Brevet FR2322067A1 — publié le 19770325

La présente invention concerne des perfectionnements apportés à des réservoirs à membrane, une telle désignation comprenant les récipients à parois très minces, dans lesquels lesdites parois servent uniquement de barrière de retenue et non pour absorber le poids et les autres efforts qui peuvent se produire et qui doivent être transmis intégralement à la structure de support sur laquelle est monté le récipient. Cela exige pour le récipient un appui pratiquement continu sur toute l'étendue de sa base inférieure et sur les parois latérales. De tels réservoirs sont généralement constitués d'élé- ments de plaques de configuration le plus souvent plane, et dont le contour peut eAtre une figure géométrique quelconque, lesdites plaques étant unies entre elles par soudure. A ces éléments de plaques, on donnera ci-après le nom de plaques modulaires. Ce type de récipient peut etre utilisé pour le stockage dans le sol, comme installation fixe, ou bien pour le transport sur un type quelconque de véhicule. Dans tous les cas, le récipient est monté sur un support servant de base, du type isolant, transmettant les efforts à la structure externe. De tels récipients sont particulièrement indiqués pour le transport de fluides à ltétat cryogénique et/ou sous pression, bien qu'ils puissent également servir pour des produits soumis à des températures élevées. L'application la plus répandue à l'heure actuelle de ce type de réservoirs est le transport de gaz liquéfiés à bord de navires, clest-à-dire de produits à l'état cryogénique et/ou sous pression. Le transport de gaz liquéfiés à bord de navires pose une série de problèmes découlant des conditions dans lesquelles le produit est transporté. En effet, les gaz liquéfiés sont transportés à des tem pératures très basses, aux environs de -162 C et à une pression voisine de l'atmosphère. Il en résulte que les parois du récipient doivent etre constituées d'un matériau présentant un bon comportement à des températures aussi basses que celles que l'on réalise dans les gaz liquéfiés. Des alliages spéciaux peuvent être utilisés à cette fin, en particulier l'acier à 9 % de nickel, l'acier à 36 % de nickel (invar), l'acier inoxydable 18-8, les alliages d'alu minium et de magnésium, etc., tous capables de résister aux basses températures du gaz liquéfié emmagasiné dans le récipient. Cependant, ces alliages ont également un coefficient de contraction déterminé, par suite duquel le matériau constituant le réservoir, au contact du gaz liquéfié à des températures cryogéniques, subit des contractions qui donnent lieu à des tensions internes importantes et qui provoquent des déplacements dudit matériau. I1 faut ajouter à ces tensions1 celles qui sont dues au poids de la charge liquide du réservoir, autrement dit les charges statiques, sans omettre celles qui sont dues aux mouvements du navire en mer et à la charge liquide à l'intérieur du navire (charges dynamiques). On connaît à l'heure actuelle deux systèmes distincts permettant d'absorbes les tensions causées par des effets thermiques et par les charges statiques et dynamiques. L'un de ces systèmes consiste à construire le réservoir à partir d'un alliage dont le coefficient de contraction est miw nimal, par exemple l'alliage appelé INVAR et à monter en outre le réservoir avec la possibilité de déplacements libres. Ce système est cependant motteux, surtout à cause du prix élevé de ce type de matériau. La deuxième solution consiste à produire dans la paroi du réservoir des ondulations ou des déformations suivant deux directions perpendiculaires, qui absorbent par déformation les tensions que la paroi devra subir. Dans ce cas, le réservoir est monté sur la structure portante sans liberté de déplacements. Les ondulations- ou déformations mentionnées sont produites sur les plaques modulaires qui sont unies ensuite entre elles par soudure. Cette forme d'exécution exige une grande exactitude dans le tracé et la formation des ondulations ainsi que dans l'union d'une plaque avec les autres, étant donné que les ondulations des diverses plaques modulaires doivent tre parfaitement alignées, car, dans le cas contraire, le bord d'une ondulation pourrait se trouver vis-àwvis du bord droit de la plaque adja centre, ce qui laisserait des espaces ouverts Les divers efforts