Brevet FR2469639A1 — publié le 19810522

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux systèmes de raccordement entre deux tronçons d'une canalisation véhiculant un fluide et concerne plus particulièrement un tel système de raccordement pour une colonne tubulaire de récupération d'énergie thermique des mers ou océans et par exemple articulai à une embase placée sur le fond marin. Dans la technique particulière de la récupération d'énergie thermique des mers, il est nécessaire d'installer une colonne tubulaire à une très grande profondeur, par exemple de l'ordre de 1000 mètres, destinte a remonter à la surface l'eau froide des grandes profondeurs marin# On connait déjà des colonnes d'exploitations notam##ent de gisements sous-marins de pétrole, lesquelles comportentv pour des profondeurs relativement grandes, des articulations multiples, en particulier par des joints universels de Cardan, définissant ainsi des tronçons de colonne successifs respectivement articuz les les uns aux autres.La présence de telles articu lations est nécessaire pour éviter les contraintes excessives dues aux forces de surface (houle, vent, etc...) D'une manière générale, un tel joint de Cardan comporte une pièce formant croisillon ou noix définissant les deux axes de rotation perpendiculaires sécants dudit joi Cependant, la présence d'un tel croisillon présente un i#iconvénient majeur dans le cas de la colonne tubulaire de remontée d'eau. En effet, ce croisillon crée de luimême un obstacle pour l'eau remontant dans la colonne l'écoulement d'eau dans la colonne est donc sérieusement gêné et subit une forte perte de charge par résistance directe à l'écoulement. La présente invention a pour but de pallier cet i.nconvenient en proposant un système d'articulation du type formant joint universel de Cardan dont la structure permet d'assurer une voie continue de passage direct de l'eau à travers la noEx du joint de Cardan. A cet effet, l'invention a pour objet un système de raccordement entre deux tronçons rigides d'une canalisation véhiculant un fluide, du type comprenant un joint d'articulation universel à la Cardan dont la noix comporte deux paires de tourillons diamètralement opposés et coaxialement alignés définissant respectivement les deux axes de rotation perpendiculaires, # pre#è''r#oe secait#, dudit dont, caractérisé en ce que ladite noix est constituée par une pièce tubulaire intermédiaire de raccordement des deux tronçons, et lesdits tourillons sont entièrement extérieurs à l'espace creux interne de ladite pièce en réalisant ainsi une vole continue de passage direct de fluide à travers ladite noix. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tourillons d'une même paire sont portés respectivement par des paliers solidaires de l'un des tronçons, tandis que les tourillons de l'autre paire sont portés respectivement par des paliers solidaires de l'autre tronçon, chaque palier étant relié au tronçon correspondant par un bras-console rigide. Suivant autre caractéristique de l'invention, le système de raccordement comporte un joint d'étancheité entre chaque tronçon et la noix, constitué par deux surfaces coopérantes de contact glissant conjuguées cylindriques respectivement convexe et concave, coaxiales à l'axe de rotation dont les paliers sont solidaires du tronçon et portées respectivement par les extrémités adjacentes du tronçon et de la noix, les surfaces de contact glissant étant entièrement extérieures aux voies de passage communicantes respectives du tronçon et de la noix. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence auxdessins annexoedonnésuniquement à titre d'exemple et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un système de raccordement selon 1'invention pour une colonne tubulaire partiellement représentée, en configuration rectiligne - la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne Il-Il de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 1 - la figure 4 est une vue semblable à la figure 1 montrant le tronçon supérieur incliné par rapport à. l'axe Z-Z par rotation autour de l'axe X-X ; et - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne V-V de la figure I montrant l'ensemble des tronçons supérieur et intermédiaire incliné par rapport à l'axe Z-Z