Brevet FR2518698A1 — publié le 19830624

I L'invention est relative à un raccord à déconnection rapide,plus particulièrement,mais non exclusivement,pour conduite flexible utilisable en mer. Pour transférer des produits liquides,pulvérulents ou p&teux entre deux équipements qui peuvent être à terre ou flottants,tels que navires, pontons,barges ou installations fixes à terre,ou entre un navire et une plateforme de fo- rage en mer,il est courant d'avoir recours à des conduites flexibles, c'est-à-dire non rigides,de manière à permettre les déplacements relatifs de leurs extrémités,déplacements consécutifs,par exemple,aux mouvements de la mero Comme montré à la figure I annexée,qui représente le cas particulier d'un navire 3 relié à une plateforme de forage en mer 4 par une conduite flexible 2,chaque condui- te 2 est reliée,soit au navire 2,soit à la plateforme 4, par un raccord à déconnection rapide,respectivement 5 a-5 b Ce raccord est destiné à interrompre très rapidement la liaison entre le navire et la plateforme afin que,en cas de nécessité,telle qu'une éruption du puits ou par mer dé- montée ou temp 6 te,le navire puisse s'éloigner de la plate- forme sans risque d'y être drossé ou de sombrer avec la plateforme On connait déjà par le brevet US 3 847 413 un raccord de ce type dans lequel un élément tubulaire male est em- manché dans un élément tubulaire femelle solidaire d'un ensemble de verrouillage annulaire,entourant l'élément mà- le de part et d'autre de la zone d'emmanchement L'ensemble de verrouillage est composé,d'une part,de parois diamétra- les et de parois annulaires,respectivement intérieures et extérieures, délimitant une chambre annulaire,d'autre part, d'un piston hydraulique mobile dans la chambre entre une position de verrouillage et une position de déverrouillage, et de plus,de sphères de verrouillage disposées dans les logements radiaux de la paroi annulaire intérieure et aptes & pénétrer dans des logements sphériques ménagés dans l'élément tubulaire mile. En raison du recours à un piston mobile longitudinale- ment pour assurer,à la fois,la fonction de commande de verrouillage et la fonction de verrouillage et de déver- rouillage l'ensemble de verrouillage présente une grande longueur. Par ailleurs,les pressions internes élevées régnant dans le raccord et pouvant atteindre 1 000 Bars exigent de réaliser des emmanchements avec,d'une part,de très fai- bles jeux et,d'autre part,de grandes longueurs,ce qui augmente encore la longueur générale de l'ensemble. En raison de cette construction,lors de l'opération de déconnection,et alors même que l'ensemble de verrouil- lage est en position de déverrouillage,il arrive que les deux éléments tubulaires mâle et femelle du raccord ne se dissocient pas par suite d'un grippage de leurs faces en contact Ce grippage est consécutif à la longueur d'emman- chement réciproque,au faible jeu d'emmanchement,aux con- ditions extérieures favorisant le désalignement des élé- ments mâle et femelle et à la pression régnant dans le raccord,pression qui,dès l'ouverture de ce dernier,engen- dre des phénomènes de plaquage hydraulique. On connait également un raccord dans lequel des brides de raccordement mâle et femelle sont plaquées,avec étan- chéité bout à bout,par une pince périphérique composée de plusieurs doigts indépendants longitudinaux aptes à os- ciller entre une position de verrouillage et une position de déverrouillage en fonction des déplacements d'un pis- ton annulaire en contact avec leur face extérieure Chaque doigt est muni,d'une part,à l'une de ses extrémités,de fa- ces tronconiques opposées lui donnant une forme de crochet et venant,en position de verrouillage,contre des faces tronconiques complémentaires ménagées sur les deux brides, de part et d'autre de leur zone de contact et,d'autre part, d'une face postérieure pentue venant en contact,dans la phase de déverrouillage,avec la périphérie de l'une des brides Dans un tel raccord,il peut arriver,qu'au moment de la déconnection des deux brides,et malgré les compo- santes longitudinales dues à la pression et tendant à écarter ces deux brides,que la bride non