Dimensionner des vis de cisaillement

[invitedc911fe4]

Bonjour à tous,

Dans le cadre de mon activité pro je suis amené à devoir "redessiner" des outils de fond (domaine pétrolier) et ce n'est pas vraiment mon métier, d'où mon appel à l'aide...

J'ai un outil de diamètre 5 inches et je dois placer des vis de cisaillement sur son diamètre.

Ces vis seraient les suivantes
- acier faiblement allié en carbone
- Yield Strength entre 276 et 414 MPa
- Tensile Strength entre 414 et 550 MPa
- Elongation de 23%
- Dureté Rockwell entre 68 et 88

- Diamètre 1/4", soit 6,35 mm
- Filletage UNC, 20 TPI (diamètre mini = 0,1959 inches)

En passant au travers de ce forum je pense avoir trouvé les valeurs de cisaillement, aux alentours des 8 000 Newtons, mais j'apprécierai vraiment d'en avoir confirmation...

Le problème suivant vient de l'outil en lui même:
- les vis seraient placées sur le corps extérieur de l'outil,
- elles dépasseraient vers l'intérieur, le mandrin (mobile) ayant des trous sur son diamètre pour recevoir ces bouts de vis,
- la distance de contact par rapport au centre de l'outil est de 2,25 inches (57,15 mm)

Quel serait de ce fait le couple a appliquer pour cisailler ces vis ? J'arrive à avoir des valeurs "extra-terrestres"...!!

Merci d'avance.
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[invitefc633b89]

Bonjour,

J'ai du mal à comprendre le sujet, mais pour avancer, disons qu'il faut connaitre la résistance (Tau admissible en MPa ou bars) du matériau en cisaillement. ensuite, l'aire de la section peux être définie par A = F/tau où F est l'effort de cisaillement. Cependant, la contrainte de cisaillement n'est pas uniforme au sein de la section. Il est bon de prévoir un coefficient de sécurité.
Par ailleurs, je ne suis pas pro dans le domaine, mais il faut certainement apprécier le matage des matériaux.

Pas de réponse toute faite, mais si ça peut faire avancer la reflexion ...

Bon courage et cordialement.

[invitefc633b89]

Rebonjour,

Je viens de relire, et je constate que les vis ont une faible limite élastique !

Je ne suis pas plus spécialiste que tout à l(heure, mais on voit des matériaux plus durs pour les vis. De mémoire, c'est du 4 * 6 ou 6 * 4.
Pourquoi ce choix ?

[Jaunin]

Bonjour, Kravein,
Encore bien venu sur le forum de Futura-Sciences.
Je suis comme Danest, je n'ai pas bien tous compris, en somme vous utilisez les bouts de vos vis comme une clé à ergots, pour donner un couple avec le mandrin mobile.
Si vous aviez un croquis, cela pourrait nous aider.
Cordialement.
Jaunin__

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jaunin]

Re-Bonjour,
Vous devez faire des outils de plate-forme, de fond, vous ne devez pas travailler avec des aciers résistant à l'eau de mer, soit en inox.
Cordialement.
Jaunin__

http://www.pxprecimet.ch/alliages.asp?profile=fr

[invitedc911fe4]

Bonjour à tous et merci pour vos réponses; je vais maintenant tenter d'éclaircir un peu mon cas.

Cet outil dont je parle va servir dans l'industrie pétrolière et sera descendu dans un puit déjà foré et bientôt en production. Les fluides qu'il va rencontrer sont principalement des hydrocarbones et du H2S, d'où le choix de ce matériaux pour ses propriétés de résistances, respectant ce que nous appelons la norme MR 01-75 (résistance aux fluides "acides" pétroliers).

Cet outil sera donc descendu dans le puit et monté entre un point bas fixe (un "packer") et un point haut (en surface) d'où nous pouvons appliquer le couple que nous voulons.

Les vis, quant à elles, servent à maintenir mon outil dans un état fixe tant qu'elles ne sont pas coupées par l'application du couple suffisant, désolidarisant le corps de l'outil du mandrel et permettant de ce fait la désolidarisation de ces deux parties. C'est justement parce qu'elles doivent être coupées que ce matériel faiblement élastique paraissait intéressant...

Je tenterai demain de faire un schéma lisible, demain dimanche étant comme un lundi ici !!


Merci encore pour votre intérêt et votre aide.

Cordialement,

Kravein.

