Brevet FR2466426A1 — publié le 19810410

1. La présente invention concerne un dispositif per- mettant de supporter un équipement sur une structure flottan- te, l'équipement s'étendant de préférence entre la structure et le fond de la mer, le dispositif comprenant au moins deux vérins hydrauliques qui sont disposés entre la structure et l'équipement et qui sont reliés à une source de fluide hy- draulique sous pression. On connaît dans l'art antérieur des dispositifs de ce type, et l'un d'eux a fait, par exemple, l'objet de la de- mande de brevet norvégien no 78.1415. Dans ce dispositif, les vérins hydrauliques sont placés par paires, les paires travaillant dans deux plans perpendiculaires. Le dispositif est utilisé dans ce cas pour supporter une colonne montante s'étendant entre une tête de puits située au fond de la mer et une structure flottante qui est ancrée au-dessus de la tête de puits pour extraire l'huile du puits. Quelle que soit la façon avec laquelle la structure flottante est ancrée, elle devra se déplacer sous l'influence des vagues, du vent et des courants. Le dispositif de support doit par conséquent permettre à la colonne montante de pouvoir se déplacer dans le sens axial et d'être animée d'un mouvement pendulaire par rapport à la structure flottante. Le dispositif de support doit également soumettre la colonne montante à une certaine tension. La colonne mon- 2. tante est en effet si longue et si lourde que, si on l'a laissé reposer sur la tête de puits avec tout son poids, la tête de puits sera soumise à une surcharge dangereuse, et, en outre, la colonne s'écrasera probablement. De façon à évi- ter des destructions et des dégats importants de ce genre,il est nécessaire que la tension exercée par le dispositif de support sur la colonne montante soit maintenue constante dans des limites relativement étroites. Ainsi on ne peut tolérer que l'un des vérins hydrauliques du dispositif de support soit défaillant sans qu'il y ait une augmentation simultanée de la force de support fournie par les vérins restants. Dans les dispositifs de l'art antérieur, on a essayé que cette fonc- tion soit assurée avec un système de commande qui, à la suite d'une réduction de la pression de l'une des paires de vérins, isole et libère totalement la pression de cette paire, alors que l'autre paire de vérins reste couplée à sa source normale de pression et est reliée à une autre source donnant une pres- sion double. Ainsi, seule une paire de vérins fonctionne mais cette paire fournit à son tour une force double, de sorte que la tension exercée sur la colonne montante est maintenue généralement inchangée. Cependant, ce système connu souffre d'un certain nombre d'inconvénients et d'insuffisances. Par exemple, il s'écoulera un certain temps avant que le système de commande soit apte à enregistrer l'erreur et à exécuter la commutation nécessaire. En outre, un temps supplémentaire s'écoulera avant que la paire restante de vérins soit stabilisée à un niveau de pression plus élevé. L'énergie due à la pression est four- nie par de l'air pressurisé qui agit par l'intermédiaire d'un accumulateur hydropneumatique prévu pour chaque vérin, et l'air pressurisé met un certain temps pour parvenir de la source, par l'intermédiaire des conduites et valves nécessai- res, jusqu'aux accumulateurs et les remplir. Etant donné que le temps est un facteur essentiel dans ce cas, on ne peut uti- liser un compresseur classique comme source de pression, mais il faudra stocker l'air comprimé dans des conteneurs afin que cet air soit disponible immédiatement. Cependant, l'air de 3. ces conteneurs doit être emmagasiné à une pression qui est supérieure à la pression finale devant être obtenue dans le système, car l'air sera distribué sous un volume plus impor- tant. Non seulement, il est difficile de-calculer la valeur que doit avoir la pression d'emmagasinage, mais cette pres- sion change de temps en temps lorsque la structure flottante a une position différente, ce qui implique des changements dans la position