Brevet FR2483042A1 — publié le 19811127

-_1 Racoord métallique flexible Mour raccorder lea canalisations sous- marines dho.gées à grande profondeur La présente invention concerne un nouveau type de raccord flexible entièrement métallique qui permet de raccorder l 'une à l'autre rapidement et de façon efficace et permanente deux canalisation sous=ma.rines déposos h grande profondeur sans être alignées ou en étant inclinées différe t0 LO besoins actuels sans cesse croissants de psare des canalisation sosm en rue de réaliser des pipelines Aor le pétrelo et le ga à des profonders toujours plus importantes et, de ce fait, Aur deo fends marins qui sout de plm en plus accidentés rendent extrmement soahaitable de disposer de ratcords flon= bles qui, en permettant de contrecarrer la rigdité des canalisatil et en don- nint la possibilité de raccorder les unes aux autres des canalisations nen alignées et/ou inclinées de façons diverses sans faire appel à une force oes sive, permettent de pallier facilement aux accidents eu manque d'unit du fond marin. Dans le présent état de la technique, on conna t deux types différents de raccords flexibles, le premier de ces types étant constitué essentiellememt par deux manchons métalliques tubulaires qui sont raccordés l'un à l'autre d'une façon étanche au moyen d'une paire de raccords sphériques, coest-à-dire à l'aide d'un raccord formé par des sphères métalliques creuses mile et femelle entre lesquelles sont placés des joints d'tétanchéité. De cette manière, on peut rgler les deux manchons suivant n'importe quel angle en les faisant pivoter autour de la paire de raccords sphériques, c'est-à-dire par glissement des surfaces sphé- riques de la paire de raccords le long.du joint d'étanchéité interposé Un tel raccord connu est bien entendu robuste car il est réalisé entièrement en métal, mais il présente un sérieux problème d'étanchéité quand il est déposé à une grande profondeur, c'est-à-dire dans un environnement extr&emesnt eorrosif rep présenté par l'eau de mer, et en présence d'éléments potentiellement abrasifs tels que les incrustations et les grains de sable, A ce sujet, le joint d'étan- chéité qui est limité à une bande annulaire de faible largeur est donc sujet à une détérioration continue par suite de la corrosion et du glissement relatif continu entre lesdites surfaces sphériques de la paire de raccords sous l'ac- tion des courants marins, de sorte que ce joint d'étanchéité perd inévitable- ment la plupart de ses qualités à mesure que le temps passe, en compromettant ainsi le rôle du raccord. L'autre type connu de raccord flexible est essentiel- lement constitué par une partie d'un tuyau en matière plastique et, par consé- quent, flexible, que lion renforce par des procédés assez compliqués utilisant des fils ou des plaques métalliques enroulés en hélice. Ce second type de raccord remédie évidemment à l'inconvénient 2-483042 -2- mentionné du premier type par le fait que la capacité de déformation n'est plus limitée la paire de raccords sphériques, mais est mainteant répartie sur la totalité du tuya et qi n'est domm plus nécessaire d'utiliser un joint d'étanchéité susceptible de se détériorer. Toutefois, ce type de raccord présente également un inconvénient sérieux dt essentiellement à l'utilisation d'une matibre plastique dont la fiabilité diinmue avec le tempe par le fait qu'elle vieillit et que son ipermabilit vis--vis du fluids transporté et son compertement structural peuvent varier considérablement. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des raccorda flexibles connmas tout en conservant leurs avantages, et elle procure don un nouveau type de raccord flexible dont la capacité de déformation est répartie sur la totalité de la longueur, bien que ce raccord soit construit entièrement en métal. On parvient à ce résultat en réalisant le raccord flexible à l'aide d'une structure métallique composite dans laquelle chaque élément, en plus de jouer son propre rôle particulier, coopère également avec les autres éléments de la structure peur conférer les caractéristiques nécessaires h un raccord derant replir saon rôle à une grande profondeur dans la mer. Plus particulièrement, ladite structure métallique composite constituant le raccord flexible de la preésente invention comprend:une struc- tare intermédiaire susceptible de se déformer considérablement et constituée par un soufflet métallique façonné préalablement, c'est-à-dire obtenu par façonnage d'un tube depuis son intérieur, le rôle de ee soufflet étant d'asu- rer une étanchéit4 à l'encontre de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du raccord; une structure de renforcement extérieure consti- tuée par de bagues fernées en acier disposées