subis par la paroi sont transmis à la structure extérieure, ladite paroi servant alors, comme indi qué, de simple barrière de retenue. Dans ce but, on ménage un appui qui est capable de transmettre de tels efforts. En même ternps, il est nécessaire d'empêcher que les basses températures auxquelles se trouve exposée la paroi du réservoir ne soient transmises à la structure extérieure, étant donné que celle-ci sera constituée d'aciers normaux, incapables de travailler à de telles températures. Pour y parvenir, on dispose, entre le réservoir et la structure portante, une isolation adéquate. Pour obtenir la transmission des charges du réservoir à la structure extérieure et l'isolation thermique nécessaire, on monte le réservoir sur un lattis de matériaux isolants, dont les caractéristiques dépendront de la nature de la charge à transporter et qui sera constitué par une combinaison de bois de construction et de contreplaqués, de PVC, de ciments de perlite, et autres matériaux connus pour présenter les caractéristiques désirées. La présente invention a pour objet de réaliser un réservoir construit à partir de plaques modulaires qui soient ca- pables d'absorber par elles-mêmes les tensions dans le plan de la plaque dans les dircotions infinies dudit plan. On y parvient, ~conformément à l'invention, en produi sant ou en formant, dans chaque-plaque modulaire 1 par estampage, emboutissage, matriçage, ou par tout autre système possible, une ou plusieurs surfaces toriques, concentriques si elles sont plusieurs, et dont centre sera lue centre géométrique de la plaque et dont les sections tori-ques avec le plan de la plaque don- nent lieu à des courbes coniques. On obtient ainsi un système d'onde ou d'ondulations orrginales, calculé pour absorber les déplacements par contraction etXpar dilatation dans les directions infinies du plan. Le réservoir construit selon ce système sera monté sans liberté de déplacement, et ancré à l'élément d'appui ou à la structure extériéure au moins par le centre géométrique de chaque plaque modulaire. corme point d'ancrage, on peut choisir en outre des points de la périphérie des plaques modulaires, ancrer tout le pourtour ou le -laisser complètement libre. La rencontre entre la -surface torique et le plan de la plaque est réalisée par une surface torique en sens contraire1 grâce à laquelle on élimine l'intersection à arête vive entre les surfaces. On étudie l'optimisation de la plaque en fonction des conditions extérieures auxquelles la plaque est soumise, de la taille et de épaisseur de ladite plaque, de son périmètre, du rayon de courbure de la section du tore, du rayon de la surface de raccordement entre la surface torique et le plan de la plaque, de la distance du centre géométrique au centre de l'onde, de l'amplitude de l'onde et de la flèche de celle-ci. Pour le calcul de la résistance de la plaque modulaire, on tient compte en outre des tensions causées par les effets thermiques, ainsi que de celles qui sont dues aux charges statiques et dynamiques. La plaque modulaire ainsi définie et soumise auxdites charges fait l'objet d'un calcul de résistance par la méthode des éléments finis, par ordinateur et suivant les techniques de la théorie des plaques, afin de déterminer les tensions maximales de toute la plaque. Dans l'hypothèse de calcul de la plaque modulaire selon l'invention, il a été tenu compte des règlements de l'IMCO relatifs au calcul des accélérations et des pressions dans le réservoir. Une fois définie la plaque modulaire, les parois du réservoir, comme cela est courant, seront constituées par l'assemblage de quelques plaques avec d'autres au moyen d'une soudure, effectuée suivant un procédé quelconque courant pour la soudure de tôles de faible épaisseur, c'estZà-dire, par TIG, par bombardement électronique, par résistance, etc. Le réservoir sera disposé sur un lattis de type isolant, formé par des combinaisons de produits commerciaux, ayant de faibles caractéristiques de conductibilité et de bonnes propriétés pour la transmission des charges spécifiques du calcul. Dans chaZ que cas particulier, suivant la nature de la charge, la combinaison et 19épaisseur des couches d'isolation varient, les principaux composants étant les bois de construction et les contre~ plaqués, le PVC, les ciments perlitiques et de polystyrène, ou