Brevet FR2555286A1 — publié le 19850524

La présente invention concerne un dispositif de connexion porteur de char- ges comprenant un connecteur auto-verrouillable et un mandrin solidaire de charges à porter, apte à transmettre à travers le mandrin des pressions et débits hydrauliques. Des connecteurs de ce type pouvant porter des charges très lourdes sont destinés à être utilisés pour les stations sous-marines de production pétro- lière à grande profondeur, o les opérations doivent être exécutées par commande à distance sans intervention de'l'homme. En conséquence, un tel dispositif doit être apte, après avoir été descendu au fond à proximité des installations sous-marines, par exemple au moyen d'un train de tiges, à saisir et à verrouiller mécaniquement des parties de l'installation munies d'un mandrin du type approprié à la conception du connecteur, puis, après l'auto-verrouillage, de transmettre une puissance hydraulique à travers le mandrin à l'objet manipulé, par exemple en vue d'activer un mécanisme quelconque, tel que celui d'ouverture et de ferme- ture de vannes ou, plus simplement, de remplir d'huile une cavité abritant des organes susceptibles d'être corrodés pour les mettre à l'abri de la corrosion. Dans la plupart de connecteurs de ce type, la présentation du connecteur sur son mandrin est souvent brutale au risque d'endommager le système de joints d'étanchéité employés. Le défaut d'étanchéité de joints entraine des inconvénients, par exemple la mise en pression d'un circuit peut pro- voquer la mise en pression d'un circuit adjacent. Par ailleurs, les systèmes employés laissent des circuits hydrauliques et les organes de commande au contact de l'eau de mer, en particulier lors de l'approche du connecteur du mandrin immergé. L'invention a pour objet un dispositif de connexion ne présentant pas ces inconvénients. Il est caractérisé en ce qu'il comprend une tête de connec- teur renfermant une chambre cylindrique pour loger une tête de piston et se prolongeant par un corps creux de connecteur muni à sa périphérie in- térieure de moyens de verrouillage mécanique du mandrin, un mandrin creux, à l'intérieur duquel est retenu un piston obturateur muni à sa périphérie de joints annulaires et sollicité en direction du connecteur par un ressort de rappel, et un piston mobile muni à sa périphérie de joints annulaires et dont la tête est engagée en coulissement dans la chambre cylindrique de la tête du connecteur et dont la partie restante est engagée à l'intérieur du corps de connecteur, de façon à ce que la face terminale du piston mobile prenne appui sur la face avant du piston obturateur, en ce que des conduits pour fluides hydrauliques traversent longitudinalement la chambre cylin- drique, tandis que, sur une longueur correspondante de ces conduits, des lo- gements longitudinaux sont ménagés dans le piston mobile, de sorte que les conduits puissent y pénétrer lors de la course du piston mobile, que lesdits logements longitudinaux communiquent avec des conduits correspondants logés dans la partie restante du piston mobile et qui débouchent par des orifices à sa périphérie latérale, que des conduits longitudinaux pour fluides hydrau- liques sont ménagés dans l'enveloppe creuse du mandrin et qui débouchent par des orifices à sa périphérie intérieure et conduisent vers l'extrémité du mandrin pour la transmission de fluides aux charges portées par le mandrin, les dimensions axiales de la tête et du corps de connecteur, celles du pis- ton mobile et du mandrin, ainsi que les emplacements des orifices par les- quels débouchent les conduits du piston mobile et les conduits du mandrin étant tels que, lorsque le piston mobile est en position basse, ces orifi- ces communiquert mutuellement et, lorsque le piston mobile suivi du piston obturateur est en position haute, les zones annulaires des orifices de con- duits du mandrin soient obturées par les joints annulaires répartis le long de la face latérale du piston obturateur de part et d'autre de ces zones. De préférence, les zones annulaires des orifices par lesquels débouchent à l'extérieur les conduits sont isolées par des joints annulaires répartis de part et d'autre de ces zones le long de la périphérie du piston mobile. En effet, grace à la disposition d'une part, d'un piston mobile retenu dans le corps du connecteur et d'autre part, d'un piston obturateur retenu dans le corps du mandrin et grâce à une disposition judicieuse de joints annu- laires d'étanchéité, les circuits