Brevet FR2126902A1 — publié le 19721013

La présente invention concerne un dispositif pour maintenir constante la tension exercée sur une ligne flexible. Ce dispositif est,en particulier,adapté à maintenir sensiblement constante la tension exercée sur une ligne flexible de longueur déterminée, fixée à ses.extrémités à des points mobiles l'un par rapport à l'autre. En effet, dans ce cas, le déplacement de l'un des points de retenue de la ligne flexible peut provoquer des variations de la tension à laquelle est soumise cette ligne. Suivant le déplacement relatif des points d'attache, la ligne flexible se trouve soumise à des efforts de surtension anormalement élevés pouvant causer sa rupture, -ou à des efforts de tension insuffisants pour qu'elle reste correctement tendue entre ses deux points de retenue. Dans un exemple non limitatif d'utilisation, le dispositif selon l'invention est avantageusement adapté à équiper une installation flottante reliée, par des lignes- flexibles, à une installation immergée reposant sur le fond de l'eau. Ces lignes flexibles pourront être par exemple des câbles d'ancrage ou amarres sur lesquels on désire maintenir une tension sensiblement constante soit pour éviter leur rupture, soit pour obtenir un ancrage automatique de l'installation flottante comme indiqué dans le brevet français n" 1 525 882, en dépit des mouvements verticaux, ou pilonnement de l'installation flottante, dus à la houle. Ces lignes flexibles pourront être aussi dés lignes de guidage reliant une installation flottante à une installation immergée reposant sur le fond de la mer, ces lignes devant être toujours correctement tendues malgré les mouvements de l'installation flottante pour éviter qu'elles ne s'enchevêtrent et pour qu'elles assurent correctement le guidage d'appareillages entre ces deux installations. Ces lignes pourront être également destinées à manipuler depuis l'ins- tallation flottante un appareillage ou un outil reposant sur le fond de l'eau et sur lequel on désire maintenir une charge constante en dépit des mouvements et de l'amplitude du pilonnement de l'installation flottante, la charge appliquée à l'outil étant fonction de la tension exercée sur la ligne flexible. Jusqu'à présent, pour maintenir sensiblement constante la tension exercée sur une ligne flexible fixée à ses extrémités à des points drattache mobiles l'un par rapport à l'autre, on utilise des treuils du type à tension constante. Ces treuils, comportant un moteur hydraulique réversible, permettent de maintenir un cable-sous tension sensiblement constante, le déplacement relatif des points d'attache du câble étant compensé par un enroulement ou un déroulement correspondant d'une portion de câble autour du treuil. Ces treuils présentent des inconvénients. En effet, comme il est bien connu des spécialistes la tension d'enroulement est très différente de la tension -de déroulement du câble , cette différence étant de l'ordre de plus de 20 %de de la tension exercée sur le câble. De plus, outre le prix élevé de ces treuils, les mouvements alternés de l'un des points d'attache du cable se traduisent par l'enroulement et le déroulement alternés d'une même portion de cable qui, au contact des spires déjà enroulées sur le treuil, s'use rapidement par frottement répété, d'où des risques de rupture du câble. D'autre part, l'utilisation d'un dispositif hydraulique pour entrainer le treuil nécessite un entretien et une surveillance coûteuse. D'autres dispositifs ont été employés pour compenser les mouvements de pilonnement d'une installation flottante sans utiliser des treuils du type à tension constante. Ces dispositifs utilisent une poulie sur laquelle passe la ligne flexible, cette poulie étant suspendue à l'extrémité d'un vérin hydraulique dont le fluide est soumis à la pression d'un accumulateur oléopneumatique, le vérin étant placé sensiblement selon la direction du mouvement de pilonnement de l'installation flottante. De tels dispositifs suppriment les inconvénients des treuils du type à tension constante et permettent de maintenir tendu le câble reliant une installation de surface au fond marin, mais il est impossible denmaintenir sensiblement constante la tension exercée sur ce cable. Pour améliorer ces dispositifs on a pensé adjoindre au vérin des dispositifs décrits ci-dessus, un ou plusieurs vérins inclinés. Ceci a permis de maintenir sensiblement constante la tension