Brevet FR2135553A1 — publié le 19721222

La présente invention se rapporte aux supports et structures destinés à supporter des cuves, réservoirs et autres objets analogues, qu'on appellera "réservoirs" pour abréger. Elle concerne plus particulièrement une structure 5 porteuse pour réservoirs, et plus particulièrement pour les réservoirs qui se dilatent et se contractent au cours des cycles d'épreuve et de traitement thermique, ainsi que pour les réservoirs utilisés pour stocker certains produits* notamment des liquides cryogéniques. 10 II existe de nombreuses circonstances dans lesquelles les réservoirs se dilatent et se contractent, par exemple lorqqu'ils sont soumis à des cycles de variation de température de grande amplitude , et notamment lors» qu'ils passent de la température ambiante à des températures 15 très élevées puis sont refroidis à la température ambiante ou. même à des températures inférieures, de même que lorsqu'ils sont soumis à des cycles de température dans lesquels ils passent de la température ambiante, ou d^une température supérieure, à une température cryogénique et reviennent 20 ensuite à la température ambiante ou à une température supérieure. Les réservoirs sont également sujets à subir une dilatation importante au cours des épreuves pendant lesquelles on les soumet à des pressions intérieures, notamment à des pressions supérieures à la pression nominale. Il nTest 25 pas très difficile de réaliser des dispositifs porteurs et des structures porteuses adéquats pour les réservoirs de dimensions relativement faibles et qui subissent des cycles de dilatation et de contraction, du fait que la variation dimensionnelle est très petite et peut être absorbée facile-30 ment par des structures relativement simples et par des prévisions de dimensions au cours de la fabrication et du montage. En outre, les contraintes engendrées dans les réservoirs de petites dimensions ne posent pas de graves problèmes. Au cours de ces dernières années on a été fréquem-35 ment amené à donner des dimensions extrêmement grandes aux réservoirs (ou cuves) destinés aux traitements industriels, au stockage des produits ou à la sécurité et à la protection de l'environnement, par exemple dans le cas des sphères de protection des réacteurs nucléaires et du stockage de matériaux 40 tels que les liquides cryogéniques. ÏTon seulement les dimensions 72 14605 2 - 2135553' hors tout d'un grand nombre de ces réservoirs sont actuellement très grandes, par exemple de plus de 30 m pour le grand axe mais, en outre, le poids total de ces constructions a subi un important accroissement qui est dû en particulier 5 à l'accroissement de l'épaisseur des coques et au poids des appareils auxiliaires qui équipent nécessairement les réservoirs. La dilatation et la contraction que ces réservoirs métalliques de grandes dimensions subissent, sous l'effet des épreuves de résistance, du chauffage ou du 10 refroidissement, ainsi que des cycles de variations de température de grande amplitude auxquels ils sont fréquemment soumis en service, nécessitent que leurs structures porteuses soient capables de s'adapter à leurs variations de dimensions sans engendrer ni subir de contraintes supplémentaires qui 15 pourraient conduire à une rupture ou déformation du réservoir ou de sa structure porteuse. En dehors du problème de la réalisation de structures porteuses pour les réservoirs qui subissent normalement un cycle d'épreuve ou d'échauffèrent et de refroidisse-20 ment de routine*, il se pose également le problème de la réalisation de structures porteuses pour les réservoirs qui doivent être soumis à un traitement thermique de détente des soudures à la suite de la fabrications. ïïn grand nombre des normes de la construction métallique spécifient que les 25 réservoirs soudés doivent être soumis à un traitement thermique après soudage pour éliminer les contraintes internes engendrées par le soudage. Pour l'éxécution de ce traitement thermique, il est fréquemment nécessaire de porter le réservoir à une température de près de 650 °0 pendant un temps 30 prolongé et de le ramener progressivement à la température ambiante. Il va de soi que, au cours de ce cycle d'échauffe-ment et de refroidissement, le réservoir doit être supporté d'une façon qui lui