Brevet FR2116193A1 — publié le 19720713

Dans ltétat actuel de la technique connue, le brevet français nO 1 463 859, sa première addition nO 90 619 et sa deuxième addition nO 69 04820 déposée le 20 Février 1969, ontfait connaitre des structures multicellulaires, aplexiques ou quasi-aplexiaues, et, entre autres, leurs applications à des navires et a des sousmarins. La présente invention concerne lesdites applications desdites structures à des navires et à des sous-marins. De façon plus précise, la présente invention a pour but la construction de navires de très grandes dimensions, qui assurent le transport de gaz liquéfiables ou non à la température normale dans de meilleures conditions économiques qu'avec les procédés actuellement connus. Les procédés par réfrigération actuellement employés ont l'inconvénient d'exiger des investissements très élevés pour la construction des navires et des usines à terre. les métaux employés, aciers au nickel ou métaux légers, sont également d'un prix considérable. les gaz liquéfiés à très basse température sont dangereux, stils viennent en contact avec la coque. Par ailleurs les procédés par transport sous pression actuellement employés ne peuvent être utilisés que pour des réservoirs de faible capacité par suite de l'impossibilité d'employer des tôles de trop grande épaisseur, d'un prix élevé et difficiles à usiner, former, et monter, et ces procédés ont en outre l'inconvénient d'ajouter purement et simplement le poids et le prix du réservoir au poids et au prix du navire transporteur. Succinctement, la présente invention est basée sur la combinaison et la coopération de trois dispositions principales : les gaz sont transportés à la température normale sous une pression par exemple de l'ordre de 20 atmosphères-le réservoir est du type multicellulaire aplexique ou quasi-aplexique-et le réservoir participe à la résistance de la coque, mais par des procédés conservant le quasi aplexisme du réservoir. De façon plus détaillée La présente invention, quant à ladite première disposition principale, prévoit de transporter par liquéfaction sous pression des gaz liquéfiables à la température normale tels que le propane et l'ammoniaque, et par dissolution sous pression dans un solvant les gaz non liquéfiables à température ordinaire, tels que le méthane dissous dans du crue, Dans les deux cas les pressions sont de l'ordre de 20 atmosphères. La présente invention, quant à ladite deuxième disposition principale, prévoit, pour obtenir des réservoirs de très grande capacité, d'utiliser les réservoirs multicellulaires définis dans le susdit brevet : on peut ainsi, en se fixant par avance llépais- seur des cloisons et des enveloppes, construire des réservoirs de capacités inconnues jusqu'à ce jour De plus, ces réservoirs étant constitués par une importante structure intérieure composée de cloisons planes le formage ne concerne qu'une petite fraction des matériaux mis en oeuvre. enfin la présente invention, quant à ladite troisième disposition principale, prévoit, pour éviter l'investissement considérable provoqué par l'addition du prix des réservoirs au prix du navire, d'utiliser dans de meilleures conditions le matériau constituant le réservoir en le faisant participer à la résistance de coque par liaison rigide avec celle-ci, ce qui permet un allégement considérable de la structure du navire par suite d'une meilleure utilisation du métal. Cette disposition selon l'invention appelle les commentaires ci-après. En fait, bien que construits pour être aplexiques sous pression constante, tous les réservoirs sous pression utilisés jusqu'à ce jour sur les navires sont soumis à des forces sous l'action desquelles leur forme perd son caractère aplexique. Ces forces proviennent principalement de leur liaison avec la coque, qui les fait participer à la résistance de celle-ci d'une manière non prévue par le constructeur du réservoir. Pour contenir ces réservoirs on est conduit en effet à appliquer des berceaux sous les surfaces courbes.Ces supports provoquent en un nombre limité de points des forces concentrées résultant de l'action réciproque de la coque et du reservoir avec son chargement, d'où la naissance de tensions dangereuses s'écartant de l'aplexisme C'est pourquoi il est préférable, selon l'invention, non seulement d'accepter cettè participation du réservoir à la résistance de coque, puis- qu'on ne peut l'éviter, mais de plus de l'utiliser en en calculant les conséquences pour le résultat optimal. hn conséquence la présente invention supprime ces surtensions en faisant supporter les réservoirs et leur contenu par dee éléments continus supportant la structure intérieure sans concentration