associée aux doigts reste accrochée sous un ou plusieurs de ceux-ci. De plus,ce dispositif,composé de nombreuses pièces préci- ses,est assez onéreux. La présente invention a pour but de fournir un raccord à déconnection rapide qui soit de construction simple et peu onéreuse et ait un fonctionnement fiable,quelles que soient la pression à laquelle il est soumis et les solli- citations extérieures. Ce raccord est du type composé de deux éléments tubu- laires,respectivement mâle et femelle,s'embottant avec étanchéité et comportant,de part et d'autre de leur zone de jonction,deux faces tronconiques opposées aptes à coo- pérer avec des faces complémentaires des moyens de ver- rouillage. Selon l'invention,ces moyens de verrouillage compren- nent,d'une part,deux mâchoires transversales indépendantes assemblées suivant un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal des deux éléments tubulaires du raccord, chacune de ces m 9 choires,munie à ses extrémités de moyens d'encastrement coopérant avec des moyens complémentaires de l'autre màchoire,comportant dans sa partie centrale deux logements semi-cylindriques encadrant une gorge semi- circulaire à faces latérales tronconiques,aptes à venir en contact avec les faces tronconiques des éléments tubu- laires du raccord,et d'autre part,deux doigts d'assembla- ge qui,montés coulissants dans des alésages parallèles à l'axe longitudinal du raccord et réalisés dans les moyens d'encastrement latéraux des deux mâchoires,sont reliés à des moyens de commande aptes à leur communiquer un mouve- ment de translation entre deux positions extrgmes,une po- sition de verrouillage dans laquelle ils assurent la liai- son des deux m&choires et une position de déconnection dans laquelle ils libèrent au moins l'une des mâchoires. Ainsi,lorsque le raccord est en position de raccorde- ment,ses deux éléments tubulaires sont maintenus longitu- dinalement en contact étanche l'un contre l'autre par les 18698 faces latérales tronconiques des gorges semi-circulaires - des deux màchoires,elles-mgmes liées positivement l'une à l'autre par les doigts d'assemblage Dès que les doigts d'assemblage sont amenés en position de déconnectionet grâce aux composantes radiales s'exerçant sur les faces tronconiques des éléments tubulaires et résultant des ef- forts de pression s'exerçant sur ces éléments tubulaires, les deux mâchoires s'écartent instantanément l'une de l'au- tre Elles libèrent ainsi les éléments tubulaires qui,sous l'effet des composantes longitudinales des efforts de pression,s'écartent longitudinalement et assurent la dé- connection recherchée. Grâce à sa construction simple et notamment au recours à deux mâchoires de faible largeur s'écartant radialement tout en étant assemblées par des moyens se déplaçant lon- gitudinalement,ce raccord a un fonctionnement sûr dans le temps,quelle que soit sa fréquence de déconnection et quels que soient les efforts qui lui sont transmis par le milieu et les contraintes extérieures. Dans une forme d'exécution de l'invention,les moyens de commande desdoigts d'assemblage sont constituéspour chaque doigt,par un vérin hydraulique dont le corps est - lié à l'une des mâchoires et dont la tige du piston cons- titue le doigt d'assemblage. Le recours à des vérins de type classique,c'est-à-dire ne comportant pas de piston annulaire,et la disposition de ces vérins hors de la structure assurant la connection des deux éléments tubulaires permettent de simplifier la cons- truction de cette structure et d'en réduire l'épaisseur. Cela contribue à améliorer la fiabilité,puisqu'au moment de la déconnection,la distance que doivent parcourir les éléments tubulaires pour échapper des mâchoires est égale- ment réduite. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schéma- tique annexé représentant,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce raccord. Figure 1 est une vue de c 8 té schématique montrant les conditions d'utilisation de ce raccord, Figure 2 est une vue de c 8 té en coupe longitudinale partielle montrant une forme d'exécution de ce raccorde Figure 3 en est une vue de c 8 té en demi-élévation et demi-coupe le montrant àéchalle agrandie et avec un plan de coupe longitudinal décalé de 90 par rapport à celui utilisé à la figure 2, - Figure 4 est une vue en perspective éclatée avec cou- pe partielle montrant les éléments constitutifs essentiels du raccord, Figure 5 est une vue partielle en coupe longitudinale montrant une variante de réalisation des moyens de comman- de de déconnection. De façon connue,ce raccord comprend deux éléments tu- bulaires,respectivement 7 et 8,comportant à leurs extré- mités des moyens de raccordement avec des conduites,res- pectivement rigides 9 et flexibles 10,c'est-à-dire suscep- tible de se déformer en fonction des mouvements relatifs du bateau 3 par rapport à la plateforme 4 Le raccord Z est muni,à son extrémité libre,d'une partie filetée 12,sur la- quelle se visse un écrou de raccordement 13,et d'une portée 14 contre laquelle vient prendre appui une portée complét- mentaire réalisée à l'extrémité du tuyau rigide 9 Ce der- nier est muni,à son extrémité,d'une collerette 15 contre laquelle sont appliqués,par l'écrou 13,des segments de cou- ronne 16 L'étanchéité de la liaison est assurée par un joint I 2,disposé dans un logement de l'élément tubulaire 7 et comprimé par la face en bout du conduit rigide 9 A son extrémité libre,l'élément tubulaire 8 est agencé de la mime façon que celle du conduit rigide 9-de manière à coo- pérer dans les mêmes conditions avec l'extrémité du con- duit flexible 10,elle-mêmeagencée de la même façon que l'extrémité de l'élément tubulaire 7. Selon l'invention,l'élément tubulaire 7 comporte,à son extrémité coopérant avec l'élément tubulaire 8,une portée cylindrique mâle a apte à s'emboîter dans un logement femelle 8 a ménagé à l'extrémité de cet élément 8. L'étanchéité de cet emboîtement est assurée par un joint 18.Comme montré figure 3,cet emboîtement est facilité par des portées coniques complémentaires 19 réalisées aux ex- trémités des éléments tubulaires 7 et 8 o En outre,comme montré aux figures 2,3 et 4,les éléments 7 et 8 viennent en contact l'un contre l'autre par les faces en bout pla- nes et annulaires,respectivement 20 et 22 Ces faces déli- mitent un plan de joint transversal confondu avec l'un des plans diamétraux du raccord Enfin,les deux éléments tubu- laires comportent,chacun,à leur extrémité d'emboîtement, une collerette, respectivement 7 b-8 b,dont la faceopposée à la face de contact avec la collerette de l'autre élé- ment,est tronconique en 7 c et 8 c Les faces 7 cet 8 c,qui sont disposées de part et d'autre du plan de joint des deux éléments du raccord,forment des angles de même valeur par rapport à l'axe longitudinal du raccord. Les deux éléments tubulaires 7 et 8 sont associés à un ensemble de verrouillage qui,selon l'invention,comprend deux mâchoires transversales indépendantes 23 et 24 Comme montré plus en détail figure 4,ces mâchoires comportent,à leurs extrémités,des moyens d'encastrement réciproques, moyens qui,dans la forme d'exécution représentée,sont cons- titués,pour la m'choire 2 _ 3,par deux chapes 25 et,pour la mâchoire 24,par deux joues 26 aptes à pénétrer,avec un fai- ble jeu,dans l'intervalle entre branches des chapes 25 Les chapes et les joues sont traversées par des alésages lon- gitudinaux,respectivement 27 et 28. Chacune des mâchoires 23 et 24 comporte,dans sa par- tie centrale,une face de contact plane 29 de laquelle dé- bouchent deux logements semi-cylindriques 30 encadrant une gorge semicirculaire 32 Cette gorge 32 est munie de faces latérales tronconiques 33, de m 9 me conicité que les faces 7 c et 8 c des éléments tubulaires 7 et 8 du raccord. Lorsque les deux éléments de raccord 7 et 8 sont em- manchés l'un dans l'autre,les deux mâchoires 23 et 24 sont assemblées l'une à l'autre,de manière que les faces tron- coniques 3 de la gorge circulaire qu'elles forment vien- nent en contact avec les faces 7 c et 8 c des collerettes de ces deux éléments Ces faces 33 s'opposent ainsi à tou- te séparation longitudinale des éléments 7 et 8 sous l'ac- tion de la pression régnant dans le raccord La liaison des deux mâchoires est assurée-par deux doigts 34 qui sont engagés