hydrauliques du connecteur et ceux du mandrin restent isolés de l'eau de mer non seulement dans la phase connec- tée et verrouillée, mais aussi lorsque le connecteur est éloigné du mandrin et leurs parties creuses et protubérantes sont exposées à l'environnement de l'eau de mer. Selon une forme de réalisation préférée, la chambre cylindrique de la tête du connecteur est traversée par deux conduits reliés respectivement à l'ad- mission et au retour de fluide hydraulique de haute pression, qui sont sus- ceptibles de communiquer par l'intermédiaire des deux logements du piston mobile, dans la position basse, avec deux conduits de l'enveloppe du man- drin, tandis qu'un troisième conduit pour un fluide de basse pression tra- verse axialement ladite chambre et débouche, par l'intermédiaire d'un loge- ment analogue ménagé dans le piston mobile et d'un conduit, dans l'axe de la face terminale du piston pour communiquer avec un conduit axial ménagé dans le piston obturateur pour la transmission de fluide de basse pression à travers le mandrin vers la charge portée par le mandrin. D'autres particularités du dispositif selon l'invention apparaitront à la lumière de la description d'un mode de réalisation illustré à titre d'exem- ple par la figure unique annexe. Le connecteur comprend une tête de connecteur 1 muni de crochet et renfer- mant une cavité cylindrique 2 et un corps de connecteur creux 3 raccordé à la tête 1 et à l'intérieur duquel est placé un manchon 4. L'espace axial à l'intérieur du corps de connecteur 3 est destiné à loger un mandrin creux 6 muni d'une bride 7 pour être fixé à une charge quelcon- que à manipuler, par exemple à un multiconnecteur faisant partie de l'équipe- ment d'une station sous-marine de production pétrolière. Les moyens de verrouillage mécanique du mandrin 6 sont des moyens classiques logés dans la partie basse du corps de connecteur à la suite du manchon 4 et comportant un manchon 8 logé dans une ouverture du corps 3, sollicité par un ressort 13 et solidaire de blocs de déverrouillage 9 percés d'ouver- tures 10. Le manchon 8 porte des lames élastiques 11, appelées communément des chiens, dont les extrémités 12 s'enclenchent dans des logements dont est pourvue la face extérieure du mandrin 6, lorsqu'on introduit le mandrin dans le corps de connecteur. En outre, ces moyens de verrouillage comportent, fixé à l'extérieur du corps 3 et à proximité des blocs 9, un dispositif de déblocage en forme de bague 14 servant à loger deux pistons 15 et munie d'une arrivée de fluide 16 agissant sur les pistons. A l'intérieur du mandrin creux 6, est placé un piston obturateur 17. Des joints annulaires d'obturation 44,45 et 46 sont répartis le long de la face latérale du piston. La partie formant le piston 17 se prolonge par une tige 19 et des ressorts 20 entourent cette tige en prenant appui sur un épaulement intérieur 21 du mandrin pour exercer une poussée vers l'extré- mité ouverte du mandrin sur le piston 17. La tige 19 se termine par une butée de retenue 22 logée dans une cavité proche de la bride 7 et munie d'épaulement de retenue 23 pour limiter la course du piston 17. Le système de verrouillage travaille de façon connue suivante. On introduit le mandrin 6 dans le corps du connecteur 3, les chiens 12 s'écartent élastiquement jusqu'à ce qu'ils rencontrent le logement de verrouillage dont est munie la face extérieure du mandrin. Pour déverrouiller la liaison, on exerce à l'aide de fluide hydraulique arrivant par 16 une poussée axiale sur le piston 15, qui poussant le bloc de déverrouillage 9 fait en même temps écarter les lames 11. Les ouvertures 10 permettent d'accomplir une telle action manuellement. Dans la tête du connecteur 1 sont logés des conduits pour le fluide hydreuz lique, et en particulier, dans l'axe de la tête une admission 24 pour le fluide de basse pression et deux conduits 25 et 26 répartis excentriquement et raccordés à un distributeur de fluide sous pression pour l'admission et le retour d'un fluide de haute pression. Ces conduits 24,25 et 26 sont raccordés aux tubulures, respectivement, 27,28 et 29 émergeant axialement dans la cavité cylindrique 2 qui est limi- tée par un épaulement annulaire 30 formé par la face frontale du manchon 4. A l'intérieur du manchon 4 est logé un piston mobile 31 dont la tête 32 est susceptible de coulisser dans la cavité 2. La longueur du piston 31 dépasse la longueur du manchon 4 et sa partie inférieure est destinée à coulisser à l'intérieur du mandrin creux 6. Dans le