Brevet FR2562977A1 — publié le 19851018

La présente invention se rapporte aux joints tournants d'installation de transfert de fluide. Les joints tournants selon l'invention s'appli- quent avantageusement mais non exclusivement, aux bras arti- culés de transfert (chargement ou déchargement d'un navire par exemple) de produits fluides, du type général comportant une embase, un tube interne et un tube externe articulés entre eux, le tube interne pivotant sur l'embase et le tube externe portant un ensemble à coudes par exemple. La présente invention vise d'une façon générale un joint tournant pour installation de transfert de fluide comportant au moins deux pièces tournantes montées en trans- lation l'une par rapport à l'autre, tout en assurant une étanchéité au produit véhiculé. Les avantages et qualités de cette disposition ap- paraîtront clairement au fur et à mesure des développements qui en seront faits dans la suite de la présente description. Suivant des formes de réalisation de l'invention le joint tournant comprend deux pièces tournantes montées ex- centriques c'est-à-dire avec possibilité de déplacement de l'axe d'une pièce sur la circonférence d'un cercle ayant pour centre l'axe de l'autre pièce. Suivant d'autres formes de réalisation de l'inven- tion le joint tournant comprend deux pièces tournantes mon- tées en translation c'est-à-dire libre en toute translation sur une surface limitée circonférentiellement. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques d'un joint tournant à excentration conformé à l'invention; - les figures 3 et 4 représentent également sché- matiquement une autre forme de réalisation mais celle-ci à double excentrique; - les figures 5 et 6 sont des schémas représen- tant une forme de réalisation de joint tournant à transla- tion; - la figure 5A est une vue de détail d'une garni- ture d'étanchéité; - la figure 7 représente schématiquement une va- riante de joint tournant à translation; - les figures 7A, 7B et 7C sont des vues de détail de variantes montrant des pièces de frottement; - la figure 8 représente une utilisation de joints tournants selon l'invention; - la figure 9 est une vue de détail représentant partiellement en coupe un joint tournant (40); - la figure 10 est une vue de détail d'une varian- te; - la figure 11 est une vue schématique d'un joint tournant (50); - la figure 12 en est un schéma explicatif; - la figure 13 est un schéma explicatif de l'uti- lisation selon les figures 8 et 9; - la figure 14 représente une autre utilisation de joint tournant selon l'invention; - la figure 15 représente en coupe partielle le joint (40) de cette utilisation; - la figure 16 est un schéma explicatif de l'uti- lisàation selon les figures 14 et 15; - la figure 17 représente encore une autre utili- sation de joint tournant selon l'invention; - la figure 18 est une vue de détail partiellement en coupe du joint (40) de cette utilisation; - la figure 19 représente encore une autre utili- sation de joint tournant selon l'invention; - la figure 20 est une vue de détail partiellement en coupe du joint (40) de cette utilisation; - la figure 21 est une vue en élévation d'un bras de chargement ou de déchargement du type "marine" à structure; - la figure 22 est une vue en coupe montrant la disposition des isolants thermiques du bras selon la figure 21; et - la figure 23 est une vue en coupe d'une variante de structure de bras. Dans la forme de réalisation schématisée aux figu- res 1 et 2 le joint tournant montre une pièce tournante (I) et une pièce tournante (II) d'une installation de transfert de fluide, des chemins de roulement à billes (A) et (B) et une double étanchéité (El, E2). La figure 2, en particulier, fait apparaître la circonférence d'un cercle (C1) de rayon (R) ayant pour cen- tre l'axe (1) de la pièce (I). Un déplacement de l'axe (2) de la pièce II se produit sur la circonférence dudit cer- cle. Cette forme de réalisation fait partie du groupe de formes de réalisations dites à excentration. Dans ce groupe également peut être rangée une réa- lisation suivant laquelle une rotation à double excentrique est prévue (Figs. 3 et 4). Dans ce cas il est considéré une pièce supplémen- taire (III) d'axe (3). La figure 4, en particulier, fait apparaître la circonférence du cercle (C1) de rayon (R) ayant pour centre l'axe (1) de la pièce (I) ainsi qu'une circonférence du cer- cle (C2) de rayon (2R) ayant pour centre l'axe (2) de la pièce (II). Ledéplacement de l'axe (2) de la pièce -(II) se produit sur la circonférence du cercle (C1). Un déplacement de l'axe (3) de la pièce (III) se produit sur la circonférence du cercle (C2). Il est considéré dans cette forme de réalisation trois roulements (A, B et C) et une triple étanchéité (El, E2, E3). Dans la forme de réalisation schématisée aux figu- res 5 et 6 le joint tournant offre la possibilité d'une translation dans un plan perpendiculaire aux axes 1 et 2 des pièces I et II. Cette solution demande que les deux pièces soient fixées par ailleurs pour la reprise des ef- forts extérieurs. La figure 6, en particulier, fait apparaître le cercle (C3) délimitant la possibilité de translation de l'une des pièces (II axe 2) par rapport à l'autre (I axe 1). Le déplacement de translation maximum par rapport aux axes des pièces est indiqué en (-A d) sur les deux figu- res 5 et 6. Dans cette forme de réalisation la pièce I revêt la forme d'une bride annulaire enveloppante et la pièce II celle d'une bride plate annulaire glissée à l'intérieur de la bride enveloppante avec un certain jeu. La bride plate est pourvue sur ses deux faces d'un dépôt (4) du type carbure de tungsgène. La bride annulaire enveloppante est pourvue, à l'intérieur de sa partie enveloppante, et de part et d'au- tre de la bride plate, de garnitures d'étanchéité (5) à lèvres (5A). Chaque garniture montre deux lèvres disposées angulairement de manière que la garniture s'ouvre vers l'intérieur. Dans la variante de la Figure 5A la garniture est de forme trapézoidale pleine avec une incurvation de la gran- de base et un renfort d'arête. La bride enveloppante comporte, de plus, (Fig. 5) un joint racleur (6) pour éliminer les dépôts laissés par le produit transféré par l'installation, lors du déplacement relatif des pièces (I) et (II). Ce joint racleur est placé dans une gorge (7) pratiquée sur l'une des faces intérieu- res de la bride enveloppante ou pièce (I) et vient porter contre la face en vis-à-vis de la bride plate ou pièce (II) pourvue du dépôt (4). Selon une variante représentée à la figure 7 la bride enveloppante ou pièce I comme la bride plate ou pièce (II)sont pourvues de rondelles (8) de dureté appropriée pour servir de chemins de roulement à des billes (9) maintenues dans des cages (10). Dans cette variante, les dépôts (4) peuvent être remplacés par des recharges (4A) en un matériau compatible avec le frottement du racleur (6) et l'étanchéité des gar- nitures (5). Selon d'autres variantes représentées aux figures 7A, 7B, 7C les roulements à billes (8,9,10) sont remplacés respectivement: - par des pastilles de frottement (11) montées sur ressort (12) à l'intérieur d'une gorge (13) pratiquée sur l'une des faces intérieures de la bride enveloppante ou pièce (I) (Fig. 7A); - par une rondelle de frottement (14) montée sur ressort (15) à l'intérieur d'une gorge (13) pratiquée sur l'une des faces intérieures de la bride enveloppante ou piè- ce (I) (Fig. 7B); - par une simple rondelle de frottement (14A) pla- cée dans une gorge (13) pratiquée sur l'une des faces inté- rieures de la bride enveloppante ou pièce (I) (Fig. 7C). Le fait de pouvoir utiliser des joints tournants sans billes sur la ligne produit fait qu'il est inutile de devoir démonter le joint tournant. Le changement de garniture uniquement peut être envisagé. Une utilisation des joints tournants selon l'in- vention est exposée ci-après en regard des figures 8 et 9 et se rapporte aux bras de chargement ou déchargement de pro- duits pétroliers ou chimiques, soumis à des variations de température importantes (température de la ligne ou conduite de produit). L'application ou utilisation est envisagée à titre d'exemple sur les bras ayant une structure (16, 17, 18) por- teuse de la ligne de produits (16A, 17A, 18A). Suivant cette application de l'invention: - la ligne de produit participe à la reprise de certains efforts en la rendant solidaire de la structure; - les doubles rotations au niveau du joint tour- nant (40) tube interne-tube externe, comme au niveau du joint tournant (50) tube interne-embase (une pour la structure, une pour la ligne) sort supprimées. Le tule externe de produit (18A) est rendu soli- daire de la structure le plus Drès possible du ioint (40) et il est laissé coulissant sur la structure externe. Le tube interne de produit (17A) est rendu soli- daire de la structure en un point et il est laissé coulis- sant aux autres points de liaison avec la structure grâce à des supports coulissants (19) avec isolant thermique. Le joint (50R) (autour de l'axe vertical de l'embase),de la ligne de produit est attaché sur celle de la structure. Un ou deux joints tournants conforme à l'inven- tion avec possibilité d'excentration sont utilisés pour rendre le tube interne (17A) de la ligne de produit libre se