exercée sur les câbles. Toutefois ces derniers dispositifs conservent un inconvénient majeur surtout lorsqu'ils sont destinés à équiper des installations flottantes, telles que des plateformes ou des navires de forage. En effet dans ces dispositifs, la poulie, sur laquelle passe le câble, est soumise à des déplacements dont l'amplitude et de l'ordre de l'amplitude de pilonnement de l'installation flottante, ce qui conduit à utiliser des vérins hydrauliques de grandes dimensions, et oblige à construire sur l'installation flottante de véritables tours. uniquement destinées à supporter ces dispositifs. I1 en résulte un encombrement important qui est toujours préjudiciable dans le cas d'une installation flottante. De plus ces dispositifs se trouvent limités par construction et peuvent être difficilement modifiés pour leur permettre de compenser des amplitudes de pilonnement supérieure à la valeur maximale prévue lors de leur construction. Le principal objet de la présente invention kst de fournir un dispositif maintenant sensiblement constante la tension exercée sur une ligne flexible, fixée à ses deux extrémités à deux points de retenue mobiles l'un par rapport à l'autre et permettant d'éviter les inconvénients des dispositifs antérieurs. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif simple pour la régulation de la tension exercée sur une ligne flexible, ce dispositif pouvant être associé à un organe de tirage de cette ligne flexible tel que, par exemple, un treuil classique, un cabestan, une chenille de tirage etc. Le dispositif, selon la présente invention, pour-maintenir sous tension sensiblement constante une ligne flexible de longueur déterminée fixée à ses extrémités à deux points de retenue mobiles lrun par rapport à l'autre, comporte un organe de renvoi mobile sur lequel passe la ligne flexible, cet organe étant soutenu par au moins un vérin de mise en tension alimenté par au moins un accumulateur de fluide sous pression, ce vérin étant articulé à une première de ses extrémités en un point fixe par rapport à l'un des points de retenue de la ligne flexible. I1 est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison avec ledit organe de renvoi mobile, un organe de renvoi dont la position est fixe par rapport audit point de retenue de la ligne flexible, la ligne flexible passant successivement sur lesdits organes de renvoi fixe et mobile en formant au moins une fraction de boucle, et un bras pivotant de longueur sensiblement constante ayant à l'une de ses extrémités un point d'articulation fixe par rapport audit point de retenue de la ligne flexible, ledit organe de renvoi mobile étant solidaire de l'autre extrémité dudit bras pivotant, ledit bras pivotant déterminant la trajectoire dudit organe de renvoi mobile, ledit vérin étant, à sa seconde extrémité, articulé sur ledit bras pivotant, et en ce que la direction de la tige dudit vérin est, pour chaque position dudit organe de renvoi mobile,différente de celle de la trajectoire de cet organe mobile. D'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description d'un mode préféré de réalisation de l'invention donné à titre non limitatif et illustré par les figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représente schématiquement le mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention, équipant une installation flottante, - la figure 2 montre les différents paramètres caractérisant le dispositif illustré par la figure 1, - la figure 3 représente la courbe des variations de la tension pour un exemple particulier de réalisation du dispositif de la figure 1. La figure 1 illustre un mode particulier mais non limitatif de réalisation du dispositif selon l'invention, destiné à maintenir constante la tension exercée dans une ligne flexible reliant une installation flottante, telle qu'un navire, à un appreillage immergé reposant sur le fond de l'eau. Sur cette figure l'installation flottante ou navire est repérée par la référence N. Sur le fond de l'eau 1 est installé un appareillage 2, pouvant être un corps mort une tête de puits sous-marine, un outil etc. Le navire N est relié à l'appareillage 2 par un câble 3 fixé d'une part sur l'appareillage 2 et d'autre part sur le navire N à un dispositif 4, tel qu'un treuil, un cabestan, un chenille de tirage etc. Pour que la tension T exercée sur le cable reste constante il faut o compenser les variations de tension dues