de forces et sans contact avec les surfaces courbes. L'invention part donc d'un réservoir aplexique ou quasi aplexique selon le susdit brevet (par exemple l'ensemble cylindrosphérique) soumis à une pression intérieure et détermine les contraintes du métal quand on superpose au champ de forces de pression uniforme, pour lequel le réservoir est aplexique, d'autres champs de force non nécessairement aplexiques, mais de valeur limitée en chaque point par suite de la suppression des forces concentrées. Ces cnamps supplémentaires sont d'abord les pressionsnydro- statiques pi du liquide contenu, dont on retient la valeur maximale; puis les pressions hydrodynamiques p2 qui sont déterminées, pour le roulis, le tangage et le pilonnement, par les regles des Sociétés de classiIication, mais dont l'importance en chaque point est réduite par un cloisonnement considérable qai les répartit sur toutes les cloisons (l'exemple décrit ci-apres comprend 480 compartiments)0 Ces forces sont de ce fait très inférieures aux forces hydrostatiques.En appelant pO le timbre du réservoir, celui-ci sera calculé, au point de vue échantillonnage, pour une pression fictive P = pO + pl = p2 (soit environ 22,5 atmosphères dans 11 exemple décrit ci-après). Enfin pour l'ensemble des forces transmises par la coque et provenant de l'action sur celle-ci des éléments extérieurs, on calcule le module d'inertie de la section transversale suivant les règles classiques mais en faisant intervenir la section du réservoir et des éléments de liaison en meme temps que la section de la coque. Or, si les echantillons du réservoir ont été choisis pour que la contrainte atteigne la contrainte admissible f(a) dans le sens transversal, la contrainte dans le sens longitudinal f() n'est que de fa) 2 On détermine donc les échantillons de la coque et des éléments de liaison pour que le module total d'inertie soit au moins deux fois plus élevé que le module exigé par la société de classification pour une fatigue admissiblef(a). Des exemples précis montrent que lton arrive par cette méthode selon l'invention à alléger considérablement la coque tout en ne dépassant pas la fatigue admissible. On utilise en fait, pour équilibrer les forces agissant sur la coque, la fraction de résistance longitudinale laissée disponible par l'action de la pression P. C'est de là que provient l'économie du procédé selon ltinvention. La coque et le réservoir sont construits en acier ordinaire soudable, de préférence avec une résistance élastique élevée, ce qui n'en augmente le prix que d'-wne manière modérée. Pour l'équi libre des dilatations, il suffit d'employer le mdme métal pour la coque et le réservoir ou deux métaux ayant le même rapport de la fatigue admissible au module d'YOUNG = = fa ) (ce qui est le T E cas de la combinaison acier-aluminium allié), Un dernier avantage de l'invention est que la construction robuste du réservoir permet de l'utiliser pour transporter 11 eau de ballast dans les voyages d'aller, alors que certains navires à coque intégrée sont dans l'obligation de prévoir dans ce but un ballast très important. le volume du ballast du navire proposé est très faible pour le transport de produits de faible densité telle que le propane liquide (densité = 0,6). il devient important pour des produits tels que le mélange méthane crude (par 'crude", les pétroliers désignent le pétrole brut, venant du puits, et ayant éventuellement perdu les gaz qu'il contenait sous pression) ; la densité du mélange méthane-crude (1,02) étant égale à celle de liteau de mer (variable autour de 1,026), le volume immergé du ballast doit déplacer le poids de l'ensemble de la structure du navire, mais par suite de la remarque ci-dessus aucun ballast supplémentaire n'est nécessaire pour les voyages sur lest. Des exécutions de la présente invention seront décrites en se référant aux figures suivantes, données à titre d'exemples non limitatifs Les figures 1, 2, 3, représentent, respectivement en coupe transversale, en coupe longitudinale, en plan, un navire selon l'invention les figures 4, 5, 6 sont des sections des profilés préférés pour l'exécution selon figures 1, 2, 3 La figure 7 est une coupe transversale partielle, à plus grande échelle, d'un ballast du navire selon les figures 1, 2, 3 la figure 8 est une section du réservoir par une cloison horizontale, illustrant le procédé selon l'invention, appliqué au navire selon les figures 1, 2, 3 les figures 9, 10, 11, représentent, respectivement en coupe transversale, en coupe longitudinale, en plan, un sous-marin selon l'inventionP Avec référence aux figures 1, 2, 3 : ces figures représentent un navire porteur de liquide ou de gaz sous pression