d'équilibre du dispositif de support, le résultat étant que le volume de gaz emmagasiné dans les ac- cumulateurs sera variable. Un autre problème soulevé par le système est que, lorsque l'air comprimé emmagasiné dans les conteneurs de réserve se détent dans le système afin d'aug- menter la pression régnant dans la paire restante de vérins, cette détente se produit généralement de manière adiabatique, de sorte qu'une variation de température se produit dans l'air du système. Cependant,après qu'un certain temps se soit écou- lé, cette différence de température disparaîtra par suite du transfert de chaleur avec l'environnement, ce qui se tradui- ra par une variation progressive de la pression du système jusqu'à ce qu'un certain équilibre thermique soit atteint. Le fonctionnement de ce dispositif de l'art anté- rieur dépend également d'un fonctionnement correct de son système de commande. Ce système de commande comprend un cer- tain nombre de composants qui peuvent être en panne ou mal fonctionner, ce qui réduit la fiabilité du dispositif. En plus du fait que le système de commande est compliqué et cher, il nécessitera des travaux d'entretien complets et un essai fréquent et difficile de son fonctionnement. En dépit du ca- ractère compliqué de ce dispositif de l'art antérieur, il n'est pas certain qu'il réagira avec une vitesse suffisamment grande pour éviter l'endommagement de l'équipement supporté. La présente invention a pour objet de prévoir un dispositif du type indiqué ci-dessus qui ne souffre pas des inconvénients et des insuffisances énumérés ci-dessus. Selon la présente invention, on prévoit un dispositif qui est carac- térisé en ce qu'il comprend un moyen de valve qui, pour cha- cun des vérins, est relié par l'intermédiaire d'une première 4. conduite au vérin hydraulique du côté tige de piston et par l'intermédiaire d'une seconde conduite au vérin hydraulique du côté opposé du piston, le moyen de valve étant disposé, dans des conditions normales de pression, de façon à relier les première et seconde conduites de chaque vérin hydrauli- que et, en cas de dérive de la pression de l'un des vérins hydrauliques, à rompre la liaison entre les première et seconde conduites des vérins hydrauliques restants et à re- lier les premières conduites de ces vérins avec les premiè- re et seconde conduites du vérin hydraulique déficient, et en ce que la surface du piston de chaque vérin hydraulique du côté tige de piston est égale à sa surface du côté oppo- sé divisé par le nombre de vérins hydrauliques reliés au moyen de valve. La présente invention sera bien-comprise--lor-s de -- la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique d'une partie d'une structure flottante équipée du disposi- tif de la présente invention; La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif selon la présente invention; et Les figures 3 à 5 représentent différentes condi- tions possibles d'un moyen de valve du dispositif de la fi- gure 2; et Les figures 6 et 7 sont des représentations sché- matiques en coupe d'un moyen de valve dans les positions des figures 3 et 4, respectivement. La figure 1 représente une partie d'un pont 1 d'une structure flottant dans de l'eau 2. Au fond 3 de l'eau, un équipement sous-marin 4 est suspendu à une tige de façon à reposer sur le fond 3 de la mer sans exercer une pression appréciable sur celui-ci. La tige 5 est suppor- tée par le pont 1 de la structure flottante par un disposi- tif selon la présente invention qui est généralement repré- senté par la référence 6. Ce dispositif comprend une tête 7 en forme de croix à laquelle la tige 5 est fixée, la tête 5. pouvant coulisser dans des guides verticaux 8 fixés à la structure flottante. La tête 7 est supportée du dessous par deux vérins hydrauliques 9a, 9b dont les extrémités sont fi- xées en pivotement au pont 1 et à la tête 7, respectivement. La tige 5 est d'autre part guidée par un guide pivotant 10 du pont 1. Les vérins 9a, 9b soumettent la tige 5 à une certaine tension qui est suffisante pour maintenir