Brevet FR2496074A1 — publié le 19820618

Installation motrice à vérins Pour produire le déplace- ment continu d'un objet oblong dans la direction de son axe, et/ou pour mouvoir un élément le long dudit objet. La présente invention concerne une installation motrice à vérins pour produire le déplacement continu d'un objet oblong dans la direction de son axe, et/ou pour mouvoir un élément le long dudit objet. Par "obiet oblong", on entend désigner toute espèce d'objet allongé, tel que barre, tige, tube, câble, etc, de section uniforme ou non, étant entendu que par "axe" on dé- signe la direction générale selon laquelle s'étend ledit ob- jet, et non pas forcément un axe au sens géométrique du ter- me, c'est-à-dire un axe de révolution ou de symétrie. L'objet en question peut constituer tout organe mécani- que mobile, par exemple un organe de hissage, l'installation en question étant alors fixe. Il peut au contraire être fixe (poteau), auquel cas l'installation en question est mobile le long de cet objet et peut à son tour entraîner, par exem- ple pour le hisser, un élément quelconque. On connaît déjà des installations motrices pour produire le déplacement d'un objet oblong, ou d'un élément le long d'un tel objet, notamment à vérins, mais on n'en connaît pas, jusqu'à présent, qui soit apte à produire un déplace- ment parfaitement continu de l'objet ou de l'élément, sans à-coups, et sans temps d'arrêt. Le but de la présente invention est de combler cette la- cune de la technique et, à cet effet, une installation motri- ce à vérins conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte d'une part au moins deux ensembles à vé- rins, le ou les pistons de chaque ensemble étant associés à des moyens de blocage propres à les solidariser sélective- ment, momentanément et automatiquement dudit objet, leur corps étant fixe (dans le cas d'un objet oblong mobile) ou mobile et solidarisé d'un élément à mouvoir le long dudit objet, (dans le cas d'un objet oblong fixe), et d'autre part un dispositif d'alimentation des corps de vérins en fluide hydraulique, pourvu de moyens automatiques de commande (pompes; électro-vannes; détecteurs de position; amplifi- cateurs etc) de l'amenée ou de l'évacuation du fluide d'un d'un côté et d'autre desdits pistons, l'agencement et le fonctionnement des moyens précités de blocage et de commande étant assurés de telle manière, au moins, que la prise en charge dudit objet par le ou les pistons d'un des ensembles à vérins s'effectue sans discontinuité à l'instant auquel le ou les pistons de l'autre ensemble à vérins cessent leur propre prise en charge dudit objet, le ou les pistons d'un ensemble ayant par rapport à ceux de l'autre ensemble, et en synchronisme, un unuvement général de bascule. Par "mouvement général de bascule", on entend indiquer que, d'une façon générale, le ou les pistons d'un des ensem- bles à vérins montent tandis que le ou les pistons de l'autre ensemble descendent, et réciproquement, ces mouvements étant synchronisés. On conçoit en tout cas que grâce à une telle installation, on puisse obtenir un mouvement essentiellement continu et sans à-coups de l'objet ou autre élément mobile, le ou les pistons d'un ensemble à vérins relayant le ou les pistons de l'autre ensemble, sars aucune interruption, en exerçant leur force iiotrice sur l'objet ou élirent à nouvoir, dès que ce ou ces pistcns ue l'autre ensenble cessent d'exercer cette force. L'invention peut comporter d'autres dispositions, no- tamment pour permettre un mouvement de bascule parfaitement synchronisé entre lesdits pistons des ensembles à vérins, et pour permettre un blocage aisé sur l'objet, et en particulier l'installation ci-dessus définie sous sa forme la plus géné- rale pourra encore être caractérisé, à cet effet, en ce que l'agencement et le fonctionnement desdits moyens de blocage et de commande sont en outre