Brevet FR2481407A1 — publié le 19811030

La présente invention se rapporte à un procédé pour la jonction, à travers un joint universel, de tuyau- teries principales qui sont fixées à une structure, par exemple une colonne montante. De façon connue, on utilise des colonnes mon- tantes articulées pour relier un équipement flottant et un équipement de fond, en vue d'extraire le pétrole brut des gisements sous-marins Dans cette colonne montante, les éléments adjacents sont raccordés au moyen d'un joint universel qui permet à ces éléments de prendre une inclinaison les uns par rapport aux autreso D'autre part, les êlmnents de tuyauterie fixés aux éléments de colonne montante sont raccordés par des joints à rotule à un tube relais incorporé dans le joint universel, de façon à ce qu'une inclinaison des élémnents supérieur et inférieur de la tuyauterie l'un par rapport a l'autre soit compensée par la rotation du joint à ro- tule. De plus, l'élément de tuyauterie est.lui-même pliée en forme de boucle, de maniere à absorber lPexcen- tricité ou le décalage entre liaxe d'un croisillon et 1l axe du joint à rotule qui augmente au fur et à mesure de l'usure des portées du croisillon. Dans cette structure connue de raccordement de tuyauteries, il est toutefois nécessaire de disposer le joint à rotule de manière à ce que l'axe de ce joint coincide'avec l'axe du croisillono En fait, il est impé- ratif d'obtenir la coïncidence des axes entre le joint à rotule et le croisillono Par conséquent, lorsque le nombre de tuyauteries est élevé, il est très difficile de raccorder les éléments adjacents de tuyauteries par l'intermédiaire du joint universel et, de plus, le dépas- sement radial de la partie déformable de l'élément de tuyauterie, disposé dans la direction radiale de la co- lonne montante, devient excessifo En même temps, le tracé des tuyauteries devient très compliqué. En outre, ce procédé, qui repose seulement sur l'expansion et la contraction de la partie déformable de l'élément de tuyauterie pour la compensation du décalage entre les axes du croisillon et du joint à rotule, non seulement augmente l'effort imposé sur le joint à rotule mais diminue également sa durée de vie lorsque l'usure du croisillon devient trop grande. La présente invention a pour objet un procédé de raccordement, à l'endroit d'un joint universel, d'élé- ments de tuyauterie respectivement fixés à deux struc- tures, par exemple des colonnes montantes, reliées ensem- ble par le joint universel. Plus particulièrement, suivant l'invention, un joint à rotule et un joint à boule sont incorporés dans une tuyauterie comprenant des éléments raccordés par un joint universel, afin de constituer un mécanisme de liai- son dans la tuyauterie elle-même, de façon à ce que, lors- que les deux structures reliées par le joint universel oscillent, le déplacement angulaire relatif ainsi commu- niqué aux éléments de tuyauterie fixés aux structures res- pectives soit effectivement compensé par le fonctionne- ment du mécanisme de liaison. Plus précisément, suivant l'invention, un tube oscillant est relié à la façon d'un levier, par l'inter- médiaire d'un joint à rotule, à une tuyauterie principale fixée dans la colonne montante, le tube oscillant ayant une extrémité pliée sensiblement en forme de U et raccor- dée par un joint à boule à un tube relais prévu dans un joint universel de jonction des éléments adjacents de la colonne montante, l'autre partie de la colonne montante étant raccordée au tube oscillant par un joint à boule. Le procédé de jonction d'éléments de tuyauterie, décrit brièvement cidessus, présente plusieurs avantages par rapport aux procédés comparables suivant l'art anté- rieur, par exemple: 1. Les exigences pour une grande précision dans la dis- position et l'installation de la tuyauterie peuvent être réduites. 2. Les éléments de tuyauterie peuvent être disposés parallèlement, ce qui permet non seulement d'augmenter le nombre de tuyauteries mais également de diminuer la va- leur de la projection radiale des éléments de tuyauterie à l'endroit de leur partie déformable. 30 Le joint à rotule ne supporte plus d'effort dé au décalage des éléments de la tuyauterie,2sorte que sa du- rée de vie peut être augmentée. