Brevet FR2108789A1 — publié le 19720526

La présente invention concerne des perfectionnements aux treuils uti-.lisés pour l'enroulement et le déroulement de cables et chaînes sous tension constante. Des treuils de ce type sont d'emploi courant, en particulier dans les 5 opérations de forage en mer et lorsqu'on désire effectuer, depuis une installation flottante, la manutention de charges ou appareils devant être déposés sur le fond de l'eau, ou sur une installation fixe reposant sur ce fond, ces treuils permettant de compenser les mouvements de l'installation flottante, en particulier les effets du pilonnement, c'est à dire lés mouvements verticaux de l'ins-10 tallation, se produisant notamment sous l'effet de la houle. Un inconvénient de ce type de treuil est cependant que la tension exercée par le treuil à l'enroulement est différente de la tension exercée par le treuil au déroulement par suite d'une part de la conception même du circuir hydraulique du treuil et d'autre part de l'influence des rendements du treuil 15 et des organes associés, tels que les poulies, cette influence pouvant être différente à l'enroulement et au déroulement. Cette différence de tension peut être très gênante dans un certain nombre d'utilisations. Par exemple dans le cas où un tel treuil est utilisé pour maintenii" sous tension entre le fond de l'eau et un navire à l'ancre, le câble 20 d'un inclinomètre (dispositif de mesure déterminant les écarts de position du navire à partir des projections sur deux plans rectangulaires de l'angle que fait ce câble avec la verticale) comme les mouvements de pilonnement du navire se traduisent par des alternances d'enroulement et de déroulement du câble, il en résulte des variations de tension dans ce dernier pouvant conduire à des erreurs 25 de mesures, le profil 1 équilibre du câble de l'inclinomètre variant suivant que le navire se soulève ou descend. De même si un ou plusieurs de ces treuils à tension constante sont utilisés pour soutenir un appareil de forage sous-marin suspendu à une installation flottante par des câbles, les mouvements de pilonnement de cette installa-30 tion, se traduisant par des variations périodiques de tension des câbles, puisque la tension à l'enroulement est différente de la tension au déroulement, entraîneront des variations du poids s'appliquant sur l'outil de forage. L'invention a pour objet de supprimer cet inconvénient en fournissant un treuil à tension constante assurant une tension égale à l'enroulement et au 35 déroulement. COPY 70 35940 2 2108789 Ce treuil à tension constante comporte une source de fluide "hydraulique sous pression, un moteur hydraulique pour entraîner le treuil dans un sens correspondant à 1'enroulement et fournir un couplé résistant au déroulement, ce moteur ayant un premier orifice qui, lorsque le treuil est utilisé à l'enrou-5 lement, sert a l'admission du fluide sous pression dans le moteur par l'intermédiaire d'une première valve régulatrice tarée reliée à ladite source de fluide, et un second orifice relié à une première valve de sûreté tarée pour l'échappement du fluide durant l'enroulement. Ce second orifice du moteur est également relié à une seconde valve 10 régulatrice commandant l'admission du fluide par ce.second orifice au déroulement, ladite seconde valve régulatrice étant tarée à une pression inférieure à la pression de tarage dè la première valve régulatrice et le premier orifice du moteur servant à l'échappement du fluide au déroulement, par l'intermédiaire d'une canalisation de refoulement munie d'une seconde valve de sûreté tarée. 