permette de subir la dilatation et la contraction qui sont nécessaires pour le succès du traitement 35 thermique. L'invention a pour objet une nouvelle structure porteuse destinée à être utilisée en combinaison avec un réservoir ou équivalent et qui absorbe les mouvements de dilatation et de contraction dimensionnelles qui se produisent 40 dans le réservoir sous l'effet d'un cycle d'épreuve ou d'éçhauf— 72 14605 3 2135553 fement et de refroidissement, ou d'un autre cycle thermique auquel le réservoir peut être soumis au cours de sa construction ou en service. La structure suivant l'invention est particulièrement utile pour supporter les très grands réser-5 voirs. 311e comporte plusieurs éléments rigides qui supportent le réservoir. Chaque élément rigide est monté, à sa partie inférieure, sur une embase, par au moins deux articulations et l'extrémité supérieure de chaque élément rigide est réunie au réservoir par une articulation. Il est avanta-10 geux que ces éléments rigides soient de longueur non réglable en service, de manière que la distance séparant les articulations inférieures de l'articulation supérieure de chaque élément rigide reste constante. L'embase peut être portée par la terre ferme ou un engin flottant, ou par un navire. 15 La structure porteuse comprend plusieurs éléments rigides, qui sont avantageusement au nombre d'au moins trois, et dont les extrémités supérieures sont articulées sur le réservoir en des points espacés. Bien que l'on puisse utiliser trois éléments rigides, il est avantageux d'en 20 prévoir au moins quatre ; toutefois, en général, on utilisera en pratique un nombre d'éléments rigides très supérieur à quatre lorsqu'il s'agit de supporter une cuve ou un réservoir de grande dimension. Les éléments rigides, espacés sur le pourtour 25 du réservoir, par exemple le long de sa périphérie de dimension maximale ou au dessous de cette périphérie, supportent le réservoir avec toute la sécurité voulue. Cette structure permet au réservoir de se dilater, par exemple lorsque sa température s'élève, et de se contracter, 30 par exemple lorsque sa température s'abaisse,puisque les éléments rigides s'adaptent à ces variations de dimensions au moyen de leurs articulations. La dilatation d'une cuve ou d'un réservoir peut également être absorbée de la même façon au moment de l'épreuve 35 de pression, de même que la contraction qui se produit ensuite lorsque la pression est réduite. La structure suivant l'invention est en outre capable de supporter un réservoir avec une excellente stabilité lorsqu'il est soumis à des efforts latéraux dus, par exemple, à la poussée du vent ou encore au roulis et au 40 tangage d'un navire ou autre engin flottant. 72 14605 4 2135553 Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en élévation repré-5 sentant un réservoir sphérique supporté par quatre éléments rigides. La figure 2 est une vue en plan du réservoir et des éléments porteurs rigides de la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation d'un 10 réservoir de grande hauteur comprenant un corps central cylindrique, une coquille inférieure elliptique et une coquille supérieure hémisphérique, ce réservoir étant supporté par plusieurs éléments rigides. La figure 4 est une vue en plan d'un grand 15 réservoir à section horizontale circulaire du type représenté sur la figure 3, et qui montre la disposition et le nombre des éléments rigides qui peuvent être effectivement utilisés pour le supporter. La figure 5 est une vue en élévation et en 20 partie en coupe qui représente un élément rigide utilisé pour supporter un réservoir en combinaison avec un support auxiliaire réglable et temporaire. La figure 6 est une vue en élévation avant de l'élément rigide de la figure 5 dont la branche réglable est 25 supposée enlevée. Dans la mesure du possible, les éléments qui sont identiques ou analogues sur les différentes figures seront désignés par les mêmes numéros de référence. Dans la forme de réalisation représentée sur 30 les figures 1 et 2, un réservoir sphérique 10 est supporté par quatre éléments rigides 11 régulièrement espacés qui sont avantageusement de même forme et de même construction. Chaque élément rigide 11 comprend une branche 12 et une branche 13« Ces deux branches sont réunies, à leur