Brevet FR2090248A1 — publié le 19720114

La présente invention à pour objet un réservoir sous pression pour le. compensation du volume d'huile fluide et spécial em ont approprié pour etre monté seul ou en parallèle r.voc d'autres réservoirs sous pression du môme type, sur des 5 câbles de transport d'énergie soumis à des pressions très élevées. Les réservoirs sous pression de compensation des variations de volume d'huile, variations qui sont dues aux variations de température de l'huile fluide dans les cibles 10 de transport d'énergie, étaient jusqu'à présent composés de groupes de cellules élastiques lenticulaires disposées en parallèle communiquant e~tro elles, remplies d'un gaz à la pression atmosphérique ou à une pression de précontrainte, immergées dans un récipient rempli de l'huile du câble et 15 par conséquent sensibles aux variations de la pression exercée par l'huile sur leur surface. Dans d'autre cas, les cellules sont remplies d'huile et immergées dans un gas ou dans une- huile sur laquelle s'exerce une pression appropriée. 20 Ces cellules qui exercent la double fonction de séparateurs élastiques entre des fLuides de nature différente, et d'éléments de transmission de la pression exercée par le fluide contenant ou par le fluide contenu, trouvent une limite à leur application en ce sens qu'elles ne donnent de bons ré-25 sultats que tant que la pression ne devient pas supérieure à 4 atm. Avec le perfectionnoment des techniques et des méthodes de production des câbles, on tend maintenant à réaliser des câbles qui, à égalité de caractéristiques électriques et, par conséquent, de dimensions transversales 30 de chacun de leurs éléments, sont de plus en plus longs, surtout pour les câbles sous-marins ; il en résulte que, pour assurer la présence d'huile isolante en chaque point du câble, on doit recourir à des pressions de plus en plus élevées qui, parfois,- atteignent ou dépassent 16 atm. 35 Dans ces conditions, l'utilisation de réservoirs sous pression à collulos lenticulaires devient vraiment critique parce que, au-delà d'uno certaine limite de pression, on observe sur les parois des cellules qui sont sollicitées à la fatigue des déformations localisées qui dépassent la 40 limite d'élasticité de la matière dont ces parois sont bad original ' •2 71 18690 2090248 formées et au niveau desquelles il se produit des plissements rs.dic.ux qui risquent d'entraîner la rupture. Et, il est bien connu que la rupture d'une cellule ne net pas seulonent en danger l'intégrité du réservoir sous pression 5 lui-même nais entraîne, dans la majeure partie des cas, la contamination de l'huile isolante du câble, ce qui entraîne un grave préjudice pour ses caractéristiques diélectriques» 3n outre, la courbe caractéristique qui indique, sur un système d'axes cartésiens, la variation du volume de 10 1e. cellule (abscisses) en fonction de la variation de la pression appliquée à cette cellule (ordonnées) est relativement inclinée par rapport à l'horizontale et la pente croît avec la pression. Ceci signifie que, aux variations veulues de volume correspondent de notables excursions de 15 pression ot que par conséquent, étant donné le comportement des cellules aux hautes prissions, il va de soi que l'utilisation ce ces cellules est limitée à de faibles excursions du volume. Le. présente invention vise à éliminer les inconvénients 20 mentionnés ci-dessus en réalisant un réservoir sous pression particulièrement bien adapté aux hautes pressions et qui présente une courbe caractéristique pression-volume suffisamment plate pour produire, avec de faibles variations de pression, de notables variations de volume. 25 L'invention possède également l'avantage de réaliser un réservoir sous pression qui, tout en présentant le notable avantage de répondre aux exigences des hautes pressions, peut être réalisé sans aucune modification de ses caractéristiques, pour des pressions de n'importe quelle 30 valeur, et ceci en faisant jouer au séparateur élastique sa seule fonction de séparation sans l'assujettir à des différences de pression entre les deux faces, intérieure et extérieure, sans faire intervenir sa résistance mécanique, pour prolonger au maximum sa résistance à la fatigue. 