15 Selon l'invention, le treuil est caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif distributeur mettant en communication à l'enroulement ledit premier orifice du moteur exclusivement avec ladite première valve régulatrice, en supprimant toute communication de cet orifice avec ladite seconde valve de sûreté, et vice -versa lorsque le treuil tourne dans le sens correspondant au déroulement 20 et en ce que les pressions de tarage desdites valves vérifient sensiblement la relation; P1 (P - P«) = ~-(p' - p) 2 où P et p sont les pressions de tarage de ladite première et de ladite seconde vaives régulatrices respectivement, P' et p' les pressions de tarage de ladite 25 de ladite première et de ladite seconde valves de sûreté respectivement et et p£ sont les rendements du treuil et des organes associés dans le sens correspondant à l'enroulement et dans celui correspondant au déroulement respectivement. L'invention sera décrite ci-après plus en*détail en se référant aux 30 dessins annexés où : . - la figure 1 représente schématiquement le circuit hydraulique d'un treuil à tension constante de type classique, - la figure 2 illustre un premier mode de réalisation d'un-treuil à tension constante selon l'invention, le circuit hydraulique étant représenté en position 35 d'enroulement du câble, 70 35940 3 2108789 - la figure 2A représente le circuit hydraulique de ce treuil dans la position de déroulement du câble, - la figure 3 illustre un second mode de réalisation de l'invention, dans la position d'enroulement, 5 - la figure 3A représente le circuit hydraulique de ce second mode de réalisation dans la position de déroulement. Un type classique de treuil à tension constante est représenté sur la figure 1. Ce treuil 1 sur lequel est enroulé un câble 2 est supporté par un 10 socle 3 et son arbre 4 est accouplé à un moteur hydraulique 5. Le moteur 5 présente deux orifices 6 et 7 dont le premier sert à l'admission d'huile provenant d'une bâche 8 et le second à l'échappement de cette huile qui retourne à la bâche. On a représenté en tirets sur la figure 1 la canalisation de fuite du moteur 5. 15 Ce moteur est réversible, c'est à dire que lorsque la pression P de l'huile dans le circuit hydraulique au niveau de l'orifice 6 est supérieure à celle P' au niveau de l'orifice 7 le treuil 1 est entraîné par 5 dans le sens correspondant à l'enroulement du câble 2, l'huile entrant dans 5 par l'orifice 6 et en ressortant par l'orifice 7 (fonctionnement de 5 en moteur) ; au contraire 20 si, par une traction suffisante sur le câble 2 entraînant le déroulement de celui-ci, on fait tourner le treuil 1 en sens inverse, 5 joue le rôle d'une pompe admettant l'huile par l'orifice 7 et la refoulant sous une pression supérieure par l'orifice 6. Le circuit hydraulique classique que comporte le treuil à tension cons-25 tante, et qui est représenté schématiquement à la figure 1, permet cette réversibilité. Il comporte deux sortes de dispositifs classiques : 1°) des valves régulatrices de pression (désignés par RP^ et RP^ sur la figure 1) ayant pour effet de maintenir une pression constante en aval de leur emplacement 30 sur l'écoulement de fluide hydraulique, malgré les fluctuations de débit de cet écoulement, (la pression de tarage de RP^ «s't désignée par P et celle de RP2 par p), 70 35940 4 2108789 2°) des valves de sûreté (désignés par VS^ et VS^ 'sur la figure 1) qui laissent s'écouler le fluide hydraulique lorsque sa pression dépasse la pression de tarage de la valve (la pression de tarage de VS^ est désignée par P' et celle de VS2 par p'). Ces valves maintiennent ainsi dans l'écoulement, en 5 amont de leur emplacement sur celui-ci, une pression constante, égale à leur pression de tarage. Le circuit hydraulique du treuil comporte un groupe moto-pompe M - P aspirant l'huile dans la bâche 8 par la canalisation 9 et la refoulant sous, forte pression. 10 Lorsque 5 fonctionne en moteur (enroulement du câble 2 sur le treuil 1), l'huile sous pression sortant de P s'écoule (trajet indiqué par des flèches simples) dans les canalisations 10 et 11 successivement jusqu'à l'orifice 6 d'admission dans 5, d'où elle ressort par l'orifice d'échappement 7 et s'écoule dans les canalisations 12 et 13 successivement,jusqu'au retour à la bâ- 15 che 8. On a interposé sur la canalisation 10 la valve régulatrice de pression RP^ qui maintient en aval de son emplacement, c'est à dire dans la canalisation 11 une pression constante P fixant la pression d'admission de l'huile dans 5, quelles que soient les fluctuations du débit d'huile fourni par la pompe M - P. 20 Sur la canalisation 13 de retour à la bâche est placée la valve de sûreté VS^ maintenant en amont de son emplacement, dans la canalisation 12, une pression constante P' fixant la