aux mouvements verticaux ou pilonnement du navire N sous l'action de la houle. Pour cela on enroule la ligne 3 sur organe de renvoi 5 représentée sur cette figure sous la forme d'une poulie 5a pouvant tourner autour de son axe fixé à l'extrémité d'une potence 6 solidaire du navire N.Puis le câble 3 est enroulé autour d'un organe de renvoi 7 représenté sur la figure 2 sous la forme d'une poulie pouvant tourner autour de son axe fixé à l'extrémité d'un bras pivotant 8 articulé en 9 sur le navire N.Le câble 3 vient s'enrouler ensuite sur une deuxième poulie 5b ayant le même axe que la poulie 5a avant de s'enrouler sur un appareil de stockage 4 par exemple un treuil qui est maintenu en position bloquée, c'est à dire ne permettant pas le défilement de la ligne 3. Pour la clarté de la figure on a représenté des poulies 5a et 5b de diamètres différents mais il est entendu que les poulies pourront être ou non de même diamètre. De plus on a représenté une seule poulie 7 et deux poulies 5a et 5b, mais le nombre de poulies n et n' composant respectivement chacun des organes de renvoi 5 et 7 peut être supérieur à 1, n et n' pouvant être égals oudifférents de une unité suivant l'emplacement choisi pour l'appareillage 4 sur le pont du navire N. Unvérin hydraulique 10 est articulé à l'une-de ses extrémités 11 sur le navire, l'autre de ses extrémités étant articule en 12 sur le bras 8. Le fluide hydraulique alimentant ce vérin est maintenu sous pression par un accumulateur oléopneumatique 13. Quand, sous l'action de la houle, le navire se rapproche du fond de l'eau 1, la tension dans le câble 3 tend à diminuer. La pression du fluide hydraulique agit sur la tige 14 du vérin 10 qui déplace le bras articulé 8 de sorte que la poulie t prend la positioniepérée 7', compensant ainsi la diminution de tension dans le câble 3. Quand, sous l'action de la houle le navire s'écarte du fond de l'eau 1, la tension dans le câble augmente en agissant sur le bras articulé 8 contre l'action du vérin 10. La poulie 7 prend alors la position repérée 7" dans laquelle la tension dans le câble est sensiblement égale à la valeur initiale. Il est aisé de comprendre de ce qui précède que pour une modification de la tension dans le câble due aux mouvements verticaux du navire, le vérin articulé 10 agit sur le bras 8 pour déplacer la poulie 7 en modifiant d'une valeur correspondante-la longueur de la boucle formée par le câble 3 entre les organes de renvoi 5 et 7 pour maintenir sensiblement constante la tension exercée sur le câble 3. De cette façon les inconvénients des treuils à tension constante pour lesquels une même portion de câble se trouve alternativement enroulée et déroulée en venant-frotter sur les spires déjà en place sur le tambour du treuil, sont supprimés. Comme on le constate sur la figure 1 l'appareillage 4 ne possède qu une fonction de tirage déterminant la longueur du câble entre le navire N et l'installation immergée 2 et l'on pourra utiliser les apparaux conventionnels équipant une installation flottante tel qu'un treuil, un cabestan une chenille de tirage etc. Les poulies constituant les rampes de guidage seront avantageusement des poulies à gorge sur lesquelles le glissement du cable sera pratiquement inexistant, par exemple en garnissant les gorges de ces poulies d'un matériau déformable tel que du caoutchouc ou une matière plastique appropriée. Ces poulies pourront aussi présenter un faible coefficient de frottement pour réduire le plus possible l'usure du cable 3. Le bras articulé 8 pourra être constitué par des dispositifs existant sur le navire et être installé par exemple sur une bigue pour libérer lue pont du navire. La figure 2 montre de façon schématique les différents paramètres permettant de déterminer les dimensions du dispositif selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1. Le bras articulé 8 a une longueur R. Ce bras tourne autour de son articulation 9 d'un angle maximum égal à 2p pour compenser les mouvements de pilonnement du navire, et fait décrire à la poulie 7 la trajectoire V qui est un arc de cercle de rayon R. La droite y représente la position moyenne du bras articulé 8 et servira dans ce qui suit d'axe de référence avec la droite x qui lui est perpendiculaire au point d'articulation 9 dans le plan de la trajectoire V. Le vérin 10 est placé dans le plan de la trajectoire V. I1 est articulé à l'une de ses extrémités 11 sur le navire