Brevet FR2259766A1 — publié le 19750829

La présente invention a pour objet des joints d'étanchéité entre dtune part, un réservoir à parois verticales contenant un liquide et d'autre part, un toit flottant sur ce liquide. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des réservoirs de liquide à parois verticales, notamment des réservoirs de produits pétroliers. Les produits liquides,notamment les produits pétroliers ou chimiques, sont stockés frequemment dans de grands réservoirs métalliques à parois verticales et il est courant d'équiper ces réservoirs d'un toit qui flotte sur le liquide et qui suit le niveau de celui-ci. Un jeu est ménagé entre le toit flottant et la paroi du réservoir pour permettre au toit de se déplacer librement et ce jeu doit être important, dans le cas de grands réservoirs, pour tenir compte des déformations mécaniques du réservoir et des tassements différentiels . I1 est courant de prévoir des jeux de plusieurs dizaines de centimètres. Un joint étanche doit être disposé dans ce jeu pour éviter les pertes de produit par évaporation et I1 entrée d'impuretés dans le liquide contenu dans le réservoir. La réalisation de ce joint pose des problemes technologiques tres difficiles car il doit constamment se déplacer en suivant le toit et en frottant contre la paroi du réservoir sans s user exagérément, en s'accomodant des variations importantes du jeu et sans frottement exagéré qui pourrait gêner les déplacements du toit. On connais des joints de toits flottants constitués par une bande d'étanchéité souple, par exemple en caoutchouc,fixée au toit flottant de façon étanche par le bord supérieur et fixée par son bord inférieur sur une enveloppe souple contenant un anneau de matière élastique comprimée. Cet anneau prend appui contre le toit flottant ou contre un support rigide solidaire du toit flottant et maintient la bande d'étanchéité appliquée de façon étanche contre la paroi du réservoir.Dans un autre mode de réalisation, la bande d'etancheite est supprimée et ltenveloppe déformable contenant l'anneau élastique est fixée de façon étanche sur le toit flottant et maintenue appliquée de façon étanche contre la paroi du réservoir par la pression exercée par l'anneau élastique comprimé Dans ces réalisations connues, le joint d'étanchéité, formé par une bande ou par une enveloppe contenant un anneau élastique, est fixé de façon étanche au toit et est appliqué de façon étanche contre la paroi verticale du réservoir par les forces élastiques qui prennent naissance dans l'anneau com primé. I1 arrive fréquemment; dans ce type de joints, que l'anneau élastique se torde sous l'effet des couples de torsion dus au frottement de l'enveloppe contre la paroi du réservoir ce qui conduit à un manque d1étanchéité et à des ruptures de Joint. Il existe un joint de toit flottant comportant à l'intérieur de l'en- veloppe déformable une grille formée de barreaux verticaux entre lesquels l'anneau élastique fait saillie lorsqu'il est comprimé. Dans le but d'éviter des vrillages de l'anneau élastique, dans cette solution, il faut pincer celuici entre des plaques de serrage ce qui complique le montage du joint. L'objectif de la présente invention est de procurer un joint de toit flottant de réalisation plus simple et moins onéreuse que les joints existants, qui ne risque pas de se tordre sous l'action des couples de torsion dus aux frottements sur les parois et qui s'accomode de jeux importants entre le toit flottant et les parois du réservoir ainsi que des variations de forme du réservoir et des irrégularités des parois et qui permet d'assurer une bonne étanchéité aux vapeurs à la fois du coté du toit et de la paroi du réservoir. Cet objectif est atteint au moyen d'un joint d'étanchéité comportant un élément en matériau élastique comprimé formé de plusieurs anneaux concentriques et juxtaposés en matériaux de raideurs différentes. Un joint selon l'invention comporte, de préférence, plusieurs anneaux,au moins deux, en un matériau cellulaire compressible. Les anneaux en matériau cellulaire sont collés l'un sur l'autre par leur face plane de