pression d'échappement de l'huile à l'orifice 7. . On doit évidemment avoir 25 P1 La traction exercée sur le câble 2 à l'enroulement est proportionnelle à la différence P - P' et a donc, dans les limites de débit d'huile prévues pour l'installation une valeur constante T^, telle que : TE "= kpj^ (P - P') (2) 30 où k est un coefficient de proportionnalité est le rendement global du treuil et des organes associés, tels que des poulies (pj 70 35940 5 7 • 2108789 Lors du fonctionnement de 5 en pompe, correspondant au déroulement du câble 2, résultant d'une traction suffisante sur celui-ci, l'huile sortant de la pompe M - P s'écoule (trajet indiqué par des flèches doubles) dans les canalisations 14 et 12 successivement, jusqu'à l'orifice 7 où cette huile est 5 admise dans 5. L'huile est refoulée par l'orifice 6 à une pression supérieure à sa pression d'entrée en 7 et s'écoule dans les canalisations 11 et 15 successivement, jusqu'à son retour à la bâche 8. On a placé sur la canalisation 14 une autre valve régulatrice de pression désignée par RP2 qui maintient une pression constante p de l'huile l son admission dans 5 par l'orifice 7. Sur la canalisation 15 de retour à la bâche 8 est placée une valve de sûreté VS^ qui maintient en amont de son emplacement sur cette canalisai 15 une pression constante p' d'échappement de l'huile à l'orifice 6 de 5 . 15 Du fait du fonctionnement de 5 en pompe sous l'effet du déroulement sous traction du câble, on a P* > P (3) La traction exercée sur le câble 2 au déroulement de celui-ci est proportionnelle à la différence p' - p et a donc une valeur constante 20 T]) . (p. - k ayant la signification déjà indiquée et étant le rendement global du treuil et des organes associés lors de stm fonctionnement en pompe (P2^l). Le fonctionnement correct du circuit hydraulique impose les inégalités 25 supplémentaires : p' > P (5) P' > p (6) pour éviter que l'huile débitée par les valves RP^ et RP2 puisse revenir à la bâche directement par les canalisations respectives 13 et 15 sans passer 70 35940 6 2108789 par le mpteur-pompe 5. ~ Les inégalités (5) et (6), jointes à l'inégalité (2) donnent p Dans ces conditions il apparaît immédiatement, en considérant les * 5 relations (2) et (4), que la tension constante T„ qu'exerce le treuil sur le h ' câble 2 à l'enroulement de celle-ci est inférieure à la tension constante T D qu'il exerce sur ce câble lors de son déroulement- T / T E V D Cet inconvénient est supprimé avec un treuil selon l'invention dont 10 un premier exemple de réalisation est illustré par les figures 2 (circuit hydraulique représenté dans la position d'enroulement) et 2A (position de déroulement) . Sur les figures 2 et 2A, les mêmes références que sur la figure 1 ont été utilisés pour désigner les mêmes éléments. 15 Le treuil selon l'invention représenté diffère du treuil selon l'art antérieur illustré par la figure 1 en ce que les canalisations 10 et 15 ne sont plus en communication comme sur la figure 1, mais -sont reliées à un distributeur 16 à deux positions, chacune de ces deux positions -permettant de relier une seule des canalisations 10 et 15 à l'orifice 6 du moteur hydraulique 5. 20 en interrompant simultanément en 16a l'autre canalisation. La figure 2 montre la première position du distributeur 16, correspondant à l'enroulement du câble 2 et la figure 2A représente la seconde position de ce distributeur, correspondant au déroulement du câble. La commande du distributeur 16 peut être réalisée de façon automatique 25 par exemple en utilisant un dispositif électrique de commande tel que celui représenté schématiquement sur les figures 2 et 2A. Ce dispositif comporte un générateur électrique G dont les bornes sont connectées respectivement aux deux contacts électriques fixes 19 et 20 par les conducteurs 17 et 18. 