Brevet FR2369155A1 — publié le 19780526

La présente invention concerne les cargos et vise notamment des capots de protection contre les intempéries pour navires-citernes comportant de grosses citernes qui se dressent au-dessus du pont principal. 5 Des navires-citernes assurent depuis longtemps le transport de pétrole, d'essence et d'autres produits chimiques couramment stockés à température ambiante. Il s'est récemment avéré commode, et commercialement possible, de transporter des liquides cryogéniques dans des citernes montées à bord de navires. De tels 10 navires ont servi en particulier au transport de gaz naturel liquéfié (expression abrégée ci-après en "GNl"), qui demeure à l'état liquide à une température inférieure à -162°G environ, sous pression atmosphérique. L'un des divers types de navires qu'on a mis au point pour 15 le transport de GNL comporte de grosses citernes sphériques, et les brevets US 3 841 269 accordé le 15 octobre 19721-, et 3 908 574-accordé le 3 septembre 1975 décrivent des exemples de navires de ce genre. Dans la conception d'un navire de ce type,il faubprendre en considération un certain nombre de facteurs qui ne figurent 20 pas dans la conception d'un pétrolier classique, tels que les modifications dimensionnelles résultant des contractions et dilatation thermiques qui apparaissent entre les périodes où les citernes sont pleines et à leur température cryogénique et celles où elles sont vides et à température ambiante, par exemple 25 pendant inspection ou éventuellement voyage sur lest. Ces grosses citernes sphériques s'étendent au-dessus du pont principal exposé du navire, et il importe de les protéger des embruns et des intempéries. De plus, il faut assurer leur isolation thermique en interposant un écran thermique approprié 30 entre le liquide à température cryogénique qu'elles contiennent et l'atmosphère marine environnante, à température ambiante. Il est aussi usuellement souhaitable de maintenir l'extérieur des citernes de GNL sous atmosphère inerte. On a déjà proposé et utilisé divers types de capots de 35 protection contre les intempéries sur des tels navires à citernes sphériques. Par exemple, on a proposé un tel capot comportant de grandes sections de forme générale cylindrique, emboîtées par dessus la partie haute de chaque citerne, et des sections cylindriques basses, interposées entre les citernes, les sections cy-40 lindriques des deux types étant reliées entre elles par des sec- 2 2369155 tions tronconiques. On a aussi proposé des capots d'autres types, de forme générale hémispliérique, comportant de lourds organes de support méridiens reliés par des raccordements dirigés horizontalement pour former une charpente de support par-dessus 5 laquelle on dispose des plaques de recouvrement. la présente invention a pour buts de proposer : un capot de protection contre les intempéries pour citernes chargées de liquides dépassant vers le haut le pont principal d'un bateau; un capot destiné à protéger contre les intempéries des citernes 10 cryogéniques sphériques montées sur des navires; des capots pour citernes cryogéniques sphériques qui soient autoporteurs de façon qu'on puisse les construire à terre, puis les élever à bord du navire et les monter convenablement au-dessus de la citerne intéressée; un capot de protection contre les intempéries 15 de structure simple, apte à définir une chemise étanche au gaz au-dessus d'une citerne cryogénique et à supporter sans dommages les rigueurs de voyages maritimes. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple une réalisation préférée en se référant aux dessins annexés, sur 20 lesquels : la figure 1 montre en perspective un navire en mer comportant cinq grosses citernes sphériques, toutes protégées des intempéries par des capots individuels selon l'invention; la figure 2 est, à plus grande échelle, une vue en coupe 25 verticale suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue, à plus grande échelle encore et avec arrachement, d'un des capots du navire montré sur la figure 1; la figure 3a est une vue de détail en coupe, avec grossis-30 sement, illustrant une variante du capot montré sur la figure 3; la figure 4 est une vue en plan du capot représenté sur la figure 3; la figure 5 est une vue de détail avec grossissement, en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4, et 35 les figures 6 et 7 sont des vues analogues à la figure 5* illustrant des variantes de structure. l'invention vise essentiellement un capot auto-porteur de protection contre les intempéries, destiné à recouvrir la partie d'une grosse citerne sphérique qui se dresse au-dessus du pont 40 principal d'un navire-citerne à GN1. le capot représenté à titre 3 2369155 d'exemple, en forme de calotte sphérique creuse, est divisé