Brevet FR2567211A1 — publié le 19860110

COUPLAGE MECANIQUE REVERSIBLE POUR ANCRAGE SOUS TENSION La présente invention concerne un nouveau couplage mécanique reversible pour la liaison structurelle des ancrages tubulaires des plates-formes marines équipées d'ancrages sous tension, connue sous le nom de TLP, c'est-à-dire "Tension Leq Platform" (plate-forme à pieds sous tension), aux bases de la fondation placée dans le fond marin. On sait que des plates-formes marines de ce type sont ancrées sur le fond marin au moyen d'un ensemble d'ancrages tubulaires sous tension, qui sont structurelle- ment reliés à la fondation de base posée sur le fond marin au moyen de couplages mécaniques reversibles qui se fixent eux-mêmes à l'intérieur de sièges appropriés prévus dans ladite fondation de base. Actuellement, les différents types de couplages mécaniques reversibles connus dans l'état actuel de la technique, afin de remplir le but cidessus de liaison au fond marin de plates-formes marines à ancrages sous tension ne sont pas capables de décharger les efforts de flexion que subissent les ancrages tubulaires. Dans le but de compenser les ancrages fléchissants, il est donc nécessaire d'intercaler entre l'ancrage et le couplage une articulation à bille, avec tous les inconvénients inhérents à l'emploi d'un tel dispositif à de fortes profondeurs. Le but de la présente invention est précisément de pallier lesdits inconvénients et donc de proposer un couplage permettant également de reporter les contraintes du moment fléchissant sans avoir besoin d'utiliser des dispositifs supplémentaires. Un tel objet peut sensiblement être réalisé par le fait que le couplage est effectué au moyen d'une pièce tubulaire sur laquelle deux types de dispositifs de fixation sont montés, à une distance convenable: des leviers de fixation et des coins de fixation. Les leviers de fixation, à commande hydraulique, sont à l'origine d'une certaine influence mécanique entre l'extrémité la plus basse du corps du couplage et la zone conique correspondante du siège. Grace à cette influence, obtenue sur la surface conique, les forces verticales aussi bien que les forces horizontales peuvent être transmises. Les coins, qui sont également actionnés par un système hydraulique, suppriment l'écart entre la partie supérieure du corps du couplage et la zone correspondante du siège. Les forces horizontales peuvent être transmises par l'intermédiaire d'un coin. Donc, le couplage, grâce aux leviers de fixation et aux coins de fixation, est -capable de reporter non seulement les contraintes de traction et les contraintes de cisaillement, mais également les moments de flexion. En fait, la composante horizontale de la force de réaction exercée par la surface conique du siège des leviers de fixation constitue, avec la force exercée au contraire par le siège sur les coins, un couple s'opposant au moment de flexion qui agit sur l'ancrage tubulaire et par conséquent sur le couplage mécanique avec cet ancrage à son extrémité. Grace à des modifications mineures qui ne modifient pas l'esprit de l'invention, le couplage serait également capable de transmettre le moment de torsion au moyen de prolongements verticaux convenables prévus sur les surfaces extérieures des coins, qui doivent être insérés dans des fentes correspondantes prévues dans le siège. En particulier, le couplage faisant l'objet de la présente invention, permet: - de transmettre les contraintes de traction élevées, le moment fléchissant, le moment de cisaillement et éventuel- lement de torsion du fait de la forme géométrique tubulaire sans affaiblir les trous, et par conséquent, d'une façon très efficace du point de vue de la structure du couplage, et du fait des contraintes exercées sur les dispositifs de fixation, à savoir les leviers et les coins de fixation, qui sont essentiellement du type à compression; - de réaliser une fixation sans écart, également dans le cas o les tolérances dimensionnelles de la construction sont larges: - d'effectuer la fixation du couplage sur le siège, et de le dégager du siège par des opérations particulièrement simples; - d'assurer la fixation du couplage sur le siège avec de larges tolérances de l'alignement initial et du centrage initial; - d'obtenir un alignement et un centrage précis du couplage, par rapport au siège, lorsque cette fixation a été réalisée, du fait que le système est auto-centrable, en raison de la conicité du siège; - de maintenir également le couplage après de possibles ruptures du circuit oléodynanique, en raison de l'effet de la faible conicité des coins, inférieure à l'angle de frotte- ment minimal, et de l'effet d'auto-fixation de la traction du couplage appliquée au levier de fixation; - de maintenir la liaison également après l'éventuelle modification dimensionnelle (corrosion, chocs) du couplage ou de son siège; - d'assurer un degré élevé de protection des composants des circuits oléodynamiques; - d'effectuer le démontage du couplage en utilisant