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les/essins annexés. Fig. 1 est une vue de côté d'éléments de tuyau- teries raccordés conformément au procédé suivant lVinven- tion9 qui illustre plus particulièrement la partie compre- nant un joint universel et les parties voisines. Fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de- la figure 1. Fige 3 est une vue en perspective d'une des tu- yauteries raccordées par le procédé suivant l'invention9 et Fig0 4 et Fig0 5 illustrent le comportement de la tuyauterie. Les figures 1 à 3 représentent deux structures adjacentes, à savoir un élément supérieur 1 de colonne montante et un élément inférieur 2 de colonne montante9 qui sont reliées l'une à l'autre par un joint universel de type connu, de façon à pouvoir osciller ou basculer l'une par rapport à l'autre. Le joint universel 9 comprend un croisillon 3, une chape supérieure 4 et une chape inférieure 5. La chape supérieure 4 est fixée à la partie inférieure de l'élément supérieur 1 de colonne montante, tandis que la chape in- férieure 5 est fixée à la partie supérieure de l'élément inférieur 2 de colonne montante. Le croisillon 3 comporte des bossages 6 et 7, qui font saillie vers l'extérieur dans quatre directions et qui sont supportés par les bras des chapes supérieure et inférieure 4 et 5, par l'inter- médiaire de paliers respectifs 8. D'autre part, une tuyauterie principale 12 est disposée longitudinalement dans l'élément 1 de colonne montante et ellHest fixée à ce dernier de façon à ce que son extrémité fasse saillie radialement à l'extérieur de l'élément 1 de colonne montante,. Plus précisément, comme représenté sur la figure 1, l'extrémité de la tuyauterie principale 12 est située dans un plan A qui contient 1' axe (non représenté) de l'élément supérieur 1 de colonne montante et l'axe 1 du bossage 6 du croisillon 3. Un tube oscillant 13, sensiblement en forme de S, est raccordé à l'extrémité de la tuyauterieprincipale 12 par un joint à rotule 10, de façon à pouvoir pivoter dans la direction circonférentielle de l'élément supé- rieur 1 de colonne montante. D'autre part, comme représenté sur la figure 2, des tubes relais 14, en forme de L, sont disposés dans le croisillon 3. Chaque tube relais dépasse, à une extrê- *25 mité, à l'extérieur du bossage 6 du croisillon 3, tandis que son autre extrémité dépasse à l'extérieur du bossage adjacent 7. Comme on le voit sur la figure 1, l'extré- mité du tube relais 14 sortant du bossage 6 du croisillon est décalée d'une distance 1 mm, vers la gauche de l'axe 1 du bossage 6. Le tube relais 14 est fixé dans des pas- sages 18 formés dans les bossages 6 et 7, par l'intermé- diaire de douilles 17. Un tube de jonction 15, sensiblement en forme de U. est raccordé par un joint à boule 11 à l'extrémité du tube relais 14 sortant du bossage 6. De même, l'autre extrémité du tube de jonction 15 est reliée au tube os- cillant 13 décrit plus haut, par un joint à boule 11. Il est clair, d'après la description ci-dessus, que la tuyauterie principale 12, fixée à l'élément supé- rieur 1 de colonne montante, communique avec le tube re- lais 14 monté dans le joint universel 90 Ce tube relais 14 est raccordé à un élément inférieur 12a de tuyauterie principale, fixé à l'élément inférieur 2 de colonne mon- tante, de la façon décrite ci-aprèse L'élément 12a de tuyauterie principale est fi- xe à l'élément inférieur 2 de colonne montante, de façon à ce que son extrSmité soit dirigée vers la gauche, com- me représenté sur la figure lo Plus particulièrement, 1l élément inférieur '12a de la tuyauterie principale est fixe à léelément inférieur 2 de colonne montante de fa- çon à ce que son extrémité soit située dans un plan B contenant l'axe 02 du bossage 7 du croisillon et l'axe, non représente, de l'élé6ment inférieur 2 de colonne mon- tante. Un tube oscillant 13a est fixeé par l'intermédiaire d'un joint à rotule 10a, à l'extrSmitê de l'élément 12a de tuyauterie principale, de façon à être orienté dans la direction circonférentielle de l'élément inférieur 2 de colonne montante, D'autre part, un tube de jonction a, sensiblement en forme de U, est raccordé à l'extrê- mité du tube oscillant 13a par l'intermédiaire d'un joint à boule 11a. En outre, le tube relais 14, déjà mentionné, est connecté à l'extrémité du tube de jonction 15a par un joint à boule lia. Ainsi, les erreurs d'usinage et d'assemblage des tubes oscillants 13 et 13a et des tubes de jonction et 15a, ainsi que/es variations lentes provoquées dans ces tubes pendant le fonctionnement, sont absorbées par ces joints à boule 11 et 11a. Après assemblage des éléments décrits ci-dessus, l'élément supérieur 12 de tuyauterie principale communi- que avec l'élément inférieur 12â de tuyauterie principale par l'intermédiaire du tube oscillant 13, du tube de jonc- tion 15, du tube relais 14, du tube de-jonction 15a et du tube oscillant l3a, ce qui constitue une première tuyaute- rie de communication 