piston 31 sont ménagés en regard des tubulures 27,28 et 29 des logements cylindriques 320 per- mettant ainsi au piston de coulisser le long de ces tubulures. Une admission de fluide hydraulique 330 débouche dans la cavité 2 pour actionner la course du piston. Une deuxième admission 50 de fluide sous pression est prévue pour déboucher dans la chambre 2 et exercer une poussée sur la face opposée du piston pour le faire remonter. Les logements cylindriques 320 se prolongent à l'intérieur du piston par des conduits 33,34 et 35. Les conduits pour le fluide de haute pression 34 et 35 débouchent latéralement sur la face extérieure du piston 31, no- tamment dans sa partie coulissante à l'intérieur du mandrin creux 6, munie de joints annulaires d'étanchéité 38, par des orifices 36 et 37 décalés axialement. A l'intérieur du mandrin 6 sont ménagés des conduits longitudinaux 39 et 40 pour le fluide de haute pression aboutissant à la bride 7, à partir de laquelle ces conduits sont raccordés aux circuits intérieurs d'utilisation, par exemple aux multiconnecteurs. Ces conduits débouchent par l'intermé- diaire de dérivations latérales par des orifices décalés axialement vers la partie creuse du mandrin, dans laquelle est placé le piston 31. Le piston d'obturation 17 retenu au mandrin grâce à la butée 22 au bout de la tige 19 dans un logement à proximité de la bride 7, est également sus- ceptible de coulisser à l'intérieur du mandrin creux 6 et dans son axe est prévu un conduit 41 pour le fluide de basse pression débouchant à la face frontale du piston au moyen d'un clapet anti-retour 42. Le conduit 33 logé axialement dans le piston mobile 31 peut être ainsi raccordé sur le con- duit 41 pour la transmission de fluide de basse pression à travers le man- drin 6 grâce au joint d'étanchéité placé au pied du piston 31. Ce fluide peut être utilisé comme fluide de protection des organes susceptibles d'être endommagés par la corrosion, tels que des organes de multiconnecteur. Le clapet anti-retour 42 sollicité en fermeture par un ressort s'ouvre sous l'effet de la poussée d'une tige 52 logée dans le conduit 41 et prenant appui sur un bossage 53 solidaire de la bride 7, lorsque lepiston 17 est en fin de course de descente, poussé par le piston 31. Un conduit 51 relié à un accumulateur oléo-pneumatique non représenté dé- bouche dans une cavité limitée par une face opposée du piston 17 pour 1' assister dans sa remontée. Le conduit 33 est muni d'une dérivation latérale 43 débouchant dans l'es- pace annulaire entre les orifices 36 et 37 à la périphérie extérieure du piston 17 et constitue un passage de drainage entre les zones annulaires 36 et 37 o débouchent les circuits de haute pression, de façon à ce qu'en cas de fuite ou de destruction de joints 38 situés de part et d'autre de la dérivation 43, les circuits de haute pression ne se mélangent pas et que toute fuite soit immédiatement drainée vers le circuit de basse pres- sion au moyen du conduit 43. La face latérale du piston obturateur 17 porte des joints annulaires 44, et 46 destinés à obturer, dans la position relevée du piston 31, les zones annulaires correspondant aux orifices par lesquels débouchent les conduits de haute pression 39 et 40 et qui communiquent, en position basse du piston 31, avec les orifices 36 et 37 de ce même piston. Le raccordement du mandrin 6 sur le corps du connecteur 3 et des conduits pour les fluides hydrauliques s'effectue de la façon suivante. Le mandrin solidarisé au moyen de la bride 7 avec sa charge est introduit à l'intérieur de corps de connecteur 3, jusqu'à l'obtention du verrouillage mécanique au moyen de chiens 11 et 12, le piston mobile 31 étant dans sa position haute et le piston d'obturation 17 étant repoussé vers le haut au moyen de ressorts 20, aidé éventuellement par la pression d'un fluide issu d'un accumulateur oléo-pneumatique, non représenté, débouchant par la conduite 51, et les joints 44,45 et 46 obturant les zones annulaires des orifices 39 et 40 correspondants du mandrin. Le clapet 42 obture le pas- sage central 41. On admet la pression de fluide hydraulique par 330, le piston 31 descend jusqu'à la!rise d'appui de la tête de piston 32 sur l'épaulement annulaire 30, exerce une poussée sur la face du piston obturateur 17 qui comprime les ressorts 20 et refoule l'huile située dans le logement du ressort 20 dans l'accumulateur oléo-pneumatique. Arrivé à ce stade, le piston 31 met en communication les orifices 36 et 37 avec les conduits correspondants 39 et 