Brevet FR2531999A1 — publié le 19840224

La présente invention concerne essentiellement un dispositif formant joint d'accouplement mobile d'une colonne, tour ou plate-forme, par exemple d'expldtation de fond marin relativementà une embase reposant sur le fond marin. On connaît déjà divers dispositifs formant joint d'accouplement mobile d'une colonne, tour ou plate-forme, par exemple d'exploitation de fond marin relativement à une embase reposant sur le fond marin. Ces dispositifs sont en général constitués par un joint de cardan formant articulation universelle simple à liaison bilatérale positive constamment soumise, en service normal, principalement à une force ascendante de traction ou descendante de compression, selon les circonstances (poussée hydrostatique d'Archimède, lestage, etc). Une telle articulation à joint de cardan permet'à la colonne de s'orienter librement par pivotement dans toutes les directions sous l'action de forcesextérieures appliquées tout en empêchant sa rotation propre autour de son axe longitudinal médian. C Ependant, tcou 2 es dispostifs connus pour être cornectables ou dé- montables sur ste présente l'inca&xînet ib neces ter un systèem de lçerrou I 1 aw commandé amovible ou réversible, notamment hydraulique, pour établir ou défaire en particulier la liaison bilatérale et ci en position de verrouillage, doit reprendre les charges s'exerçant sur l'ensemble de l'articulation d'o une complexité mécanique de structure d'autant plus grande que les charges sont plus élevées, entraînant un encombrement gênant. La présente invention a donc pour but de trouver une solution permettant de supprimer l'inconvénient précité en créant un joint qui soitd'un assemblage particulièrement simple sans nécessiter de système de verrouillage,et qui est structure mécanique également simple. Cette solution consiste selon la présente invention en un dispositif formant joint d'accouplement mobile d'une colonne, tour ou plate-forme par exemple d'exploitation de fond marin relativement à une embase reposant sur le fond marin, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce mâle solidaire de l'embase ou de la colonne et une pièce femelle solidaire de la colonne ou de l'embase, respectivement, chaque pièce comprenant des moyens d'assemblage associés permettant un assemblage du joint par simple emboîtement - à liaison unilatérale, lesdites pièces mâle et femelle étant maintenues en position assemblée par un ballastage approprié de la colonne assurant une charge constamment descendante tandis que lesdites pièces sont désassemblées par simple modification du ballastage pour inverser la charge et la rendre ascendante. Avantageusement, ce dispositif comprend des moyens anti-rotation des pièces mâle et femelle l'une relativement à l'autre autour de l'axe longitudinal médian de la colonne. Selon un mode de réalisation des moyens d'as- semblage, la pièce femelle comprend une partie formant douille en formant ainsi une cloche étanche et est de préférence solidaire de la colonne tandis que la pièce mâle comprend une partie formant rotule et est de préférence solidaire de l'embase. Naturellement, ces pièces mâle et femelle peuvent présenter diverses formes de réalisation dont les exemples préférentiels seront maintenant décrits en référence aux dessins annexés et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif formant joint d'accouplement mobile selon la présente invention selon la ligne de trace I-I de la figure 2, la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne de trace II-II de la figure 1 la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne de trace III-III de la figure 1; la figure 4 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif formant joint d'accouple- ment mobile selon la présente invention selon la ligne de trace IV-IV de la figure 5; 253 i 999 la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne de trace V-V de la figure 4; la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne de trace VI-VI de la figure 4; la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne de trace VII-VII de la figure 4 la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 7 représentant une variante de réalisation; la figure 9 représente un troisième mode de réalisationd'un dispositif formant joint d'accouplement, mobile selon la présente invention en coupe selon la ligne de trace IX-IX de la figure 11; la figure 10 représente une vue en perspective de la pièce intermédiaire entre la pièce mâle et la pièce femelle du