assurés de telle manière que le début d'un déplacement à vide du ou des pistons d'un des en- sembles à vérins dans le sens du déplacement relatif dudit objet par rapport à cet ensemble, et leur blocage sur l'ob- jet, sont commandés automatiquement en un instant qui précède l'arrivée en fin de course, sous charge, et se déplaçant dans le même sens, du ou des pistons de l'autre ensemble à vérins. Cette disposition sera mieux vue par la suite, notamment à la lecture de la description d'un exemple de réalisation qui sera donnée ci-dessous avec référence au dessin, mais on peut d'ores et déjà noter qu'elle permet d'effectuer com- modément, et sans arrêter le déplacement relatif de l'objet en question par rapport auxdits ensembles, le blocage du ou des pistons d'un desdits ensembles par rapport à cet objet, pendant un début de course à vide de ces pistons, et ceci sans que des efforts notables s'exercent entre l'objet et les moyens de blocage. Dans les mêmes buts, on pourra prévoir en outre que l'agencement et le fonctionnement desdits moyens de blocage et de commande sont en outre assurés de telle manière qu'à partir d'une position d'arrêt en fin de course sous charge, et après déblocage, le début du retour à vide du ou des pis- tons d'un ensemble à vérins vers leur position de départ, à savoir le début de leur déplacement à vide dans le sens opposé au sens du déplacement relatif de l'objet par rapport à cet ensemble, est commandé automatiquement en un instant qui suit le début de la prise en charge dudit objet par le ou les pistons de l'autre ensemble à vérins. On comprend que le laps de temps qui s'écoule entre ce début de prise en charge et l'instant encquestion pourra cor- respondre approximativement au temps nécessaire pour assurer le déblocage en fin de course sous charge. Ceci également sera mieux vu par la suite. Sur le plan de la réalisation pratique, on peut prévoir, pour les ensembles à vérins d'une installation conforme à l'invention, tout mode d'exécution adapté au problème posé, et notamment qu'elle comporte deux ensembles à vérins compor- tant chacun un piston annulaire entourant ledit objet oblong, les deux pistons étant montés dans un corps de vérin commun également annulaire et entourant ledit objet. Cette disposition permet avantageusement d'obtenir une installation compacte et robuste, et permet aussi une simpli- fication, les chambres des deux ensembles à vérins pouvant communiquer directement à l'intérieur du corps de vérin com- mun. On peut faciliter aussi, de cette manière, la liaison mécanique (par verrous ou analogues) entre les pistons et l'objet oblong. On peut toutefois prévoir d'autres agencements, et no- tamment que l'installation comporte deux ensembles à vérins comportant chacun un piston annulaire entourant ledit objet oblong, les deux pistons étant montés dans deux corps de vérins séparés, également annulaires, coaxiaux et entourant ledit objet. On peut prévoir encore, dans certains cas d'application, des couples de vérins classiques ou des monovérins à double piston montés autour dudit objet oblong selon un agencement permettant un équilibrage des efforts sur les pistons et une action globale ou résultante dirigée selon l'axe dudit objet. - Quel que soit le mode d'exécution choisi, on pourra mettre en oeuvre, par ailleurs, pour l'actionnement des moyens précités de blocage et de commande, tous moyens ap- propriés de détection, de régulation et autres, courants dans le genre de technique en question, et prévoir notamment que le ou les corps de vérins sont associés à des détecteurs de la position du piston dans le corps correspondant, ces dé- tecteurs étant en liaison, par l'intermédiaire d'amplifica- teurs ou analogues, d'une part avec des électro-vannes ou analogues, aptes à commander l'amenée ou l'évacuation de fluide hydraulique dans ou hors les corps de vérins, d'un côté ou de l'autre