N et à l'autre de ses extrémités 12 sur le bras 8. La distance séparant les articulations 9.et 12 est dénommée r, tandis que dans le plan (x , y) le point d'articulation 11 a pour coordonnées ( a , b). Les positions des articulations 11 et 12 sont choisies de telle sorte que le vérin 10 présente toujours une inclinaison cl par rapport à la portion de trajectoire suivie par la poulie 7. Dans le plan x y on appelle c et d les coordonnées de la poulie 5. Dans ce qui suit on examine l'influence des différents paramètres déterminant les caractéristiques fonctionnelles du dispositif selon l'invention pour l'adapter aux conditions particulières d'utilisation. Dans la pratique on connaît par expérience l'amplitude A, que l'on désire compenser, des mouvements de pilonnement du navire. On connaît également la tension T que l'on veut maintenir sensiblement constante dans le câble 3 et l'on se fixe en pourcentage la variation de tension maximale admissible AT, par exemple 5 7. Pour des raisons d'encombraement du plancher du navire on se fixe l'angle de débattement maximum 2ss , et la longueur R du bras articulé 8. La connaissance de la tension T permet au technicien de déterminer o les caractéristiques de l'accumulateur oléopneumatique 13 c'est à dire son volume initial V et sa pression de gonflage PO. o L'amplitude A, la longueur R et le débattement 2p permettant de déterminer le nombre de poulies 7 et 5 à utiliser. En effet on pourra compenser une amplitude de pilonnement d'autant plus importante que la longueur R du bras articulé 8 sera plus grande ou que le nombre n de poulies 7 sera plus important. Une simple modification du nombre de poulies permettra donc de modifier les capacités de régulation du dispositif. Les calculs montrent que la position des poulies 5 par rapport au bras articulé 8 n'est pas critique. En effet tous les paramètres étant constants on calcule que les variations de la tension exercée sur le câble, en fonction des paramètres c et d définisci-dessus, restent toujours inférieures à 10 % de la variation -AT observée pendant le fonctionnement du dispositif. Une étude systématique de l'influence des -paramètres r, a et b a donné les résultats suivants k 1 - la variation de à est proportionnelle à r , k ayant une valeur comprise entre 2 et 3. On choisira donc pour r une valeur aussi faible que possible, mais on est limité par des considérations de résistance des matériaux pour la fabrication du vérin. Toutefois pour de faibles valeurs de r on pourra utiliser un vérin dont la course du piston est faible, mais il faudra employer des accumulateurs ayant une pression P supérieure ou, en augmentant la périeure section du piston, utiliser un plus grand nombre d'accumulateurs. Dans la pratique on choisira la valeur de r permettant d'utiliser des vérins et accumulateurs du commerce. 2 - La variation de AT est inversement proportionnelle à la distance a c'est à dire que l'on devra choisir un vérin ayant une longueur aussi grande que possible. 3 - La variation de AT est proportionnelle à la différence (b - r). En effet dans la position représentée en traits continus sur la figure 3, la tige du vérin étant dans la position sortie, la pression dans l'accumulateur 13 sera à sa valeur minimale et pour que la compensation des variations de tension soit effective, la composante active de la force exercée par le vérin sur le bras 8 c'est à dire la composante perpendiculaire au bras articulée 8, devra être la plus grande possible et donc l'angle Dans la pratique, le technicien choisira la valeur des paramètres en fonction de l'utilisation envisagée. Dans un exemple particulier de réalisation on a donné au dispositif selon l'invention les caractéristiques suivantes, l'amplitude du pilonnement maximum du navire étant de 3 m, la tension T étant de 3 tonnes o T (tension sur la ligne flexible) = 3 tonnes o 2 S (section du piston du vérin) = 0,0123 m a = 1,6 m b = 1,4 m r = 0,5 m R = 2,6 m 2p = 34 soit un débattement de la poulie 7 de 1,5 m n = 1 (nombre de poulie de l'organe de renvoi 7) T1 Tension sur le cable pour la position dans laquelle la tige du vérin est sortie = T o T2 Tension sur le cable pour la position du vérin ren tré = 0,95 % soit une variation de tension T admissi ble de 5 % Les valeurs des tensions exercées sur le câble pour 10 positions du bras articulé sont données par le tableau ci-dessous POSITION DU BRAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I