autour dudit soufflet métal- lique dans les creux ou silleons de ce dernier pendant son façonmnage, le rôle de cette structure étant d'aider ledit soufflet à résister contre les pres- siga intérieures supérieures à la pression hydrostatique extérieure; et une structure de renforcement intérieure dont le rôle est de résister h la traction axiale et aux efforts de compressien et d'aider lo n i te structure intermédiaire h résister à une pression hydrostatique extérieure supérieure ' la pression intérieure, ladite structure de renforcement inté- rieure étant constituée par une série alignée de bagues fermées en acier et à section droite en forme de U, maintenues côte-4a-côte et accouplées les unes aux autres successivement dans une direction axiale par une série sus- jacente de bagues en acier à section droite en forme de U inversé dont les -3 - lèvres de leur profil sont introduites respectivement dans la gorge de deux bagues adjacentes de la série sous-jacente de bagues en Up lesdites bagues à section droite en forme de U inversé étant ouvertes pour qu'on puisse les insérere Le raccord flexible de la présente invention comprend également deux manchons métalliques tubulaires qui doivent dtre fixées à l'aide d'un des divers procédés disponibles aux extrémit6és libres de deux canalisations sous- marines devant être raccordées l'une à l'autre, lesdits manchons étant fixés respectivement dans des conditions d'étanchéité aux extrémités du soufflet métallique de ladite structure métallique composite par sondage d'une bague métallique d'extrémité et comprenant une gorge circonférenoielle dans laquelle une lèvre correspondante de la première et de la dernière bague desdites séries sus-jacentes de bagues ouvertes en acier à section droite en forme de U inversé de ladite structure métallique composite est insérée. En d'autres termes, le raccord flexible destiné à raccorder deux canalisations sous-marines non alignées axa inclinéea de façons diverseeà une grande profondeur, ledit raccord comprenant deux manchons métal- liques tubulaires destines à être fixés aux extrémités libres en regard des- dites canalisations sous-marines, est caractérisé, selon la présente invention, par le fait que lesdits manchons sont reliés l'un à l'autre par une structure métallique flexible composite comprenant une structure intermédiaire suscep- tible de se déformer considérablement et constituée par un soufflet métallique dont les extrémités sont fixées respectivement d'une façon étanche auxdits manchons par sondage d'une bague métallique d'extrémité, une structure exté- rieure de renforcement constituée par des bagues fermées en acier disposées autour dudit soufflet dans ces gorges, et une structure de renforcement inté- rieure constituée par une série alignée de bagues fermées en acier à section droite en forme de U qui sont maintenues cote-à-c8te et qui sont accouplées les unes aux autres successivement dans une direction axiale par une série sus-jacente de bagues ouvertes en acier à section droite en forme de U inversé dent les lèvres de leur profil sont introduites respectivement dans la gorge de deux bagues adjacentes de ladite série sous-jacente de bagues à section droite en forme de U, tandis qu'une des lèvres des première et dernière bagues de ladite série sus-jacente de bagues ouvertes en acier à section droite en forme de U inversé esiat.i: r e r e.g e . a an f cielle formée dans lesdits manchons métalliques tubulaires. Lez avantages d'un tel type de raccord apparaissent immédiatement, 24830 42 -4- En premier lieu, du fait qu'il ne comporte aucun joint d'étanchéité susceptible de se détériorer et du fait que le raccord est construit entière- ment en métal, il est extr&mement robuste, durable et fiable. En outre, il est capable de résister efficacement à des différences de pression mme importantea dirigées soit vers l'intérieur soit vers l'extérieur. Enfin, le raccord présente une capacité de déformation élevée dans toutes les directions. A ce sujet, cette capacité de déformation du raccord est assurée essentielle- ment, d'une part, par la faculté des bagues de ladite structure de renforcement intérieure à as déplacer les unes par rapport aux autres sur une distance égale à l'intervalle axial sur lequel chaque bague à section en forme de U s'assemble à la bague sus-jacente à section droite en forme de U inversé et, d'autre part, par la souplesse des lèvres en contact avec lesdites bagues. Toutefois, comme le raccord est constitué par plusieurs bagues, il en résulte que la sone d'un grand nombre de petites translations et de petites rotations des bagues individuelles se traduit par une capacité de déformation élevée du raccord, ce qui permet de raccorder facilement les unes