70 35940 7 2108789 Un détecteur du sens de rotation du treuil 1 est constitué au moyen d'un bras 21 articulé en 22, ce bras portant à une extrémité un galet 23 roulant sur une-couronne entraînée en rotation par le treuil et à son autre extrémité deux contacts mobiles 19a et 20a connectés par les conducteurs 26 et 27 à 5 un circuit électrique de commande du distributeur 16. Lorsque le treuil tourne dans le sens correspondant à l'enroulement, le bras 21 bascule dans le sens représenté sur la figure 2, ce basculement étant arrêté par un dispositif tel que, par exemple les butées 24 et 25. Le circuit électrique de commande du distributeur 16 n'étant pas 10 excité par le générateur G, le distributeur reste dans sa position représentée sur la figure 2. Le sens d'écoulement du fluide hydraulique dans cette position est indiqué par des flèches sur la figure 2. Si le sens de rotation du treuil 1 est inversé par une traction suf-15 fisante sur le câble 2 provoquant son déroulement, le bras articulé 21 bascule dans l'autre.sens (FIG.2A) et les contacts mobiles 19a et 20a viennent s'appliquer sur les contacts fixes 19 et 20, provoquant l'excitation du circuit de commande du distributeur. 16 par le générateur G, par l'intermédiaire des conducteurs 26 et 27. 20 Le distributeur 16 prend alors la position représentée sur la figure 2A, correspondant au déroulement du câble 2. Le sens d'écoulement du fluide hydraulique dans cette position est indiqué par des flèches doubles sur la figure 2A. Les canalisations 10 et 15 n'étant ainsi jamais en communication dans 25 un treuil selon l'invention, il est possible de donner aux pressions de tarage P, P', p, p' des valves RP^ , VS^ , RP2 , VS2 respectivement des valeurs quelconques (ce qui est impossible par construction dans un treuil à tension constante selon l'art antérieur, comme indiqué plus haut). Dans ces conditions, on peut choisir pour ces pressions de tarage 30 des valeurs satisfaisant sensiblement à la relation : p (P -P') =4" (P' " P> (8) 1 2 70 35940 2108789 ce qui, si l'on considère les relations (2) et (5) ci-dessus, permet d'obtenir, dans un treuil à tension constante selon l'invention, une sensible égalité de la tension d'enroulement T_ et de la tension de déroulement TL. h D Les figures 3 et 3A dans lesquelles les mêmes références que sur les 5 figures précédentes ont été utilisés pour désigner les mêmes éléments, représentent, dans la position d'enroulement et dans la position de déroulement respectivement, un autre mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation se distingue du précédent en ce que la canalisation 14 qui servait dans le mode de réalisation précédent à alimenter la val-10 ve RJ?2 depuis la pompe M - P dans la position de déroulement, est supprimée et remplacée par une canalisation 28 qui relie l'entrée de la valve de sûreté VS^ à celle de la valve régulatrice (en considérant le sens d'écoulement du fluide hydraulique dans la position de déroulement illustrée par la figure 3A), avec interposition d'un dispositif interrupteur 29 à deux positions commandé 15 en synchronisme avec le distributeur 16 (son circuit électrique de commande) est connecté aux contacts 19a et 20a par les conducteurs 30 et 31 respectivement . Dans la position d'enroulement (FIG.3), où les circuits de commande du distributeur 16 et du dispositif interrupteur 29 ne sont pas excités, le" 20 distributeur interrupteur 29.occupe une position empêchant l'écoulement du fluide dans la canalisation 28 et le circuit hydraulique fonctionne de la même façon que celui du mode de réalisation précédent d'ans sa position de la figure 2 (sens d'écoulement du fluide indiqué par les flèches sur la figure 3). Lorsqu'une traction suffisante sur lé cable 2 inverse le sens de 25 rotation du treuil, provoquant l|excitation des circuits électrique de commande du distributeur '16 et du dispositif 29 et leur passage en position de déroulement (FIG.3A), on voit que le fluide Ivydraulique, traversant le moteur hydraulique 5 qui joue le rôle de pompe s'écoule en circuit fermé depuis la valve régulatrice ^ travers la canalisation 12, le moteur 5, la canalisation 11, 30 le distributeur 16, le dispositif 29 et la canalisation 28, avec retour à la valve régulatrice R?2- La pression d'admission du fluide hydraulique par l'orifice 7 est fixée par la pression de tarage de la valve régulatrice RP2 et la pression de sortie de ce fluide par l'orifice 6 est fixée par la pression de tarage 35 de la valve de sûreté VS2 . 