40 du mandrin, ainsi que l'ori- fice du conduit 33 avec le conduit 41 du piston obturateur 17, en raison de l'ouverture du clapet 42 grace à la tige 52 située à l'intérieur du con-; duit 41 et prenant appui presque en fin de course sur le bossage 53 soli- daire de la face de jonction du mandrin 6 à l'endroit de la bride 7. Le piston 31 étant en butée et le mandrin 6 en appui sur les chiens 12, le positionnement correct des conduits 36 et 37 pour la communication avec les conduits 39 et 40 est donc assuré. On admet la pression de fluide de haute pression par une des admissions 25 ou 26, de sorte que l'énergie soit transférée du connecteur à la charge por- tée par le mandrin. Une fois l'action commandée par ledit fluide hydrau- lique terminée, on arrête l'admission par 25 ou 26 et on admet un fluide de basse pression par l'admission 24 pour remplir, par exemple, une cavité du multiconnecteur et mettre ses organes à l'abri de la corrosion. Grâce au clapet anti-retour 42, ce fluide reste en permanence dans ladite cavité. L'opération terminée, on arrête l'admission 24, on relâche la pression du fluide admis par 330, on ouvre l'admission sur la face inférieure de la tête 32 par le conduit 50 et le piston 31 remonte accompagné dans sa course par le piston 17 sollicité par le ressort 20 et assisté par le fluide de l'accumulateur exerçant une poussée sur le piston par l'intermédiaire du conduit 51, ledit ressort pouvant ne pas exercer une action suffisante pour vaincre les frottements provoqués par les joints 44,45 et 46 en fin de course. Le piston 17 étant dans sa position haute, les joints 44,45 et 46 obturent efficacement les zones annulaires des orifices par lesquels débouchent les conduits 39 et 40, tandis que les joints 38 isolent les cir- cuits 33,34 et 35 de tout contact avec l'eau de mer. La connexion hydraulique et sa déconnexion s'effectuent ainsi sans pollu- tion des circuits hydrauliques par l'eau de mer. La fermeture de la cavité du multiconnecteur rempli de fluide de protection s'effectue automatique- ment, lorsque le piston obturateur 17 remonte sous l'effet de la poussée exercée par le ressort 20 et le fluide de l'accumulateur oléo-pneumatique. En effet, le bossage 53 solidaire de la bride 7 cesse de repousser la tige 52 coulissant à l'intérieur du piston 17 dans le conduit 41 et qui main- tenait le clapet 42 ouvert. Sous l'effet de son ressort, le clapet 42 se ferme, ce qui permet le piégeage de l'huile injectée à basse pression, qui, moins dense que l'eau, aurait tendance à s'échapper à la surface de mer. REVENDICATIONS. 1. Dispositif de connexion porteur de charges comprenant un connecteur auto- verrouillable et un mandrin solidaire de charges à porter, apte à trans- mettre à travers le mandrin des pressions et des débits hydrauliques, caractérisé en ce qu'il comprend une tête de connecteur (1) renfermant une chambre cylindrique (2) pour loger une tête de piston (32) et se pro- longeant par un corps creux de connecteur (3) muni à sa périphérie in- térieure de moyens de verrouillage mécanique (8,9,10,11,12) du mandrin, un mandrin creux (6), à l'intérieur duquel est retenu un piston obtura- teur (17) muni à sa périphérie de joints annulaires (44,45,46) et solli- cité en direction du connecteur par un ressort de rappel (20), et un piston mobile (31) muni à sa périphérie de joints annulaires (38) et dont la tête (32) est engagée en coulissement dans la chambre cylindri- que (2) de la tête de connecteur (1) et dont la partie restante est enga- gée à l'intérieur du corps de connecteur (3), de façon à ce que la face terminale du piston mobile (31)prenne appui sur la face avant du piston obturateur (17), en ce que des conduits pour fluides hydrauliques (27,28, 29) traversent longitudinalement la chambre cylindrique (2), tandis que, sur une longueur correspondante de ces conduits, des logements longitu- dinaux (320) sont ménagés dans le piston mobile (31), de sorte que les conduits (27,28,29) puissent y pénétrer lors de la course du piston mo- bile (31), que lesdits logements longitudinaux (320) communiquent avec des conduits correspondants (33,34,35) logés dans la partie restante du piston mobile (31) et qui débouchent par des orifices (36,37) à sa péri- phérie latérale, que des conduits longitudinaux pour fluides hydrauli- ques (39,40) sont ménagés dans l'enveloppe creuse du mandrin (6) et qui débouchent par des orifices à sa périphérie intérieure et conduisent vers l'extrémité du mandrin pour la transmission de fluides