanique oyen : odèle mécanique axisymétrique Sollicitations éométries atériaux Système : rides-oulons-joint Equilibre des forces axiales Compatibilité des déformations axiales Détermination dans toutes les situations de calcul de : effort dans la boulonnerie : effort sur le joint Détermination du serrage requis et des taux de charges Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 6

7 odèle mécanique m axisymétrique Système : rides-oulons oulons-joint P La section de l anneau de bride est considérée indéformable L anneau de bride est traité en rotation L enveloppe raccordée à l anneau de bride est considérée comme une enveloppe cylindrique équivalente La compression non uniforme du joint est traitée comme une compression uniforme appliquée sur une surface effective calculée Le module d élasticité en restitution du joint varie en fonction de l effort de serrage initial et de la température Le phénomène de fluage du joint est pris en compte Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 7

8 Sollicitations considérées orces et oments extérieurs Effet de fond Dilatation différentielle axiale Effet radial de la Pression interne serrage Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 8

9 Equilibre des forces axiales R Q P = + R + Q Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 9

10 Déformations axiales au droit du joint Δe X = Δ E Rotation des anneaux de brides Z Δθ = Δ E Compatibilité des déformationsd Entre l étape de serrage et les situations ultérieures de calcul Δl Déformations axiales des boulons X = Δ E Prenant en compte la dilatation différentielle axiale Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 10 = Δe Δθ h Δl ~ Δθ ~ h

11 Déformations axiales au droit du joint Δe X = Δ E Compatibilité des déformationsd Entre l étape de serrage et les situations ultérieures de calcul Rotation des anneaux de brides Z Δθ = Δ E Δl +Δl T ~ ~ = Δθ Déformations axiales des boulons X = Δ E Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 11 h Δθ h + Δe T Δl +Δ ~ e T + Δe + Δ e T

12 Détermination du serrage requis Δl +Δl T = Δθ h = + + R ~ Δθ Q ~ h + Δe T +Δ ~ e T + Δe + Δ e T Détermination de et Serrage initial connu Compressions requises sur le joint aux étapes de calcul connues Détermination de l évolution du serrage de la boulonnerie et de la réaction sur le joint Détermination du serrage initial requis de la boulonnerie Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 12

13 Détermination du serrage requis conditions de calcul Assemblage à serrer essais d étanchéité critère d étanchéité contrainte requise à maintenir sur le joint Qmin & Qsmin Calcul EN Recommandation du serrage initial Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 13

14 Détermination du serrage requis Critère d assise Serrage : La compression du joint doit être supérieure à Qmin Critère d étanchéité Conditions sous pression : La compression du joint doit être supérieure à Qsmin I à chaque situation de calcul I Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 14

15 Détermination du serrage requis 1,00E+00 1,00E-01 esure Q IN(L) raphite pur 92.0x49.0x2.06 mm Taux de fuite [mg/m/s] 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 Q SIN(L) 1,00E-05 1,00E Contrainte de compression [Pa] Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 15

16 Détermination du serrage requis Critère d assise (Q min ) Critère d étanchéité (Qsmin I ) orne inférieure de serrage 0req Serrage Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 16

17 Critères de résistance Critères res d intd intégrité mécanique Joint oulons Limitation en compression Limitation en traction et torsion Φ = 1 f A Φ = C I ( A Q ) 1 / t max t, 2 1 rides Limitation de la rotation Le calcul vis à vis de la résistance mécanique est fondé sur une analyse limite du système bride enveloppe raccordée. arantie de l absence de déformation excessive Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 17

18 Critère de résistance des boulons Critères res d intd intégrité mécanique Critère de résistance du joint Critère de résistance des brides orne supérieure de serrage 0req 0crit Serrage Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 18

19 Dispersion du serrage orne inférieure orne supérieure 0req 0crit Serrage Dispersion du moyen de serrage - + Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 19

20 Equilibre des forces Compatibilité des déformations Système brides-boulons-joint En résumr sumé + Critères d intégrité étanchéité résistance mécanique + Dispersion du serrage Analyse du comportement de l assemblage et recommandation du serrage pour les conditions de calcul Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 20

21 2- Présentation de quelques exemples de calcul Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 21

22 2- Présentation de quelques exemples de calcul Compression résiduelle après fluage relaxation Compression résiduelle sur un joint en PTE modifié à 20 C après chargement initial de 60 pa en fonction de la rigidité de l'assemblage essai 250 kn/mm 56.4 Pa 500 kn/mm 54.5 Pa 1650 kn/mm 51.8 Pa compression (Pa) kn/mm 500 kn/mm 1650 kn/mm Compression résiduelleessai Compression résiduellecalcul calcul essai calcul 56.8 Pa 250 kn/mm 94.0% 94.7% 55.1Pa 500 kn/mm 90.8% 91.8% 52.1 Pa 1650 kn/mm 86.3% 86.8% rigidité Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 22

23 2- Présentation de quelques exemples de calcul Compression résiduelle après fluage relaxation Compression résiduelle sur un joint en PTE modifié à 150 C après chargement initial de 60 pa en fonction de la rigidité de l'assemblage 250 kn/mm 500 kn/mm 1650 kn/mm compression (Pa) kn/mm 500 kn/mm 1650 kn/mm rigidité Compression résiduelleessai Compression résiduellecalcul essai calcul essai calcul kn/mm 62.7% 62.3% kn/mm 49.7% 49.3% kn/mm 37.3% 37.3% Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 23

24 Étanchéité - Joints 2- Présentation de quelques exemples de calcul Influence du module d élasticité du joint sur le serrage initial odule d'élasticité (Pa) odule d'élasticité (Pa) Effort de serrage (kn) Effort de serrage (kn) PN40 DN200 Compression à appliquer au serrage pour maintenir 50 Pa en service (Pa) Compression à appliquer au serrage pour maintenir 50 Pa en service (Pa) largeur effective (mm) Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents largeur effective (mm) rigidité de l'assemblage (kn/mm) PN40 DN200 + surépaisseur d anneau de bride (42mm au lieu de 32mm) rigidité de l'assemblage (kn/mm)

25 2- Présentation de quelques exemples de calcul Influence de la dilatation différentielle axiale Assemblage PN40 DN200 Conditions isothermes : rides oulons et joint à 200 C Transitoire chaud : rides et joint à 200 C, oulons à 100 C Transitoire froid : rides et joint à 100 C, oulons à 200 C Compression requise et effort de serrage correspondant rides Acier Carbone 55 Pa ( N) 33 Pa ( N) 74 Pa ( N) rides Acier Inoxydable 44 Pa ( N) 21 Pa ( N) 70 Pa ( N) Compression à maintenir en service 25 Pa 25 Pa 25 Pa Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 25

26 Conclusion 1- L étanchéité des assemblages à brides circulaires est directement liée à la compression du joint. 2- Le modèle mécanique de l EN permet de déterminer la compression appliquée sur le joint dans toutes les situations de calcul. 3- La connaissance des caractéristiques des joints en étanchéité permet de définir les compressions requises pour satisfaire les critères d étanchéité définis. 4- L EN permet de déterminer le serrage de l assemblage à brides circulaires de façon à satisfaire à la fois des critères de résistance mécanique et des critères d étanchéité. Journée AIAP-22 ai 2007 L étanchéité des assemblages non permanents 26

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