extrémité 35 supérieure, à une plaque verticale 14. Un bout de colonne 15 est fixé à la surface du réservoir 10. Une plaque 16 est fixée à l'extrémité inférieure du bout de colonne 15 et des pattes verticales 17 et 18 pendent de cette plaque 16 de part et d'autre de l'extrémité supérieure de la plaque 14. Une 40 broche 19 traverse la patte 17, la plaque 14 et la patte 18 72 14605 5 2135553 poux former une articulation entre l'extrémité supérieure de l'élément rigide et la "base du "bout de colonne 15* Comme on le voit également sur les figures 1 et 2, chaque "branche 12 ou 15 est articulée sur une embase 5 à son extrémité inférieure«Sur une plaque 28, qui peut être portée par un navire ou autre engin flottant, ou qui peut être fixée sur le sol, est boulonnée une plaque 20 munie d'une patte verticale 21. Une plaque horizontale 24 prévue à l'extrémité inférieure de la branche 12 présente deux pattes 10 pendantes 22 et 23 qui encadrent la patte 21. Une broche 25 traverse les pattes 22, 21 et 23 pour former une articulation reliant l'extrémité de la branche 12 à l'embase porteuse. La branche 13 est articulée à son extrémité inférieure à l'embase porteuse de la même façon que la branche 12. 15 Une plaque 26 est boulonnée à la plaque 28 et une patte 27 s'élève sur cette plaque 26. L'extrémité inférieure de la branche 13 porte une plaque horizontale 29 d'où pendent des pattes 30 et 31 qui encadrent la patte 27.. Une broche 32 traverse les pattes 30, 27 et 3^ pour former une articulation 20- reliant l'extrémité inférieure de la branche 15 à l'embase porteuse. Bien que, dans la réalisation des figures 1 et 2, le réservoir 10 soit supporté par seulement quatre éléments rigides, il va de soi qu'on utilisera en pratique 25 un nombre de ces éléments qui sera suffisant pour former un support approprié pour le réservoir. Ce n'est que pour simplifier le dessin que les figures 1 et 2 ne représentent que quatre éléments rigides 11. Par ailleurs, alors que les figures 1 et 2 30 représentent des éléments rigides 11 composés de deux branches qui forment un angle entre elles, il va de soi que chaque élément rigide 11 peut être fabriqué et formé de diverses façons. La forme, la construction et l'arrangement des parties des éléments rigides 11 peuvent donc varier dans une large 35 mesure sans qu'on sorte pour cela du domaine de l'invention. Toutefois, quelles que soient la forme et la construction particulières des éléments rigides 11, chacun de ces éléments doit être adapté et approprié pour que son extrémité supérieure puisse être .reliée à un réservoir par une articulation et que 40 son extrémité inférieure puisse être reliée à une embase par 72 14605 6 2135553 deux articulations. Il va de soi que 11 on pourrait également utiliser éventuellement une articulation à rotule en remplacement de l'articulation à "broche. 5 Un réservoir supporté par une structure telle que celle qui a été décrite en regard des figures 1 et 2 peut être soumis à un traitement thermique, utilisé comme réservoir sous pression ou comme réservoir de liquide, y compris d'un liquide réfrigéré et plus particulièrement 10 d'un liquide cryogénique, ou encore utilisé pour d'autres applications. Lorsque le réservoir doit être utilisé pour le stockage d'un liquide réfrigéré, et plus particulièrement d'un liquide cryogénique, il peut être entièrement entouré d'un calorifugeage.Par exemple, le réservoir peut être 15 monté de la façon décrite plus haut dans la cale d'ion navire ou autre engin flottant en laissant une faible distance entre ses surfaces latérales et les cloisons du navire ou engin. On coule ensuite une matière calorifuge dans la cale jusqu'à ce que cette dernière soit entièrement remplie, 20 de manière à isoler le réservoir sur toute sa surface. Les déplacements relatifs horizontaux des extrémités inférieures des branches 12 et 13 l'une par rapport à l'autre, et qui se produisent lorsque des cycles de variations de température de grande amplitude engendrent des variations des dimen-25 sions, sont absorbés par des flexions permises par l'inclinaison relative de ces branches. La figure 3 est une vue en élévation de la structure porteuse d'un grand réservoir 40 à axe vertical, réalisé au moyen des mêmes éléments rigides 11 que ceux qui 30 ont été décrits