Brevet FR2023392A1 — publié le 19700821

La présente invention concerne une articulation pivotante universelle disposée entre un élément de raccordement et un tuyau à fluide. L'invention vise plus précisément, mais non exlu- sivement les articulations utilisées avec les mâts de charge pour le chargement ou le déchargement des pétroliers. Les articulations pivotantes universelles auxquelles se rapporte la présente invention comprennent : un premier tronçon de tuyau coaxial à un élément de raccordement ; une première articulation pivotante étanche aux fluides, disposée entre le premier tronçon de tuyau et un deuxième tronçon de tuyau, et pouvant pivoter autour de l'axe du premier tronçon de tuyau et de l'élément de raccordement ; une deuxième articulation pivotante disposée entre le deuxième tronçon de tuyau et un troisième tronçon de tuyau, et pouvant pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la première articulation ; et une troisième articulation pivotante disposée entre le troisième tronçon de tuyau et un tuyau principal et pouvant pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la deuxième articulation pivotante. Dans les articulations classiques de ce type, les tronçons de tuyau et les articulations pivotantes reliant la troisième articulation à l'élément de raccordement sont directement interposés entre ces deux pièces, de sorte que l'élément de raccordement se trouve assez éloigné de la troisième articulation aussi bien verticalement qu'horizontalement. Il en résulte que les charges exercées sur le tuyau principal sont transmises à l'élément de raccordment par l'intermédiaire des tronçons de tuyau qvec un moment de flexion important qui provoque dans le raccord des efforts de flexion considérables. L'articulation pivotante universelle de l'ivention est caractdrisée en ce que l'axe du troisième tronçon de tuyau s'écarte de l'élément de raccordement de la troisième articulation pivotante vers la deuxième articulation pivotante, de sorte que les portions de tuyau et les articulations oui relient la troisième artidlabion à l'élément de raccoriment ne sont pas directement interposées entre ces pièces, et que l'élément de raccordement trouve placé tout près de la troisième artiu- lation pivotante. t'axe du troisième tronçon de tuyau forme avantageusement un coude de 900 en s'écartant de l'élément de raccordement, de la troisième articulation vers la deuxième articulation0 Bans ce cas, l'axe du deuxième tronçon de tuyau peut former un coude de 2700 dans un même plan de la deuxième articulation pivotante vers la première articulation pivotante.Par exemple l'axe du deuxième tronçon r:e tuyau peut former un coude de 1800 dans un même plan à partir de la deuxième articulation et il peut longer latéralement la troisième articulation en s'éloignant de la deuxième articulation avant de former un nouveau coude de 900 dans le même plan que précédemment, en direction de la première articulation0 En variante, l'axe du deuxième tronçon de tuyau peut former un coude compris entre 1900 et 1950 (et plus avantageusement de 193 ) dans un même plan, à partir de la deuxième articulation pivotante et il peut loger latéralement la troisième articulation en s'écartant de la deuxième articulation avant de tourner d'un nouvel angle compris entre 80 et 750 (et plus avantageusement de 770) dans le meme plan que précédemment en direction de la première articulation. Dans les modes de réalisation où le deuxième tronçon de tuyau tourne d'un angle total de 2709 dans le plan précité, il peut également tourner d'un angle de 900 dans un plan perpen diculaire.Ru précédent de la deuxième à la première articulation. Dans ces divers mode de réalisation, les premier, deuxième et troisième tronçons de tuyau présentent aventageusement une courbure douce, En outre, le centre de gravité de la partie de l'articulation qui comprend l'élément de raccordement, les premier, deuxième et troisième tronçons de tuyau et les première et deuxième articulationd pivotantes, est avantageusement situé au-dessous de l'axe de la troisième articulation pivotante lorsque l'axe de l'élément de raccordement est horizontal. L'invention sere mieux comprise à la lecture de la des cription détaillée qui suit et à l'étude des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple, plusieurs modes de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue schématique en élévation latérale d'un mât de charge servant à charger ou à décharger des pétroliers. La figure 2 est une vue en élévation d'une forme connue d'articulation pivotante universelle utilisée avec un mSt de charge du type représenté sur la fig.1. La figure 3 représente l'articulation ae la fig.2, vue ae la droite. La figure 4 est une vue en élévation de côté d'une autre forme comme d'articulation pivotante universelle. La figure 