l'équipe- ment 4 dans la position désirée par rapport au fond 3. La figure 2 représente schématiquement d'autres détails du dispositif 6. Dans cette figure, les vérins hy- drauliques 9a, 9b sont représentés avec leurs pistons lla, llb et avec des tiges de piston s'étendant vers le haut 12a, 12b. Chaque côté inférieur des vérins 9a, 9b est relié à un accumulateur hydropneumatique 13a, 13b contenant un piston coulissant 14a, 14b, qui sépare un fluide hydraulique sous pression situé du côté inférieur d'un gaz sous pression situé dans la partie supérieure, le gaz étant fourni par une source qui n'est pas représentée. La liaison entre l'accumulateur et le vérin comprend une valve 15a, 15b, dont la fonction est de limiter le débit à une valeur prédéterminée sans cependant présenter une certaine résistance à l'écoulement dans le cas des faibles débits. Cela permet d'éviter que les pistons des vérins hydrauliques ne se déplacent avec une vitesse si élevée qu'un endommagement peut se produire si la charge des vérins hydrauliques doit soudainement disparaître. Les valves 15a, b peuvent également être utilisées comme des valves pures lorsque les vérins hydrauliques doivent être sortis de ser- vice ou mis en service. Les vérins hydrauliques 9a, 9b sont munis chacun d'une première conduite 16a, 16b allant du côté tige de pis- ton des pistons lla, llb jusqu'à un moyen de valve 17. Une seconde conduite 18a, 18b relie le moyen de valve aux vérins hydrauliques du côté inférieur des pistons. Le moyen de valve 17 représenté peut prendre trois positions possibles qui sont représentées schématiquement dans les figures 3 à 5. Dans la position normale (figure 3), le moyen de valve relie la première conduite l6a, 16b à la 6. seconde conduite l8a, l8b, respectivement, des vérins hydrau- liques. Ainsi, dans cette position il y a une libre circula- tion entre les deux côtés des pistons lla, llb des vérins hydrauliques. En d'autres termes, la même pression règne des deux côtés de chacun des pistons. Cependant, la pression peut être différente dans les deux vérins 9a, 9b, même si ce- la ne doit pas être généralement le cas. La figure 4 représente une autre position possible du moyen de valve 17. Dans ce cas, la seconde conduite 18a du vérin hydraulique 9a est fermée, alors que les premières con- duites provenant des vérins hydrauliques 9a, 9b sont réunies à la seconde conduite 18b du vérin 9b. Le moyen de valve étant dans cette position, la même pression règnera du côté supé- rieur des pistons lla et llb et du côté inférieur du piston llb. La figure 5 représente une troisième position possible du dispositif de valve, la seconde conduite 18b étant ici fermée, alors que les premières conduites 16a, 16b sont re- liées à la seconde conduite 18a du vérin hydraulique 9a. Le moyen de valve 17 est sensible à la pression, en ce sens que s'il enregistre un écart par rapport à la pres- sion régnant dans l'un ou l'autre des vérins qui dépasse une limite prédéterminée, il réagit en passant de la position normale (figure 3) à l'une des positions représentées dans les figures 4 et 5. Si l'écart de pression se produit dans le vé- rin hydraulique 9b, le moyen de valve 17 se déplacera jusqu'à la position représentée en figure 4, c'est-à-dire qu'il blo- quera la conduite 18a du vérin hydraulique 9a et reliera la première conduite 16a du vérin hydraulique 9a au vérin 9b. Si l'erreur, ou écart, se produit dans le vérin 9a, le moyen de valve 17 passera à la position représentée schématique- ment en figure 5. Si les tiges de piston 12a, 12b ont des dimensions telles que la surface des pistons ila, llb du côté tige de piston, est la moitié de la surface A du côté inférieur, le système décrit ci-dessus sera tel que la force totale de pous- sée due aux vérins hydrauliques 9a, 9b sera la même quelle que soit la position prise par le moyen de valve 17. Si l'on con- 7. sidère d'abord la position normale de travail du moyen de valve 17, représentée en figure 3, et suppose pour simplifier que la pression P est la même dans les deux