dilater ou contracter. Le tube externe (18A) est libre de se contracter ou dilater grâce à des supports coulissants (19) avec iso- lant thermique montés sur la structure. L'embase (16A) est libre de se contracter ou dilater. Le coude (R) est libre de se contracter ou dila- ter grâce à un joint tournant excentré selon l'invention. Le joint tournant (40) est représenté plus en dé- tail sur la figure 9. Un boulonnage (20) fait la liaison entre des élé- ments de joint externes de la ligne de produit (18A) et de la structure (18) avec interposition d'un isolant thermique (21). L'élément externe de la ligne de produit est une bride (22) et l'élément externe de structure est uniembout femelle (23); Un autre boulonnage (24) fait la liaison entre des éléments d'articulation internes de la ligne de produit (17A) et de la structure (17) avec interposition d'un iso- lant thermique (25). L'élément interne de la ligne de pro- duit est un manchon à collerette (26) et l'élément interne de structure est un embout mâle (27). Des roulements (28) sont placés entre l'embout femelle (23) et l'embout mâle (27). Une garniture d'étanchéité tournante (29) est disposée entre la bride (22) et le manchon à collerette (26). La poulie de pantographe est visible en (30). Suivant une variante représentée à la figure 10 l'embout femelle (23) constituant l'élément d'articulation externe de structure et l'embout mâle (27) constituant l'é- lément d'articulation interne de structure sont rejetés à l'extérieur et non plus compris entre l'élément d'articula- tion externe de ligne de produit ou bride (22) et l'élément d'articulation interne de ligne de produit ou manchon (26) comme sur la figure 9. Le joint tournant (50) est représenté plus en dé- tail sur la figure 11. On retrouve cependant les pièces tournantes (I) et (II) de la figure 1 avec leurs axes res- pectifs (1) et (2), les étanchéités (El) et (E2) et les roulements (A) et (B). Sur cette figure est représentée également l'ar- ticulation (50R) autour de l'axe vertical de l'embase. Par ailleurs la figure 12 est elle-même comparable à la figure 2 avec l'indication en plus de l'angle (B) de débattement et du rayon (R) d'excentration. En se reportant à présent au schéma de la figure 13 on voit que le tube interne (17A) de la ligne de produit se contracte ou se dilate de A 1. En choisissant le rayon R d'excentration, et l'angle de débattement 8 en fonction de A 1, le déplacement s d peut être minimisé et ainsi donc être acceptable comme étant.4 au jeu fonctionnel des sup- ports coulissants (19). Toujours dans le même cadre d'utilisation que pré- cédemment exposé et suivant une autre forme de réalisation représentée aux figures 14 et 15 le bras de chargement ou de déchargement montre un joint (40) à rotation excentrique de la ligne de produit et un joint (50) identique à celui re- présenté à la figure 11. Le tube externe (18A) de la ligne de produit est libre de se dilater ou contracter et une fixation rigide de ladite ligne de produit sur la structure est prévue en (31). Le tube interne (17A) est libre de se dilater ou contracter grâce à deux rotations excentriques prévues au joint (40) et au joint (50). L'embase (16A) est libre de se contracter ou de se dilater et le coude (R) est libre de se contracter ou dilater grâce au joint tournant excentré. Le joint (40) est représenté plus en détail à la figure 15. - Un boulonnage (32) réunit une bride (33) reliée au tube externe (18A) de la ligne de produit à une rotation (34) de l'élément de structure externe (18) avec interposi- tion d'un isolant thermique (35). Une rotation à excentrique semblable à celle des figures 1 et 11 est disposée entre le tube externe (18A) et le tube interne (17). On y retrouve les éléments (I ou 33) et (II) les roulements (A) et (B) et les étanchéités (El) et (E2). En se reportant au schéma de la figure 16 on voit que le tube interne se dilate ou se contracte de a 1. En choisissant le rayon R d'excentration, et l'angle de débat- tement.O en fonction de A 1 le déplacement t d peut être minimisé. Par rapport à la forme de réalisation de la figu- re 13,Ad est encore plus réduit grâce aux deux joints tour- nants excentriques. Dans encore une autre forme de réalisation repré- sentée aux figures 17 et 18 une fixation rigide (36) est prévue entre le tube externe (18A) de la ligne de produit et l'élément externe de structure (18). Une rotation à excentrique est prévue au joint (40) comme au joint (50). La figure 18 montre plus en détail le joint (40). Elle est exactement le symétrique de celle de la figure 15 la bride (33 ou I) étant rattachée dans ce cas au tube interne (17A) au lieu du tube externe (18A) toutes choses étant égales par ailleurs. La forme de réalisation de la figure 19 montre également une fixation rigide (36) entre le tube externe (18A) de la ligne de produit et l'élément externe de struc- ture (18). Toutefois le joint tournant (40) est à double excentrique (Fig. 20). Comme sur la figure 3 on y voit les pièces (I, II et III) avec les roulements (A, B et C) et les étan- chéités (El, E2 et E3). On voit, en plus, une rotation de structure (37). A titre d'exemple non limitatif un bras de char- gement ou de déchargement du type "marine" à structure est représenté à la figure 21. Il est équipé d'un joint tour- nant (40) semblable à celui représenté à la figure 9 et d'un joint tournant (50) semblable à celui représenté à la figure 11. La structure aussi bien dans sa portion bras inter- ne (17) que dans sa portion bras externe (18) est concen- trique à la ligne de produit (17A) et (18A). Les isolants thermiques (19) sont disposés de place en place entre la ligne de produit (17A) et (18A) et des saillies annulaires intérieures (38) (voir également à ce propos la vue en coupe de la figure 22). Dans une variante conforme à la Figure 23 la structure (17) (18) est double (deux poutres parallèles à entretoises 39) des joints isolants (19) étant placés entre la ligne de produit et les entretoises. D'une façon générale toutes les formes de réali- sation sont applicables avec ou sans: - simple ou double étanchéité des joints tour- nants; - toute conception de joint tournant permettant des translations des axes de sortie; - tout support coulissant avec ou sans isolation thermique; - les bras ayant une structure et une ligne pro- duit distincts. REVENDICATIONS 1. Joint tournant d'installation de transfert de fluide applicable aux bras articulés de transfert de produits fluides, du type général comportant une embase, un tube in- terne et un tube externe articulés entre eux, le tube inter- ne pivotant sur l'embase, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux pièces tournantes montées en translation l'une par rapport à l'autre, tout en assurant une étanchéi- té au produit véhiculé. 2. Joint tournant selon la revendication 1 carac- térisé en ce qu'il comprend deux pièces tournantes montées excentriques c'est-à-dire avec possibilité de déplacement de l'axe d'une pièce sur la circonférence d'un cercle ayant pour centre l'axe de l'autre pièce. 3. Joint tournant selon la revendication 1 carac- térisé en ce que le joint tournant comprend deux pièces tournantes montées en translation c'est-à-dire libre en tou- te translation sur une surface limitée circonférentielle- ment. 4. Joint tournant selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2 caractérisé en ce que le joint tournant montre une pièce tournante (I) et une pièce tournante (II), des chemins de roulement à billes (A) et (B) et une double étanchéité (El, E2). 5. Joint tournant selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'une rotation à double excentrique est prévue et dans ce cas il est consi- déré une pièce supplémentaire (III) d'axe (3), trois rou- lements (A, B et C) et une triple étanchéité (El, E2, E3). 6. Joint tournant selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 3 caractérisé en ce que le joint tournant offre la possibilité d'une translation dans un plan perpen- diculaire aux axes (1) et(2)des pièces (I) et (II), les deux pièces étant fixées par ailleurs pour la reprise des efforts extérieurs. 1 1 7. Joint tournant selon la revendication 6 carac- térisé en ce que la pièce (I) revêt la forme d'une bride annulaire enveloppante et la pièce (II) celle d'une bride plate annulaire glissée à l'intérieur de la bride envelop- pante avec un certain jeu; la bride annulaire enveloppante étant pourvue, à l'intérieur de sa partie enveloppante, et de part et d'autre de la bride plate, de garnitures d'é- tanchéité (5) à lèvres (5A); la bride enveloppante compor- tant, de plus, un joint racleur (6) pour éliminer les dé- pôts laissés par le produit transféré par l'installation, lors du déplacement relatif des pièces (I) et (II). 8. Joint tournant selon la revendication 7 carac- térisé en ce que la garniture est de forme trapézoidale pleine avec une incurvation de la grande base et un renfort d'arête. 9. Joint tournant selon la revendication 7 carac- térisé en ce que la bride enveloppante ou pièce (I) comme la bride plate ou pièce (II) sont pourvues de rondelles (8) de dureté appropriée pour servir de chemins de roulement à des billes (9) maintenues dans des cages (10).