d'un volume important, par exemple 200 000 m3 pour un produit de densité 1,02 (mélange méthane crude). Ce réservoir a 204 mètres de long, 36 mètres de large, 26 mètres de hauteur. le réservoir est constitué d'une enveloppe multicylindrique 1, de deux fonds multisphériques 2 et 3, d'un système bidimensionnel de cloisons horizontales 4 et longitudinales verticales 5, et de six cloisons transversales verticales, dont quatre 6 au centre et deux 7 aux extrémités. les quatre cloisons 6 sont étanches sous pression hydrostatique, les cloisons 7 qui servent par leurs prolongements à assurer la liaison avec la coque 8 ne sont pas étanches.Ces cloisons sont rattachées à ltenveloppe du réservoir par un procédé décrit ci-dessous qui permet de conserver l'aplexisme. Les cloisons longitudinales verticales 5 du réservoir sont étanches et, avec les cloisons transversales 6 également étanches constituent, dans le cas de l'exemple considéré, soixante compartiments étanches sous pression hydrostatique. Ces compartiments sont toutefois en communication entre eux à la partie supérieure par des orifices Il et des tuyautages 12 qui assurent l'équilibre des pressions entre tous les compartiments. Des sectionnements 13 peuvent faire communiquer à la partie inférieure les différents compartiments de manière à faciliter les opérations de chargement et de déchargement. les cloisons horizontales du réservoir sont percées d'orifices dans chaque compartiment ; il y a au moins un orifice par étage et par cospartiment ; ces orifices sont disposés en chicane dans le sens vertical de manière à ne pas se trouver au-dessous les uns des autres dans deux alvéoles verticalement voisins. Cette disposition réduit l'effet de pilonnementO On constitue ainsi dans le navire pris en exemple 480 alvéoles qui assurent la répartition sur toutes les cloisons des forces d'inertie du liquide constituant le chargement. Ces forces sont ainsi divisées par 12 dans le sens transversal, par 5 dans le sens longitudinal et par 8 dans le sens vertical. Elles n'ont qu'une faible action sur les éléments du réservoir. Toutes les cloisons transversales verticales 6 et 7, certaines 14 des cloisons horizontales 4, et certaines 15 des cloisons longitudinales verticales, sont prolongées, à l'extérieur du mservoir 1, à travers le double fond 16 de la coque 8, à travers les ballasts latéraux 17 et 18, et à travers les cofferdams AV 21 et AR 22. les ballasts 17 et 18 sont construits ainsi que les fonds suivant le système longitudinal. Ils sont donc soutenus par lesdites cloisons horizontales extérieures non étanches 14 et par les cloisons verticales extérieures 15, en partie étanches, ainsi que par les cloisons transversales extérieures étanches 9, par des porques 23, des varangues 24, des goussets 25. Ils sont fermés à la partie supérieure par le pont 26 prolongeant la cloison horizontale intérieure 27, ces deux éléments étant supportés par des fragments de barrots 28 et 29 se rattachant chacun au profil spécial décrit ci-après, et assurant la liaison transversale des murailles 31.Certaines des cloisons non étanches peuvent autre de plus remplacées par des montants. C1 est le cas en particulier de la cloison horizontale intérieure 27 qu'il peut y avoir intérêt à concentrer sur les barrots de pont et sur ses intersections longitudinales. Entre les porques, des éléments longitudinaux garnissent les ponts et les murailles selon le système longitudinal. Cette construction ressemble à celle de certains pétroliers mais est beaucoup plus légère, par suite du calcul des échantillons indiqué ci-dessus qui reporte sur le réservoir une grande partie de la charge. les cloisons horizontales à l'intérieur des ballasts sent ajourées de larges orifices 32. Un dispositif de chargement et de déchargement est prévu dans chacune des cinq sections étanches avec tuyautage de remplissage et de vidage pour le liquide et pour les gaz suivant les procédés connus. La jonction rigide du réservoir avec l'avant et l'arrière se fait par l'intermédiaire de deux cofferdams 21et 22 à l'intérieur desquels se prolonge une partie 15 des cloisons longitudinales 5 intérieures du réservoir et le prolongement 14 d'une partie des cloisons horizontales 4. L'arrière comprenant le peak AR 33 et la machine 34, et le peak AV 35, sont construits suivant les normes ordinaires alors que, comme il est dit plus haut, les échantillons du ballast et des fonds sont fixés à un taux inférieur à celui des pétroliers classiques pour tenir compte de l'influence prépondérante du réservoir dans la résistance de coque. Avec référence aux figures 4, 5, 6, qui représentent la section des divers profilés spéciaux à trois ou quatre ailes