aux autres les extré- mités de canalisations qui présentent un défaut d'alignement m4me considérable ou qui sont inclinées mutuellement. En fait, pour augmenter encore la capacité de déformation du raccord on introduit, selon une autre caractéristique de la présente invention, entre chaque lèvre desdites bagues ouvertes en acier à section droite en forme de U inversé et chaque lèvre en regard desdites bagues fermées en acier à section droite en forme de U ainsi qu'entre chaque lèvre en regard deaditen gorges circonférencielles desdits manchons métalliques tubulaires, un ressort circulaire axialement ondulé qui exercede façon élas- tique et alternée, une pression contre lesdites lèvres en regard. De cette manière, il est possible de manitenir lesdites lèvres en regard desdites bagues espacées l'une de l'autre par une distance H égale à la sone de l'amplitude de l'ondulation axiale et de l'épaisseur a dudit ressort, la distance H pouvant évidemment diminuer pendant le fonctionnement sous l'effet d'une traction ou d'une flexion jusqu'à ce qu'elle atteigne ladite épaisseur s du ressort, ceci en raison du fait que lorsque celui-ci se comprime il redresse ses parties saillantes ou bosses axiales jusqu'à ce que finalement il se crée entre lesdites lèvres en regard un intervalle axial notable égal h l'amplitude de l'ondulation dudit ressort. On va décrire ci-après la-présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue longitudinale partiellement en coupe de - deux canalisations sousarîneis wa eer-dea l'me à l'autre par un raccord flexible selon la présente invention - la figure 2 est une coupe l itudinale partiolloa à ne chello agrandie du raccord flexible selon la prsonte inventio, oette coapo 6ent faite par A&- BB de la figure 1 - la figure 3 montre la défomation sbie par le raccord flexiblo selon la présente invention pour raccordoer l'une à l'aut deû caliiîmatr scos-marines non alignées g et - la figure 4 motre la déformtiî subie par le raccord flexIblo selon la préwente inventico quand il raccorde l'une à l'autre do u aanalin tins sous-wmarines mtellement inclinées. En se référant aux figures, on voit que les références 1 et 2 désignent deux canalisatio sous-marines imrgées L gr iande prefonde6r et suivant n'importe quelle oreientatioe, en &tau acordées l'uze h leautro ra moyen d'un raccord flexible 3o Ce raceord 3 est constitué par deux manho3D tbulaires métalliques 4 et 5 qui sont fixés respectivement aux extrémts libres en regard des canalisations t et 2 au moyen d'une soadur 6 ( représenté. sur les figures) ou par tout autre moyen connu dans l'état do la technique et qui sont raccordes lumn à l'autre par une straotr métalliqu eomposite flexible 7. La structure composite 7 est constituée par une structure intermé- diaire susceptible de se déformer considérablement et se présntant essMEtiel- lement sous la forme d'unm soufflet métallique 8 obtenau par façnnag dun tube à partir de son intérieur, les extrémités de ce soufflet étant fixees respectivement de façon étanche auxdits manchons 4 et 5 par soudage zespeoeti vement de bagues métalliques 9 et 10 d'extrémitéo Ledit soufflet métallique 8 est renforcé extérieurement par une structure de renforcement extérieure comprenant une série de bagues fermées en acier que l'on dispose autour dudit soufflet pendant son façomge à des positions correspondant aux gorges de ce dernier, tandis qu'à l'intérieur du soufflet 8 se trouve une structure de renforcement intérieure comprenant une série axialement alignée de bagues fermées 12 en acier à section droite en U qui sont maintenues c8teh-côte et accouplées successivement les unes aus autres ainsi qi 8 àu-.:idts manchons métalliques 4 et 5 par une série sus- jacente de bagues 13i (o i = 1,2,3...) en acier et à section droite en forme de U inversé, dont les lèvres 13' et 13" de leur profil (voir particulièrement la figure 2) sont insérées respectivement dans la gorge de la section droite -6- en U de deux bagues adjacentes sous-jacentes 12, tandis qu'en ce qui concerne leu premibre et dernibre bagues de ladite série sus-jacente de bagues à section droite 13i en forme de U inversé, la lèvre 13' d'une de celles-ci et la lbvre 13m de l'autre de celles-ci sont insérées dans des gorges circon- férencielles 14 et 15 formées respectivement dans lesdits manchons métalliqaues 4 et 5. Il est évident que pour effectuer lesdites opérations d'insertion, lesdites bague. à sectlo droite 13i en forme-de U inversé doivent être ouverte., c'est-à-dire divisées en deux parties par des coupes axiales 16i (voir figure 2). Enfin, entre chaque paire de lbvres 13' et 13" deadites bague8 ouvertea en acier à section droite 13i en forme de U inversé et entre chaque paire de lvres 12" et 