Brevet FR2523918A1 — publié le 19830930

Dispositif de compensation du pilonnement subi par une charge immergée suspendue à partir d'un navire L'invention est relative à un dispositif de compensation du pilon- nement subi par une charge suspendue à partir d'un navire, telle qu'une tourelle de plongée L'objectif a atteindre est que l'amplitude des mouvements verticaux de la tourelle de plongée soit la plus faible possi- ble, quelle que soit celle des mouvements verticaux du bateau, qui eux peuvent atteindre une valeur de douze mètres et plus, par grosse mer. En particulier, un objectif à atteindre est de ramener l'amplitude des mouvements de la tourelle entre 5 à 10 % de ceux du bateau. On connait déjà des dispositifs permettant de compenser le pilon- nement d'une charge suspendue suspendue à un navire Tous ces disposi- tifs font appel à une mesure de la position du navire par rapport au fond de la mer; cette mesure est obtenue au moyen de lignes guides ancrées au fond et enroulées sur des treuils placés dans le bateau La mesure de la rotation du treuil fournit l'indication cherchée On connait les incon- vénients des lignes guides: risque d'accrochage avec les structures voisines, encombrement, etc En outre, dans les cas o la mer a une grande profondeur, l'emploi des lignes-guides est redhibitoire. Un but de l'invention est de réaliser un dispositif de compen- sation qui ne comporte pas de lignes-guides. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de compensation de pilonnement permettant, outre une bonne compensation pour la charge, la possibilité de donner à celle-ci un mouvement vertical d'amplitude et de vitesse contrôlées, de manière à déposer délicatement la charge sur le fond de la mer ou sur une structure sous-marine. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de compensation du pilonnement subi par une charge suspendue par des filins à parti 4 'un bateau, qui maintienne le fil constamment en tension, même lorsque la charge est posée sur le fond de la mer ou sur une structure sous-marine. L'invention a pour objet un dispositif de compensation du pilon- nement subi par une charge immergée suspendue à un navire par un câble fixé par une extrémité à ladite charge et s'enroulant par l'autre 2 extrémité à un treuil placé sur le navire caractérisé en ce que le câble, entre le treuil et la charge, est enroulé sur un moufle ayant un premier et un second jeu de poulies, le moufle étant associé à des moyens pour faire varier la distance entre les deux jeux de poulies en réponse à des signaux élaborés par une chaine de régulation recevant des résultats de mesure inertielles sur ladite charge et/ou de mesure de force sur ledit câble. Avantageusement, les moyens de faire varier la distance entre les deux jeux comprennent au moins un vérin d'un premier type dont le cylin- dre est fixé par rapport au bateau, le premier jeu de poulies étant solidaires du cylindre, le second jeu de poulies étant fixé à l'extré- mité de la tige du vérin, ledit vérin étant actionné par une servo-valve- recevant lesdits signaux. De préférence, le second jeu de poulies est fixé à la tige d'au moins un vérin d'un second type, ledit vérin ayant un cylindre fixe par rapport au bateau, ledit cylindre étant relié à au moins un accumulateur hydraulique. L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel: La figure 1 est un schéma de principe des éléments mécaniques du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue en élévation partielle du dispositif selon l'invention. la figure 3 est une vue en plan de la même partie du dispositif. La figure 3 A est une coupe selon la ligne AA de la figure 2. La figure 4 est un schéma détaillé du circuit hydraulique du dispo- sitif. La figure 5 est un schéma montrant les prises de mesure pour la régulation du dispositif. La figure 6 est un schéma par bloc du système de régulation électro- nique dont est muni le dispositif de l'invention. Dans la figure 1 on a représenté schématiquement un bateau 1, qui comprend des moyens pour l'immersion d'une charge 2 telle qu'une cloche à plongeur. -3 - Les moyens d'immersion comprennent un câble 3 fixé par une extré- mité à un treuil 4 solidaire du bateau et passant par un puits 5 ménagé dans le bateau. Selon l'invention, le câble passe sur un moufle comprenant un jeu 6 de poulies d'axe horizontal fixe par rapport au bateau et un jeu 7 de poulies d'axe horizontal mobile Pour cela le jeu 6 est lié aux cylindres 8 A d'un ensemble de vérins référencés globalement 8 dans la figure, le jeu de poulies 7 étant fixé aux tiges mobiles 8 B des vérins. La référence 10 représente un chariot mobile qui sert à la manuten- tion de la cloche lorsqu'elle arrive hors de l'eau et que n'étant plus soumis à la force d'Archimède, son poids devient trop important pour le treuil 4. Les figures 2 et 3 montrent un exemple de réalisation de l'ensemble moufle-vérins. On distingue un bati métallique 20, les poulies d'axe fixe réfé- rencées 6 A, 6 B et 6 C et le câble 3 dont les extrémités sont reliés à la charge 2 et au treuil 4. Les poulies mobiles 7 A et 7 B sont portées par un chariot mobile 17 muni de roues 18 A, 18 B reposant sur des rails 19 A, 19 B Le chariot est relié aux tiges 21 A, 22 A, 23 A, 24 