en regard des figures 1 et 2. Les éléments rigides 11 ont donc été désignés par les mêmes numéros de référence. Toutefois, dans la réalisation représentée sur la figure 3, les plaques 20 et 26 sont fixées à une fondation en béton 44 par des boulons 45. Bien que la structure repré-35 sentée sur la figure 3 ne comporte que quatre éléments porteurs rigides, le soutien d'un très grand réservoir de cette forme exigerait naturellement l'utilisation d'un nombre d'éléments rigides-beaucoup j)lus grand. Par exemple, un réservoir de la forme générale représentée sur la figure 3 et comprenant 40 une coque hémisphérique supérieure 41 de 21,3 m de rayon, 72 14605 7 2135553 un corps central cylindrique 42 à section circulaire également de 21,3 m de rayon et de 38,70 m de hauteur et une coque inférieure elliptique 43 de 10,70 m de profondeur, pourrait être supporté par vingt quatre éléments rigides 5 11, comme on l'a représenté sur la figure 4. Ces éléments rigides 11 sont régulièrement espacés le long de la périphérie du réservoir et équidistants les uns des autres de manière à fournir un support approprié. Les figures 5 et 6 représentent un élément 10 rigide qui présente la forme d'un cadre 50 en A et qui est utilisé en combinaison avec des organes auxiliaires réglables pour supporter un très grand réservoir du type représenté sur les figures 3 et 4. Le cadre rigide 50 des figures 5 et 6 comprend deux branches 51 et 52 dont les extrémités 15 supérieures sont réunies à une plaque 53. Un bout de colonne 54 est fixé au réservoir 40, le long de l'équateur de ce dernier où la coque inférieure elliptique se réunit au corps cylindrique. Le bout de colonne 54 est muni d'une plaque 55 fixée horizontalement à son extrémité inférieure, et à 20 laquelle sont fixées des pattes pendantes 56 et 57* Une broche d'articulation 58 traverse la patte 56,.la plaque 53 et la patte 57 pour articuler l'extrémité supérieure du cadre 50 en A au bout de colonne 54. Une plaque 59 est boulonnée à une fondation 25 60 par des boulons 61. Une patte 62 s'élève verticalement sur la plaque 59, entre des pattes 63 et 64 qui pendent de la plaque horizontale 65 fixée à l'extrémité inférieure de la branche 51» Une broche d'articulation 66 traverse les pattes 63, 62 et 64 pour compléter l'articulation qui relie 30 la branche 51 à l'embase porteuse. Une plaque de base 71 est boulonnée à la fondation 60 par des boulons 73* Une patte 74 s'élève verticalement sur la plaque 715 entre des pattes 75 et 76 qui pendent d'une plaque horizontale 72 fixée à l'extrémité inférieure 35 de la branche 52. Une broche 77 traverse les pattes 75» 74 et 76 pour articuler l'extrémité inférieure de la branche 52 à l'embase porteuse. Une entretoise horizontale 78 est réunie, à ses extrémités, aux plaques 65 et 72 des branches 51 et 52 pour rendre le cadre 50 en A plus rigide. 40 Une jambe de force 80 est prévue pour permettre 72 14605 ° 2135553 de régler la position du cadre 50 es A pendant que l'on abaisse le réservoir et qu'on enfile la broche 58* Dès que le réservoir est en position et que tous les cadres en A sont articulés à ce réservoir, on peut enlever la jambe 5 de force 80. L'extrémité inférieure de cette jambe de force 80 est réunie à une plaque de base 82 par une broche d'articulation inférieure 81 et son extrémité supérieure est réunie par une broche d'articulation supérieure 83 à des ferrures 84- fixées sur la plaque 53 qui constituent 10 la partie supérieure du cadre 50 es A, Un manchon central 85 prévu sur la jambe de force 80 est muni d'une pcdgnée 86 au moyen de laquelle on peut le faire tourner dans les deux sens. Le tronçon inférieur 87 et le tronçon supérieur 88 de la jambe de force 80 sont engagés à coulissement dans le 15 manchon 85. Une vis munie de filets à droite à une extrémité et de filets à gauche à l'autre extrémité est vissée dans des écrous montés dans les tronçons 87 et 88. En tournant le manchon 85, on peut agrandir ou réduire la longueur de la jambe de force 80 pour rapprocher ou éloigner le 20 cadre 50 en A du bout de colonne 54-. On peut également utiliser une béquille temporaire 90, de construction analogue à celle de la jambe de force 80, pour supporter le réservoir pendant la mise en place des cadres en A et leur fixation au réservoir. 