du piston dont la position est détectée et/ou du piston d'autres vérins, et d'autre part avec les- dits moyens de blocage, pour assurer la solidarisation ou la désolidarisation momentanées entre pistons et objet oblong. Des modes d'exécution de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente schématiquement une installa- tion conforme à l'invention, du type comprenant un corps de vérin annulaire commun à deux ensembles à vérins, ce corps étant représenté-en demi-coupe et demi-vue extérieure; - la figure 2 représente de même schématiquement une autre installation conforme à l'invention, du type compre- nant deux ensembles à vérins à piston annulaire, les pistons annulaires étant ici montés dans des corps de vérins séparés; - la figure 3 représente schématiquement encore une autre installation conforme à l'invention, du type compre- nant deux ensembles à vérins, à couples de vérins classiques; et - la figure 4 est un exemple d'un des diagrammes possi- bles, représentant, en fonction du temps, les déplacements des pistons desdits ensembles à vérins. A la figure 1, on a référencé en 1, sous la forme d'un tube, l'objet oblong que l'on désire soumettre à un déplace- ment continu dans la direction de son axe e. L'ensemble à vérins comporte dans cet exemple deux vérins ayant un corps commun 3 monté, sur un appui fixe 4. de sorte à entourer ledit tube 1. Le corps 3 est constitué de deux parois cy- lindriques et concentriques 3a et 3b reliées aux deux extré- mités par des fonds 3c et définissant ainsi dans le corps 3 une chambre annulaire commune 5. Le diamètre de la paroi tubulaire intérieure 3a est légèrement supérieur à celui du tube 1. Dans la chambre annulaire 5 sont montés coulissants deux pistons annulaires 6 et 6' prolongés chacun par une partie tubulaire, respectivement 7 et 7', sortant du corps commun 3 par les deux extrémités de celui-ci et dont chacune porte en bout des moyens de blocage, respectivement 8 et 8'. Ces moyens peuvent être constitués par tous moyens adaptés à effectuer un blocage momentané de la partie tubulaire cor- respondante 7 ou 7' sur le tube 1; il peut s'agir par exemple de moyens de verrouillage comprenant des broches ou analogues, respectivement 9 et 9', propres à se mouvoir ra- dialement vers l'axe 2 ou dans la direction opposée, soit pour pouvoir s'engager dans une lumière ou analogue 10 du tubesoitpour pouvoir s'en dégager, étant entendu que les lumières 10 peuvent être réparties à espacements constants tant selon la longueur du tube que selon sa périphérie. Pour ce qui est de l'étanchéité entre les pistons 6, 6' et leur partie tubulaire respective 7, 7' d'une part et le corps commun de vérin 3 d'autre part, elle peut être assurée là encore par tous moyens appropriés et par exemple, comme indiqué sur le dessin, par des joints annulairesrespective- ment 11 à 14 et 11' à 14'. On a également représenté sur le dessin, en 15, une en- tretoise reliant les deux parois cylindriques 3a et 3b mais laissant en communication les parties supérieure et infé- rieure de la chambre 5, et, en 16, 16', des voiles ou ana- logues de renforcement des pistons 6, 6'. Sur 'La figure 1, le circuit d'alimentation de la cham- bre 5 en fluide hydraulique a été représenté très schémati- quement. Il comporte notamment des conduites 17 et 17' dé- bouchant aux deux extrémités de la chambre, en traversant les fonds 3c, et une conduite 18 débouchant dans la partie centrale de la chambre en traversant la paroi cylindrique 3b, ces différentes conduites pouvant être mises en commu- nication avec des pompes 19 et 19' par l'intermédiaire de vannes, respectivement 20 à 23 et 20' à 23', ces vannes étant branchées selon la disposition indiquée au dessin. La position, selon la direction de l'axe 2, des pis- tons 6, 6' dans la 'chambre 5 peut être déterminée grâce à des détecteurs de position (non représentés) et qui permet- tent de déterminer les instants auxquels ces pistons arri- vent, pour le piston 6 aux niveaux indiqués par les traits N1, N2, N3 et N4, et pour le piston 6' aux niveaux indiqués par les traits N'l, N'2, N'3 et N'4. Pour ne pas alourdir le dessin, on n'apas représenté non U sajns n __ e ci E- - Is A p F j i i J W, i. _r ru l') 1t,.