qui sont préférés pour la construction du réservoir. Ces profilés sont obtenus par laminage ou par filage. Ils peuvent être munis de petits goussets 36 fixés à intervalles réguliers pour maintenir rigoureusement fixe l'angle des dièdres formés par les cloisons et les enveloppes. L'emploi de ces profilés ne s'impose que pour l'intérieur et la surface du réservoir, les cloisons de ballast sont reliées entre elles par des procédés classiques. Avec référence à la figure 7, qui représente une section agrandie du ballast par le travers d'une porque 23. le pont 26 prolonge la cloison intérieure 27 ; les cloisons horizontales extérieures 37 prolongent les cloisons intérieures 14 et peuvent être percées dtanguillers 32 ; le barrot de pont 28 prolonge un barrot intérieur 29 traversant le réservoir ; la coque extérieure 31 est raidie par les porques et les cloisons horizontales, des goussets 25 assurent l'indéformabilité des angles, enfin les fonds sont raidis par la varangue 24 s'entrecroisant avec les prolongements 38 des cloisons verticales 15. Si le calcul de la contrainte apportée aux éléments du réservoir par les cloisons transversales fait ressortir des tensions dangereuses, on peut se rapprocher de l'aplexisme : en se référant à la figure 8, qui représente une section du réservoir par une cloison horizontale et définit le procédé employé pour couper le réservoir par une cloison transversale sans détruire l'aplexisme. On suppose que les portions du réservoir situées de part et d'autre de la cloison sont fermées par des fonds sphériques 41 et 42 identiques à ceux des extrémités. L'intersection de ces fonds sphériques détermine une cloison piarXe parfaitement informe à l'aplexismeO Cette cloison devrait avoir une épaisseur égale à la moitié de celle des autres cloisons. Pratiquement, on lui conserve la mAme épaisseur si bien que la structure intérieure n'est pas modifiée. Seule l'enveloppe doit comprendre de petits éléments sphériques, toriques, ou coniques, auxquels on conservera également l'épaisseur des cylindres. Pour éviter toute difficulté de soudage, on échancre largement les éléments extérieurs non étanches comme indiqué en 43 à un point de quadruple jonction. Avec référence aux figures 9, 10, 11 : la présente invention peut être appliquée à un sous-marin ou un semi-submersible, soit pour améliorer la vitesse à puissance égale, soit pour passer sous la banquise arctique. Il est à remarquer que la construction du réservoir lui permet de résister vide à une importante pression extérieure, de plus, lorsqu'il est en charge à 20 atmosphères la pression extérieure tend à réduire la pression interne. A 200 mer tres, le réservoir ne subit plus aucune contrainte. Enfin, le transport sous-marin est plus rapide pour une puissance donnée, et les contraintes dues à l'action de la houle sont supprimées. Le métal travaille donc dans de meilleures conditions qu'en surface. Le voyage d'aller peut s'effectuer, soit en surface, auquel cas l'eau de ballastage occupe les ballasts, soit en plongée, auquel cas il y a lieu de lester le réservoir avec un poids d'eau de mer égal à celui du chargement débarqué. le premier procédé semble plus avantageux, mais la navigation sous-marine peut être imposée. Les volumes résistants à la pression extérieure doivent être complétés par un compartiment AR pour machines et logements 51, un abri de navigation 52 à la partie supérieure, deux caisses de réglage latérales 53 et 54, deux caisses d'assiette situées aux extrémités AV et AR 55 et 56. Les ballasts comprennent un ballast à combustible en communication avec la mer. Ils sont calculés pour résister à la pression de chasse d'air comprimé et ont de ce rait une forme à section circulaire multicylindrique. Comme tout sous-marin, le navire doit avoir en plongée la densité de l'eau de mer, S'il transporte du propane de faible densité (d = 0,6), un lestage important est nécessaire. Un frêt lourd dans les ballasts serait indiqué. S'il transporte au contraire un mélange crude-méthane (d=1,02), le navire doit avoir en plongée une capacité résistante vide de liquide, et dont le déplacement est égal au poids de la structure. Le plus simple est de réserver cette capacité à la partie supérieure du réservoir principal en obturant les orifices de la cloison horizontale supérieure 57 et en prenant soin d'équilibrer la pression du liquide et du gaz par des tuyaux verticaux débouchant à la partie supérieure 38. On prévoit enfin des gouvernails de plongée escamotables 61 et 62 dans le ballast dans la région milieu-avant, à l'arrière un ou deux gouvernails de direction 63, un ou deux couples de gouvernails de plongée AR escamotables si nécessaire (non figurés), et une ou plusieurs hélices 64. L'appareil propulsif est soit un moteur thermique à schnorchel 65, soit un ensemble nucléaire à turbine à vapeur (non figu ré). REVENDICATIONS 1.