vérins hydrauli- ques 9a, 9b, on voit que la force de chacune des tiges de piston 12a, 12b est égale à P x A/2, c'est-à-dire que la force totale de poussée due aux cylindres hydrauliques est égale à P x A. Si l'on suppose ensuite que la pression du vérin hydraulique 9b tombe au-dessous de la limite prédéterminée, îO par exemple, à une fracton P/F de la pression d'origine, le moyen de valve 17 se déplacera dans la position représentée en figure 4, c'est-à-dire que le côté inférieur du piston lla sera soumis à une pression P alors que le côté supérieur de ce piston et les deux côtés du piston llb seront soumis à une pression P/F. Si l'on calcule la force totale exercée par les vérins hydrauliques, on obtient le résultat suivant: (P x A - P/F x A/2)a + (P/F x A - P/F x A/2)b =P x A Comme on peut le voir, la fraction F de la pression ne figure pas dans le résultat final, c'est-à-dire que la force totale due aux deux vérins hydrauliques reste la même que l'écart de pression soit élevé ou faible. Le principe décrit ci-dessus est également valable pour un nombre de vérins n supérieur à deux. On peut voir que si la surface des pistons du côté tige de piston est égale à la surface du côté opposé divisée par le nombre n de vérins, on obtient le même résultat que dans le cas o le moyen de valve 17 est disposé de façon à accoupler le vérin défaillant au côté supérieur de tous les vérins restants, alors que les côtés inférieurs de ces vérins sont isolés. Pour un nombre n de vérins, on obtient la force totale suivante (P x A - P x A/n) x n = P x A x (n - 1) Si la pression régnant dans l'un des vérins tombe à P/F, la force totale devient: P x A x (n - 1) + P/F x A - P/F x A/n x n = P x A x (n - 1) La figure 6 est une représentation schématique en coupe d'un moyen de valve 17 pouvant remplir les fonctions précédentes. Ce moyen comporte un logement 19 comprenant un 8. alésage 20 généralement cylindrique. Un élément coulissant 21 est disposé dans cet alésage, cet élément comportant trois pistons 22, 22a et 22b dont le contact avec la paroi de l'alé- sage cylindrique 20 est étanche. A chaque paroi extrême du logement 19 s'étendent respectivement une vis 23a et 23b,cha- que vis comportant dans l'alésage 20 une plaque 24a, 24b sur laquelle bute un ressort 25a, 25b. L'extrémité opposée du ressort s'appuie contre le piston correspondant 22a, 22b.Les vis 23a, 23b comportent un alésage axial qui reçoit une tige 26a, 26b coulissant dans cet alésage de façon étanche. Ces tiges comportant à leur extrémité extérieure un disque 27a, 27b, ou analogue, permettant le déplacement manuel de la ti- ge. Le logement 19 comporte également des raccords pour les premières conduites 16a, 16b, et les secondes conduites 18a, 18b provenant des vérins hydrauliques. Les premières condui- tes l6a, 16b se poursuivent par des conduites intérieures 28a, 28b dans le logement 19, alors que les secondes conduites se poursuivent dans le logement par des conduites intérieures 29a, 29b. Comme cela est représenté en figure 6, le moyen de valve 17 réalisera, dans sa position normale, une liaison en- tre les première et seconde conduites pour chacun des vérins hydrauliques 9a, 9b, alors qu'il n'y a aucune liaison entre ces vérins. Les vis 23a, 23b, et les ressorts 25a, 25b repo- sant contre les pistons respectifs 22a, 22b, peuvent être uti- lisées pour procéder à un réglage fin de la position de l'élé- ment de valve 21. Les tiges 26a, 26b peuvent être utilisées pour palper la position de l'élément de valve. Les vis 23a, 23b peuvent également être utilisées pour procéder au réglage de petites différences de pression entre les vérins hydrauli- ques 9a, 9b. La figure 7 représente ce qui se passe lorsque la pression du vérin hydraulique 9b tombe par rapport à la pres- sion du vérin 9a. Cette chute de pression se traduit par le fait que la force agissant du côté gauche du piston 22a est supérieure à la force agissant du côté droit du piston 22b,et par une force nette qui provoque le déplacement de l'élément 9. 