12' respectivement desdites bagues fermées en acier à section droite 12 en forme de U ainsi qu'entre chaque paire de livres 14' respectivement desdites gorge. circonférencielles 14 des manchons métalliques 4 et 5, est intercalé un ressort circulaire 17 azialement ondulé qui, en exerçant une pression élastique au moyen des partieg saillantes ou ventres de sen ondulation axiale, alternativement contre lesdites livres en regard et en les maintenant ainsi élastiquement espacées l'une de l'autre d'une distance H (voir figure 2) permet auxdites lbvres en regard d'exécuter un déplacement relatif notable dans les limites d'une distance (H-s) oi sa est l'épaisseur du ressort, par suite d'un redressement on ' Egauchissement desdites parties saillantes de son ondulation axiale en raison de la colpres- sion, en donnant aisai au raccord une forte capacité de déformation qui le rend apte à raccorder facilement l'une à l'autre les extrémités de canalisa- tioas sous-marines, même ai celles-ci présentent un défaut d'alignement considérable (voir figure 3) ou si elles sont inclinées matuelleent (voir figure 4). Comae on l'a déjà mentionné, la présente invention n'est pas limitée à un raccord métallique flexible tel que celui décrit; au lieu d'utiliser des bagues de révolution pour réaliser le raccord, on peut construire celuibci à l'aide d'éléments s'étendant hélicoMdalement. En d'autres termes, le soufflet 8 peut être réalisé à partir d'une tôle ondulée enroulée hélicoldalement sur elle-même, les bagues de renforce- ment extérieures 11 peuvent être fabriquées à partir d'une seule barre ronde d'acier enroulée en hélice dans les gorges dudit soufflet 8 et, finalement, les deux séries de bagues 12 et 13 à section en forme de U peuvent être 2483042 - -7 réalises ohacune à partir de l'enroulement hélicoldal d'une bande de t8le à profil en U. De cette manière, en partant simplement de bandes de t8le et de bares rondes et en utilisant une machine appropris, il e>st pwsible do réaliser de façon simple et imediate non sltemnt dos raceor2o flesiblee mais aussi des canalisations flexriblcs completes de lnea1 r indéfiie pr le transport sous l'eau de fluides on de gaz, et ces canalisatis peurent 8tre stockées en étant enroulées sur des tamb3ra de grand diamtre, cela en tronçons de grandes longueurs, puis déroulées uniquement lorsque l'on doit les poser, cette opération étant ainsi extrêmement rapide et oxeo, I1 est bien entendu que la descriptiou qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif, et que des variantes au des modifications peuvent y 8tre apportées dans le-cadre de la présente invention. REVENDICATICNS 1. Raccord flexible pour raccorder deux canalisations sous-marines non alignées ou inclinées de façon variable à forte profondeur, comprenant deux manchons métalliques tubulaires devant être fixés aux extrémités libres en regard deadites canalisations sous-marines, caractérisé par le fait que lesdits manchons sont raccordés l'un à l'autre par une structure métallique flexible composite comprenant une structure intermédiaire susceptible de se déformer considérablement et constituée par un soufflet métallique dont les extrémités sont fixées respectivement de façon étanche auxdits manchons par sondage d'une bague métallique d'extrémité, une structure de renforcement extérieure constituée par des bagues fermées en acier disposées autour dudit soufflet dans ses gorges ou creux d'ondulation, et une structure de renforce- ment intérieure constituée par une série alignée de bagues fermées en acier à section droite en form de U qui sont maintenues côte-à-cbte et sont accou- plées les unes aux autres successivement dans une direction axiale par une série sus-jacente de bagues ouvertes en acier ayant une section droite en forme de U inversé dont les lèvres de leur profil sont insérées respectivement dans la gorge de deux bagues adjacentes de ladite série sous-jacente de bagnes à profil en U, tandis qu'une des lèvres des première et dernière bagues de ladite série sus-jacente de bagues ouvertes en acier ayant une section droite en forme de U inversé est insérée d a n u n e g o r ge ai ron é- rencielle formée dans lesdits manchons métalliques tubulaires. 2. Raccord flexible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre chaque paire de lèvres desdites bagues ouvertes en acier ayant une section droite en forme de U inversé et chaque paire de lèvres en regard desdites bagues fermées en acier ayant une section droite en forme de U ainsi qu'entre chaque paire de lèvres en regard desdites gorges circonféren.- cielles desdits manchons métalliques est inséré un ressort circulaire axialement ondulé qui exerce une pression élastique et alternée contre les- dites lèvres en regard.