dispositif formant joint; la figure 11 est une vue en coupe selon la ligne de trace XI-XI de la figure 9; et, la figure 12 est une vue en coupe selon la ligne de trace XII-XII de la figure 9. En référence aux figures 1 à 3, selon le premier mode de réalisation un dispositif formant joint d'accou- plement mobile d'une colonne 1, tour ou plate-forme, par exemple d'exploitation de fond marin relativement à une embase 2 reposant sur le fond marin est caractérisé en ce qu'il comprend une pièce mâle 4 solidaire de l'embase 2 ou de la colonne 1 et une pièce femelle 6 solidaire de la colonne 1 ou de l'embase 2, respectivement. Chaque pièce mâle 4 ou femelle 2 comprend des moyens d'assemblage 8, 10 associés permettant un assemblage du joint par simple emboîtement à liaison unilatéralepoat Lve, Les pièces mâle 4 et femelle 6 sont maintenues en position. assemblée par un balla&age approprié de la colonne assurant une charge constamment descendante tandis que ces pièces sont désassemblées par simple modification du baliasage pour inverser la charge et la rendre ascendante. Avantageusement, ce dispositif comprend aussi des moyens anti-rotatiôn 12 des pièces mâle: 4 et femelle 6 253 999 l'une relativement à l'autre autour de l'axe longitudinal X-X médian de la colonne. Selon un mode de réalisation préféré,lesmopns d'assemblage de la pèce femnelle 6 oemprennentune pae fermant dcuine 14 en frmant ainsi une cloche avantageusement étanche Cette pièce femelle 6 est de préférence solidaire de la colonne et peut faire partie intégrante de la colonne 1 comme repré- senté D'autre part, les moyens d'assemblage 8 de la pièce mâle 4 comprennent une partie formant rotule 16 qui est de préférence solidaire de l'embase 2, comme représenté et peut également former une partie intégrante de l'embase 2. Selon le mode de réalisation précis représenté aux figures I à 3, la rotule 16 de la pièce mâle 4 présente une surface externe sensiblement semi-sphérique comme on le voit bien sur les dessins et comprend une fente 18 verticale (figure 2) s'étendant depuis son sommet 16 a vers le bas jusqu'en dessous du centre C de la surface semisphérique et traversant diamétralement de part en part ladite rotule 16 qui est dans l'exemple représenté réaliséecreuse. De son côté, la douille 14 de la pièce femelle 6 présente aussi une surface interne semi-sphérique corres- pondante et comprend dans sa masse deux ouvertures 20, 22 coaxialesdsmahmentqpos Es et dontl'axe passe par le centre C de la surface interne aemisphérique qui,dans la position assemblée, comme représentée, est naturellement confondue avec le centre C de la surface semisphérique de -la rotule 16. D'autre part, ce joint comprend une pièce inter- médiaire 24, te Lequ'un arbre, qui est inséréedans les ouvertures 20, 22 et y est fixée de manière amovible par des moyens appropriés Des chapeaux 26, 28 peuvent être montés sur la pièce femelle 6 de manière à fermer les ouvertures 20, 22 de manière étanche. Cette pièce intermédiaire 24 est prévue pour venir s'insérer en position montée, comme représenté, dans la fente verticale 18, et à cet effet, aux zones de contact avec la paroi de la rainure 18, cette pièce intermédiaire 24 présente deux méplats 30, 32 étant donné que cette pièce intermédiaire 24 est réalisée sous forme d'un arbre cylindrique qui peut être creux comme représenté. On peut constater ainsi que cette structure (présence de la fente 18; ouvertures 2 O et 22 dans la partie douille 14 de la pièce femelle et pièce intermédiaire 24) forme les moyens anti-rotation'12 précités des pièces mâle et femelle l'une relativement à l'autre autour de l'axe longitudinal médian X-X de la colonne 1. Pour faciliter la rotation de la colonne, on prévoit des patins ou coussinets 34, 36, 38 anti-friction de contact glissant ou roulant disposés entre les surfaces respectives en contact des diverses pièces Ainsi, on prévoit entre les parois en contact de la douille 14 de la rotule 16 un patin 34 en forme de zone sohâ?ique qui est de préférence fixé sur la rotule 16 De même, des patins ou coussinets 36 sont prévus dans les ouvertures 20, 22 et sont de préférence fixés auxdites ouvertures Enfin, de même les patins ou coussinets 38 sont prévus dans les méplats 30, 32 pour favoriser un contact glissant dans la rainure 18 et sont de préférence fixés à la pièce intermé- diaire 24 Ce contact peut être glissant ou roulant enuilsai dans ce dernier cas, des paliers de roulement au lieu de patins. Selon le deuxième mode de réalisation représenté aux