contact. On rappelle que la raideur k d'un corps élastique est un coefficient égal au rapport entre la force F qui est exercée sur ce corps et la déformation relative U : F = k U. La raideur est l'inverse de la compressibilité. Plus la raideur est faible, plus la déformation sous une force donnée est grande. De préférence, la raideur de l'anneau situé du côté du toit est supérieure à la raideur de l'anneau situé du côté de la paroi du réservoir, par exemple elle est au moins le double de cette dernière. Ainsi l'anneau extérieur situé du côté de la paroi du réservoir, très compressible, peut subir de grandes déformations et compenser aisément des variations importantes du jeu entre le réservoir et le toit, par exemple des variations de plusieurs dizaines de centimètres. De même cet anneau extérieur, qui glisse le long de la paroi du réservoir et qui est très compressible et très souple peut épouser aisément les déformations de cette paroi, même à travers une enveloppe. Lorsque le jeu est très important, la déformation U devient faible et le joint qui est précomprimé n'appuyerait plus avec une force suffisante contre la paroi du réservoir et contre le toit pour maintenir l'étanchéité, si tout le joint était constitué d'un matériau peu compressible. On pallie cet inconvenient grâce à un joint composite constitué de plusieurs anneaux de raideur différente, les anneaux situés du côté du toit ayant une raideur plus élevée. En effet, on sait que la raideur K équivalente à un empilage de plu sieurs éIments ayant chacun des raideurs propres Kl, K2 Ki R est telle que ltinverse 1 est égal à la somme des inverses I K Ki Si donc on remplace un des éléments par un élément de raideur K. plus élevée, on remplace le rapport 1 par un rapport plus faible. L'inverse Ki 1 de la raideur équivalente s'en trouve diminué et la raideur équivalente K croit. Donc, pour une faible déformation les pressions exercées contre les parois restent plus élevées. L'adjonction entre les anneaux de plaques intermédiaires' qui peuvent etre rigides permet d'aceroltre encore la rigidité radiale du joint. Cette propriété est connue et utilisée par exemple pour constituer des tampons élastiques de grande raideur verticale qui supportent les ouvrages d'art,-par exemple les tabliers de pont, lesquels tampons sont constitués par des empilages de plaques élastiques et de plaques métalliques alternées La présente invention constitue une application nouvelle de cette propriété dans le domaine des joints de toit flottant Les anneaux en matériau cellulaire de toits flottants sont placés habituellement à l'intérieur d'une enveloppe souple et déformable destinée à les protéger du contact avec le liquide stocké et ses vapeurs, l'enveloppe étant en un matériau qui résiste à ce contact et à l'abrasion résultant du frottement contre la paroi externe du réservoir. Selon ltinvention, tous les anneaux sont placés à l'intérieur d'une méme enveloppe qui est fixée, par ses extrémités libres sur une plaque intermédiaire entre deux anneaux. En variante, les anneaux en matériau cellulaire peuvent être recouverts directement d'un enduit protecteur étanche présentant les mêmes proprié- tés de résistance au frottement et à l'action du liquide et de ses vapeurs que celles de l'enveloppe. Un joint selon l'invention est fixé au toit flottant par des moyens qui le rendent salidaire du toit en translation verticale mais qui lui permettent de se déplacer radialement tout en l'empêchant de pivoter. Dans un mode de réalisation, ces moyens sont constitués par des supports flexibles radialement qui relient une des plaques intermédiaires à la partie supérieure du toit flottant. Le résultat de l'invention est un nouveau joint de toit flottant. Ce nouveau joint présente l'avantage d'être de réalisation plus sim- ple que les joints connus qui nécessitent des dispositifs complexes pour réaliser une fixation étanche du joint sur le toit. Par contre, le joint selon l'invention réalise un contact étanche à la fois contre la paroi du réservoir par contact coulissant et contre la jupe du toit flottant par contact fixe. I1 