dans les alésages longitudinaux 27 et 28 mé- nagés dans les chapes 25 et joues 26 I 1 faut noter que les mâchoires sont disposées transversalement et sont en con- tact par leurs faces 29 qui délimitent un plan de joint sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal et com- mun ou parallèle à l'un des plans passant par l'axe lon- gitudinal des deux éléments tubulaires 2 et 8. Chacun de ces doigts est associé à un moyen de comman- de,moyen qui,dans la forme d'exécution représentée à la figure 3,est constitué par un vérin 35 dont le corps 36 est fixé par des vis 37 contre l'une des faces latérales 38 de la chape 23 correspondante La tige du piston 39,mo- bile dans le corps 36,constitue le doigt d'assemblage 34. Le vérin représenté est du type à double effet et est donc divisé par le piston 39 en deux chambres,respectivement, antérieure 40 et postérieure 42,reliées chacune par des canaux d'alimentation,respectivement 43 et 44, à une source de fluide sous pression avec interposition d'un distribu- teur. Dans cette forme d'exécution,dès que les doigts 4 ont été amenés dans leur position de verrouillage représentée à la figure 3,les chambres postérieures 42 des vérins sont mises & l'échappement,de manière à éviter d'avoir à main- tenir inutilement la pression dans ces chambres durant un temps indéterminé En d'autres termes,lorsque le raccord est en position de fonctionnement,l'assemblage de ses dif- férents éléments est assuré exclusivement par les deux doigts 34 qui s'opposent à toute séparation radiale des mâchoires et,en conséquence,à toute séparation longitudi- nale des éléments 7 et 8 du raccord. Lorsqu'il est nécessaire de déconnecter les parties Z -8 _ et 8 du raccord,du fluide sous pression est envoyé par les canaux 45 dans les chambres 40 des vérins 35 Sous l'effet de cette pression,les pistons 39 reculent en entrainant avec eux les doigts 34 dont les extrémités libres viennent dans la position représentée en traits mixtes et en 45 à la figure 3 Dans cette position,les doigts 34 libèrent les joues 26 et,en conséquence,la mâchoire 24 A ce stade,les mâchoires 2 _-24 sont écartées par les composantes radia- les F s'exerçant sur elles,comme montré figure 2 Ces com- posantes proviennent de la décomposition,par les faces co- niques 33,7 c et 8 cde l'effort tendant à écarter longitu- dinalement les éléments 7 et 8,effort provenant lui-même de la pression régnant dans le raccord La séparation ra- diale des deux mâchoires libère ainsi les éléments tubu- laires 7 et 8 du raccord qui peuvent s'écarter longitudina- lement,sous le seul effet des composantes longitudinales dues à la pression,pour assurer la déconnection entre le conduit rigide 2 et le conduit flexible 10 Lorsqu'il n'y a pas de pression à l'intérieur du raccord,les deux mâchoi- res se détachent du raccord par gravité De plus,lorsque la conduite flexible est en tension,les mâchoires 2 et 24 tendent à s'écarter par suite des composantes longitudi- nales Fl. Il est & noter que,dans ce raccord,et grâce à la fai- ble longueur des surfaces cylindriques d'emmanchement des éléments 7 et 8,et au recours à des portées coniques coo- pérant avec des mâchoires séparables radialement,lors de la déconnection des éléments et 8,la pression n'engen- dre aucun effet négatif et,au-contraire,favorise cette déconnection. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 5, les moyens commandant les déplacements des doigts 34 sont constitués par un vérin 50 dont le corps 51 lié à la chape correspondante 23 par des vis 52,est divisé,par le piston 5,en une chambre postérieure 54 et une chambre antérieure 55.La chambre 54 communique par un canal 56 avec une sou ce de fluide sous pression,tandis que la chambre 55 con- tient un ressort hélicoïdal 57 susceptible de déplacer le piston 53 jusqu'à ce qu'il vienne en butée contre la face 54 a de la face postérieure 54 Un épaulement 58 du corps limite la course vers l'avant du piston et emp Sche l'écra- sement total du ressort par le piston. Avec ce type de raccord,la pression est maintenue en permanence dans la chambre postérieure 54 des deux moyens de commande des doigts 34 