figures 4 à 7, ici la rotule 50 de la pièce mâle comprend dans sa masse dsxprolongements 52, 54 extérieurement saillant diamétralement opposés formant tourillons. D'autre part, la douille 56 de la pièce femelle comprend également deux épaulements 58, 60 extérieurement saillants diamétralement opposés descendant vers le bas formant deux chapes définissant chacune une rainure (rainure 62 représentée à la figure 7) Chaque chape 58,60 vient, en position assemblée du joint, comme représenté aux figures 4 à 7, enjamb E'chaque tourillon 52, 54 de la rotule 50 de sorte que cette structure forme les moyens anti-rotation 12 précités du mode de réalisation des figures 1 à 3. Selon ce mode de réalisation particulier représenté aux figures 4 à 7, les tourillons ont de préférence un profil externe sensiblement cylindrique que l'on voit bien à la figure 7 Dans ce cas, le dispositif selon l'invention comprend aussi deux baguesintermédiaires 64, 66 qui sont montées extérieurement et de manière librement rotative sur chaque tourillon 52, 54 de la rotule 50 en ayant un profil extérieur à section droite sensiblement carrée ou rectangulaire dont les bords verticaux tels que 64 a, 64 b (figure 7) sont disposés dans la rainure associée telle que 62, figure 7 On notera que dans ce mode de réalisation le bord inférieur libre de la partie formant douille 56 de la pièce femelle qui ici forme partie intégrante de la colonne 1 comporte un chanfrein 70 facilitant l'assemblage des pièces Cette disposition peut être adoptée pour le mode de réalisation des figures 1 à 3. Enfin, on observera que divers patins ou coussinets sont aussi prévus comme dans le mode de réalisation des figures 1 à 3 entre les parois en contact des diverses pièces Ainsi, outre le patin de contact glissant en forme de zone sphérique 72, fixé avantageusement dans la douille 56, des coussinets 74, 76 sont disposés entre les tourillons 52, 54 de la rotule 50 et es bagues 64, 66 de manière à permettre une rotation libre des bagues 64, 66 autour des tourillons 52, 54 De même, des patins 78, 80, 82, 84 sont prévus entre les surfaces verticales des bagues 64, 66 et les chapes 58, 60 comme on le voit bien à la figure 7. En référence à la figure 8 représentant une variante de réalisation on peut voir que lestourillons( 52 t) ont un profil externe à section sensiblement carrée ou rectangulaire. Dans ce cas la bague intermédiaire interposée entre le tourillon 52 ' et la chape associée 58 ' comprend dans sa masse une rainure en section en U 90 au lieu de l'ouverture interne 63 tandis que sa surface extérieure est naturellement conformée à la surface de la rainure de la chape associée. Dans cette variante, on préfère que la rainure 62 ' de la chape at une paroi interne sensiblement cylindrique de sorte que le profil externe de la bague 64 ' it également semi- cylindrique On préfère en outre -dans ce cas que les bords inférieurs 91, 92 des épaulements de la chape soient situéS en dessous du centre C' du cylindre défini par la paroi interne de la rainure 62 ', la distance entre les bards 91,92 est donc 'iférxe ai sdiame L di Lt cy'idre ce q L pâm Lt: a dr de eimère -simple la bague 64 ' dans la rainure 62 ' De m Sme>: sont prévus des patins verticaux anti-friction entre les surfaces du tourillon 52 ' et la bague intermédiaire 64 ' et un coussinet antifriction entre la bague 64 ' et la chape 58 '. On peut donc constater que les deux variantes de ce deuxième mode de réalisation jrésernmt les mêmes avantages que le premier mode de réalisation précité: des figures 1 à 3. Selon le troisième mode de réalisation représenté aux figures 9 à 12, les moyens anti-friction du dispositif formant joint de la présente invention comprennent une pièce intermédiaire 100 disposée entre la pièce mâle 102 et la pièce femelle 104, qui forme un croisillon à deux paires de bras 106, 108; 110, 112 perpendiculairement disposées, respectivement. La paire de bras 106, 108 de la pièce intermédiaire en appui contre la pièce mâle 102 comprend une portée rentrante concave 106 a, 108 a que l'on voit bien à la figure 11 définissant une surface de contact semi-cylindrique clairement visible à la figure 10 tandis que la paire de bras 110, 112 en appui contre la pièce femelle 104 comprend une partie saillante convexe 110 a, 112 a, semi-cylindrique, paurvu de butes 111,113 également se-cylindrique, copérantavec deux évidements 114, 116 diamétralement opposes à la surface interne semi-cylindrique comme cela se voit bien à la f -re 12. D'autre part, de