en résulte que les dispositifs de support et de fixation du joint pour le maintenir en place jouent uniquement un rôle de butée de positionnement du joint par rapport au toit flottant et peuvent être réalisés très simplement et très économiquement. La composition du joint formé de plusieurs anneaux juxtaposés, de raideur différente, permet de concilier deux-buts, d'une part avoir au contact de la paroi du réservoir un matériau très souple et très compressible qui e'- pouse les déformations de la paroi et d'autre part obtenir un joint dont la raideur d'ensemble soit suffisamment élevée pour que les pressions exercées par le joint contre la paroi du réservoir et contre le toit flottant conservent une valeur suffisante pour réaliser un contact étanche même lorsque la defor-- mation radiale du joint devient faible, en cas de jeu élevé. Ceci permet d'*evî- ter la présence de vapeurs emanant du liquide audessus du-joint. Un autre avantage d'un, joint selon l'invention réside dans le faiez que tout risque de vrillage du joint est facile à éviter. On peut intercaér- une plaque verticale plus ou moins rigide entre deux anneaux et faire coopérer celle-ci avec des supports mécaniques ou des butées de telle sorte que le joint ne peut pas pivoter et que la section transversale du joint reste stàbLe. La face externe du joint conserve alors sa forme plane et verticale et assume un bon contact étanche contre la paroi du réservoir. La description suivante se réfère aux dessins annexésqui represen- tent des exemples de réalisation de joints- de toit flottant selon l'invention sans aucun caractère limitatif. La figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un réservoir équi- pé, d'un toit flottant. La figure 2 est une vue en coupe, à grande échelle, d'un détail situe dans le cercle II de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'un support de joint. Les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe, analogues à la figure 2 de modes de réalisation différents. La figure I représente un réservoir circulaire 1, à parois verticales, contenant un liquide 2 sur lequel flotte un toit 3 séparé de la paroi du réservoir par un jeu 4 dans lequel est placé un joint d'étanchéité 5. La figure 2 représente, à plus grande échelle, la paroi verticale du réservoir I et la jupe du toit flottant 3 délimitant enter'elles le jeu 4 dans lequel est disposé le joint 5, de forme annulaire. Ce joint est formé de deux anneaux 5a et Sb, constitués d'un matériau élastique cellulaire, par exemple de la mousse de polyéthylène ou de po lyuréthane. Les deux anneaux 5a et 5b sont séparés par une plaque rigide 6, par exemple une plaque métallique et sont collés sur celle-ci. Le joint est donc un joint composite constitué de trois anneaux juxtaposés, les anneaux 5a, 5b et la plaque. L'anneau 5a est constitué par un matériau ayant une raideur plus grande, par exemple double de celle du matériau constituant l'anneau 5b qui est très facilement compressible. La section transversale des deux anneaux 5a et 5b est rectangulaire. Ces deux anneaux sont mis en place dans le jeu entre le réservoir etle toit en les précomprimant Les deux anneaux et la plaque 6 sont placés dans une même enveloppe 7, étanche et déformable. Les deux extrémités de cette enveloppe sont fixées de façon étanche en 8, de part et d'autre du bord supérieur de la plaque 6, par tout moyen connu, par exemple par collage ou en les serrant entre la plaque et deux feuillards ou fers plats boulonnes entr 'eux. L'enveloppe 7 est en tissu enduit d'un élastomère naturel ou synthétique ou constituée par un film de matière plastique qui résiste au contact du liquide 2 et des vapeurs de celui-ci. Elle résiste également à ltabrasion due au frottement contre la paroi I. Elle est suffisamment souple et lâche pour ne pas gêner les déformations des anneaux élastiques 5a et 5b qui la maintiennent constamment appliquée de façon étanche contre la paroi 1 et contre le toit 3. Le joint est fixé au toit par des supports flexibles 9 boulonnés en 10 sur le toit et en 8 sur l'extrémité supérieure de la plaque 6. La figure 3 