en plusieurs sections, au nombre de trois au moins, reliées entre elles par des organes de dilatation méridiens.Les sections de capot individuelles sont auto-porteuses, sont usuellement formées 5 de plaques soudées d'épaisseur appropriée et, une fois reliées les unes aux autres, elles constituent le capot auto-porteur. Les organes de dilatation introduisent l'élasticité nécessaire pour absorber les déformations engendrées quand le navire en mer prend de l'arc et du contre-arc et qui exerceraient autrement un effet 10 destructeur sur un capot totalement rigide sans éléments raidis-seurs; ils sont en outre aptes à absorber les modifications dimensionnelles pouvant résulter de dilatations et contractions thermiques. La figure 1 montre un navire 11 comportant cinq citernes 15 sphériques dont chacune est recouverte d'un capot protecteur 13. Chacune des citernes 17 est en métal, de préférence aluminium, et le capot 13 protège sa partie supérieure qui s'étend au-dessus du pont principal 15 du navire. Comme on le voit sur la figure 2, chacune des citernes 17 20 est sphérique et portéepar une Jupe métallique 19 dont elle est solidarisée suivant son équateur. Le raccordement entre la jupe et la citerne n'est pas représenté en détail, mais peut être du genre décrit dans le brevet US Eossheim 2 901 592, accordé le 25 août 1959. La partie inférieure de la jupe 19 est convenable-25 ment fixée, par exemple par soudage, en un endroit convenable dans la coque 21 du navire 11. Bien que la citerne 17 représentée à titre d'exemple soit supportée de la manière préférée, par une jupe, il va sans dire qu'on pourra adopter en variante l'un des divers modes de support de grosses Gibernes sphériques connues de 30 l'homme de l'art. Eventuellement, on peut aussi appliquer une couche d'isolant 23 sur la face intérieure de la coque 21, au»dessous de la citerne sphérique 17, afin qu'en cas de fuite accidentelle, le liquide cryogénique puisse se vaporiser sur l'isolant sans danger pour 35 la coque. La face extérieure sphérique de la citerne est recouverte d'une couche d'épaisseur appropriée d'un isolant thermique convenable, tel que mousse de polyuréthanne, lui-même recouvert extérieurement d'un élastomère propre à intercepter les vapeurs, par exemple butyl-caoutchouc, de façon que la citerne conserve 40 l'aspect lisse indiqué sur la figure 2. En variante, on peut 4 2369155 revêtir convenablement d'isolant la face intérieure de la paroi métallique de la citerne. Chacune des citernes sphériques 17 présente au sommet un dôme 25, à travers lequel on opère tous les raccordements de 5 tuyauterie et par lequel on peut accéder à l'intérieur de la citerne 17, par exemple aux fins d'inspection, en empruntant un escalier non représenté, prévu dans une colonne centrale. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, le dôme 25 s'étend au-dessus du capot 13 à travers une ouverture 27 ménagée dans le capot. A 10 cette fin, le capot 13 est muni au sommet d'un collier supérieur central 29 intérieurement relié à une plaque annulaire 30 dont l'ouverture 27 a le diamètre voulu pour épouser l'extérieur du dôme 25 et entourer les canalisations de raccordement qui en ressortent. Comme noté plus haut, le capot 13 est avantageuse-15 ment auto-porteur pour qu'on puisse le construire à terre sur le chantier naval, puis le soulever à l'aide d'une grue en vue de le poser autour de la citerne cryogénique isolée, une fois celle-ci installée dans la coque 21 du navire 11. Après mise en place dans la coque du navire, on interpose un joint d'étanchéité 20 flexible convenable y\ entre la plaque annulaire 30 et une plaque annulaire plus petite 32 fixée au dôme 25, pour rendre étanche au gaz l'interstice séparant le capot 13 de la face extérieure du dôme 25, au moins au cas où l'on souhaite maintenir sous atmosphère inerte la région située entre l'intérieur du 25 capot 13 et l'extérieur de la citerne cryogénique 17. Le capot 13 représenté à titre d'exemple a sensiblement la forme d'un hémisphère creux jusqu'au collier central 29, bien que sa hauteur soit un peu inférieure au rayon de la sphère parce que l'équateur de la citerne 17 s'étend à bonne distance (par 30 exemple à 4 m environ) au-dessous du niveau du pont principal 15. On peut dire du capot 13 qu'il est en forme de calotte sphéroïdale : il faut entendre par là qu'il peut avoir soit précisément, soit approximativement, la forme d'une calotte sphérique ou d'une surface de révolution analogue. Il est préfé-35 fable que le capot 13 ait une forme épousant celle de la partie supérieure de la citerne 17, ceci pour que la distance le séparant de la citerne soit relativement uniforme et que le volume à remplir de gaz inerte soit avantageusement faible, mais la correspondance de forme peut ne pas être rigoureuse. Si, pour 40 quelque raison, la citerne 17 présente une partie supérieure dont 5 2369155 la forme est non pas rigoureusement celle d'une calotte sphérique mais celle d'une surface de révolution analogue, il peut être avantageux que le capot ait une forme correspondante ;toutefois ,1e capot peut avoir dans ce cas aussi la forme d'une calotte sphérique. 