- Navire de surface ou semi-submersible, ou sous-marin, pour le transport, à la température ambiante, sous pression, de liquides ou de gaz liquéfiés, ou de liquides et de gaz dissous dans ces liquides,dans un réservoir multicellula-re aplexie ou quasiaplexique avec des cloisons intérieures en lui même connu, caractérisé en ce que ledit réservoir participe aux résistances longitudinale et transversale du navire par des liaisons rigides à la coque du navire conservant au réservoir son quasi-aplexisme, lesdites liaisons rigides étant constituées par des éléments plans prolongeant à l'extérieur du réservoir au moins certaines desdites cloisons intérieures du réservoir, lesdits éléments étant liés exclusivement à des parties planes de la charpente du réservoir, et cela d'une manière continue sur le périmètre des cloisons du réservoir en assurant aux forces de liaison une distribution régulière sans concentration locale, et la coque, le réservoir, lesdits e-lé- ments, étant construits en des matériaux ayant des valeurs sensiblement égales du quotient de la fatigue admissible par le module d'YOUNG. 20- Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons intérieures longitudinales verticales du réservoir sont étanches sauf une communication haute d'équilibrage des pressions et les cloisons intérieures horizontaies présentent au moins une communication par étage et par alvéole, deux communications voisines n'étant pas sur une même verticale. 3.- Navire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par l'emploi de profilés spéciaux à 3 ou 4 ailes pour assurer la liaison entre les enveloppes et les cloisons planes du réservoir, les tôles planes ou courbes constituant sa structure étant soudées à franc bord sur les ailes. 4.- Navire selon la revendication 1, 2 ou 3, ayant une structure du système longitudinal avec porques barrots et varangues entre les cloisons transversales, caractérisé par deux cofferdams assurant la liaison rigide du réservoir et de la coque et par l'utilisation du prolongement horizontal d'une des cloisons horizontales du réservoir comme tôle de pont, les barrots correspondant à chaque porque étant soudés sur les profilés à 4 ailes horizontaux du réservoir, qui peut comporter à l'intérieur le prolongement de ces barrots également fixé sur ledit profilé. 5.- Navire selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le volume du ballast est déterminé par la densité du chargement et le franc bord admis par la Société de Classification, caractérisé par le fait que la construction du réservoir peut être utilisée, en tout ou en partie, pour contenir l'eau de ballastage dans les voyages de retour à vide, et que les échantillons des éléments de la section cargo sont déterminés en associant la structure de coque et celle du réservoir pour le calcul du module d'inertie imposé par les règles de la Société de Classification. 6. Navire selon l'une des revendications précédentes, semisubmersible ou sous-marin, caractérisé en ce qu'il comprend comme compartiments résistant à la pression extérieure, le réservoir lui-meme, un compartiment arrière contenant les logements et les machines, deux réservoirs de compensation situés dans les ballasts, deux caisses d'assiette dans les peaks AV et AR, et l'abri de navigation situé au-dessus du milieu du réservoir, les ballasts et éventuellement les soutes à combustibles étant maintenus à la pression du milieu extérieur et étant calculés pour supporter une pression intérieure égale à la pression de l'air comprimé nécessaire pour maintenir en plongée le ballast vide d'eau les remplissages ouverts, et comportant une section circulaire multicylindrique. 70- Navire selon la revendication 6, prévu pour le transport de chargement de densité relativement forte, caractérisé en ce quele volume de compensation est constitué par le réservoir lui-meme, dont la partie supérieure est remplie de la vapeur sous pression du gaz transporté liquéfié ou dissous, et en ce que une cloison horizontale supérieure est rendue étanche, avec des organes permettant d'assurer l'équilibre de pression entre la phase gazeuse et la phase liquide. 8.- Navire selon l'une des revendications précédentes, employé au transport de volumes, même considérables, d'hydrocarbures ou d'ammoniaque, et en particulier au transport du méthane à l'état dissous dans un solvant, par exemple du pétrole brut ou "erude", des essences, ou des hydrocarbures légers, selon une méthode connue pour les transports par oléoduc ou "pipeline".