Brevet FR2512166A1 — publié le 19830304

La présente invention se rapporte aux dispositifs de cou- plage mécanique des canalisations immergées en mer, qui sont suscep- tibles d'être commandés à distance, ainsi qu'aux procédés pour la mise en oeuvre de tels dispositifs. Au cours de réparations de canalisations sous-marines, il est nécessaire de procéder au raccordement du tube à réparer au tube de remplacement, en effectuant par des plongeurs à l'aide des équipe- ments spéciaux soit une soudure soit un couplage mécanique. Dans le cas de la connexion soudée, une chambre de soudu- re hyperbare est nécessaire dans la mesure, o la profondeur est com- patible avec la qualité métallurgique de la soudure ou avec les pos- sibilités opérationnelles des plongeurs Au-delà de cette profondeur, la connexion soudée pourra être réalisée en chambre sous-marine à pression atmosphérique, mais l'opération devient alors tributaire de la pression hydrostatique pour tout ce qui concerne les opérations effectuées à l'intérieur de la chambre de soudure. L'opération de connexion mécanique peut également être effectuée par des plongeurs jusqu'à une certaine profondeur, et au- delà, au moyen d'équipements spéciaux commandés à distance. La présente invention se rapporte à cette dernière catégo- rie d'équipements et plus particulièrement au couplage mécanique à l'aide de connexions capables de réaliser et de maintenir une étan- chéité par joint métallique entre deux extrémités à raccorder, dont une est munie d'un collet, auquel cas le joint métallique vient en appui sur le cône formé par le collet. Le formage du collet sur une canalisation immergée à l'ai- de d'un dispositif commandé à distance fait l'objet d'une demande de brevet français déposée le 9 Juin 1981 sous le numéro d'enregistrement 81 11286 au nom de la demanderesse. L'invention a donc pour l'objet un dispositif de couplage mécaniques des canalisations immergées, dont une possède une extrê- mité munie de collet, susceptible d'être commandé à distance, ainsi qu'un procédé pour la mise en oeuvre d'un tel dispositif. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une contre-bride à crabots placée contre le collet du tube à réparer, un corps tubulaire soudé par une extrémité à I 'extrémité d'un tube à assembler avec le tube à réparer et muni à son extrémité opposée d'une butée annulaire et sur lequel corps tubulaire est pla- cé un écrou ou bague de blocage, un équipage mobile comprenant une entretoise formant le corps mobile de vérin et dont un épaulement an- nulaire interne sert de piston ou de paroi mobile et détermine au moins une chambre de vérin, ladite entretoise coopérant à l'une de ses extrémités avec ledit écrou ou ladite bague de blocage et portant à son extrémité opposée une bride à crabots associée à des moyens élastiques de maintien de serrage, ainsi que des moyens d'entraînement en rotation de l'équipage mobile et des moyens de déplacement de l'écrou ou de bague de blocage. L'équipage mobile a pour fonction d'opérer I 'encliquetage des crabots de la bride et de la contre-bride et la mise sous tension du corps tubulaire contre le collet du tube à réparer, jusqu'à Il'écra- sement du joint métallique interposé entre le collet et ledit corps tu- bulaire Le rôle des moyens élastiques associés à l'équipage mobile est le maintien de I 'effort de serrage exercé sur le joint pour com- penser sa déformation due au fluage subi en fonction de conditions de travail. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif est ca- ractérisé en ce que l'épaulement de l'entretoise sert de piston à dou- ble effet et détermine deux chambres de vérin, limitées respectivement par l'écrou de blocage et par la butée annulaire Les moyens élasti- ques de maintien de serrage comprennent des tirants traversant I 'en- tretoise qui sont vissés dans la bride à crabots et dont les têtes prennent appui sur I 'écrou de blocage vissé sur le corps tubulaire par l'intermédiaire d'une pièce d'appui fixée à I'extrémité de l'en- tretoise opposée à celle portant la contre-bride à crabots. Ainsi, les tirants donnent au système une capacité d'élon- gation pour compenser la déformation du joint, cette force de serrage étant maintenue par les tirants tendus avec verrouillage sur le corps tubulaire Selon un autre mode de réalisation, l'entretoise formant le corps mobile de vérin renferme une chambre de vérin dont une paroi mobile est adjacente à un logement annulaire contenant une rondelle de Belleville servant de moyens élastiques de maintien du serrage. L'équipage mobile comprend, outre l'entretoise et la bride à crabots, une bague de blocage, dont le filetage