par rotation autour de l'axe Y-Y. En se reportant aux figures 1 à 5, il va être décrit un système de raccordement 1 conforme à l'invention entre un tronçon de tuyau supérieur rigide 2 et un tronçon de tuyau inférieur rigide 3 d'une colonne tubulaire 4 d'axe Z-Z reliée à une embase (non représentée) reposant ou ancrée sur le fond marin. La colonne 4 peut avoir un diamètre d#par exemple de l'ordre de 10 mètres ou plus. On a représenté par la flèche A le sens de l'écoulement de l'eau de mer 5 à l'intérieur de la colonne 4. On notera par ailleurs que la colonne 4 comporte, par exemple tous les 200 mètres, un système de raccordement 1 conforme à l'invention. Ce système de raccordement 1 comporte un joint d'articulation universel de Cardan dont la noix 8 est constituée par une pièce tubulaire 9, de préférence cylindrique, formant tronçon de tuyau intermédiaire de raccordement des tronçons supérieur 2 et inférieur 3. La noix 8 comporte quatre tourillons : deux tourillons 10 diamètralement opposés, coaxialement alignés, et montés suivant un axe de rotation X-X, et deux tourillons Il diamètralement opposés, coaxialement alignés, et montés suivant un axe de rotation Y-Y, les deux axes de rotation X-X et Y-Y étant perpendiculaires l'un à l'autre et de préférence sécants. Comme on le voit bien sur les figures 1, 4 et 5, les deux paires de tourillons 10 et 11 sont montées fixement dans des ouvertures prévues sur la paroi de la pièce tubulaire 9, et ellessont renforcéespar des nervures 12. Les deux paires de tourillons 10 et Il ne pénètrent que légèrement à 1'intérieur de la pièce tubulaire 9, telles sont entièrement extérieures à l'espace creux 13 interne de la pièce 9 défini entre les deux tronçons 2 et 3, en réalisant ainsi une voie continue de passage direct de l'eau 5 à travers la pièce tubulaire 9. Les deux tourillons Il sont portés respectivement par des paliers 15 (figure 1), et chaque palier 15 est relié au tronçon inférieur 3 par un bras-console rigide 16. De même, les deux tourillons 10 sont portés respectivement par des paliers 17 (figure 5), et chaque palier 17 est relié au tronçon supérieur 2 par un brasconsole rigide 18. Le système de raccordement 1 comporte également un joint d'étancheité 20 (figure 1) entre le tronçon supérieur 2 et le tronçon intermédiaire 9, et un autre joint d'étancheité 21 (figure 5) entre le tronçon inférieur 3 et le tronçon intermédiaire 9. Comme on le voit sur la figure I, le joint d'étancheité 20 est constitué par deux surfaces coopérantes 22 et 23 coaxiales de contact glissant conjuguées cylindriques respectivement convexe et concave. Plus précisément, ces deux surfaces 22 et 23 admettent comme axe de révolution commun l'axe d'articulation X-X dont les paliers 17 sont solidaires du tronçon supérieur 2. La surface convexe 22 est portée par-l'extrémité supérieure du tronçon intermédiaire 9, tandis que la surface concave 23 plus petite que la surface convexe 22 est portée par l'extrémité inférieure du tronçon supérieur 2. On notera que ces surfaces 22 et 23 sont entièrement extérieures aux voies de passage communicantes res tives du tronçon supérieur 2 et du tronçon intermédiaire 9. De même, comme on le voit sur la figure 5, le joint d'étanchéité 21 est constitué par deux surfaces coopérantes 24 et 25 coaxiales de contact glissant conjuguées cylindriques respectivement convexe et concave. Plus précisément, ces deux surfaces 24 et 25 admettent comme axe de révolution coini:un l'axe d'articulation Y-Y dont les paliers 15 sont solidaires du tronçon inférieur 3. La surface con vexe 24 est portée par l'extrémité inférieure du tronçon intermédiaire 9, tandis que la surface concave 25 est portée par l'extrémité supérieure du tronçon inférieur 3. On notera aussi que ces surfaces 24 et 25 sont entièrement extérieures aux voies de passage communicantes respectives du tronçon inférieur 3 et du tronçon intermédiaire 9. On notera que l'étanchéité entre les surfaces cylindriques conjuguées de contact glissant définies ci-dessus s'effectue uniquement par le simple contact entre ces surfaces e Une telle étanchéité n'a pas besoin d'être parfaite puisque le milieu ambiant est identique au milieu intérieur à la colonne, de sorte que de légères fuites sont admissibles ou tolérables entre