21 vers la droite jusqu'à la position représentée en figure 7. La conduite intérieure 29a ne se trouvera plus alors reliée à l'espace séparant les deux pistons 22 et 22a, ce qui aura pour effet de couper la liaison entre la première conduite 16a et la seconde conduite 18a du vérin hydraulique 9a. Simul- tanément le mouvement du piston 22 se traduit par le fait que les espaces situés sur ses deux côtés se trouveront reliés l'un à l'autre par la conduite 28b. Ainsi, la première con- duite 16a est reliée aux première et seconde conduites 16b, 18b du vérin hydraulique 9b. On notera que le moyen de valve 17 représenté en figures 6 et 7 réagira automatiquement à une variation de la pression d'équilibre entre les deux vérins hydrauliques 9a, 9b et que cette réaction se produira sans retard et avec une très grande fiabilité.En outre, on notera que le moyen de valve est d'une conception très simple, nécessitant un mini- mum d'entretien, et que son fonctionnement est très simple à tester. La présente invention a été décrite ci-dessus en liaison avec un dispositif de support utilisant deux vérins hydrauliques. Cependant, la présente invention s'applique à n'importe quel nombre de vérins et en pratique un nombre de vérins égal à trois ou à quatre sera vraisemblablement le plus avantageux. Lorsque le nombre de vérins augmente, le diamètre de la tige de piston augmente en fonction du diamètre de celui-ci, de sorte que les vérins hydrauliques peuvent être construits de façon à avoir une course plus grande sans qu'il y ait un risque de flambage des tiges de piston. Si un nombre pair de vérins est utilisé, il est avantageux de les disposer en paires, chaque paire employant un moyen de valve tel que celui représenté en figures 6 et 7. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de support d'un équipement (4, 5) sur une structure flottante, l'équipement s'étendant de pré- férence entre la structure (1) et le fond (3) de la mer, com- prenant au moins deux vérins hydrauliques (9a, 9b) qui sont disposés entre la structure et l'équipement et sont reliés à une source de fluide hydraulique sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de valve (17) qui pour chaque vérin hydraulique (9a, 9b) est relié au vérin hydrau- lique respectif (9a, 9b) du côté tige de piston (lla, llb) par l'intermédiaire d'une première conduite (16a, 16b) et par l'intermédiaire d'une seconde conduite (18a, 18b) est relié au vérin hydraulique (9a, 9b) du côté opposé du piston (lla, llb), le moyen de valve (17) étant disposé de façon à relier les première et seconde conduites (16a, 16b; 18a, 18b) de chaque vérin hydraulique (9a, 9b) dans des conditions norma- les de pression et en cas de dérive de la pression dans l'un des vérins hydrauliques (9a, 9b) à rompre la liaison entre les première et seconde conduites (16a, 16b; 18a, 18b) des vé- rins hydrauliques restants et relier les premières conduites (16a, 16b) de ces vérins aux première et seconde conduites (16a, 16b; 18a, 18b) du vérin défaillant et en ce que la sur- face du piston (lla, llb) de chaque vérin hydraulique (9a, 9b) du côté tige de piston est égale à la surface du piston (A) du côté opposé divisé par le nombre de vérins hydrauli- ques (9a, 9b) reliés au moyen de valve (17). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le moyen de valve (17) est disposé de façon à rompre la liaison lorsque la pression dans le cylindre hy- draulique défaillant (9a, 9b) tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée par rapport à la pression régnant dans les vérins hydrauliques restants (9b, 9a). 3 - Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que le moyen de valve (17) comporte des moyens (23a, 24a; 23b, 24b) permettant de compenser une différence de pres- sion entre les vérins hydrauliques (9a, 9b). 4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 11. 3, caractérisé en ce que le moyen de valve (17) comporte des moyens (26a; 26b) permettant d'agir manuellement sur un élé- ment de valve (21) du moyen de valve (17) et de régler la po- sition de cet élément. c,