35 L'invention a plus précisément pour objet un réser voir sous pression de compensation pour câbles de transport d'énergie à huile fluide, dans lequel un récirient unique comprend au moins une première chambre et une deuxième chambre, la première chambre élastique étant remplie de l'huile 40 dégazée du c£ble, cor.nunicuant avec ce cdble, et étant in— BAD ORIGINAL 1 71 18690 2090248 mergé dans la deuxième c'ir.'tbre et isolés à joint 6tranche do cotte dernière, cotte deuxième chambre étant remplie d'un liquide, de préféré"ce d'huile, et coacuniqucnt• avec une troisième chambre qui constitua une chcn'ore d'expansion, 5 ce réservoir sous pression étroit caractérisé en ce que la première chambre élastique comporta une plaque de base, fixe et rigide, une surface périphérique élastique en soufflet et une plaque mobile de fermeture rigide, la communication entre cette première chambre et le câble étant réalisée 10 au moyen d'au noins une soupape d'arrêt prévue sur la plaque de base, alignée coaxia1enent à une deuxième soupape d'arrêt prévue sur la plaque supérieure de la deuxième chambre, la deuxième soupape étant identique à. la première nais opposée à celle-ci on miroir, les première et deuxième "•5 soupapes d'arrêt étant situées, à l'état de repos, à un certain écarteront de la plaque mobile, dans une position telle qu'elles constituent, pour cette dernière des organes hydrauliques do fin de course et qu'elles soient manoeuvrées alternativement par cette plaque au cours des phases de con-20 pression et de dilatation respectivement de la chambre élastique. Les figures du dessin annexe illustrent à titre d' exemple non limitatif deux formes préférées de réalisation de 1'inventi on. 25 La figure 1 est une coupe médiane du réservoir sous pression de compensation suivant l'invention, équipé d'une chambre d'expansion d'une seule pièce avec ledit réservoir. La figure 2 est une coupe médiane du réservoir sous pression de compensation suivant l'invention, équipé d'une 30 chambre d'expansion placée à distance. Le réservoir sous pression de compensation de la figure 1 comprend un récipient 1 qui renferme un volume subdivisé en une première chambre élastique A, une deuxième chambre 3 et une troisième chanbi'e C qui constitue la cham-35 bre de compensation. La première chambre élastique A -st immergée dans la deuxième chambre B et elle comprend : une plaque de base 6, fixe et rigide, qui coïncide avec la base du récipient 1, une surface périphérique ou membrane élastique 2 en soufflet, BAD ORIGINAL f 71 18690 2090248 en acier inoxydable, soudée à une bride h, cette dernière étant munie de garnitures d'étanchéité et serrée à joint parfaitement étanche entre la paroi cylindrique 5 du récipient 1 et la plaque fixe 6 ; et une plaque mobile de fer-5 meture rigide 3, de préférence en acier inoxydable, fixée au bord supérieur ce la membrane 2. La première chambre élastique L est isolée à joint et an cîie de la deuxième chambre B qui .contient de l'huile isolante fluide dégagée, et elle communique avec le câble 10 (non représenté) à travers une soupape d'arrêt 7 montée au centre de la plaque fixe 6. La soupape 7 comprend un corps cylindrique creux 8, subdivisé en une première cavité 10 et une deuxième cavité 11, La première cavité 10 présente une lumière d'extré-15 mité 9 pour la communication avec le câble et elle reçoit un premier ressort hélicoïda.! 