un équipement auxiliaire, également en cas de mauvais fonction- nement du circuit oléodynamique de commande. En résumé, le couplage mécanique reversible, qui doit être fixé à l'intérieur d'un siège convenable prévu dans une base de fondation afin d'ancrer à cette base l'un des ancrages tubulaires sous tension d'une plate-forme marine à ancrage sous tension, est caractérisé selon la présente invention par le fait qu'il est constitué par un corps sensiblement cylindrique se terminant à sa portion inférieure en une portion conique élargie capable de faire étendre radialement un ensemble de leviers de fixation, lesdits de fixation pivotant dans leur portion supérieure autour d'une bague de liaison intérieure qui est coaxiale avec le corps cylindrique et qui est commandée en ce qui concerne le mouvement axial par un ensemble de cylindres oléodynami- ques soutenus par ledit corps cylindrique, lesdits leviers de fixation étant maintenus en contact avec le corps cylin- drique par des ressorts, et se trouvant en liaison mécanique, dans leur partie étendue, avec une surface conique prévue dans ledit siège, et ledit corps cylindrique étant en outre équipé à sa portion supérieure de guides verticaux capables de recevoir un ensemble de coins pouvant coopérer avec la surface cylindrique dudit siège, lesdits coins pouvant pivo- ter dans leur portion supérieure autour d'une bague de liai- son supérieure, coaxiale avec ledit corps cylindrique et com- mandés dans leur mouvement axial par un second ensemble de cylindres oléodynamiques supportés par ledit corps cylindri- que, des moyens étant enfin prévus pour alimenter de façon identique les cylindres oléodynamiques de chaque ensemble. Selon une autre caractéristique de la présente inven- tion, lesdits leviers de fixation pivotent autour de la bague de liaison inférieure au moyen de pivots ayant un faible jeu de construction, si bien que les pivots ne subissent pas de contrainte lorsque le couplage se trouve dans sa position de fixation, du fait que les leviers de fixation sont appuyés contre la surface conique du siège. Une autre caractéristique de l'invention vient du fait que lesdits coins ont un angle de convergence inférieur à l'angle minimal de frottement, ce qui évite leur relâchement dans une réalisation pratique, également en cas de manque de pression à l'intérieur des cylindres oléodynamiques. D'autres caractéristiques et des modes de réalisation préférés de la présente invention seront présentés par la suite, l'invention étant mieux expliquée en se référant aux dessins annexés illustrant un mode de réalisation préféré de l'invention, donné uniquement à titre d'exemple, et sans introduire de limitation, en ce qu'il est toujours possible d'introduire des modifications techniques ou des modifica- tions de mise en oeuvre sans sortir de l'esprit de l'inven- tion. Dans les dessins: la figure 1 représente une vue de face partiellement en coupe du couplage selon l'invention, déjà inséré à l'intérieur du siège correspondant, mais pas encore fixé; la figure 2 représente une coupe verticale du couplage fixé dans son siège selon l'invention, la coupe ayant été effectuée le long de la ligne A-A de la figure 3; la figure 3 représente une vue en plan, à échelle agrandie, du couplage, faite le long de la ligne B-B de la figure 2; - la figure 4 représente une vue en plan, à échelle agrandie, du couplage, faite le long de la ligne C-C de la figure 2; la figure 5 représente au contraire le schéma du circuit oléodynamique de commande; et la figure 6 représente une vue en perspective partielle, à échelle agrandie, d'un détail du couplage selon l'inven- tion. En se référant aux figures, le couplage est constitué d'un corps tubulaire 1 équipé dans sa partie supérieure de guides 2 pour les coins 12, et dont l'extrémité inférieure présente une portion élargie à conicité inversée 3. Au voisinage de l'extrémité inférieure du corps du couplage et à l'extérieur de ce dernier, les corps sont fixés aux trois cylindres oléodynamiques 4 dont les pistons sont au contraire articulés à une bague de liaison inférieure 5. Sur la bague de liaison inférieure 5, sont montées trois paires de leviers de fixation 7 par l'intermédiaire d'équerres 6 et de pivots 6' (voir plus précisément la figure 4). Les leviers de fixation 7 sont maintenus en contact avec le corps du connecteur ou avec le couplage du fait de l'action des ressorts 8 agissant sur eux et des équerres 6 de la bague de liaison 5 (voir plus précisément la figure 6). Les pivots 6' reliant les leviers de fixation 7 aux équerres 6 de la bague 5 ont un léger écart de construction si bien que, lorsque le couplage est dans sa position fixée, ils ne subissent aucune contrainte, du fait que les forces mises en jeu sont toutes reportées par les leviers de fixation 7 sur le corps conique 19 du siège. Sur la partie supérieure du corps de couplage, et à l'extérieur de ce dernier, les corps des trois cylindres oléodynamiques 9 sont fixés, et leurs pistons