autres produits semblables. La plaque modulaire, définie selon l'invention, prél sente, sur le système de plaques à ondulations ou déformations suivant deux axes perpendiculaires, l'avantage que chaque plaque modulaire est totalement indépendante des plaques contiguës quant à la conception et au fonctionnement. Les plaques à l'aide desquelles on construit les re- servoirs selon la présente invention présentent leurs bords droits avec lesquels lesdites plaques peuvent s'assembler entre elles suivant une disposition quelconque, sans faire varier la situation de la ou des surfaces toriques, dont le centre sera toujours celui de la plaque modulaire. Un autre avantage de construction, selon la présente invention, est que la déformation de la ou des surfaces toriques d'une plaque modulaire n'affecte pas la surface des autres plaques. A titre d'explication et d'exemple non limitatif, on fait ci-après une description se rapportant aux dessins annexés et mettant en évidence la constitution et les caractéristiques d'une plaque modulaire construite selon la présente invention, dans lesquels La figure i montre une vue en perspective d'une plaque modulaire configurée selon la présente invention ; et la figure 2 représente une vue schématique en coupe suivant la ligne II-II de la figure i et suivant un plan perpendiculaire à la plaque modulaire. La figure i représente une plaque modulaire 1, plane et de contour non défini, car celui-ci peut correspondre à celui d'une figure géométrique quelconque, par exemple un carré, un rectangle, un hexagone, etc. Dans cette plaque plane 1, à l'aide d'un procédé quelconque usuel, par exemple par emboutissage, estampage ou matri çage, on forme une surface torique 2 qui constitue une onde, comme on peut le voir sur la figure 2, capable de se déformer élastiquement d'une façon suffisante pour absorber les tensions qui peuvent se produire dans la plan de ladite plaque. Le centre 3 de cette surface torique coïncidera avec le centre géométrique de la plaque i. Chaque plaque modulaire peut porter plus d'une surface torique. Dans ce cas, toutes les surfaces toriques de chaque plaque seront concentriques entre elles, leur centre restant toujours confondu avec le centre géométrique de la plaque modulaire concernée. Le montage et la fixation du réservoir s'effectueront de telle façon que toutes les plaques modulaires qui le consti tuent soient ancrées au moins en un point qui sera précisément le centre 3. La rencontre entre la surface torique 2 et la plaque i ne se produit pas suivant l'intersection géométrique de ces deux surfaces1 mais elle est amortie au moyen de la formation d'une seconde surface torique 4 de raccord, et dont la courbure est en sens contraire de celle de la surface 2. Dans la figure 2, on montre tous les paramètres dont il faudra tenir compte dans la réalisation de l'étude de l'optimi- sation de la plaque modulaire, outre, bien entendu, les conditions extérieures auxquelles ladite plaque sera soumise, ainsi que la taille, ltépaisseur et le périmètre de ladite plaque. Ces paramètres sont le rayon de courbure 5 de la section du tore 2, le rayon de courbure 6 de la surface 4 de raccord entre la surface torique 2 et la surface de la plaque 1, la distance 7 entre le centre 3 et le centre 8 de l'onde 2, l'amplitude 9 de l'onde et sa flèche 10. L'épaisseur des plaques modulaires, pour la construcw tion de réservoirs selon la présente invention, peut varier entre 0,8 et 3 mm. L'invention n'est pas limitée à la description qui précède ni à la manière de la réaliser en pratique, et il est bien évident que les dispositions indiquées ci-avant sont susceptibles de modifications ou d'améliorations sans pour cela s'écarter de l'esprit de la présente-invention. REVENDICATION Perfectionnement à des réservoirs à membrane, constitués de plaques modulaires métalliques assemblées entre elles par leurs bords par soudure et configurées de telle sorte qu'elles soient capables d'absorber les tensions dues à des charges statiques, dynamiques et thermiques, caractérisé par le fait qu'on réalise sur chaque plaque, par estampage, emboutissage ou matriçage, une ou plusieurs surfaces toriques concentriques, dont le centre coïncide avec le centre géométrique de la plaque, chacune desdites plaques modulaires étant au moins ancrée audit centre géométrique.