préférence, chaque bras 106, 108 de la pièce intermédiaire 100 coopérant avec la pièce mâle 102 comprend une paroi verticale 120, 122, respectivement que l'on voit bien à la figure 11, dirigée vers le bas disposée entre le bord externe libre dudit bras et le centre P de la pièce intermédiaire et perpendiculairement au plan de contact entre la pièce intermédiaire 100 et les pièces mâle 102 et femelle 104 Ces parois verticales 120, 122 dirigées vers le bas viennent se disposer dans une cavité 124 réalisée dans la masse de la pièce mâle 102 qui présente alors la forme d'une fourche à dents 126, 128 à profil semi-cylindrique comme cela se conçoit bien à la comparaison des figures 9 et 11. La pièce femelle( 104)présente dans tous les modes de rgimsatin une paro extrgme depréférence cylindrique teqleqe 130, egz 9) dirigée vers le bas et entourant extérieurement pratique- ment en totalité la pièce mâle 102 en formant ainsi une cloche à huile De préférence, la pièce femelle 104 ou mâle ( 102)comprend alors des moyens( 134)d'introduction d'huile ou de lubrifiant analogue dans ladite cloche de manière à chasser l'eau et obtenir un bain lubrifiant et anticorrosion,dont la dai Ltéet inferure àoele de l'eai;u Na Erlenent, dan le toisièmemode de rfiistn S d gres 9 à 12 S N é ea t proents des patins anti-friction entre les surfaces en contact représentés par les signes de référence 136,13,140,1 e,114,46. Avantageusement, cette pièce intermédiaire formant croisillon 100 peut être portée par la pièce femelle 104 formant de préférence partie intégrante de la colonne 1 en vue de faciliter l'assemblage du joint selon l'invention. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et comprend donc tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons Par exemple le dispositif formant joint peut être disposé entre deux éléments de colonne dont l'un d'entre eux est relié à l'embase Ces différentes pièces sont de préférence réali- sées en acier qui peut être enacder inoxydable; ou à la rigueur dans certains cas en béton. REVENDI CAT IONS 1.Dispositif formlant joint d'accouplement mobile d'une colonne ( 1), tour ou plate-forme, par exemple d'exploitation de fond marin, relativement à une embase ( 2) reposant sur le fond marin, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce male ( 4) solidaire de l'embase ( 2) ou de la colonne ( 1) et une pièce femelle ( 6) slidaire de la colonne ( 1) ou de l'embase ( 2), respectivement, chaque pièce mâle ( 4) ou femelle ( 6) comprenant des moyens d'assemblage ( 8; 10) associés permettant un assemblage du joint par simple emboîtement à liaison unilatérale positive; lesdites pièces ( 4,6) étant maintenues en position assemblée par un balastage approprié de la colonne ( 1) assurant une charge constamment descendante tandis que lesdites pièces sont désassemblées par simple modification du ballastage pour inverser la charge et la rendre ascendante. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens anti-rotation ( 12) des pièces mâle ( 4) et femelle ( 6) l'une relativement à l'autre autour de l'axe longitudinal X-X de la colonne ( 1). 3 Dispositif selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage ( 10)de la pièce femelle ( 6) comprennent une partie ( 14) formant douille en formant ainsi une cloche avantageusement étanche qui est de préférence solidaire de la colonne ( 1) tandis que les moyens d'assemblage ( 8) de la pièce mêle ( 4) comprennent une partie ( 16) formant rotule qui est de préférence soli- daire de l'embase ( 2). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la rotule ( 16) comprend une fente verticale ( 18) s'étendant depuis son sommet ( 16 a) vers le bas jusqu'en dessous du centre C de sa surface semi-sphérique et traversant diamétralement de part en part ladite rotule ( 16); la douille ( 14) comprend dans sa masse deux ouvertures coaxiales ( 20, 22) diamétralement opposées et dont l'axe passe par le centre C de sa surface interne semi-sphérique; une pièce intermédiaire ( 24), tel qu'un arbre creux cylindrique est insérée dans lesdites ouvertures ( 20, 22) et y est fixée de manière amovible par des moyens appropriés, ladite pièce intermédiaire ( 24) étant prévue pour venir s'insérer en position assemblée dans ladite fente verticale ( 18) de sorte que ladite structure forme les moyens anti- rotation ( 12) précités. Dispositif selon la revendication-3, caractérisé en ce que la rotule ( 50) de la pièce mâle comprend dans sa masse deux prolongements ( 52, 54) extérieurement saillants diamétralement opposés formant tourillons la douille précitée ( 56) comprend également deux épaulements ( 58,60) extérieurement saillants diamétralement opposés descendant vers le bas formant deux chapes définissant chacune une rainure, têle que ( 62), chaque chape ( 58, 60) venant en position assemblée du joint,, enjamber chaque tourillon ( 52,54) de la rotule ( 50), ladite structure formant les moyens anti-rotation ( 12) précités. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tourillons ( 52, 54) ontun profil externe sensiblement cylindrique; une bague intermédiaire ( 64, 66) est montée extérieurement et de manière librement rotative sur chaque tourillon ( 52,54) en présentant une ouverture telle que ( 63) et un profil extérieur à section droite sensiblement carrée ou rectangulaire dont les bords verticaux, telsque ( 64 a, 64 b) sont disposés dans la rainure telle que ( 62) associée. 7 Dispositif selon la revendication 5, caracitrisé en ce que les tourillons, telsque ( 52 '), ont unprofil externe à section sensiblement carrée ou rectangulaire; une bague intermédiaire, telle que ( 54 ') étant interposée entre chaque tourillon, tel que ( 52 ') et chaque chape telle que ( 58 '); ladite bague ( 64 ') intermédiaire comprenant dans sa masse une rainure ( 90) à section en U et une surface extérieure conformée à la surface de la rainure tle que ( 102 ') de la chape associée telle que ( 58 '). 2531999- 8 Dispositif selon la revendication '7, caractérisé en ce que la rainure telle que ( 62 ') de chaque chape telle que ( 58 ') a une paroi interne sensiblement cylindrique tandis que la surface externe de la bague intermédiaire ( 64 ') est également sensiblement cylindrique; les bords ( 91, 92) inférieurs de chaque chape ( 58 ')auxbordsde la rainure ( 62 ') sont situés en-dessous du centre C' du cylindre défini par la surface intérieure de la rainure ( 62 ') et leur distance est inférieure au diamètre dudit cylindre ainsi défini; 9 Dispositif selon l'unequelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les pièces mâle ( 4) et femelle ( 6) ont le même centre de symétrie en position assemblée du joint. 10 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions I à 9, caractérisé en ce que des patins ou coussinets anti-friction de contact glissant ou roulant sont disposés entre les surfaces respectivement en contact desdites pièces male ( 4) et femelle ( 6). 11 Dispositif selon la revendication 2, ou 3 ou 10, caractérisé en ce que les moyens anti-rotation précités comprennent une pièce intermédi Ure ( 100) disposée entre la pièce male ( 102) et la pièce femelle ( 104), formant croisillon à deux paires de bras ( 106,108; 110, 112) perpendiculairement disposées, la paire de bras ( 106, 108) en appui contre la pièce male ( 102) comportant une portée rentrante concave ( 106 a, 108 a) définissant une surface de contact semi-cylindrique; la paire de bras ( 110, 112) en appui contre la pièce femelle ( 104) comportant une partie saillante convexe ( 110 a, 112 a) définissant une surface de contact semi-cylindrique coopérant avec deux évidements ( 114, 116) réalisés dans la masse de la pièce femelle ( 104) diamétralement opposés et à surface interne semi- cylindrique. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque bras ( 106, 108) de la pièce intermédiaire 253 1999 ( 100) coopérant avec la pièce mâle ( 102) comprend une paroi verticale ( 120, 122), respectivement, dirigée vers le bas disposée entre le bord externe libre dudit bras ( 106, 108), respectivement, et le centre P de la pièce intermé- diaire ( 100) et qui est perpendiculaire au plan général de contact entre la pièce intermédiaire ( 100) et la pièce male ( 102) et la pièce femelle ( 104) =; lesdites parois verticales ( 120, 122) dirigées vers le bas venant se placer dans une cavité ( 124) réalisée dans la masse de la pièce male ( 102) de sorte que celle-ci a alors la forme d'une fourche à dents ( 126, 128) à profil semi-cylindrique. 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 12, caractérisé en ce que la pièce femelle ( 6; 104) comprend une paroi extrême ( 26, 28; 130, 132) dirigée vers le bas et entourant extérieurement pratiquement en totalité la pièce mâle ( 4; 102) en formant ainsi une cloche à huile; la pièce femelle ou mâle comprenant des moyens, tels que ( 134), d'introduction d'huile ou de lubrifiant analogue dans ladite cloche de manière à chasser l'eau et obtenir un bain lubrifiant et anti-corrosion dont la densité est inférieure à la densité de l'eau environnante.