représente, en perspective, ltun de ces supports composé de deux bras 9a et 9b et d'une bande 11 qui se fixe sur la plaque 6 en serrant en même temps l'un des bords de l'enveloppe 7. Les supports 9 sont juxtaposés sur toute la périphérie du toit. Les bras 9 sont suffisamment flexibles pour ne pas s'opposer aux déplacements transversaux de la plaque 6, tout en maintenant le joint solidaire du toit en translation verticale. Les supports 9 s'opposent au pivotement de la plaque 6 autour d'un axe horizontal et évitent tout risque de torsion du joint. La figure 4 représente, en coupe verticale, autre mode de réalisation d'un joint composé également de deux anneaux 12a, 12b en matériaux cellulaires ayant des raideurs différentes, l'anneau 12a étant très compressible. Ces deux anneaux sont collés sur une plaque rigide 13. Chacun des anneaux est placé dans une enveloppe protectrice, respectivement 14a et 14b dont les bords sont fixés de façon étanche sur la plaque 13. Les anneaux 12a et 12b sont précomprimés. On a représenté en pointillés la forme de l-'anneau 12b avant la compression. il a une forme arrondie pour faciliter son insertion entre les bu tées car vanneau 12b ayant une raideur plus élevée est plus difficile à précomprimer et une forme arrondie ou une forme convergente vers l'extérieur facilite la mise en place du joint. Dans ce mode de réalisation, le joint n' est pas fixé au toit. Il est placé entre deux butées 15a et 15b qui solidarisent le joint en translation verticale avec le toit 3. Les butées 15a et 15b ont une largeur suffisamment réduite pour ne pas gêner les déplacements transversaux de la plaque 13 mais, au cas où celle-ci aurait tendance à pivoter dans un sens ou dans l'autre, elle en est empêchée par les butées qui s'opposent donc à la torsion du joint. La figure 5 représente une coupe verticale d'un autre mode de réalisation de joint composé de quatre anneaux juxtaposEs 16a, 16b, 16c, 16d séparés par des plaques rigides 17a, 17b, 17c. L-'anneau extérieur 16a est en un matériau plus compressible que les anneaux 16b, 16c et 16d qui peuvent être en un même matériau ou en des matériaux de raideur différente. L'anneau extérieur 16a est placé dans une enveloppe étanche et déformable 18 dont les extrémités sont fixées sur la plaque 17a. Cette enveloppe protège l'anneau 16a de l'usure due au frottement contre la paroi 1. Par contre, les anneaux 16b, 16c et 16d sont seulement revêtus d'un enduit protecteur étanche. Le joint est placé au-dessus d'une couronne 19 fixée au toit flottant par des pattes 20.La couronne 19 joue le rôle de pare-choc destiné à venir buter contre la paroi du réservoir et à maintenir un jeu minimum pour éviter l'écrasement du joint. Le joint est fixé au pare-choc par des étriers 21 engagés dans des encoches 22 et articulés sur le bord inférieur de la plaque 17b. Ainsi, le joint suit les déplacements verticaux du toit mais, grâce à l'articulation des étriers, les plaques rigides peuvent se déplacer librement dans le sens transversal. Les étriers 21 s'opposent à la rotation de la plaque 17b sur ellemême et le joint ne risque donc pas de se tordre. Bien entendu, le pare-choc pourrait également être placé au-dessus du joint. Les étriers peuvent être remplacés par des crochets 23 articulés sur l'extrémité des plaques 17c et accrochés à des ergots 24 fixés sur les pattes 20 ou par tout autre moyen de fixation équivalent permettant aux plaques rigides 17 de se déplacer latéralement dans certaines limites.Les crochets ou étriers pourraient être également remplacés par des liens souples La figure 6 représente une coupe verticale d'un autre mode de réalisation d'un joint composé de deux anneaux 25a, 25b, collés l'un contre l'autre par leur face de contact plane 26. L'anneau 25a est constitué par une mousse à cellules ouvertes très compressible tandis que l'anneau 25b est constitué d'une mousse semi-rigide ayant une raideur de l'ordre de cinq fois celle du joint 25a. L'anneau 25b a une section transversale rectangulaire et deborde par rapport au joint 25a, ce qui accroît la surface de contact avec le toit. L'anneau 25a