12, coaxial avec cette cavité, qui s'appuie sur la surface qui entoure la lumière 9 et attaque par son extrémité opposée le prunier obturateur 13, celui-ci étant muni d'une garniture annulaire 23 qui constitue un 20 moyen d'étanchéité lorsqu'il est en contact avec le siège 14 destiné à recevoir ce premier obturateur 13» Cet obturateur se déplace axialement dans la deuxième cavité 11, laquelle renferme un deuxième ressort hélicoïdal 15, plus raide que le premier et qui s'appuie par une pre-25 mière extrémité sur l'obturateur 13 tandis que, par son extrémité opposée, ou extrémité libre, il attaque un piston rendu solidaire, par une tige, d'un deuxième obturateur 17, placé à l'extérieur do la soupape et qui présente, sur sa surface interiïure tin moyen d'étanchéité ou une garniture 30 annulaire 12. L'obturateur 17 est destiné à s'appuyer sur un siège correspondant 20 constitué par le bord libre 19 de la soupape. La deuxième chambre B est remplie d'un liquide, de préférence d'huile, et est délimitée par rapport à la chambre 35 d'expansion C par sa propre plaque supérieure 22. Une deuxième soupape d'arrôt 71 montée au centre de la plaque 22 net la deuxième chambre 3 en communication avec la chambre d'expansion C. La soupape d'arrêt 7', dont les éléments sont désignés BAD ORIGINAL 71 18690 2090248 par les mêmes numéros de référence, nais suivis du signe primo (1) que les parties correspondantes de la première soupape 7» est identique à celle-ci, alignée, coaxialement et disposée dans le sens opposé. Sa position de r^pos, les 5 soupapes 7 et 7' sont placées à un certain écarterjent de la plaque mobile 3 et dans une position telle qu'elles constituent pour cette dernière des organes hydrauliques de fin de course et qu'elles soient alternativement manoeuvrées par cette plaque dans les phases de compression ou de di-10 latation de la chambre élastique. La chambre d'expansion C est partiellement remplie d'huile, et elle présente un volume supérieur à celui de l'huile qui peut y affluer sous l'effet de la migration maximale d'huile du câble à la chambre élastique A ; l'espace restant est occupé par un gaz 15 sous pression tel que l'air, l'azote, etc. L'huile contenue dans la chambre.C représente un volume tel que cette chambre C. contienne toujours de l'huile quel que soit le déplaceront d'huile de la chambre A au câble. Dans la forme préférée de réalisation, qui est repré-20 sentoe sur la figure 2, la chambre d'expansion C constitue un récipient séparé do celui qui comprend les deux autres chambres A et B, et elle communique avec la chambre B par l'intermédiaire d'un conduit approprié 27 qui est relié à la deuxième soupape d'arrêt 7*• 25 Le récipient qui renferme la chambre G peut donc être disposé à distance quelconque de celui qui renferme les chambres A et 3. Le gaz sous pression est fourni par un réservoir approprié D ( visible uniquement sur la figure 1) séparé du réci— 30 pientl, bien que cette disposition n'exclue pas la possibilité do le juxtaposer ou de le superposer à la chambre d' expansion C ou de le faire coïncider avoc la cl.-.ar.:bre d'.expansion C corme sur la figure 2. Le réservoir D do la figure 1 ou C de la figure 2, 33 oui pourrait en outre être unique pour plusieurs réservoirs sous pression disposés en parallèle, est également muni d'un pressostat d'alarme h, destiné à signaler une insuffisance de pression, d'une soupape de sûreté 25 et d'un robinet de remplissage 26. Le réservoir D possède des dimensions pro-ko portionnées de façon à maintenir les excursions de pression BAD ORIGINAL 1 j 6 71 18690 2090248 du gaz d:ns les limites assignées à la pression de l'huile et il est préchargé lorsqu'on veut que la pression de l'huile soit toujours supérieure à une certaine valeur. L'huile qui, pendant le fonctionnement du câble, 5 refluo de ce câble dans la chambre A ou, inversement, s* écoule de la chambre A vers le câble, provoque 1'allongement ou dans l'autre cas, le raccourcissement de la menbra-nc- élastique en soufflet 2 et déplace le même volume d'huile de la chambre B à la chambre C ou inversement. La course de 10 la. membrane élastique à soufflet 2, c'est-à-dire ses mouvements d'allongement ou de raccourcissement, sont limités hydrauliquement par les soupapes 7 et 7', Qui sont commandées alternativement.par la plaque mobile 3, et qui évitent que les parais en soufflet