25 On enlève les jambes de force 80 et les béquilles 90 avant de soumettre le réservoir au cycle de chauffage et, avantageusement, au cycle de refroidissement, de manière que le réservoir puisse se dilater et se contracter librement sans restriction, ou encore avant que le réservoir ne soit 30 mis en utilisation. Bien que l'on puisse utiliser des joints à rotule pour relier les cadres en A à l'embase et au réservoir5 on considère comme avantageux d'utiliser des broches cylindriques ou des boulons de forte section et de grande longueur. 35 Lorsqu'on utilise des broches, il est à recommander que ces broches soient disposées horizontalement mais tangentiellement à la paroi du réservoir ou, en d'autres termes, que chaque broche soit disposée à peu près perpendiculairement à un rayon du réservoir qui passe par l'axe du bout de colonne corres-40 pondant . Les broches prévues au bas des branches du cadre 72 14605 ? 2135553 en A sont avantageusement disposées dans le prolongement axial l'une de l'autre. La structure porteuse décrite peut être utilisée pour supporter des réservoirs sphériques, elliptiques ou cylindriques et, en particulier, des réservoirs 5 qui comportent des fonds hémisphériques ou hémi-elliptiques. Cette structure est particulièrement utile pour supporter des réservoirs présentant une section horizontale circulaire dans la région où les éléments rigides sont articulés à ce réservoir du fait que l'on peut s'attendre à 10 ce que ce réservoir se dilate de distances radiales identiques tout autour de son axe vertical. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques 15 équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. 72 14605 10 213^553 EEYEN.DIOATIOIS 1.— Ensemble composé d'un réservoir ou équivalent et d'une structure porteuse, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir, et plusieurs éléments 5 rigides qui supportent ce réservoir, chacun de ces éléments rigides prenant appui à sa partie inférieure sur une embase par au moins deux articulations espacées et chacun de ces éléments rigides étant articulé au réservoir, à sa partie supérieure, en un point espacé des articulations des autres 10 éléments rigides. 2.- Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois éléments rigides espacés le long de la périphérie du réservoir, et en ce que les articulations des éléments rigides sur 15 l'embase et sur le réservoir sont formés de broches horizontales sensiblement tangentes au réservoir. 3.- Ensemble composé d'un réservoir ou équivalent et d'une structure porteuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments rigides sont constitués 20 par au moins trois cadres rigides en A. 4.- Ensemble suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins quatre cadres rigides en A espacés le long de la périphérie du réservoir, et en ce que les articulations qui relient les cadres en A à 25 l'embase et au réservoir sont formées par des broches horizontales sensiblement tangentes au réservoir. 5.- Ensemble composé d'un réservoir ou équivalent et d'une structure porteuse selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des cadres rigides comprend 30 deux branches plus largement espacées à leurs extrémités inférieures qu'à leurs extrémités supérieures, et reliées rigidement entre elles, l'extrémité inférieure de chaque branche étant articulée sur une embase, et l'extrémité supérieure de chaque cadre étant articulée sur le réservoir en un 35 point espacé des articulations des autres cadres. 6.- Ensemble suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les cadres sont espacés à peu près régulièrement le long de la périphérie du réservoir. 72 14605 2135553 7.- Ensemble suivant la revendication 5? caractérisé en ce que le réservoir est supporté par au moins quatre cadres rigides. 8.- Ensemble suivant la revendication 2 ou 5 5» caractérisé en ce que le réservoir est de section horizontale sensiblement circulaire. 9.- Ensemble suivant la revendication 2 ou 5» caractérisé en ce que l'embase est portée par un engin flottant. 10 10.— Ensemble suivant la revendication 2 ou 5, caractérisé en ce que l'embase est portée par un navire» 11.— Ensemble suivant la revendication 2 ou 5, caractérisé en ce que le réservoir est un réservoir pour le stockage des liquides réfrigérés.