a une section de forme trapézoidale qui, combinée à la compressibilité élevée du matériau permet d'obtenir des déformations radiales du joint importantes. Les anneaux 25a et 25b sont-revêtus d'un enduit protecteur étanche 27 qui résiste au contact du liquide 2 et des vapeurs émises par celui-ci et qui résiste également aux frottements contre la paroi 1. Une plaque 28 qui peut être rigide ou semi-rigide, par exemple une plaque en caoutchouc, est in sérée sur une partie de la hauteur entre les anneaux 25a et 25b et collée sur ceux-ci. Des supports coudés 29, déformables radialement, relient l'extrémité supérieure de cette plaque à la partie supérieure 30 du toit flottant. La flexibilité radiale de la plaque 28 et des supports 29 est suffisante pour permettre au plan de joint 26 de se déplacer transversalement tout en emp^eehant le joint de pivoter sur lui-même et de se tordre. Les exemples de réalisation des joints et des moyens de fixation au toit qui viennent d'être décrits n'ont aucun caractère limitatif et sont des tinés uniquement à montrer la simplicité de montage du joint a laquelle l'invention permet d'arriver. Bien que l'on ait représenté uniquement des anneaux élastiques de section rectangulaire, ce choix n' entraîne aucune restriction et il est bien précisé que la section transversale des anneaux pourrait être différente, soit par exemple semi-circulaire, trapezoidale, triangulaire ou délimitée par un contour curviligne ou polygonal. Ils peuvent comporter des évidements. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les diverses parties des joints décrits à titre d'exemple-pourront être remplacées par l'hom- me de l'art par des parties équivalentes remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Joint d'étanchéité entre, d'une part les parois verticales d'un réservoir contenant un liquide et d'autre part un toit flottant sur ce liquide, com portant un élément en matériau elastique comprimé, caractérisé en ce que ledit élément est formé de plusieurs anneaux concentriques et juxtaposés, en matériaux de raideurs différentes. 2 - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits anneaux sont en un matériau cellulaire compressible. 3 - Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits anneaux sont collés l'un sur l'autre par leur face plane de contact. 4 - Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la raideur de l'anneau situé du côté du toit est supérieure à la rai deur de l'anneau situé du côté de la paroi du réservoir. 5 - Joint selon la revendication 4, caractérisé en ce que la raideur de l'an neau situé du côté du toit est au moins le double de la raideur de l'an neau situé du côté de la paroi du réservoir. 6 - Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits anneaux sont placés à l'intérieur d'une meme enveloppe décor mable et étanche qui est appliquée de façon étanche contre le toit flottant et contre la paroi du réservoir par les pressions exercées par les éléments comprimés. 7 - Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits anneaux sont revêtus d'un enduit protecteur étanche résistant au contact dudit liquide et de ses vapeurs et au frottement contre la pa roi du réservoir. 8 - Joint selon ltune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins deux desdits anneaux sont séparés sur au moins une partie de leur hauteur par une plaque intermédiaire sur laquelle ils sont collés, laquelle plaque coopère avec des moyens de fixation dudit joint au toit flottant. 9 - Joint selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation du joint comportent des supports flexibles radialement qui relient ladite plaque à la partie supérieure du toit flottant. 10- Joint selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation du joint au toit flottant sont constitués par des butées fixées audit toit, de part et d'autre du joint. 11- Joint selon la revendication 8, caraetrisé en ce que lesdits moyens de fixation du joint sont consitutés par une butée fixée au toit flottant jouant le rôle de pare-chqc et par des liens souples ou articulés reliant ladite butée à ladite plaque.