[Jaunin]

Bonjour,
Maintenant je comprends un peu mieux votre question, votre système de couplage à combien de vis de 6.35 [mm] de diamètre et vous nous avez dits (écrit) quels étaient sur un rayon de 57.15 [mm] (désolé pour les pouces, je croyais que le système métrique était devenu mondial)
Les deux parties assemblées par ces vis de désolidarisation (ouf), le son à l'extérieur, visée dans la contre-pièce ou traversant avec un écrou.
Je suppose que votre croquis nous dira tout,
Cordialement.
Jaunin__

[invitedc911fe4]

Bonjour a tous (desole pour les accents, je suis sur un clavier QWERTY aujourd'hui)...

Jaunin, merci pour toutes ces infos et pour votre attention. Comme promis, voici un fichier joint qui je l'esperera sera plus clair que mes propos...

Malheureusement, les unites dans le monde petrolier sont toujours en retard d'une decennie et c'est avec amusement que des fois nous devons melanger les barrils par jours et les metres cubes standards...!!

Bon, que comporte donc ce fichier joint:

• en 1, nous avons le corps bas de l'outil, dont le diametre interieur au niveau de la vis de cisaillement est de 111,25 mm. Cette partie est donc fixe est ne peut pas bouger car solidaire avec le puit.
  
• en 2, nous avons le mandrin, partie superieure, qui lui peut recevoir un couple par l'entremise du derrick de forage. Son diametre exterieur au niveau de la vis de cisaillement est de 111 mm, laissant donc au minimum un jeu de 0,25 mm. La profondeur de la gorge est de 5,33 mm mais les operateurs n'ont pas lieu de visser les vis a fond, un simple contact entre la vis et le fond de la gorge est suffisant. Pour exemple des couples applicables, notre couple de serrage normal est d'environ 4 000 lb.ft, soit environ 5 400 Nm, mais le couple espere pour cisailler les vis devrait etre aux alentours de 6 000 lb.ft (8 125 Nm) en utilisant plusieur vis de cisaillement, entre trois et six vis en fait.
  
• en trois nous avons donc l'une des 6 possibles vis de cisaillement. Je dis 6 possibles car rien ne nous empeche de n'en mettre que 4 par exemple...

Autre information utile, ces outils sont deja existant et je ne dois que rajouter les vis de cisaillement. Il est malheureusement presque impossible pour moi de refaire faire tout le parc.


Donc voici l'utilisation: pour desolidariser 1 de 2, nous devons premierement appliquer le couple suffisant pour desserrer le filetage (ACME) entre ces deux pieces. Ensuite, en continuant a tourner, 2 va "monter" et sa gorge devrait commencer a vouloir cisailler les vis 3. Une fois ces vis cisaillees, 2 peut etre ressorti du puit, 1 restant en attente...

En esperant avoir reussi sinon a etre clair, a etre comprehensible,

Cordialement,

Kravein.

[Jaunin]

Bonjour.
Je commence à comprendre, (je suis un peu lent, je suis suisse) votre dessin est la coupe de deux tubes, l'un bleu vissé dans le tube gris à l'aide d'un filetage ACME.
Maintenant dans le tube bleu vous avez une gorge circulaire dans laquelle rentrent les vis à cisailler, la portée bleue à un diamètre de 111 [mm] dans laquelle il y a la gorge de 5.33 [mm] de profondeur.
Je suis en train de répéter votre explication, mais c'est pour pouvoir refaire le dessin pour essayer une simulation.
Votre dessin et votre explication sont très bien.
Cordialement.
Jaunin__

[Jaunin]

Bonjour,
J'ai essayé de faire une première simulation avec 4 vis Diamètre 1/4", soit 6,35 mm
Filetage UNC, 20 TPI.
Étant donné que les vis sont dans une gorge, le cisaillement devrait se faire en traction et flexion, ce n'est pas comme si les vis étaient prises de part et d'autre du tube dans le filetage, on aurait un cisaillement net. Voir le dessin en demi-coupe et demie vu.Mesage #8.
Si mes petits camarades "foriste" avait une remarque, elle sera la bienvenue.
Cordialement.
Jaunin__

[invitedc911fe4]

Jaunin,

Encore merci pour votre interet...!!

