Brevet FR2397084A1 — publié le 19790202

La présente invention concerne un embout de ligne flexible à raideur déterminée variable, résistant à des contraintes de cisaillement et des moments de flexion. L'invention est notamment, mais non exclusivement, utilisable, lorsqu'il s'agit de raccorder une ligne flexible (cable, conduite, etc immergées à un point d'encastrement qui est lié au fond de l'eau, ou a un élément situé en surface, ou sous l'eau (navire, bouée, etc...), toutes les fois que cette ligne flexible est soumise à des contraintes de cisaillement et/ou des moments de flexion élevés, au voisinage du point de raccordement, sous l'effet des forces qui lui sont appliquées, résultant des courants subaquatiques et/ou des déplacements relatifs de cette ligne flexible et de l'é- dément auquel elle est connectée. On a déjà proposé de protéger une ligne flexible au voisinage de ses points de raccordement à d'autres éléments en entourant cette ligne a ltempl2 cement de l'organe de connexion, par des dispositifs rigides évasés ayant sensiblement la forme d'écubiers, dont les parois offrent un appui à la ligne flexible. De tels dispositifs peuvent cependant devenir tres encombrants et pesants (plusieurs tonnes) lorsqu'il s'agit, par exemple, de raccorder à des structures de surface ou de subsurface, fixes ou mobiles des conduites fle- xibles pouvant être utilisées pour transporter des fluides tels que des produits pétroliers. De plus, ces dispositifs présentent l'inconvénient que la ligne flexible est en appui sur une seule génératrice et est donc soumise u des sollicitations qui tendent à l'ovaliser On a également proposé, pour résoudre le problème, d'entourer la ligne flexible,au voisinage de son point de raccordement, de ressorts, ou de manchons métalliques fendus parallelement à l'axe de la ligne flexible à renforcer. Cette solution permet difficilement de créer une variation continue de la raideur entre la ligne flexible et son embout. Par aillearso elle peu conduire à une augmentation de poids et pose des problèmes de protection contre la corrosion des ressorts ou manchons métalliques ainsi adaptés à l'extrémité de la ligne flexible. On résoud le problème, selon l'invention, en utilisant un embout de ligne flexible muni d'un organe de connexion, caractérisé en ce qu'une partie au moins de l'embout est constituée par un élément tubulaire en élastomère ou matière plastique,dont l'épaisseur croît progressivement vers ledit organe de connexion, pour donner à cet élément une ilexibilité progressivement variable, inférieure à celle de la ligne. Des exemples non limitatifs de réalisation de l'invention sont illustrés en se référant aux dessins annexés où - les figures 1 et 2 montrent deux cas d'application de l'invention, - la figure 3 représente une réalisation selon l'art antérieur, - la figure 4 montre schématiquement une solution selon l'invention, - la figure 5 représente un premier mode de réalisation de l'inventhon, - la figure 6 montre un second mode de réalisation. La figure I est relative à un premier exemple d'application de l'invention. La figure représente une conduite flexible 1 reliant une tête de puits pétrolier immergée 2 à une installation de surface 3, telle qu';un navire. Cette conduite est soumise à des contraintes de cisaillement et/ou des moments de flexion élevés au voisinage de ses points de raccordement avec la tète de puits et l'installation de surface (flèches), sous l'effet, notamment des courants, déformant la conduite flexible La figure 2 est relative au cas d'une conduite flexible utilisée pour le transfert d'hydrocarbures entre deux installations marines 4 et 5, cette conduite étant scindée en une pluralité de tronçons 6a, 6b, 6c, 6d rac cordés entre eux et soutenus par des éléments irz#rgés, de flottabilité posi tive 7a, 7b, 7c dont chacun est relié au fond de ' veau par un cabre d'ancrage (cabales 8a, 8b, 8c). Selon l'art antérieur (Figure 3), le raccordement avec les éléments 2, 3 (fig. 1) ou 4, 5, 7a, ib, 7c (fig. 2) peut être réalisé en protégeant -contre les contraintes de cisaillement et/ou de flexion excessives les extré- mités de conduites telles que 6a, munies d'élément de connexion 8a, au moyen d'organes évasés rigides du type écubier (éléments 9a, 9b) solidaires de l'élé- ment tel que 7a1 auquel est raccordé la conduite flexible, ces organes ayant une paroi incurvée offrant un appui à la conduite flexible,en empechant sa détérioration sous lteffet de contraintes trop élevées L'invention remplace ces écubiers trop lourds et encombrants par des embouts, -tels que l'embout lOb du tronçon de conduite flexible 6b, caractérisé ses en ce qu'une partie au moins de l'embout est constituée par un élément tubulaire en élastomère ou matière plastique dont l'épaisseur croit progressiue- ment vers l'organe de connexion, tel que 8b, pour donner à cet élément lOb une flexibilité progressivement variable le long de l'embout. La figure 5 représente un premier mode de réalisation de l'invention équipant l'extrémité d'une ligne flexible, - telle qu'un cabale, ou une conduite, comportant une gaine 12 reliée à un dispositif de connexion 13, ou raccord, mâle ou femelle, de tout type approprié (ne faisant pas partie de l'invention). Selon ce premier mode de réalisation, l'embout selon l'invention comporte une pluralité de manchons 14 à 18 en