aux charges portées par le mandrin, les dimensions axiales de la tête (1) et du corps (3) du connecteur, celles du piston mobile (31) et du mandrin (6), ainsi que les emplacements des orifices par lesquels débouchent les con- duits (34,35) du piston mobile et les conduits (39,40) du mandrin étant tels, que, lorsque le piston mobile (31) est en position basse, ces ori- fices communiquent mutuellement et, lorsque le piston mobile (31) suivi du piston obturateur (17) est en position haute, les zones annulaires des orifices de conduits (39,40) du mandrin soient obturés par les joints annulaires (44,45,46) répartis le long de la face latérale du piston obturateur (17) de part et d'autre de ces zones. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie restante du piston mobile (31) munie de joints annulaires (38) et enga- gée à l'intérieur du corps (3) du connecteur coulisse-au contact d'un man- chon (4) solidaire de la tête de connecteur (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en position haute du piston mobile prenant place à l'intérieur du manchon (4), les zones annulaires des orifices (36,37),par lesquels débouchent à l'extérieur les conduits (34,35), sont isolées par des joints annulaires (38) répartis de part et d'autre de ces zones le long de la périphérie du piston mobile (31). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux conduits (28,29), reliés respectivement à l'admission (25) et au retour (26) de fluide hydraulique de haute pression, traversent la chambre cylindrique (2) de la tête du connecteur (1) et sont susceptibles, en position basse du piston mobile, de communiquer par l'intermédiaire des deux logements axiaux (320) du piston mobile avec deux conduits (39,40) de l'enveloppe creuse du mandrin (6) débouchant à sa périphérie intérieure. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un conduit (27) pour un fluide de basse pression traverse axialement la chambre cylin- drique (2) et débouche, par l'intermédiaire d'un logement (320) et d'un conduit axial (33) traversant tous les deux le piston mobile (31), dans l'axe de la face terminale du piston (31) pour communiquer avec un con- duit axial (41) ménagé dans le piston obturateur (17) pour la trans- mission du fluide de basse pression à travers le mandrin vers la charge portée par le mandrin. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le conduit axial (33) du piston mobile (31) est muni d'une dérivation latérale (43) '- débouchant dans l'espace annulaire entre les orifices (36,37) à la péri- phérie extérieure du piston (17) et constituant un passage de drainage entre les zones annulaires des orifices (36,37), o débouchent les cir- cuits de haute pression, de façon à ce qu'en cas de fuite ou destruction de joints (38) situés de part et d'autre de la dérivation (43), les cir- cuits de haute pression ne se mélangent pas et que toute fuite soit im- médiatement drainée vers le circuit de basse pression au moyen du con- duit (43). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le conduit (41) ménagé dans le piston obturateur (17) loge un dispositif obturateur, dont le clapet anti-retour (42) sollicité en fermeture par un ressort s'ouvre sous l'effet de la poussée d'une tige (52) prenant appui sur un bossage (53) solidaire de la bride (7) et s'opposant à l'action du ressort, lorsque le piston (31) exerçant lors de sa descente une poussée sur le piston (17), celui-ci se trouve en fin de course, le ressort (20) étant comprimé. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston obturateur (17) se termine du côté de son extrémité opposée à celle qui prend appui sur le piston mobile (31) par une butée de retenue logée dans une cavité proche de la bride (7) et munie d'un épaulement de retenue (23) pour limiter la course du piston (17). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (2) de la tête de connecteur est reliée avec une première admission (330) de fluide sous pression destiné à exercer une poussée sur la face fron- tale de la tête (32) du piston (31) dans le sens de la descente et d'une deuxième admission (50) de fluide sous pression exerçant sa poussée sur la face opposée de la tête de piston (32) pour la faire remonter. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la remontée du piston d'obturation (17) sollicité par le ressort (20) est assistée par l'action d'un fluide en provenance d'un accumulateur et qui exerce une poussée sur le piston par l'intermédiaire d'un conduit (51) ménagé à l'intérieur du piston.