5 Comme on le voit sur la figure 4, le capot 13 est constitué par plusieurs sections 35 formant ensemble la calotte sphérique. Le nombre de sections est d1 au moins trois et a peu de chances de dépasser huit. Dans la réalisation préférée illustrée, il est prévu quatre sections égales. Chacune des quatre sections 35, 10 autoporteuse, présente une courbure en hauteur et en travers et est convenablement fixée, par exemple par soudage, au pont principal 15 suivant son bord inférieur 37 et au collet supérieur 19 suivant son bord supérieur 39* Le collier supérieur 29 peut être foraé d'une bande méplate en acier, de largeur et d'épais-15 seur appropriées, cintrée en anneau de diamètre suffisant pour recevoir la plaque annulaire 30 entourant avec jeu le dôme 25. Chacun des bords latéraux de chaque section 35 est convenablement relié, par exemple par soudage, à un organe de dilatation 45 qui va du pont principal 15 jusqu'au collier central 29 et 20 présente en conséquence la même courbure en hauteur que le bord latéral de la section 35» L'organe de dilatation 43 représenté à titre d'exemple sur la figure 5 a une section circulaire et l'épaisseur de paroi à partir de laquelle est formé l'organe de dilatation 45 est 25 généralement inférieure à l'épaisseur de la plaque formant la section auto-porteuse 35- Comme on le voit sur la figure 4, chaque organe de dilatation 45 est fixé, par soudage ou autrement aux bords latéraux des deux sections 35 qui le flanquent. Les organes de dilatation 45 ont surtout pour rôle d'absorber les 50 efforts résultant de déformations engendrées par les mouvements du navire. Du fait que la face extérieure du capot 13 est toujours à la température ambiante et est séparée par de l'isolant du liquide cryogénique, le capot ne risque pas de subir de contraintes notables dues à des variations de température tant que 55 les conditions opératoires demeurent telles que prévues. Quand un navire de cette longueur prend de l'arc et du contre-arc, ce qui se produit suivant l'axe du navire par grosse mer, il en résulte de fortes contraintes pour les structures, telles que celle considérée, situées au-dessus du point principal 40 15. On a constaté qu'en utilisant les quatre organes de dilatation 6 2369155 43, qui s'étendent deux à deux dans un même plan méridien entre le pont principal 15 et le collier supérieur 29, on compense efficacement la tendance des sections 35 à se déplacer du fait desdits mouvements du navire. Ainsi, les organes 43 absorbent 5 les contraintes éventuellement destructrices qui exigeraient autrement un tel renforcement ou une telle augmentation de l'épaisseur des sections que le poids et le prix de revient s'en trouveraient sensiblement augmentés. Les organes de dilatation 43 utilisés ont une section de 10 forme telle que les parties de leurs parois auxquelles sont fixés les bords latéraux des sections 35 peuvent se déformer en se rapprochant et en s'écartant élastiquement l'une de l'autre sans subir de déformation permanente. La figure 5 indique en traits interrompus comment les deux parties de paroi opposées 15 de l'organe circulaire 43 se déforment sous l'effet d'un effort de compression. Si l'organe 43 subit des efforts de sens opposés, ses deux parties de paroi opposées s'écartent l'une de l'autre au lieu de se rapprocher comme sur la figure 5« Il semble que, pour obtenir le maximum d'efficacité à cet égard, il faut monter le 20 capot 13 sur le navire de façon que deux des organes 43 soient alignés par le travers, les deux autres étant donc alignés suivant l'axe du navire, comme représenté sur la figure 1. C'est cette orientation qui semble la meilleure pour l'absorption des déformations par les organes 43. Si, par exemple, on ne prévoyait 25 que trois sections 35, l'un des organes de dilatation 43 serait à placer sur l'axe du navire, les deux autres étant placés de part et d'autre à 180°C. Les organes de dilatation 43 sont de préférence à section circulaire et le mieux est que cette section soit fermée. Les 30 figures 6 et 7 représentent à titre d'exemple des tubes à section autre que circulaire. L'organe 43a montré sur la figure 6 présente une section en ellipse dont le grand axe s'étend dans un plan radial du capot. La figure 7 représente un tube 43b à section rectangulaire, le grand axe du rectangle s'étendant 35 aussi dans un plan radial du capot, et cette structure offre certains avantages