5 représente l'articulation de la fig.4 vue de la droite La figure 6 est une vue en élévation de cbté d'une articulation pivotante universelle suivant l'invention. La figure 7 représentel'articulation ae la fig.6, vue de la droite. La figure 8 est une vue en élévation de côté d'un autre mode de réalisation de l'articulation pivotante universelle suivant l'invention. La figure 9 représente l'articulation de la fig.8, vue de la droite. La figure 10 est une vue en élévation de côté d'encore un autre mode de réalisation de l'articulation de l'invention. ta figure 11 représente l'articulation de la fig.10, vue de ia droite. Sur la fig. on a représenté un mât de charge 10 qui comprend une flêche principale 11, montée pivotante sur un pilier support 12 qui peut pivoter autour d'un axe vertical sur un quai 13. Sur l'une des extrémités de la flèche principale Il une deuxième flèche 14 pivote par l'intermédiaire d'une tringlerie à contre-poids 15. Les flèches 11 et 14 pivotent sous l'action de vérins hydrauliques non représentés. Un tuyau principal 16 est disposé le long des flèches 11 et 14. A l'une de ses extrémités, le tuyau 16 est relié ; un élément re raccordement 17 p?r une articulation universelle 18 1 type representé sur les figs. d et 5. 'élément de zac- cordement 7 s'adapte sur un élément de racoordement correspondant 19 qui est monté sur le pont d'un pétrolier. Comme le pétrolier se deplace par rap-ort au quai lorsque le raccordement est établi, les flèches 11 et 14 du mât de charge 1 oscillent verticalement et latéralement et le rOle de l'articulation pivotante universelle 18 est de permettre le déplacement de la flèche 14 par rapport à l'élément de raccordement GU pétrolier. Dans une forme connue d'articulation pivotante universelle, telle que représentée sur la fig.2, l'élément de raccordement 17 est monté sur une extrémité d'un court tronçon de tuyau 20 qui est horizontal lorsque l'élément de raccordement 17 est relié à l'élément de raccordement 19 du pétrolier. Le tronçon de tuyau 20 constitue le premier tronçon précité. Le tronçon 20 est relié à un deuxième tronçon de tuyau 21 par une première articulation pivotante 22 qui est agencée de manière à pivoter autour d'un axe horizontal. Le tronçon 21 forme un coude de 900 vers le haut et il est relié à un troisième tronçon de tuyau 23 par une deuxième articulation pivotante 24 qui peut pivoter autour d'un axe vertical. Comme représenté plus clairement sur la fig.3, le tronçon de tuyau 23 est coudé de 900 et il est relié à l'extrémité coudée 16a du tuyau principal 16 par une troisième articulation pivotante 25, agencée de manière à pivoter autour d'un axe horizontal qui est perpendiculaire à l'axe de pivotement des deux articulations 2t et 220 On établit ainsi un mouvement de pivotement universel entre le tuyau 16 et l'élément de raccordement 19. t'articulation des figures 2 et 3 présente deux inconvé- nient. D'abord le centre de gravité de l'articulation est disposé sur la droite de l'articulation pivotante 25 (Fig.2) lorsque l'élémen e raccordement 17 est en position d'être raccordé sur l'é ément 19 du pétrolier. Il en résulte un moment de torsion vers le bas, qui est dd au Fids de l'articulation et tend à faire pivoter l'élément de raccordcment 17 vers le bas de sorte q'it n'est plus aligné cDrrectement avec l'élément de raccordement 19 du pétrolier.Pour soulever l'élément de raccordement et l'grener à l'alignement voulu, il faut exercer une force considérable, qui peut être de l'ordre d'une demitonne. D'autre part, bien que le mat de charge soit muni d'un contrepoids comme indiqué précédemment, ce contrepoids n'agit que lorsque du pétrole ne s'écoule pas dans le tuyau 16. Lorsque le pétrole s'ecoule,son poids à l'intérieur du tuyau 16, qui peut aller jusqu'à trois tonnes, agit sur l'articulation pivotante 25 et est transmis à l'élément de raccordement 17 par l'articulation pivotante universelle. Lorsque le tuyau 16 occupe l'une de ses positions extrêmes, représentées par exemple en A et D sur la fig.2, la charge exercée sur l'articulation pivotante 25 agit le long d'une ligne qui est distante de la face de raccordement de l'élément 17 (ces distances étant indiquées par B et E sur la fig.2), de sorte qu'un moment de flexion important s'excerce sur la face de l'élément de raccordement 17. De la même façon, comme indiqué en F sur la fig.3, la ligne d'faction de la charge appliquée au tuyau 16 est espacée d'une distance G de l'axe de l'articulation, ce qui imprime à la face de l'élément de raccordement un moment de flexion supplémentai- re. es moments de flexion exercent une forte contrainte sur l'élément de raccordement monté sur le pétrolier, et risquent de l'endommager, notamment lorsqutil s'agit de petite pftroliers équipés d'installations relativement lé ères par rapport à celles