les deux milieux. Il en résulte l'avantage de l'absence d'entretien de telles jonctions d'étanchéité. En cas de besoin d'étanchéité parfaite, on peut prévoir des joints ou des membranes. On a représenté en 29 des nervures externes de renforcement fixées, de préférence par une opération de souda ge, à la fois au tronçon supérieur 2 et à la surface concave 23 du joint d'étanchéité 20, et on a représenté en 30 des nervures externes de renforcement fixées, de pre- férence par une opération de soudage, à la fois au tronçon inférieur 3 et à la surface concave 25 du joint d'étanchéité 21. Ce système de raccordement qui vient d'être décrit permet donc une mobilité relative des deux tronçons ainsi raccordés dans toutes les directions, tout en permettant le libre passage de l'eau à l'intérieur de la colonne, lorsque cette dernière est soumise à des forces de surface telles que par exemple de la houle. Ainsi, la figure 4 montre que les tronçons inférieur 3 et intermédiaire 9 sont coaxialement alignés, et que le tronçon supérieur 2 est incliné par rapport à l'axe vertical Z-Z. Plus précisément, le tronçon supérieur 2 pivote autour de l'axe d'articulation X-X, la surface concave 23 du joint d'étanchéité 20 glissant sur la surface convexe 22. Dans la pratique, il s'avère que l'angle d'inclinaison maximalerhdéfini entre l'axe Z'Z1du tronçon supérieur 2 et l'axe vertical Z-Z est de l'ordre de I5#200. La figure 5 montre que les tronçons supérieur 2 et intermédiaire 9 sont coaxialement alignés et inclinés par rapport à l'axe vertical Z-Z. Plus précisément, lten- semble des tronçons supérieur 2 et intermédiaire 9 pivote autour de l'axe d'articulation Y-Y, la surface convexe 24 du joint d'étanchéité 21 glissant sur la surface concave 25.Dans la pratique, il s'avère que l'angle d'inclinaison maximale p défini entre l'axe Z'Z'de l'ensemble des tronçons supérieur et intermédiaire et l'axe vertical Z-Z est de l'ordre de i5-200, On notera que le tronçon supérieur peut être incliné à 900 par rapport au tronçon intermédiaire pour aider éventuellement à la mise en place de la colonne pendant son installation Le système de raccordement décrit précédemment est particulièrement destiné à être monté sur une colonne tubulaire de récupération de l'énergie thermique des mers ou océans. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituent des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre eus revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. - Système de raccordement entre deux tronçons rigides d'une canalisation véhiculant un fluide, du type comprenant un joint d'articulation universel à la Cardan dont la noix comporte deux paires de tourillons diamètralement opposés et coaxialement alignés définissant respectivement les deux axes de rotation##dictItai#,depré#r#cs sécants,dudit joint, caractérisé en ce que ladite noix est constituée par une pièce tubulaire intermédiaire de raccordement des deux tronçons, et lesdits tourillons sont entièrement extérieurs à l'espace creux interne de ladite pièce en réalisent ainsi une voie continue de passage direct de fluide à travers ladite noix. 2. - Système selon la revendication I, caractérisé en ce que les tourillons d'une même paire sont portés respectivement par des paliers solidaires de l'un des tronçons précités, tandis que les tourillons de l'autre paire sont portés respectivement par des paliers solidaires de l'autre tronçon, chaque palier étant relié au tronçon correspondant par un bras-console rigide. 3. - Système selon la revendication I ou 2, caractérisé par un joint diétancheité entre chaque tronçon précité et la noix précitée, constitué par deux surfaces coopérantes de contact glissant conjuguées cylindriques respectivement convexe et concave, coaxiales à l'axe de rotation dont les paliers précités sont solidaires dudit tronçon et portées respectivement par les extrémités adjacentes dudit tronçon et de ladite noix, lesdites surfaces de contact glissant étant entièrement extérieures aux voies de passage communicantes respectives dudit tronçon et de ladite noix. 4. - Application du système selon l'unedes revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il est monté sur une colonne tubulaire de récupération de l'énergie thermique des mers ou océans.