matériau polymérique (ëlastomere ou matière plastique, plus particulièrement thermoplastique, relativement rigide), par exemple en Rilsan (nom commercial du polyamide 11). Ces manchons, qui s'embottent les uns dans les autres en entourant l'extrémité de la gaine 12, ont des longueurs croissant progressivement du manchon interne 14 au manchon ezter- ne 18. Ces manchons sont tenus en place par collage, thermovulcanlsaticn, etc. . ou par serrage mécanîque,par exemple au moyen de colliers, soit par tout autre moyen Pour faciliter leur mise en place autour de la gaine 12, on pourra constituer chacune d'elles sous forme de demi-coquilles hémicylindriques venant au contact l'une de l'autre suivant deux génératrices et maintenues en place comme indiqué ci-dessus. On obtient ainsi un embout dont la raideur varie progressivement de la ligne flexible à l'organe de connexion, ce qui permet d'éviter que la courbure ne dépasse en service la valeur-limite permise par la résistance de la ligne flexible. 0i pourra interposer un manchon raidisseur 19 de faible flexibilité entre l'extrémité des manchons en élastomère ou matière plastique 14 à 18 et organe de connexion 13. Ce manchon sera, par exemple, constitué de la même matière que l'embout d raeur variable, ou d'une matière compatible avec celle-ci dans les opérations permettant la solidarisation de l'ensemble en 20 par tout moyen approprié fuulcanisation, collage, extrusion ...). Il pourra être armé, en pa-:ticulier par des filaments noyés dans l'épaisseur de ce manchon (filaments de verre, de carbone, etc...). En diminuant l'épaisseur des manchons 14 a 18 et augmentant leur nombre, on pourra obtenir une variation progressive sensiblement continue de la raideur le long de embout. Une variation parfaitement continue de la raideur de l'embout peut etre obtenue avec le mode de réalisation illustré par la figure 6 où un élément tubulaire à flexibilité variable est formé par un prolongement 12a de la gaine en matière plastique 12, ce prolongement ayant un alésage interne de diamètre sensiblement égal à celui de ladite gaine et une épaisseur de paroi croissant progressivement vers le manchon-raidisseur 19 et l'organe de connexion 13. Une telle variation continue de ltépaisseur peut être obtenue direc tement au moment de la fabrication de la gaine externe 12 au moyen d'une ma chine d'enrobage appropriée, ou par un procédé d'extrusion. La variation continue d'épaisseur sur la section 12a pourra alors suivre une loi mathématique quelconque et, en particulier, mais non exclusive ment, être linéaire. Le calcul d'un embout selon l'invention pourra être effectué, dans chaque cas d'application, en décomposant cet embout en une série de tronçons de diamètre externe constant. L'équation de la déformée de chaque tronçon sous l'effet des forces appliquées à ce tronçon est de la forme bien connue des spécialistes y = A + Bz + C sh kz + D ch kz où z est l'abscisse curviligne le long du tronçon A, B, C et D sont quatre coefficients d'intégration et (N étant l'effort normal supposé constant sur un même tronçon et EI la raideur de ce tronçon). Connaissant les caractéristiques physiques à une extremite du tronçon considéré celle qui est la plus éloignée de l'embout) :flèche, angle moment de flexion, effort tranchant, on peut en déduire les valeurs des coef- ficients A, B, C, D et k et donc tracer la déformée du tronçon suivant, pour lequel le diamètre externe aura été augmenté. La valeur du rayon de courbure en fonction de z est On peut donc déterminer llabscisse 2 pour laquelle on a P = P mini (et au deld de laquelle p p mini étant la valeur minimale admise pour la ligne flexible. Cette valeur de l'abscisse z limite la longueur du tronçon. Le calcul des caractéristiques physiques à cette deuxième extrémité du tronçon permettra par continuité étinitialiser le calcul de la déformée du tronçon suivant, pour lequel le diamètre suivant aura été augmenté. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Embout de ligne flexible résistant à des contraintes de flexion, cet embout étant muni d'un organe de connexion et étant caractérisé en ce qu'une partie au moins de cet embout est constituée par un élément tubulaire en élastomère ou matière plastique dont l'épaisseur crott progressivement vers ledit organe de connexion pour donner à cet élément une flexibilité progressivement variable inférieure à celle de la ligne. 2. - Embout de ligne flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément tubulaire à flexibilité variable formé d'une pkuralité de manchons en élastomère ou matière plastique s'embottant les uns dans les autres et entourent l'extrémi#é de la ligne flexible, ces manchons ayant des longueurs croissant progressivement du manchon externe au manchon interne. 3. - E-ubout de ligne flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit elwment tubulaire a flexibilité variable est formé par la prolongement d'une gaine en élastomère ou matière plastique de la ligne flexible, ce prolongemment ayant un alésage interne de diamètre sensiblement égal à celui de ladite gaine et une épaisseur de paroi croissant progressivement vers ledit organe de connexion. 4. - Embout de conduite flexible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledít elément tubulaire à flexibilité variable est séparé dudit organe de connexion par un manchon-raidisseur.