de la membrane 2 ne soient sou-15 mises à de notr.bles différences de pression entre l'intérieur et l'extérieur, de façon que la membrane élastique 2 joue exclusivement le rôle de séparateur entre les deux volume® d'huile respectivement contenus dans la chambre A (l'huile isolante dégazéo) et B (huile on contact avec le gaz de la 20 chambre C). Si, par exemple, sous l'effet d'un refroidissement du câble, l'huile dégazée s'écoule de la chambre A vers le câble, la membrane élastique à soufflet 2 se contracte jusqu'à se que sa plaque mobile 3 vienne toucher l'obtu— 25 rateur 17 de la soupape 7» dont le piston 16 coulisse de haut en bas et que par l'intermédiaire du ressort 15, plus raide que le ressort 12, la plaque 3 pousse à son tour 1*obturateur 13, pour appuyer sa garniture annulaire 23 sur le siège correspondant î h-, en provoquant ainsi la fermeture 30 de la soupape 7» Co.-xie on peut le voir, le ressort 15 permet de fermer l'obturateur 13 avec une force préétablie et non pas avec toute la. force que la plaque 3 est en mesure d'exercer sous l'effet de différences de pression, môme extrê-moment faibles, A partir de cet instant, il ne peut plus 35 sortir d'huile de la chai:bre A et, dans les chambres A et 3, les liquides se trouvent à la même pression, si l'on fait abstraction dans cetto considération des pressions hydrostatiques négligeables et de la légère différence de pression, ég-alement négligeable, qui s'exerce entre la chambre élas-40 tique-A et la deuxième chanbre 3 et qui est engendrée par la ÛAO ORIGINAL 71 18690 2090248 faible réaction de la surface périphérique en soufflet 2 lorsque cette dernière est écartée de sa position de repos. Si la garniture 23 ne garantit pas la parfaite étanchéité, il subsiste une fuite d'huile en direction du cdble, 5 co cui provoque un nouvel abaisseraient de la plaque mobile 3 par contraction du ressort 15 jusqu'à ce que l'obturateur 17 applique sa propre garniture 10 sur le siège correspondant 20. Cette deuxième fermeture constitue une sécurité de protection contre l'éventuel défaut de fonctionnement de l'ob-1 0 turateur 13. Sif au contraire, il se produit un échauffenent à l'intérieur du câble et que, de ce fait, l'huile augmente de volume et tende à migrer du c£ble à la chambre A, la plaque 3 se soulève, pour déplacer de l'huile de la deuxième chambre 15 B à la chambre d'expansion C, en agissant en antagonisme par rapport à la pression du gaz qui surmonte l'huile, à travers la soupape d'arrêt 7'» jusqu'à ce que, en entrant en contact avec l'obturateur 17' de la soupape d'arrêt 7'» il provoque la farmeturc de cette dernière. Le fonctionne-20 ment de la soupape d'arrêt 7' correspond à celui qui a été décrit pour la soupape d'arrêt 7» Sous l'effet de la poussée de la plaque 3 sur l'obturateur 17', le piston 16' repousse vers le haut le ressort 15' qui, étant plus raide que le ressort 12», contraint ce 25 dernier à se contracter, en appliquant la garniture 23' de l'obturateur 13' sur le siège 14' et en réalisant do cotte façon une première fermeture de la soupape d'arrêt 7'• Si» toutefois, du fait d'un défaut â'étanchéité de la garniture 23', l'huile continue à s'écouler vers la chambre d'expan-30 sion C, un nouveau léger déplacement de la plaque mobile 3 applique la garniture 10' de l'obturateur 17' sur le siège constitué par le bord 19' • !-3n raison de leur fonction d1 organes hydrauliques de fin de course qui arrêtent la plaque mobile 3, les soupapes 35 d'arrêt 7 et 7' évitent que la surface périphérique élastique en soufflet 2 ne soit sov.mise à des différences de pression entre leurs faces extérieure et intérieure respectivement, ce qui prolonge ainsi au maximum la résistance de cette surface périphérique à la fatigue. BAD ORIGINAL^ 71 18690 2090248 Il va de soi que des nodifications peuvent être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit, no tannant par substitution de noyons techniques équivalents sans sortir pour cela du cadre do la présente invention. Par