A, de vérins 21, 22, 23, 24 ayant des cylindres 21 B, 22 B, 23 B et 24 B, dont le rôle va être expliqué plus loin. Dans le bâti sont disposés des accumulateurs 26 A, 26 B et 26 C coopé- rant avec les vérins comme il va être décrit maintenant en référence à la figure 4 Dans cette figure le chariot qui entraine le jeu de poulies mobile 7 est figuré par la barre 17 A. Les vérins 21, 23 (seul le vérin 21 est visible dans les schémas de la figure 4) sont des vérins passifs de forte puissance, reliés à un accumulateur huile-gaz haute pression 26 A et à un accumulateur 26 C huile-gaz basse pression par l'intermédiaire d'une valve 31, de valves de sureté 32, 33 et d'une valve directionnelle 34 Le r 8 le des vérins passifs 21, 23 est de rendre le système à peu près astatique de manière qu'en l'absence de manoeuvres du treuil, le câble ne se déroule pas de lui-même. Ce sont donc les vérins 21, 23 qui compensent le poids de la charge et du câble Ce poids s'accroit au fur et à mesure du déroulement du câble On ajuste la raideur du ressort que constitue l'accumulateur en augmentant la pression du gaz, lequel est contenu dans le réservoir 35. Le détendeur 36 qui sépare le réservoir des accumulateurs 26 A et 26 C par l'intermédiaire de vannes 36 A et 36 C, peut être manoeuvré manuellement en fonction d'un abaque pression longueur de câble déroulé, ou automa- tiquement On choisi de préférence l'azote comme gaz pour les accumula- teurs. Lorsque la charge est maintenue entre deux eaux, on utilise l'accumulateur 26 A qui assure l'astatisme du système; la valve 34 met alors en communication 31 et 32 La vanne 36 A est ouverte et la vanne 36 C fermée. Lorsque la charge est posée sur le fond de la mer, ou sur une superstructure, seul l'accumulateur 26 C est utilisé de manière à assurer en permanence la tension du câble La valve 34 fait alors communiquer 31 et 33 La valve 36 A est fermée et la valve 36 C est ouverte. La pression dans l'accumulateur 26 C peut également être ajustée manuellement ou automatiquement. On notera qu'il y a deux vérins passifs 21 et 23, alimentés identi- quement soit par le même système 26 A, 26 C, 35 soit par deux systèmes identiques C'est par souci d'exercer sur le chariot 17 une force bien parallèle à la direction de déplacment du chariot, de manière à éviter tout risque de coincement qu'a été choisi ce montage symétrique par rapport au plan médian de la voie 18 A, 18 B du chariot. On observe que la seule mise en service des vérins passifs 21, 23 assure déjà une compensation du pilonnement de l'ordre de 50 %. Une compensation plus complète est obtenu grâce à deux vérins actifs 22, 24 (on a le nombre de deux vérins actifs pour les mêmes raisons de symétrie que pour les vérins passifs) dont les tiges 22 A et 24 A sont fixées au chariot 17 (figuré par la barre 17 k de la figure 4). Seul le vérin 22 est représenté dans la figure 4 Ce vérin est alimenté hydrauliquement à travers une servo-valve 41 commandée électriquement et reliée d'un côté à un système d'alimentation en huile comprenant une pompe 42 entrainée par un moteur 43, une bâche 44 et un organe 45 de refroidissement d'huile, de préférence à eau; de l'autre côté la servovalve est reliée de part et d'autre du piston 22 C du vérin 22, par 2 l'intermédiaire d'une valve de dérivation reliée à un réservoir d'huile sous-pression 47. Les ordres reçus par la servo-valve sont élaborés par la chaine de régulation qui est décrite plus loin et sont de trois type: boucle de tendance (bloc 51) régulation d'accélération (bloc 52) correction de dérive, dans un sens ou un autre (bloc 53). Un premier r 8 le de la vanne de dérivation 46 est de faire circuler la quantité d'huile nécessaire aux mouvements du piston 22 C, en faisant communiquer la chambre concernée du cylindre avec le réservoir sous pression 47, en cas de panne électrique. Un second rôle de la vanne de dérivation 46 est de bloquer, en fonctionnement normal, le vérin 22, en interdisant toute circulation d'huile d'un côté ou de l'autre du piston. La référence 50 désigne un enrouleur dont le câble 50 A est lié au chariot. La position angulaire de cet enrouleur donne un signal représen- tatif de la position des tiges des vérins. La figure 5 est un schéma général de l'ensemble du dispositif montrant le bateau 1, la charge 2, le câble 3, le treuil 4, les poulies d'axe mobile 7, les vérins (passif 21, actif 22), l'accumulateur 26 A et la servo-valve 41. Les mesures effectuées et destinées à être introduites dans la chaine de régulation sont les suivantes: 1/ l'accélération a" instantanée verticale du bateau; la mesure est faite par un accéléromètre à inertie (a est le déplacement vertical instantané du bateau, a' la vitesse verticale instantanée du bateau) 2/ la tension T sur le câble 3/ le déplacement relatif x-a du jeu de poulie 7 (ou du crochet auquel est suspendu la charge); cette mesure est obtenue par exemple par le dispositif à enrouleur 50 mentionné précédemment; x désigne le dépla- cement instantané du crochet mobile. Un premier mode de réalisation de la chaine de régulation est représenté dans la figure 6. La chaine comprend une première boucle de régulation (boucle de tendance ou d'anticipation) qui utilise la mesure de l'accélération -6- instantanée verticale du navire (accéléromètre 60); à partir de cette mesure un circuit 61 élabore un signal antagoniste envoyé sur la servo-valve 41. Une deuxième boucle comprend une mesure de l'accélération x" de la poulie 7 Une deuxième boucle (dite de régulation d'accélération) permet d'injecter un signal de correction fonction de l'estimation de l'accélé- ration de la tourelle Cette boucle comprend un circuit 62 de calcul de la vitesse instantanée de la tourelle et un circuit 63 d'élaboration du signal de correction Le circuit 63 reçoit, par un circuit additionneur 64, le signal issu de l'accéléromètre. Un circuit additionneur 65 permet de recueillir et d'additionner les signaux des deux boucles précédentes. Une troisième boucle de régulation (dite d'asservissement de posi- tion ou de correction de dérive) dont le rôle est de recentrer constam- ment la charge autour de la valeur de consigne, comprend un organe 66 de la mesure x-a du déplacement vertical de la poulie 7 par rapport au bateau et un circuit comparateur 67 recevant la consigne Des circuits additionneurs 68 et 69 sont utilisés dans cette boucle. Une variante de réalisation du système d'asservissement consiste à remplacer, dans la seconde boucle, la mesure de l'accélération de la charge par la mesure de la tension T du câble au niveau du crochet d'attache de la charge. Le reste du système est inchangé. Les circuits de la chaine sont analogique ou numérique. Le dispositif qui vient d'être décrit permet une compensation du pilonnement de la charge qui est ramenée à une valeur inférieure à 10 % de celle du pilonnement du navire. En cas de panne de la partie active du dispositif, les vérins passifs associés aux accumulateurs, permettent une compensation voisine de 50 %. On notera qu'en plus du rôle de compensation de pilonnement, les vérins actifs donnent la possibilité d'ajuster avec précision l'altitude de la charge, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas de dépose d'une charge sur une structure ou au fond de la mer. -7 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif de compensation du pilonnement subi par une charge ( 2) immergée suspendue à un navire ( 1) par un câble ( 3) fixé par une extré- mité à ladite charge et s'enroulant par l'autre extrémité à un treuil ( 4) placé sur le navire caractérisé en ce que le câble, entre le treuil et la charge, est enroulé sur un moufle ayant un premier ( 6) et un second ( 7) jeu de poulies, le moufle étant associé à des moyens ( 8) pour faire varier la distance entre les deux jeux de poulies en réponse à des signaux élaborés par une chaine de régulation recevant des résultats de mesure inertielles sur ladite charge et/ou de mesure de force sur ledit câble. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de faire varier la distance entre les deux jeux comprennent au moins un vérin ( 22) d'un premier type dont le cylindre ( 22 B) est fixe par rapport au bateau, le premier jeu ( 6) de poulies étant solidaires du cylindre, le second jeu ( 7) de poulies étant fixé à l'extrémité de la tige ( 22 A) du vérin, ledit vérin étant actionné par une servo-valve ( 41) recevant les- dits signaux. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second jeu ( 7) de poulies est fixé à la tige ( 21 A) d'au moins un vérin ( 21) d'un second type, ledit vérin ayant un cylindre ( 21 B) fixe par rapport au bateau, ledit cylindre étant relié à au moins un accumulateur hydraulique ( 26 A). 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'accumu- lateur ( 26 A) est du type huile-gaz. / Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'accumu- lateur ( 26 A) est relié à une source de gaz comprimé ( 35) par l'intermé- diaire d'un détendeur ( 36) à pression de sortie réglable manuellement en fonction de la longueur de câble déroulée ou automatiquement. 6/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la servo-valve ( 41) est reliée au cylindre ( 22 B) du vérin par l'intermé- diaire d'une vanne de dérivation ( 46) elle-même reliée à un réservoir ( 47) d'huile sous pression. 7/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chaine de régulation comprend une boucle ( 60, 61) élaborant un premier signal de commande des moyens de faire varier la distance entre les deux jeux de poulie à partir de la mesure de l'accélération verticale subie par le bateau. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chaine ( 62, 63) de régulation comprend une seconde boucle élaborant un second signal ajouté au premier signal, ledit second signal étant élaboré à partir de la mesure du mouvement des tiges des vérins du premier type par rapport au bateau. 9/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chaine de régulation comprend une seconde boucle élaborant un second signal ajouté au premier signal, ledit second signal étant élaboré à partir de la mesure ( 62 ') de la tension du câble existant entre le second jeu de poulie et la charge. / Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la chaine de régulation comprend une troisième boucle élaborant un troisième signal ajouté aux premier et second signaux, ledit troisième signal étant élaboré à partir de la mesure ( 66) du déplacement relatif des deux jeux de poulies ( 6) et ( 7).