par rapport à un tube à section en forme de cercle ou autre courbe fermée. On peut aussi utiliser un organe 43 creux à section non fermée : par exemple un organe en gouttière ayant la section représentée en 43b sur la figure 7, mais 40 avec suppression de la paroi inférieure, ou à section en U. On 7 2369155 peut aussi adopter comme organes 45 des profilés non tubulaires se prêtant à la déformation dans la mesure souhaitée, par exemple à section en Z ou en S. Toutefois, lors de déformations vers l'intérieur ou vers 5 l'extérieur de-sa paroi, un bel organe 43 en forme de tube ouvert ou de profilé non tubulaire aurait une certaine tendance à pivoter autour du point de réunion par soudage entre sa paroi et le bord latéral correspondant de la section de capot 35, plus mince, ce qui pourrait exiger un renforcement des joints. La fi-10 gure 7 indique en traits interrompus les déformations subies tant vers l'intérieur que vers l'extérieur par le tube à section rectangulaire 43b et montre que les jonctions avec les sections 35 se déplacent droit vers l'intérieur ou vers l'extérieur. On voit ainsi qu'un des avantages d'un tube fermé est de suprimer 15 les efforts fléchissants au niveau des joints. Les organes de dilatation 45 et les sections de capot 35 peuvent être en tout matériau métallique ayant une résistance mécanique adéquate et un poids acceptable. Usuellement, mais non nécessairement, les sections de capot 35 et les organes de dila-20 tation 45 sont en le même matériau, généralement acier. Du fait qu'ils sont tubulaires, les organes de dilatation 43 sont plus flexibles et se déforment par flexion tandis que les sections 55 conservent leur forme sphéroïdale. Les organes 43 ont une épaisseur de paroi telle que, pour une valeur raisonnable de leur 25 dimension transversale (ou diamètre), un déplacement donné ne leur fasse pas subir d'efforts excessifs. Habituellement, leur épaisseur de paroi est inférieure à celle des sections de capot. A titre d'exemple, un capot destiné à protéger des intempéries une citerne sphérique d'un diamètre d'environ 37m. comporte des 50 sections en plaques d'acier de 14 mm d'épaisseur et des organes de dilatation 45 tubulaires en acier, à diamètre de section d' environ 91 cm et à épaisseur de paroi d'environ 9,5 mm. La citerne cryogénique 17 protégée par le capot est de préférence en plaques d'aluminium ou d'acier pour basses températures, à haute 55 teneur en nickel. Quand le capot 15 est en acier, on lui applique un revêtement protecteur lui permettant de résister aux effets corrosifs de l'atmosphère chargée d'eau salée à laquelle il est constamment exposé. Lorsqu'une atmosphère inerte est souhaitable, on prévoit à bord une réserve de gaz inerte ou un groupe généra-40 teur de gaz inerte 49 afin d'établir une couche de gaz inerte 8 2369155 entre les capots et les citernes sphériques, ainsi qu'autour de celles-ci au-dessous du pont. Pour permettre aux hommes d'équipage de circuler entre les dômes 25 de citernes 17 voisines sans avoir à descendre sur le 5 pont, puis à gravir la citerne voisine, on prévoit une structure de passerelle ou de coursive 45 reliant deux à deux les sommets des citernes successives. Pour recevoir cette structure, les organes de dilatation 43 présentent des tronçons aplatis 47 (figure 3) au voisinage immédiat des zones où ils rejoignent 10 chaque collier 29. Les tronçons aplatis 47 n'effectent pas sensiblement la flexibilité d'ensemble des organes 43 et permettent le montage stable de la stucture 45- En outre, étant donné qu'il est toujours capital d'économiser l'espace libre à bord d'un navire, les citernes 17 sont étroitement juxtaposées et l'on 15 peut prévoir des méplats verticaux 48 sur les organes 43 antérieurs et postérieurs à l'endroit où le capot rejoint le pont principal. Ces méplats 48 ménagent l'espace nécessaire pour établir des passages en travers du navire entre les capots 13 se succédant le long du pont principal 15. 20 La figure 3a représente un capot protecteur 50 selon une variante, ayant dans l'ensemble la structure en coque représentée sur la figure 3, mais comportant un organe supplémentaire pour l'absorption des contraintes. Le capot 50 comporte un anneau inférieur 51 de grand diamètre, formé d'un tube à section cir-25 culaire qui longe tout le poutour inférieur du capot. Ainsi, on relie convenablement, par exemple par soudage, le bord inférieur de chaque section 53 formant un quart de capot au haut de 1' anneau inférieur 51 et l'on taille à la base chacun des organes de dilatation 55 de façon qu'il épouse la surface courbe de cet JO anneau, à laquelle on le réunit convenable, par exemple par soudage. Dans le cas du capot 50, au lieu d'être directement fixés au pont principal du navire, les bords inférieurs des y sections de capot sont fixés au pont indirectement, par l'intermédiaire de l'anneau inférieur 51. Celui-ci présente la même 35 aptitude à se déformer vers l'extérieur et vers l'intérieur que les organes méridiens et apporte ainsi un supplément de protection contre l'apparition de contraintes éventuellement destructrices dans les sections de capot 53, formées de plaques et auto-porteuses, quand le navire prend de l'arc et du contre-40 arc par grosse mer. De manière générale, les dispositions décrites se prêtent à diverses modifications sans sortir,pour autant,du cadre dalïnventdm. 