des mâts de charge destinés aux gros pétroliers. L'articulation pivotante universelle représentée sur les figs. 4 et 5, évite le premier-de ces inconvénients, mais non le deuxième. Dans cet agencel7ent, le deuxième tronçon de tuyau 21a présente un double coude, de sorte que le centre de gravité de l'articulation se trouve situé au-dessous de l'articu- lation pivotante 25 lorsque l'axe de l'élément de raccordement 17 est horizontal. De cette façon, le poids de l'articulation maintientl'élément 17 correctement aligné avec ltélxment de raccordement 19 du pétrolier. Toutefois, comme représenté sur la figo4 les moments de flexion dus aux cierges exercées sur le tuyau 16 sont encore importants et la dis-tance B notamment s1 est accrue avec l'augmentation correspondante du moment de flexion. Les figs.6 et 7 représentent une articulation pivotante universelle dont le centre de gravité se trouve sensiblement situé au-dessous de l'artLculation'25 et dans laquelle les mements de flexion dus aux charges exercees sur le tuyau 16 sont considérablement réduits Comme représenté plus clairement sur la fig.7, le troisième tronçon 23 est coudé de 90 vers le haut au lieu de l'être vers le bas, de la troisième articulation 25 vers la deuxième articulation 24, c'est à dire que son axe s'éloigne de l'élément de raccordement 17.Le deuxième tronçon de tuyau 21b est d'abord orienté vers le haut à partir de l'articulation 24 puis il forme un coude de 1800 dans un plan vertical pour descendre au-dessous de l'articulation 25, et est de nouveau coudé de 900 dans un plan vertical pour rejoindre la première articulation 22. Comme représenté plus clairement sur la fig.7, la branche descendante du tronçon 21b qui rejoint l'articulation 22 forme également un coude de 900 dans un plan horizontal. tes tronçons de tuyau 21b et 23 et l'articulation pivotante 24 ne sont pas interposés directement entre l'élément de raccordement 17 et l'articulation pivotante 25 de sorte que ces deux pièces peuvent être placées très près l'une de l'autre, ce qui raccourcit considérablement les distances B et E et par suite diminue le moment de flexion exercé sur l'élément de raccordement 19 du pétrolier.Comme représenté sur la fig.7, l'élément de raccordement 17 est situé dans le plan vertical du tuyau 16 de sorte que la distance G est nulle@et que tout moment de flexion dans ce sens est éliminé, En outre, grtce à l'agencement des figs. r et 7, le centre de gravité de l'articulation est situé au-dessous de l'articulation pivotante 25 de sorte que la pesanteur maintient l'élément de raccordement 17 à l'alignement voulu au moment de son adaptation sur l'élément 19 du pétrolier. Ce dernier point est particulièrement important lorsque l'élé- ment de raccordement 17 est du tvpe à accouplement automatique, tel que représenté, dont l'efficacité dépend de la précision de son alignement. On peut apporter diverses modifications à l'articulation décrite sans sortir pour autant du cadre de ltinvention. C'est ainsi que le tronçon de tuyau 21b n'est pas nécessairement aussi coudé que représenté, au moint d'amener l'élément de rac corriement 17 en alignement avec le tuyau 16 (fig.7),mais il peut être coudé suffisewment pour amener l'élément de raccor dement 17 juste au-dessous de 1 l'articulation pivotante 25. Dans ce cas, on peut couder le tuyau 16 pour supprimer la distance G (fig.7). éme sans cela, cette disposition est avantageuse puisque la distance G est de toutes façons réduite. La variante de l'ayticulation suivant l'invention représentée sur les figs. 8 et 9 fonctionne de la même façon que l'ar- ticulation des figs. 6 et 7, et les éléments similaires des deux articulations portent les mêmes références numériques que sur les figs. 6 et 7. Comme représenté plus clairement sur la fig.9, le troisième tronçon 23 est coudé de 900 vers le haut à partir de la troisième articulation 25 vers la deuxième articulation 24. Le deuxième tronçon de tuyau 21c est d'abord orienté vers le haut à partir de l'articulation 24, puis il forme un coude de 1800 dans un plan vertical, puis descend verticalement jusqu'au dessous de l'articulation 25. Il forme ensuite un autre coude de 900 dans le même plan vertical pour rejoindre la première articulation 22. A ce point de vue, ltagencement des figs. 8 et 9 diffère-de celui des fige. 6 et 7 dans lequel la partie inférieure du deuxième tronçon de tuyau 21b est également coudée de 900 dans un plan horizontal pour que l'articulation 22 se trouve au-dessous de l'axe central du tuyau principal 16. Dans le mode de réalisation des figs. 8 et 9, comme dans celui des fige. 6 et 7, les tronçons de tuyau 21c et 23, et l'articulation 24 ne sont pas interposés entre l'élément de raccordement 17 et l'articulation 25 de sorte que ces deux pièces peuvent étre placées très près l'une de l'autre, ce