sur le cable en TONNES 3 3,024 3,049 3,072 3,088 3,094 3,082 3,045 2,971 2,850 la position 1 correspond à la tige du vérin sortie,la position 10 à la tige du vérin rentrée, représentée en traits interrompus sur la figure 2. La courbe de la figure 3 montre en pourcentage, par rapport à la valeur de 3 tonnes, la variation de la tension dans le câble en fonction de la position du bras articulé, ou de l'amplitude A du pilonnement du navire. Comme on le voit sur cette courbe, la variation AT de la tension dans la ligne est inférieure à 3 % pendant 95 % du déplacement du bras articulé alors que l'on avait admis au départ une variation de 5 7. D'autre part pour des amplitudes de pilonnement correspondant à des périodes de travail dans des conditions normales, c'est à dire des amplitudes de 1,5 à 2 m la variation de la tension dans le câble est de l'ordre de 1 7 ce qui est très inférieur à la variation admise. L'exemple de' réalisation illustré dans les figures précédentes a été donné à titre non limitatif. Ainsi la position moyenne du bras articulé 8, représentée par la droite Y sur la figure 2, pourra être ou non verticale. Le vérin 10 pourra être un vérin unique placé dans le plan de la trajectoire de la poulie 7 mais on pourra aussi remplacer ce vérin par un ou plusieurs vérins pouvant être inclinés par rapport au plan de la trajectoire de la poulie 7. On pourra également prévoir des dispositifs particuliers de sécurité pour le cas ou l'amplitude de pilonnement dépasserait la valeur maximale prévue. Ces dispositifs de sécurité pourront être constitués d'organes de détection de la position du bras articulé 8, par exemple des contacts électriques, qui, quand le bras articulé dépasse l'une des positions extrêmes prévues, actionnent le dispositif 4 pour obtenir une augmentation ou une diminution de la longueur de la ligne flexible 4 entre l'installation de surface N et l'appareillage 2. D'autres modifications pourront être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. On pourra par exemple remplacer le vérin 10 par tout dispositif élastique tel qu'un dispositif à ressort ou tout autre dispositif moteur adapté à déplacer la rampe mobile en corrélation avec les mouvements de pilonnement du navire. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour maintenir sous tension sensiblement constante une ligne flexible de longueur déterminée, fixée à ses extrémités à deux points de retenue mobiles l'un par rapport à l'autre, ce dispositif comportant un organe de renvoi mobile sur lequal passe la ligne flexible, cet organe étant soutenu par l'action d'au moins un vérin de mise en tension alimenté par au moins un accumulateur de fluide sous pression, ce vérin étant articulé à une première de ses extrémités en un point fixe par rapport à l'un des points de retenue de la ligne flexible, caractérisé en ce qu'iL comporte en combinaison avec ledit organe de renvoi mobile, un organe de renvoi dont la position est fixe par rapport audit point de retenue de la ligne flexible, la ligne flexible passant successivement sur lesdits organes de renvoi fixe et mobile en formant au moins une fraction de boucle, et un bras pivotant de longueur sensiblement constante ayant à l'une de ses extrémités un point d'articulation fixe par rapport audit point de retenue de la ligne flexible, ledit organe de renvoi mobile étant solidaire de l'autre extrémité dudit bras pivotant, ledit bras pivotant déterminant la trajectoire dudit organe de renvoi mobile, ledit vérin étant, à sa seconde extrémité, articulé sur ledit bras pivotant et en ce que la direction de la tige dudit vérin est, pour chaque position dudit organe de renvoi mobile,différente de celle de la. trajectoire de cet organe mobile. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit vérin est placé dans le plan de la trajectoire dudit organe de renvoi mohile. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit accumulateur est un accumulateur oléopneumatique. 4.- Dispositif selon'la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits organes de renvoi est constitué par au moins une poulie. 5.- Dispositif selon -la revendication 4, caractérisé en ce que ledit organe de renvoi fixe comporte un nombre de poulies supérieur d'une unité à celui dudit organe de renvoi mobile. 6.- Dispositif selon la revendication 4,caractérisé en ce que lesdits organes de renvoi ont un même nombre de poulies.