extérieur se visse dans un alésage présent à I'extrémité de l'entretoise opposée à celle portant 12166 la bride Ainsi, la force de serrage est maintenue par la rondelle Belleville en compression avec verrouillage sur l'entretoise, qui est toujours sollicitée en tension. D'autres particularités de l'invention apparaîtront à la lp- mière de la description de ses modes de réalisation, qui suit, illustrés par les dessins annexes, dont: la figure 1 représente en coupe axiale le mode de réali- sation comportant des tirants avant le verrouillage des crabots (partie supérieure de la figure) et après le verrouillage (partie in- férieure de la figure); la figure 2 une vue de côté des brides portant descrabots; la figure 3 une coupe selon la ligne A-A de la figure 1; et la figure 4 en coupe axiale le mode de réalisation com- portant une rondelle de Belleville, avant sa mise en compression (partie supérieure de la figure) et après sa compression (partie in- férieure de la figure). Dans les deux modes de réalisation, le tube à réparer dési - gné par 1 porte une contre-bride 3 à crabots 3 a et son extrémité a été conformée en collet la, contre lequel est appliquée la contre-bride 3 Un corps tubulaire 2 est soudé à un tube à assembler ou un tube intercalaire non représenté et il est muni d'une butée annulaire 4. Un joint métallique 10 est placé dans l'évasement du collet la pour assurer l'étanchéité contre I'extrémité du corps tubulaire 2, dont la forme épouse celle de l'évasement du collet. Dans une des formes de réalisation du dispositif selon l'invention, représentée aux figures 1 et 2,un écrou de blocage 5 est vissé sur le corps tubulaire 2 Un équipage mobile entourant le corps tubulaire 2 comprend une entretoise 6 munie d'un épaulement annulaire 6 a qui détermine de part et d'autre deux chambres de vé- rin, limitées d'une part par la butée annulaire 4 et d'autre part par l 'écrou de blocage 5, qui est vissé sur une portion du coprs tubulaire 2 Cet épaulement intérieur 6 a a pour fonction d'agir comme un piston à double effet, qui assure un déplacement axial en translation de l'équipage mobile Des joints assurent l'étanchéité entre les pièces de l'équipage mobile d'une part et le corps tubu- Laire 2 et I 'écrou 5 d'autre part. 12166 L'entretoise 6 est traversée par des tirants 8 disposés en cercle, dont les extrémités sont vissées dans une bride 7 à crabots 7 a, qu'ils maintiennent appliquée contre une extrémité de l'entretoise 6 Une pièce d'appui 9 est fixée au moyen de boulons 21 à I'extré- mité opposée de I 'entretoise et les têtes de tirants reposent contre elle. Au début de l 'opération de couplage, on procède au cen- trage du tube 1 et du corps tubulaire 2, les tirants étant en légère tension uniforme assurant l'appui des pièces 7, 6 et 9. Lorsque la pression hydraulique est admise dans la cham- bre basse pression délimitée par l'épaulement 6 a et l'écrou 5, l'é- quipage mobile se déplace en direction du collet et prend position avec la pièce d'appui 9 en butée contre l'écrou de blocage 5, com- me représenté à la partie supérieure de la figure 1 Lors de ce dé- placement, compte tenu du profil des saignées des brides à crabots, l'équipage mobile est orienté en rotation, les crabots 7 a de la bride 7 passant à travers les saignées présentes entre les crabots 3 a de la contre-bride 3. La bride et la contre-bride à crabots présentent alors un décalage. Pour superposer les profils sphériques des crabots, l'équipage est entraîné en rotation de 1/N de tour, le nombre N représentant le nombre de crabots dont est munie la bride Grâce à la forme donnée aux surfaces intérieures des crabots, les crabots se font face et sont verrouillés en position d'appui L'entrainement en rotation et le verrouillage de l'équipage pour amener les crabots en position voulue, peuvent être effectués soit par un équipement annexe sépa- ré, amené et récupéré après l'achèvement de l'opération, soit par un pignon placé en extrémité de la contre-bride à crabots, cette activation pouvant se faire par un ressort préalablement armé et s'autobloquant après 1/N de tour, représenté en 30. Lorsque les crabots sont en place, la chambre basse pression est décomprimée et la pression admise de l'autre côté de l'épaulement 6 a, dans la chambre haute pression Par I 'intermé- diaire de l'entretoise 6 qui sert de corps de cylindre du vérin, les faces sphériques des crabots serrent les unes contre les autres et le joint 10 s'écrase entre ses surfaces d'appui Il se produit une 12166 légère élongation des tirants 8 qui sont sollicités en traction On visse l'écrou de blocage 5 au moyen p ex d'une clé hydraulique , de façon