qui raccourcit considérablement les distances B et E, et par suite diminue le moment de flexion exercé sur les éléments- de raccordement sur le pétrolier. Dans le mode de réalisation des figs. 8 et 9, le centre de gravité de l'articulation est situé au-dessous de l'articulation 25 (vue en élévation latérale) de sorte que la pesanteur maintient l'élément de raccordement 17 à l'alignement voulu au moment de son adactation sur l'élément de raccordement du pétrolier. te mode de réalisation des figs.10 et Il est analogue à celui des fige. 8 et 90 Il en diffère en ce que la partie du deuxième tronçon de tuyau 21d située en-dessous de l'articu- lation 25 est coudée d'un angle &alpha; , supérieur à 180 , dans un plan vertical Le tronçon 21d est ensuite coudé d'un autre angle ss infrieur à 900 pour rejoindre l'articulation 22. L'angle Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés. Elle susceptible de nombbeu- ses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. BEVENDICATIONS 1.- Articulation pivotante universelle oui comprend : un premier tronçon de tuyau coaxial à un élément de raccordement une première articulation pivotante étanche aux fluides, disposée entre le premier tronçon de tuyau et un deuxième tronçon de tuyau, et pouvant pivoter autour de l'axe du premier tronçon de tuyau et de l'élément de raccorderent ; une deuxième articulation pivotante disposée entre le deuxième tronçon de tuyau et un troisième tronçon de tuyau, et pouvant pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la première articulation ; et une troisième articulation pivotante disposée entre le troisième tronçon de tuyau et un tuyau principal et pouvant pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la deuxième articulation pivotante, ladite articulation étant caractérisée en ce que l'axe du troisième tronçon de tuyau s'écarte de l'élément de raccordement de la troisième articulation pivotante vers la deuxième articulation pivotante, de sorte que les portions de tuyau et les articulations qui relient la troisième articulation à l'élément de raccordement ne sont pas-directement interpcsées entre ces pièces, et que l'élément de raccordement se trouve placé tout près de la troisième articulation pivotante. 2.- Articulation suivant la. revendication 1, caractérisée en ce que l'axe du troisième tronçon de tuyau forme un coude de 900 en s'écartant de l'élément de raccordeent, de la troisième articulation pivotante vers la deuxième articulation pivotante. 3.- Articulation suivant la revendication 2 caractérisée en ce que l'axe du deuxième tronçon de tuyau forme un coude de 2700 dans un même plan, de la deuxième articulation pivotante vers la première articulation pivotante. 4.- Articulation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'axe du deuxième tronçon de tuyau forme un ccvde oe 1800 dans un même plan à partir de la deuxième articulation pi- votante et il peut longer Iate,ral.ment la troisième articulation en s'éloignant de la deuxième articulation avant de former un nouveau coude de 90 dans le même plan que précédemment en direction de la première articulation. 5.- Articulation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'axe du deuxième tronçon de tuyau forme un coude compris entre 1900 et 1950 dans uh même plan, à partir de la deuxième articulation pivotante, et longe latéralement la troisième articulation en s'éloignant de la deuxième articulation avant de former un nouveau coude compris entre 800 et 750 dans le même plan que précédemment en direction de la première articulation (fig.10). 6.- Articulation suivant la revenaication 5, caractérisée en ce que l'axe du deuxième tronçon de tuyau forme un coude de 1930 dans un même plan à partir de la deuxième articulation pivotante, et longe latéralement la troisième articulation pivotante en s'éloignant de la deuxième qrticulation, avant de former un nouveau coude de 770, dans le même plan que précédemment en direction de la première articulation. 7.- Articulation salivant l'une quelconque des revendica tions 3 à 6, caractérisée en ce que le deuxième tronçon de tuyau forme également un coude de 900 dans un plan nerpendiculaire au plan précité de la deuxième articulation pivotante vers la pre mière articulation pivotante. 80- Articulation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le premier, le deuxième et le troisième tronçons de tuyau présentent une courbure douce. 90- Articulation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le centre de gravité de la partie de l'articulation qui comprend l'élégirent de raccordement, le premier, le deuxième et le troisième tronçons de tuyau, et la première et la deuxième articulations pivotantes, se trouve situé au-dessous de l'axe de la troisième articulation pivotante lorsque l'axe de l'élément de raccordement est horizontal