70 35940 9 2108789 Ce dernier mode de réalisation présente par rapport à celui illustré par les figures 2 et 2A l'avantage de supprimer la nécessité d'un apport de 'fluide hydraulique au moteur 5 par la pompe H - P à travers la valve RP2 dans la position de déroulement du câble 2, ce qui conduit à une économie d'énergie. 5 Pendant le déroulement du câble 2-, la pompe M - P peut ainsi servir à gonfler des accumulateurs oléopneumatiques (non représentés) connectés entre la pompe et la valve RP^ et qui serviront à alimenter le circuit hydraulique lorsque les distributeurs 16 et 29 seront à nouveau dans la position d'enroulement. Comme dans le mode de réalisation précédent, on obtiendra pour le 10 treuil une tension d'enroulement et une tension de déroulement sensiblement égales en choisissant pour les valves RP. , VS RP. , VS des pressions de i j , Z 2 tarage satisfaisant à la relation (8) ci-dessus. Dans les figurés, les dispositifs de sécurité qui protègent le moteur hydraulique et la pompe, ainsi que les dispositifs de réalimentation des dif-15 férents circuits hydrauliques, permettant de compenser les fuites de fluide n'ont pas été représentés. Ces dispositifs sont de types classiques, et sont bien connus des spécialistes. 70 35940 10 210&789 R E_V_E_N D_X_Ç_A T_1 0 N_S 1.- Treuil à tension constante comportant une source de fluide hydraulique sous pression, un moteur hydraulique pour entraîner le treuil dans un sens correspondant à l'enroulement et fournir un couple résistant au déroulement, ce moteur ayant un premier orifice qui, lorsque le treuil est utilisé à l'enroule- 5 ment, sert à l'admission du fluide sous pression dans le moteur, par l'interr-é-dLaire d'une première valve régulatrice tarée reliée à ladite source de fluide et un second orifice relié à une première valve de sûreté tarée pour l'échappement du fluide durant l'enroulement, ce second orifice étant également relié à une seconde valve régulatrice commandant l'admission de fluide par ce second 10 orifice au déroulement, ladite seconde valve régulatrice étant tarée à une pression inférieure à la pression de tarage de la première valve régulatrice et le second orifice du moteur servant à l'échappement du fluide au déroulement par l'intermédiaire d'une canalisation de refoulement munie d'une seconde valve de sûreté tarée ce treuil étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositi 15 distributeur à deux positions mettant en-communication à l'enroulement ledit premier orifice du moteur exclusivement avec ladite première valve régulatrice, en supprimant toute communication de cette orifice avec la seconde valve de sûreté et vice-versa lorsque le treuil tourne dans le sens correspondant au déroulement et en ce que les pressions de tarage desdites vannes vérifient sens 20 blement la relation ; Pl (P - P') =-^ (p' - p) où P et p sont les pressions de tarage de ladite première et de ladite seconde valves régulatrices respectivement, P' et p les pressions de tarage de ladite première et de ladite seconde vannes de sûreté respectivement 25 et pj et p^ sont les rendements globaux du treuil et des organes associés dans le sens correspondant à l'enroulement et dans celui correspondant au dérou lement respectivement. 2.- Treuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit distributeur à deux positions est un dispositif automatique commandé par le sens de rotation 30 du treuil. 3.- Treuil selon la revendication 1, caractérisé en ce què ladite seconde valve régulatrice est directement reliée à ladite source de fluide sous pression.' 70 35940 11 2108789 4.- Treuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde valve régulatrice n'est pas en communication avec ladite source de fluide sous pression, mais est reliée à ladite canalisation de refoulement par l'intermédiaire d'un dispositif interrupteur mettant en communication cette canalisation de 5 refoulement avec cette seconde valve régulatrice exclusivement lorsque le treuil est actionné dans le sens correspondant au déroulement. 5.- Treuil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif distributeur et ledit dispositif interrupteur sont tous deux commandés automatiquement par un dispositif détecteur du sens de rotation du treuil. \