9 2569155 REVENDICATIONS 1. Navire pour le transport de liquides comprenant une coque, un pont principal relié à la coque, au moins une citerne de charge de liquide, disposée dans ladite coque et s'étendant au-dessus dudit- pont principal, et un capot entourant la partie 5 de cette citerne qui dépasse le pont, capot ayant la forme générale d'une calotte sphéroïdale et caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins trois sections auto-porteuses en plaques métalliques, dont chacune présente une courbure en hauteur et en travers et est reliée suivant son bord inférieur au pont princi-10 pal, et d'au moins trois organes de dilatation dont chacun est relié aux bords latéraux de deux sections voisines et a la forme voulue pour se déformer sous l'effet de contraintes et éviter ainsi la déformation des sections du capot. 2. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 les organes de dilatation sont généralement tubulaires et ont une épaisseur de paroi inférieure à l'épaisseur des sections de capot. 5- Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de dilatation ont une section circulaire ou elliptique et 20 sont reliés aux sections de capot suivant des lignes diamétralement opposées. 4. Navire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les organes de dilatation sont à section rectangulaire et sont reliés aux sections de capot par leurs grandes parois 25 opposées, sensiblement suivant les médianes de ces parois. 5- Navire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un dôme est prévu au sommet de la ou de chaque citerne de charge et en ce qu'un trou circulaire est ménagé tout à fait au sommet du ou de chaque capot, à l'intérieur 30 d'un collet relié au sommet de chacun desdits organes de dilatation, ainsi qu'à chaque section de capot suivant le bord supérieur de celle-ci. 6. Navire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5» caractérisé en ce que le bord inférieur de chaque section de 35 capot est directement relié à un anneau creux inférieur, lui-même relié au pont principal. 7. Navire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou chaque citerne de charge est destinée à transporter un liquide cryogénique, en ce que les joints entre 10 2369155 les sections de capot et les organes de dilatation sont tels que le capot est étanche au gaz et en ce qu'une atmosphère inerte est établie autour de la citerne de chargement. 8.Navire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 5 caractérisé en ce qu'il est prévu quatre sections de capot de mêmes dimensions et quatre organes de dilatation et en ce que deux de ces organes sont alignés suivant l'axe du navire. 9« Oapot auto-porteur destiné à recouvrir, à bord d'un navire, la partie d'une citerne de charge située au-dessus du 10 pont, caractérisé en ce qu'il constitue une coque en forme générale de calotte sphéroïdale et est formé d'au moins trois sections auto-porteuses en plaques métalliques, dont chacune est un quartier de calotte sphéroïdale présentant une courbure en hauteur et en travers, destinée à être reliée suivant son 15 bord inférieur au pont principal du navire, et d'au coins trois organes de dilatation, dont chacun est relié aux bords latéraux de deux sections de Capot qui le flanquent et est de nature à se déformer élastiquement sous l'effet de contraintes pour éviter la déformation des sections de capot. 20 10. Gapot selon la revendication 9, caractérisé en ce que les organes de dilatation sont généralement tubulaires. 11. Capot selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les organes de dilatation ont une épaisseur de paroi inférieure à l'épaisseur des sections de capot. 25 12. Capot selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les organes de dilatation ont une section rectangulaire et en ce que les sections de capot sont reliées à leurs grandes faces opposées sensiblement suivant les médianes de ces faces de façon que le capot soit étanche au gaz. 30 13. Capot selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les organes de dilatation présentent une section curviligne fermée et en ce qu'un anneau inférieur tubulaire est relié au bord inférieur de chaque section de capot.