- 10. Joint tournant selon la revendication 9 carac- térisé en ce que les dépôts (4) sont remplacés par des re- charges (4A) en un matériau compatible avec le frottement du racleur (6) et l'étanchéité des garnitures (5). 11. Utilisation de joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et se rapportant aux bras de chargement ou déchargement de produits pétro- liers ou chimiques, soumis à des variations de température importantes, caractérisée en ce qu'elle est envisagée sur les bras ayant une structure (16, 17, 18) porteuse de la ligne de produits (16A, 17A, 18A); la ligne de produit par- ticipant à la reprise de certains efforts en la rendant so- lidaire de la structure; les doubles rotations au niveau du joint tournant (40) tube interne-tube externe, comme au ni- veau du joint tournant (50) tube interne-embase (une pour la structure, une pour la ligne) étant supprimées. 12. Utilisation selon la revendication 11 carac- térisé en ce que le tube externe de produit (18A) est rendu 2562977. solidaire de la structure le plus près possible du joint (40) et il est laissé coulissant sur la structure externe et le - tube interne de produit (17A) est rendu solidaire de la structure en un point et il est laissé coulissant aux autres points de liaison avec la structure grâce à des supports coulissants (19) avec isolant thermique. 13. Utilisation selon la revendication 12 carac- térisé en ce qu'un boulonnage (20) fait la liaison entre des éléments de joints externes de la ligne de produit (18A) et de la structure (18) avec interposition d'un isolant thermique (21); l'élément externe de la ligne de produit étant une bride (22) et l'élément externe de structure étant un embout femelle (23); un autre boulonnage (24) fait la liaison entre des éléments d'articulation internes de la ligne de produit (17A) et de la structure (17) avec inter- position d'un isolant thermique (25); l'élément interne de la ligne de produit étant un manchon à collerette (26) et l'élément interne de structure étant un embout mâle (27); des roulements (28) sont placés entre l'embout femelle (23) et l'embout mâle (27); une garniture d'étanchéité tournan- te (29) est disposée entre la bride (22) et le manchon à collerette (26). 14. Utilisation selon la revendication 13 carac- térisée en ce que l'embout femelle (23) constituant l'élé- ment d'articulation externe de structure et l'embout mâle (27) constituant l'élément d'articulation interne de struc- ture sont rejetés à l'extérieur. 15. Utilisation de joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et se rapportant aux bras de chargement ou déchargement de produits pétro- liers ou chimiques, soumis à des variations de température importantes caractérisée en ce que le tube externe (18A) de la ligne de produit est libre de se dilater ou contrac- ter et une fixation rigide de ladite ligne de produit sur la structure est prévue en (31); le tube interne (17A) est libre de se dilater ou contracter grâce à deux rotations excentriques prévues au joint (40) et au joint (50). 16. Utilisation selon la revendication 15 carac- tériséeen ce qu'un boulonnage (32) réunit une bride (33) reliée au tube externe (18A) de la ligne de produit à une rotation (34) de l'élément de structure externe (18) avec interposition d'un isolant thermique (35). 17. Utilisation de joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et se rapportant aux bras de chargement ou déchargement de produits pétroliers ou chimiques, soumis à des variations de température impor- tantes caractérisée en ce qu'une fixation rigide (36) est prévue entre le tube externe (18A) de la ligne de produit et l'élément externe de structure (18); une rotation à excentrique est prévue au joint (40) comme au joint (50). 18. Utilisation de joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et se rapportant aux bras de chargement ou déchargement de produits pétroliers ou chimiques, soumis à des variations de température impor- tantes caractérisée en ce qu'elle comprend une fixation rigide (36) entre le tube externe (18A) de la ligne de pro- duit et l'élément externe de structure (18); un joint tournant (40) à double excentrique et, en plus, une rotation de structure (37). 19. Utilisation de joint tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et relative à un bras de chargement ou de déchargement du type "marine" à struc- ture; caractérisée en ce que la structure aussi bien dans sa portion bras interne (17) que dans sa portion bras ex- terne (18) est concentrique à la ligne de produit (17A) et (18A) et en ce que les isolants thermiques (19) sont disposés de place en place entre la ligne de produit (17A) et (18A) et des saillies annulaires intérieures (38).