-X- z, M en valeur absolue, aux pentes de descente sans charge). A cet instant, les vannes 21, 23, 20' et 22' sont ouvertes, tandis que les vannes 20, 22, 21' et 23' sont fermées. Lorsque le piston 6' parvient à son niveau inférieur N'4, la commande automatique provoque l'ouverture des vannes 21' et 23' et donc l'arrêt de ce piston en position basse. Lorsque le piston 6 arrive au niveau N2, les vannes ' et 22' se ferment, ce qui provoque la montée du piston 6' et le verrouillage de la broche 9' dans la lumière cor- respondante 10 du tube 1 (voir partie référencée B sur la figure 4). Lorsque le piston 6 arrive au niveau Ni, les vannes et 22 s'ouvrent, ce qui provoque l'arrêt de ce piston et l'on commande également de façon automatique, par l'in- termédiaire des moyens 8, le déverrouillage, c'est-à-dire l'extraction de la broche 9 hors de la lumière 10 corres- pondante (opération désignée par la lettre D sur la figure 4). Il est à noter que ce déverrouillage peut s'effectuer commodément du fait qu'alors le piston 6 n'exerce plus de force sur le tube 1. Lorsque le piston 6', qui a commencé à monter en char- ge, en entraînant le tube 1, depuis l'instant auquel le piston 6 a terminé d'exercer cette action, arrive au ni- veau N'3, on provoque la fermeture automatique des vannes 21 et 23, ce qui entraîne la descente du piston 6, le pis- ton 6' continuant sa montée en charge. Lorsque le piston 6 arrive au niveau N4, les vannes 21 et 23 s'ouvrent, ce qui provoque l'arrêt de ce piston. Lorsque-le piston 6' arrive ensuite au niveau N'2, on provoque la fermeture simultanée des vannes 20 et 22 pour entraîner à nouveau le piston 6 vers le haut et en même temps le verrouillage de la broche 9 sur la lumière correspondante (référence B). Lorsque le piston 6' arrive au niveau N'l, on provoque l'ouverture automatique des vannes 20' et 22', ce qui en- traine l'arrêt de ce piston et de ce fait la prise en charge du tube 1 par le piston 6. La broche 9' est déverrouillée (référence D). Lorsque le piston 6 arrive au niveau N3, on provoque automatiquement la fermeture des vannes 21' et 23', ce qui entraîne la descente du piston 6'. On est alors revenu au point de départ et le cycle se continue ensuite exactement de la même manière. Sur la figure 4, on a schématisé sous la forme de lignes verticales tiretées I, II et III les interconnections opéra- tives entre les commandes des pistons 6 et 6'. La ligne I montre bien que la prise en charge du tube 1 par le piston 6' suit immédiatement la fin de la prise en charge de ce tube par l'autre piston 6, de même que la prise en charge du tube par le piston-6 suit immédiatement la fin de la prise en charge de ce tube par le piston 6'. La ligne II montre que lorsqu'un piston arrive sous charge au niveau N2 ou N'2, il commande automatiquement le début de la montée de l'autre piston et son verrouillage par rapport au tube 1. Enfin, la ligne III montre que lorsqu'un piston arrive sous charge au niveau N3 ou N'3, il commande automatiquement le début de la descente à vide de l'autre piston. Il est à souligner que les diagrammes représentés sur cette figure 4 ne sont donnés qu'à titre illustratif pour montrer un exemple possible de fonctionnement, mais qu'il serait possible d'en envisager bien d'autres. Il est à noter, en outre, que l'adjonction à l'intal- lation qui vient d'être décrite des dispositifs adéquats pourrait permettre aussi l'obtention de différents états de sécurité ou autres, l'arrêt en charge sur les deux pistons, ou encore l'inversion du sens du déplacement de