Pour amener les doigts 34 en po- sition de déconnection,il suffit de mettre les chambres 54 à l'échappement afin que,la pression dans ces chambres baissant,les ressorts 5 _ deviennent prépondérants et assu- rent,d'eux-m 8 mes,le déplacement des pistons 53 et des doigts 34 qui leur sont associés. Un tel dispositif est particulièrement intéressant,car il permet de commander la déconnection,mème si une avarie du système de commande interdit de mettre à l'échappement les chambres postérieures 54,puisqu'il suffit alors de fai- re baisser la pression dans le circuit hydraulique par tout autre moyen tel que:sectionnement,perforation ou autres. De tels raccords déconnectables peuvent également être utilisés comme montré figure I pour assurer le raccorde- ment d'un conduit 59 reliant un navire 3 à l'entrée d'un puits sous-marin 60 Ils peuvent également 9 tre utilisés pour raccorder tout autre conduit, flexible ou semi-rigide, utilisé pour assurer le transfert de matériaux divers entre une structure fixe et une structure mobile ou entre deux structures mobiles. -PREVENDICATIONS- 1-1 accord à déconnection rapide du type composé de deux éléments tubulaires,respectivement mâle ( 7) et fe- melle ( 8),s'emboîtant avec étanchéité et comportant,de part et d'autre de leur zone de jonction,deux faces tron- coniques opposées ( 7 c-8 c) aptes à coopérer avec des faces complémentaires des moyens de verrouillage,caractérisé en ce que ces moyens de verrouillage comprennent, d'une part, deux mâchoires transversales indépendantes ( 23-24) assem- blées suivant un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal des deux éléments tubulaires ( 7-8) du rac- cord,chacune de ces mâchoires,munie à ses extrémités de moyens d'encastrement ( 25-26) coopérant avec des moyens complémentaires ( 26-25) de l'autre machoire,comportant dans sa partie centrale deux logements semi-cylindriques ( 30) encadrant une gorge semi-circulaire ( 32) à faces la- térales tronconiques ( 33),aptes à venir en contact avec les faces tronconiques ( 7 c-8 c) des éléments tubulaires ( 7-8) du raccord et,d'autre part,deux doigts d'assembla- ge ( 34) qui,montés coulissants dans des alésages ( 27-28), parallèles à l'axe longitudinal du raccord et réalisés dans les moyens d'encastrement latéraux ( 25-26) des deux mâchoires ( 23-24),sont reliés à des moyens de commande ( 35-50) aptes à leur communiquer un mo-vement de transla- tion entre deux positions extrgmes,une position de ver- rouillage dans laquelle ils assurent la liaison des deux mâchoires ( 2324) et une position de déconnection dans laquelle ils libèrent au moins l'une des mâchoires. 2-Raccord selon la revendication 1,caractérisé en ce que les moyens de commande des doigts d'assemblage ( 34) sont constitués,pour chaque doigt,par un vérin hydrauli- que ( 35-50) dont le corps ( 36-51) est lié à l'une des mâ- choires ( 23-24) et dont la tige du piston ( 39-53) consti- tue le doigt d'assemblage ( 54). 3-Raccord selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le corps ( 36) du vérin ( 35) est divisé par le piston ( 39) en deux chambres indépen- dantes ( 40-42) reliables séparément à une source de pression hydraulique. 4-Raccord selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps ( 51) du vérin ( 50) comporte une chambre postérieure ( 54) reliée à une source de pres- sion,et une chambre antérieure ( 55) contenant un ressort hélicoïdal de rappel ( 57) apte à amener le doigt d'assem- blage ( 34) en position de déconnection dès que disparait la pression dans la chambre postérieure ( 54). -Raccord selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 4,caractérisé en ce que l'une des mâchoires ( 23) comporte,à chacune de ses extrémités,une chape ( 25) apte à recevoir l'une des joues-( 26) dont sont munies les extrémités dé l'autre mâchoire ( 24) 6-Raccord selon l'ensemble des revendications 1,2 et ,et l'une quelconque des revendications 3 et 4,caracté- risé en ce que les corps ( 36-51) des vérins ( 35-50) sont fixés latéralement et du m 8 me c 8 té contre l'une des faces extérieures ( 38) des deux chapes ( 25) de la mâchoire ( 23) munie de telles chapes À