21. De la même façon, une deuxième et une troisième tuyauteries de communication sont disposées le long de la première tuyauterie de communication 21. Une quatrième, une cinquième et une sixième tuyauteries de communication 24, 25 et 26 sont formées de l'autre c8té des éléments supérieur et inférieur de colonne montante, symétriquement aux première, deuxième et troisième tuyau- teries de communication 21, 22 et 23. On explique ci-après le comportement des tuyau- teries de communication en réponse au mouvement oscillant de la colonne montante, ainsi que le comportement des tuyauteries de communication en ce qui concerne l'usure des portées. On décrit d'abord le mouvement oscillant de la colonne montante. Lorsque l'élément supérieur 1 de colon- ne montante s'incline vers la droite, d'un angle e1 (voir figure 4), le tube oscillant 13 tourne d'un angle 92, par l'intermédiaire du joint à rotule 10. Par conséquent, le changement de la distance linéaire entre le centre de l' extrémité du tube relais et le centre de l'extrèmité de l'élément de tuyauterie principale, résultant du décalage du tube relais 14 par rapport à l'axe Ql du croisillon, est absorbé par la rotation du tube oscillant. Dans le cas d'une usure des portées, par exem- ple une usure du palier 8 pendant le fonctionnement, qui provoque un décalage vers le bas de l'axe 1 du croisil- lon 3 par rapport à l'axe 03 de la chape supérieure 4, d' une distance L2 mm, comme indiqué sur la figure 5, le tube oscillant 13 tourne d'un angle e3 pour compenser le décalage ci-dessus. On voit, d'après la description qui précède, qu'avec le procédé deraccordement de tuyauterie suivant l'invention la variation de la distance entre l'extrémité du tube relais et l'extrémité de l'élément de tuyauterie principale, résultant du mouvement relatif d'oscillation entre l'élément supérieur et l'élément inférieur de co- lonne montante reliés par un joint universel, est complè- tement absorbée par la rotation des tubes oscillants Par suite, il n'est pas nécessaire d'obtenir la coïncidence entre l'axe du croisillon et le centre de l'extrémité du tube relais. Cela non seulement supprime la nécessité du un centrage précis du tube relais, mais permet également de placer côte-à=c8te une pluralité de tuyauteries de communication, très facilement0 En outreD puisque la disposition de tuyauteries de communication en parallèle est facilitée, le dépasse- ment latéral de la tuyauterie de liaison est diminué, ce qui économise la quantité de matière pgurla tuyauterie. De plus, l'effet nuisible de leexcentricité en- tre l'axe du croisillon et l'axe de la chape, résultant de l'usure des portées du croisillon, est supprimé par la rotation du tube oscillant, sans nécessiter l'expansion ou la contraction de la tuyauterie. Par conséquent, la dé- formation de la tuyauterie elle-même est évitée. Par suite, les durées de vie du joint à rotule et du joint à boule ne dépendent pas de l'usure des pore tées du croisillon. La présente invention peut effectivement être appliquée au raccordement entre des éléments de tuyaute- ries par l'intermédiaire d'un joint universel, lorsque ces éléments de tuyauteries sont fixés à des structures respectives qui sont reliées l'une à l'autre par le joint universel. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle- ci. Revendications 1.Procédé de raccordement d'éléments de tuyauterie qui sont fixés à deux structures adjacentes (1,2) reliées l'une à l'autre par un joint universel de façon à pouvoir osciller l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il consiste à: raccorder un tube oscillant (13) (13a) par l'intermédiaire d'un joint à chacun des éléments (12, 12a) de tuyauterie principale, de façon à ce qu'il puisse pivoter ou osciller dans la direction latérale de la struc- ture; placer un tube relais (14) dans le joint universel (3); et raccorder les tubes oscillants au tube relais par l'intermédiaire de tubes de jonction (15, 15a) pré- sentant chacun une forme sensiblement en U et munis de joints à leurs deux extrémités. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube oscillant (13, 13a) est raccordé à 1' élément correspondant (12, 12a) de tuyauterie principale au moyen d'un joint à rotule (10,10a). 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que chaque tube oscillant (13, 13a) est rac- cordé au tube de jonction (15, 15a) associé, par l'inter- médiaire d'un joint à boule (11, 11a). 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque tube de jonction (15, a) est raccordé au tube relais (14), par l'intermédiai- re d'un joint à boule (11, 11a).