La gorge n'est pas encore usinee, il m'est toujours possible de l'echanger par n'importe quel systeme repondant a ces deux imperatifs:

• les operateurs doivent pouvoir mettre les vis en position avant que le serrage definitif de l'outil ne soit effectue sue le "plancher" (le derrick en somme)
• si vous desirez un cisaillement plus net, je peux simplement faire usiner des trous plutot qu'une gorge

Bref, plutot qu'une gorge je peux toujours avoir des trous oblongs...

Content de voir que je commence a reussir a etre clair, c'est une premiere...!!

Cordialement

Kravein

[invitedc911fe4]

Rebonjour a tous !

Je vais laisser ici une trace de ce que je vais finalement faire, sait-on jamais, peut-etre cela servira a quelqu'un d'autre rencontrant un probleme similaire...

Le probleme est quasiment resolu en gardant le meme materiel mais en augmentant assez drastiquement le nombre de vis de cisaillement, passant de 6 a 18 maximum. Cela nous permet ainsi d'avoir une belle marge de securite, les operateurs pouvant choisir apres essais la quantite qu'ils desirent.

Les vis seront maintenant entierement filetees, histoire qu'apres cisaillement aucun "morceau" restant ne puisse tomber dans le puit. Elles auront aussi deux entailles de chaque cote permettant l'utilisation d'un tournevis. Finalement, la gorge sera remplacee par deux demi lunes venant "s'enclencher" sur le mandrin (avec fixations) et permettant ainsi un transfert de couple pour le cisaillement.

Voila, je tiens vraiment a tous vous remercier pour votre aide tant precieuse pour eclaircir mes idees, tout particulierement Jaunin .

En vous souhaitant le meilleur.

Kravein

[Jaunin]

Bonjour, Kravein,
Merci pour ce retour d'information.
Sans vouloir relancer le débat, je n'ai pas bien compris votre nouveau principe ni celui d'empêcher le bout de vis sectionné de retomber.
Si à l'occasion, vous aviez la possibilité de nous joindre un croquis.
Cordialement.
Jaunin__

[invitedc911fe4]

Jaunin,

Le design m'echappe maintenant, une nouvelle equipe va s'en charger (c'est vraiment leur travail, content qu'ils puissent s'y coller !)

Nous allons maintenant changer une nouvelle fois le design mais en gardant les grandes lignes du precedent:
- les vis de cisaillement vont etre vissees "tout du long" dans la chemise mais aussi dans le corps de l'outil; ainsi, lorsqu'elles seront cisaillees aucun fragment ne tombera dans le puit,
- les "demi-lunes" sont en fait uniquement en place pour permettre, en les enlevant, d'acceder a l'arriere des vis cisaillees, nous permettant ainsi de les enlever avec plus de facilite.

Desole de ne pouvoir etre plus clair, je n'ai pas un acces libre de droits aux dessins

Encore merci pour tout Jaunin !

Kravein.

[invitedc911fe4]

Bonjour Jaunin et bonne annee 2009 en retard !

Bon, les etudes et tests sont maintenant termines, je reviens donc pour donner un dernier complement d'information.

Les vis de cisaillement choisies sont donnees pour se "couper" a 6000 lbs. Notre distance entre l'axe de rotation de l'outil et la zone tranchante est de .1823 pouces.

Une simple multiplication nous donne un couple de cisaillement a 1093 lb.ft. De ce fait, nous utilisons 6 vis de cisaillement, uniformement reparties sur le diametre.

Les tests sur une presse de serrage nous ont donnes des valeurs s'approchant a 10% pres des calculs, que ce soit avec 6, 5 ou 4 vis de cisaillement.

Le materiel choisi pour ces vis reponds bien a la norme NACE MR01-75, pour utilisation en environnement corrosif (petrolier).

Le facteur utilise pour la correction entre le tensile et le cisaillement est de .567, toujours en utilisant ces unites imperiales qui ne me plaisent guere.

Voila, tout est donc resolu et je tiens a tous vous remercier pour votre aide qui a vraiment reussi a desembrumer ces souvenirs confus d'etudes des materiaux.

Cordialement,

Kravein.

[Jaunin]

Bonjour, Kravein,
Et bonne année 2009 aussi, en espérant que vous allez nous trouver encore quelque goutte de pétrole.
Merci de nous avoir tenu informé de vos résultats.
Effectivement les unités impériales ne nous parle guère, je crois que la Canada utilise aussi ce type d'unité.
Si jamais vous vous lancez dans un nouveau trépan et qu'une question resurgit, revenez sur le forum.
Cordialement.
Jaunin__