l'objet 1 ou l'inversion du sens de l'effort exercé sur lui. En effet, l'objet 1 peut être notamment un objet à his- ser, ou au contraire un objet à descendre, par exemple pour l'enfoncer dans le sol, pour effectuer un fonçage, un fora- ge ou autres. Cet objet 1,au lieu dàêtre mobile, comme dans l'exemple qui vient d'être décrit, pourrait également être constitué par un poteau fixe, et dans ce cas bien entendu, c'est le corps de vérin commun 3 qui se déplacerait, de même d'une façon parfaitement continuele long de l'objet 1, en entraînant un élément quelconque, par exemple un élément à hisser au sommet du poteau ou analogue. On peut envisager notamment de nombreuses applications de ce type dans la technique des forages pétroliers, et en particulier mais non limitativement pour le hissage des plates-formes auto- élévatrices d'exploration ou d'exploitation en mer. Aux figures 2 et 3, on a représenté également de fa- çon schématique des variantes d'exécution d'une installation également conforme à l'invention. Selon la figure 2, o les moyens de verrouillage 8, 8' sur l'objet 1 peuvent être du même type que selon la figure 1, on a prévu deux corps de vérin séparés 24 et 24', annu- laires, entourant l'objet oblong 1 et dans chacun desquels est monté un piston également annulaire, respectivement 25 et 25'. Les moyens d'alimentation des deux corps séparés de vérin en fluide hydraulique peuvent être du même type que ceux qui ont été précédemment décrits et ils ont été référencésglobalement en 26 pour le corps 24 et 26' pour le corps 24'. D'une façon analogue à ce qui était le cas pour la figure 1, il y a une communication entre les deux corps de vérin 24 et 24', par une liaison référencée en 27, 27', mais il est entendu que l'on pourrait également envisager une séparation entre les deux corps de vérin 24 et 24' et une indépendance complète entre les alimentations en fluide hydraulique. Le fonctionnement pourra de toute façon être semblable à celui qui a été décrit avec référence à la figure 1. Les mêmes remarques sont valables pour le mode d'exé- cution de la figure 3. Dans cette figure, on a représenté,au lieu de vérins annulaires,des monovérins dont les corps ont été référencés en 28 et 28' et les pistons en 29 et 29'. Leur alimentation peut s'effectuer comme selon la figure 2 (alimentations 30 et 30'). Sur la figure, on n'a représenté qu'un seul couple de vérins mais on utilisera en réalité plusieurs couples régu- lièrement répartis autour de l'objet 1 pour l'équilibrage des forces exercées par les pistons 29, 29' sur cet objet. Là encore, cet objet pourra être quelconque et on a référencé sur la figure 3 des moyens de blocage 31 et 31' du type à colliers de serrage. Bien entendu, il conviendra d'utiliser des colliers dont le serrage sur l'objet 1 et le desserrage pourront être commandés automatiquement à partir de signaux de commande appropriés, par exemple électriques ou hydrauliques. Dans ce cas d'application, on pourrait aussi envisager une désolidarisation, entre les pistons 29, 29' et l'objet oblong 1, non pas au niveau de colliers de serrage ou ana- logues 31, 31' mais au niveau de la liaison entre les ex- trémités des tiges 32 et 32' des pistons et un organe de solidarisation avec l'objet 1, organe qui serait alors monté à demeure sur celui-ci. Comne il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. il REVENDICATIONS 1. Installation motrice à vérins pour produire le dé- placement continu d'un objet oblong dans la direction de son axe, et/ou pour mouvoir un élément le long dudit objet, caractérisée en ce qu'elle comporte d'une part au moins deux ensembles à vérins, le ou les pistons (6, 6') de cha- que ensemble étant associés à des moyens de blocage (8, 8') propres à les solidariser sélectivement, momentanément et automatiquement dudit objet (1), leur corps (3) étant fixe (dans le cas d'un objet oblong (1) mobile) ou mobile et solidarisé d'un élément à mouvoir le long dudit objet, (dans le cas d'un objet oblong (1) fixe), et d'autre part un dis- positif d'alimentation (19 à 23, 19' à 23') des corps de vé- rins en fluide hydraulique, pourvu de moyens automatiques de commande (pompes; électro-vannes; détecteurs de position; amplificateurs etc) de l'amenée ou de l'évacuation du fluide d'un côté et d'autre desdits pistons, l'agencement et le fonctionnement des moyens précités de blocage et de commande étant assurés de telle manière, au moins, que la prise en charge dudit objet par le o les pistons (6 ou 6') d'un des ensembles à vérins s'effectue sans discontinuité à l'instant auquel le ou les pistons (6' ou 6) de l'autre ensemble à vérins cessent leur propre prise en charge (en N'1 ou en Nl) dudit objet (1), le ou les pistons d'un ensemble ayant par rapport à ceux de l'autre ensemble, et en synchronisme, un mouvement général de bascule. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'agencement et le fonctionnement desdits moyens de blocage et de commande sont en outre assurés de telle ma- nière que le début d'un déplacement à vide du ou des pistons (6 ou 6') d'un des ensembles à vérins dans le sens du dépla- cement relatif dudit objet (1) par rapport à cet ensemble, et leur blocage sur l'objet, sont commandés automatiquement en un instant (en N'2 ou en N2) qui précède l'arrivée en fin de course, sous charge, et se déplaçant dans le même sens, du ou des pistons (6' ou 6) de l'autre ensemble à vérins. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caracté- risée en ce que l'agencement et le fonctionnement desdits moyens de blocage et de commande sont en outre assurés de telle manière qu'à partir d'une position d'arrêt en fin de course sous charge (en Ni ou en N'1) et après déblocage, le début du retour à vide du ou des pistons (6 ou 6') d'un en- semble à vérins vers leur position de départ (N4 ou N'4) à savoir le début de leur déplacement à vide dans le sens opposé au sens du déplacement relatif de l'objet (1) par rapport à cet ensemble, est commandé automatiquement en un instant (en N'3 ou en N3) qui suit le début de la prise en charge dudit objet (1) par le ou les pistons (6' ou 6) de l'autre ensemble à vérins. 4. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, -caractérisée en ce qu'elle comporte deux ensembles à vérins comportant chacun un piston annulaire (6, 6') entourant ledit objet oblong (1), les deux pistons étant montés dans un corps de vérin commun (3) également annulaire et entourant ledit objet. 5. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte deux en- sembles à vérins (24, 24') comportant chacun un piston an- nulaire (25, 25') entourant ledit objet oblong, les deux pistons étant montés dans deux corps de vérins séparés, é- galement annulaires, coaxiaux et entourant ledit objet. 6. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des couples de vérins classiques (28, 28') ou des monovérins à double piston montés autour dudit objet oblong selon un agencement permettant un équilibrage des efforts sur les pistons (29, 29') et une action globale ou résultante dirigée selon l'axe dudit objet. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les corps- (3) de vérins sont associés à des détecteurs de la position du piston (6, 6') dans le corps correspondant, ces détecteurs étant en liaison, par l'intermédiaire d'amplificateurs ou analogues, d'une part avec des électro-vannes ou analogues (20 à 23, 20' à 23'), aptes à commander l'amenée ou l'éva- cuation de fluide hydraulique dans ou hors les corps (3) de vérins, d'un côté ou de l'autre du piston (6 ou 6') dont la position est détectée et/ou du piston d'autres vé- rins, et d'autre part avec lesdits moyens de blocage (8, 8'), pour assurer la solidarisation ou la désolidarisation. momentanéesentre pistons (6, 6') et objet oblong (1).