exemple, les soupapes qui établissent la comr.unication avec les câbles et avec la chambre d'expansion C respectivement, peuvent naturellement être en noabre supérieur à un et, pa.r ailleurs, chaque soupape d'arrêt peut également comprendre ■plus de deux cavités en série entre elles. BAD ORIGINAL 71 18690 2090248 aSYSIIDJCATIOHS 1- P-ésorvoir soie pression de- compensation pour câbles de transport d'énergie à îiuile fluide, dans lequel un ré- 5 cipient unique comprend au moins une première chambre et une deuxième chambre, la première char.ibre élastique étant remplie de l'huile dégazée du câble, communiquant avec ce câble, et étant immergée dans la deuxième chambre et isolée à joint étanche do cette dernière, cetto deuxième chambre 10 étant remplie d'un liquide, de préférence d'huile, et communiquant avec une troisième chambre qui constitue une chambre d'expansion, ce réservoir sous pression étant caractérisé en ce que la première chambre élastique comporte une plaque de base, fixe et rigide, une surface périphérique élastique 15 on soufflet et une plaque mobile de fermeture rigide, la communication entre cette pr-nière chambre et le câble étant réalisée en moyen d'au moins une soupape d'arrêt prévue sur la plaque de base, alignée coaxialement à une deuxième soupape d'arrêt prévue sur la plaque supérieure de la. deuxième 20 chambre, la deuxième soupape étant ido.rticue à la première mais opposée à celle—ci en miroir, les première et deuxième soupapes d'arrêt étant situées, à l'état de repos, à un certain écarte;.ont de la plaque mobile, dans une position telle qu'elles constituent, pour cetto dernière des organes hydrau-25 liques de fin de course et qu'elles soient nanocuvrées alternativement par cette plaque au cours des phases de compression et de dilatation respectivement de la chambre élastique. 2- Réservoir scus pression selon la revendication 1, caractérisé en ce quo chacune dosdites soupapes est compo— 30 sée d'un corps cylindrique creux percé d'une lumière d'extrémité et comprenant une première cavité qui reçoit coaxialement un premier ressort hélicoïdal prenant appui sur la surface qui entoure ladite lumière, tandis que la deuxième extrémité de ce ressort attaque un premier obturateur, muni 33 de moyens d'étanchéité, qui se déplace axialement dans une deuxième cavité de la soupape, laquelle est en série avec la première cavité et en est séparée par un siège sur lequel le premier obturateur est destiné à s'appuyer ; un deuxième ressort hélicoïdal, plus raid© que le premier, logé dans la deu-^0 xième cavité de la souoaTDo et cui s ' a::puie par une extrémité BAD ORIGINAL 10 71 18690 2090248 sur ledit obturateur, en attaquant par soft. extrémité libre un piston cui est lui-mène solidaire par une- tige d1 un deuxième obturateur placé à l'extérieur de la soupape, dont la face intérieure porto vin moyen d'étanchéité, et qui est 5 destiné à s'appliquer sur un siège correspondant constitué par le bord libre de la soupape. 3- Réservoir sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cbsxibre d'expansion partiellement remplie du.même liquide que la deuxième chambre, qui 10 est soumise à l'action d'un gas sous pression, ccntient un volume de liquide supérieur au volume qu'elle peut contenir dans dès conditions de migration maximale de l'huile du câble vers la ch.am.bre élastique. 4- Réservoir sous pression selon l'une dos revondica-"î 5 tions 1 à 3, caractérisé en ce que ladite chambre d'expansion est placée à distance du récipient qui contient la première chambre et la deuxième chambre, et en ce qu'elle est reliée à cette deuxième chambre par un conduit relié à la deuxième soupape d'arrêt. 20 5- Réservoir sous pression solon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface périphérique élastique en soufflet est en acier inoxydable. 6- Tiéservoiï' sous pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plaque mo-25 bile de fermeture do la chambre élastique est en acier inoxydable. BAD ORIGINAL '