à ce que la pièce d'appui 9 prenne appui sur le corps tubulaire 2 par l'intermédiaire de l'écrou de blocage 5 La cham- bre haute pression est alors décomprimée La capacité d'allonge- ment de tirants 8 fournit la force élastique garantissant le main- tien d'un effort uniforme de serrage sur le joint, quelles que soient les déformations qu'il ait subies. En variante (figure 4), les moyens élastiques de main- tien de serrage sont constitués par une rondelle Belleville 18 pla- cée entre deux bagues 19 dans un logement annulaire en appui contre la butée annulaire 4 Sur le corps tubulaire 2 coulisse l'é- quipage mobile composé de l'entretoise 6 solidaire de la bride à crabots 7 et d'une bague de blocage 15, dont le filetage extérieur est vissé dans un alésage présent à I'extrémité de l'entretoise opposée à celle portant la bride Une cale annulaire 20 est placée au contact d'une des bagues 19 et délimite entre elle-même et l'épaulement 6 a de l'entretoise une chambre de vérin, dont les pa- rois sont mobiles. Le logement de la rondelle Belleville 18 est délimité d'une part par la butée annulaire 4 et d'autre part par une pa- roi de la cale 20 transmettant la pression exercée par le vérin pour déformer la rondelle En fonctionnement, on fait avancer axia- lement en direction du collet la l'équipage mobile à l'aide d'un vérin, faisant partie d'un équipement annexe non représenté, de façon à faire passer les crabots 7 a de la bride 7 à travers les saignées présentes entre les crabots 3 a de la contre-bride 3, jus- qu'à ce que la cale 20 rencontre, par l'intermédiaire de la ron- delle 18 la résistance opposée par la butée annulaire 4 On action- ne en rotation l'équipage de 1/N de tour pour que les faces sphé- riques des crabots viennent en contact On admet la pression dans la chambre de vérin, ce qui a pour effet, d'une part de faire re- culer l'entretoise solidaire de la bride et d'opérer le serrage et le verrouillage des crabots, et d'autre part, d'exercer en sens contraire une pression sur la cale 20, par l'intermédiaire de la- quelle la force exercée déforme la rondelle Belleville 18 Lorsque la rondelle est déformée et écrasée entre les bagues 19, on fait 12166 avancer, en la vissant, la bague de blocage 15, jusqu'au con- tact avec la cale 20 Le maintien du serrage est ainsi assuré, après la décompression de la chambre de vérin, par la rondelle Belleville 18 en compression avec verrouillage sur l'entretoise réalisé par la bague 15. Dans la forme de réalisation selon les figures 1 et 2, ce sont les tirants seuls qui sont sollicités en tension pour le maintien du serrage, tandis que selon le mode de réalisation cao- forme à la figure 4, ce sont I 'entretoise 6 et la bride 7 qui par- tagent cet effort. L'équipement annexe, servant à faire avancer en direc- tion du collet l'équipage mobile, peut être récupéré après ins- tallation et ramené à la surface. Le dispositif de couplage selon l'invention qui peut être utilisé aussi bien dans le cas de la construction que dans le cas de la réparation, présente de nombreux avantages Dans le cas d'une réparation de canalisation, la contre-bride n'est pas toujours parfaitement centrée dans l'axe du cane du collet. Pour compenser ce défaut de centrage, la contre-bride est usi- née selon un appui sphérique dont le centre se rapproche le plus possible du point d'intersection des perpendiculaires à la génératrice du cône évasé dans la zone assurant l'étanchéité. Les moyens élastiques de maintien de serrage utili- sés selon l'invention dans un dispositif, o le serrage du joint lui-même est effectué à l'aide d'un vérin actionnant des brides à crabots, peuvent revêtir d'autres formes que celles de tirants ou de rondelle Belleville En effet, tous les moyens permettant un maintien élastique du serrage du joint, pour compenser ses déformations subies au cours de contraintes de pression et de températures, connus de l'homme de l'art, peuvent être employés, sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de couplage mécanique des canalisations immergées, dont l'une possède une extrémité munie de collet, apte à être commandé à distance, caractérisé en ce qu'il com- prend une contre-bride à crabots ( 3) placée contre le collet (la) du tube à réparer ( 1), un corps tubulaire ( 2) soudé par une extrémité à l'extrémité d'un tube à assembler avec le tube à réparer ( 1), muni à son extrémité opposée d'une butée annu- laire ( 4) et sur lequel corps tubulaire ( 2) est placé un moyen de blocage ( 5,15), un équipage mobile comprenant une entre- toise ( 6) formant le corps mobile de vérin et dont un épaule- ment annulaire interne ( 6 a) sert de piston et détermine au moins une chambre de vérin, ladite entretoise ( 6) coopérant à l'une de ses extrémités avec ledit moyen de blocage ( 5,15) et portant à son extrémité opposée une bride à crabots ( 7) asso- ciée à des moyens élastiques de maintien de serrage ( 8,18), ainsi que des moyens d'entraînement en rotation de l'équipage mobile ( 30) et des moyens de déplacement des moyens de blo- cage ( 5,15):. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaulement ( 6 a) de l'entretoise ( 6) sert de piston à double effet et détermine deux chambres de vérin, limitées respectivement par un écrou de blocage ( 5) et par la butée annulaire ( 4). 3 Dispositif selon les revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que les moyens élastiques de maintien de serrage comprennent des tirants ( 8) traversant I 'entretoise 46) qui sont vissés dans la bride à crabots ( 7) et dont les têtes pren- nent appui sur l'écrou de blocage ( 5) vissé sur le corps tubu- laire ( 2) par l'intermédiaire d'une pièce d'appui ( 9) fixée à I'extrémité de l'entretoise opposée à celle portant la contre- bride à crabots ( 7). 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise ( 6) formant le corps mobile de vérin renfer- me une chambre de vérin dont une paroi est constituée par I 'é- paulement annulaire interne ( 6 a) de l'entretoise et l'autre pa- roi est adjacente à un logement annulaire contenant une ron- 12166 delle Belleville ( 18) en appui contre la butée annulaire ( 4) et servant de moyens élastiques de maintien de serrage. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'équipage mobile comprend, outre l'entretoise ( 6) et la bride à crabots ( 7), une bague de blocage ( 15), dont le fileta- ge extérieur est vissé dans un alésage présent à I 'extrémité de l'entretoise ( 6) opposée à celle portant la bride. 6 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi de la chambre de vérin adjacente au loge- ment contenant la rondelle de Belleville ( 18) est constituée par une cale annulaire ( 20) servant à transmettre la pression à la rondelle Belleville. 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement en rotation de l'équipage mobile ( 30) comprennent un pignon engrenant avec la bride et actionné par un ressort préalablement armé et s'autobloquant après 1/N de tour, N représentant le nombre- de crabots dont est munie la bride. 8 Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif de couplage selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, le tube ( 1) portant le collet (la) étant centré sur le tube à assembler, auquel est soudé le corps tubulaire ( 2) muni d'é- quipage mobile, on opère le presserrage des tirants ( 8), on admet la pression dans la chambre de vérin délimitée par l'écrou de blocage ( 5) de façon à faire avancer axialement en direction du collet (la) et faire passer les crabots ( 7 a) de la bride ( 7) à travers les saignées présentes entre les crabots ( 3 a) de la contre-bride ( 3), jusqu'à ce que la pièce d'appui ( 9) bute contre l'écrou de blocage ( 5), on actionne en rota- tion l'équipage mobile jusqu'à l'accomplissement de 1/N de tour, on décomprime ladite chambre et on admet la pression dans la chambre délimitée par la butée annulaire ( 4) de ma- nière à ce que les faces de crabots de la bride ( 7) et de la contrebride ( 3) viennent en contact avec serrage du joint ( 10) et les tirants ( 8) soient sollicités en traction et on fait avancer l'écrou de blocage ( 5) au moyen d'une clé hydrauli- que ( 40) jusqu'au contact avec la pièce d'appui ( 9). 9 Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif de couplage selon les revendications 4 O 7, caractérisé en ce que, le tube ( 1) portant le collet (la) étant centré sur le tube à assembler auquel est soudé le corps tubulaire ( 2) muni d'équi- page mobile, on fait avancer à l'aide d'un vérin, faisant partie d'un équipement annexe, I'équipage mobile axialement en direction du collet (la), de façon à faire passer les cra- bots ( 7 a) de la bride ( 7) à travers les saignées présentes en- tre les crabots ( 3 a) de la contre-bride ( 3), jusqu'à ce que la cale ( 20) rencontre, par l'intermédiaire de la rondelle ( 18), la résistance opposée par la butée annulaire ( 4), on actionne en rotation l'équipage mobile jusqu'à l'accomplissement de 1/N de tour, on admet la pression dans la chambre de vérin de ma- nière à ce que les faces de crabots de la bride ( 7) et de la contrebride ( 3) viennent en contact avec serrage du joint ( 10) et la force exercée par l'intermédiaire de la cale ( 20) déforme la rondelle Belleville ( 18) et on fait avancer la bague de blocage ( 15) jusqu'au contact avec la cale ( 20).