sont au contraire articulés à la bague supérieure 10. A cette dernière bague, sont reliés par l'intermédiaire de peites biellettes de liaison 11, trois coins 12 positionnés à 1200 l'un de l'autre, capables de glisser le long desguides opposés 2 du corps du couplage. Les coins 12 ont un angle de convergence inférieur à l'angle minimal de frottement, et ceci évite qu'ils ne se relâchent en pratique, et également en cas de manque de pression des cylindres oléodynamiques 9. Sur la bague de liaison supérieure 10, des oeillets de levage 13 sont fixés, et doivent être utilisés en cas de dégagement manuel du couplage selon que la procédure d'urgence devient nécessaire. La bague supérieure de liaison 10 et la bague inférieure de liaison 5 dans leur position de limite supérieure de la course s'enclenchent respectivement avec les crochets 14 et (figure 1). L'action des crochets 14 et 15 est suffisante pour maintenir le poids des bagues de fixation et des dispositifs qui sont suspendus à ces bagues, en l'absence de pression du circuit oléodynamique. A l'intérieur du corps de couplage, éventuellement dans un bain d'huile à la pression ambiante, est logée une portion du circuit oléodynamique de commande. 256721 1 En se référant à la figure 5, chacun des circuits oléo- dynamiques de commande des coins et des leviers de fixation est respectivement constitué par: - une conduite d'arrivée et de retour 16 et 16, - un diviseur de flux 17 et 17'; - des cylindres oléodynamiques 4 et 9. Les conduites oléodynamiques reliant les cylindres aux diviseurs de flux traversent le corps du connecteur ou couplage par des orfices convenablement prévus dans le corps du connecteur, ou dans sa paroi inférieure. Chacun des diviseurs de flux 17 ou 17D qui se compose essentiellement de trois moteurs oléodynamique (moteurs à engrenage ou moteurs à piston axial) montés sur le même arbre, garantit une application égale et par conséquent une même course, aux trois cylindres oléodynamiques O ou 4 qui lui sont reliés. Les conduites d'arrivée et de retour 16 et 16' chemi- nent à l'intérieur du tube d'ancrage, ou par un autre moyen, respectivement jusqu'à la pompe d'alimentation et jusqu'à la sortie. Le siège du couplage est constitué d'une partie supé- rieure de forme sensiblement cylindrique, dans laquelle sont prévues une zone d'engagement 18 et une partie inférieure 19 de forme conique destinées au centrage et à l'engrenage des leviers de fixation. La fixation du couplage à l'intérieur de son siège est obtenue de la façon suivante: Le couplage avec les cylindres oléodynamiques en posi- tion sortie, figure 1, est introduit à l'intérieur de son siège. Le cône de centrage 21, fixé à l'ouverture du siège, facilite cette opération. Le jeu existant au cours de cette opération entre le couplage et le siège permet d'effectuer également l'insertion en présence d'excentricité et de défauts d'alignement. Lorsque le couplage a atteint la position qu'il occupe sur la figure 1, les cylindres oléodynamiques inférieurs 4 sont contractés, ce qui fait abaisser la bague inférieure de liaison 5 et en conséquence fait tourner vers l'extérieur les leviers de fixation 7 qui se penchent alors sur la portion élargie 3. Le couplage est ensuite tiré vers le haut jusqu'à ce que les leviers de fixation 7 viennent en contact avec la portion conique 19 du siège. Le mouvement ascendant du couplage entraîne un centrage précis de l'extrémité inférieure de ce couplage, du fait de la conicité du siège 19. La contraction des cylindres oléodynamiques supérieurs 9 provoque l'abaissement de la bague de liaison supérieure et en conséquence celle des coins 12, qui sont ainsi poussés contre la zone d'engagement 18 du siège. Ceci entraîne un alignement précis du couplage avec le siège ainsi que leur fixation mutuelle. Le dégagement du couplage de son siège est obtenu en appliquant la même procédure que pour la fixation, mais en l'inversant. Si un quelconque défaut de fonctionnement du circuit oléodynamique ne permettait pas de dégagement du couplage de façon normale, la procédure de dégagement d'urgence serait appliquée selon les indications ci-dessous. Grâce à un équipement auxiliaire (par exemple des cordes qui descendent de la plate-forme, ou un système de vérin installé sur les fondations de base) relié aux oeillets de levage 13, la bague supérieure 10 est levée et s'engage avec les crochets 14. Le jeu qui en découle entre les coins 12 et la partie supérieure du siège 18 permet d'abaisser le couplage. La première course du couplage dans son mouvement descendant amène les leviers de fixation 7 à se pencher contre l'extrémité inférieure 20 du siège, un autre mouvement vers le bas entraîne l'accrochage de la bague inférieure 5 par les crochets 15. L'action des ressorts 8, ou éventuellement de la zone conique 19 du siège, entraîne la rotation des leviers de fixation 7, ce qui permet l'extraction du couplage de son siège. REVENDICATIONS 1. Couplage mécanique reversible destiné à être fixé à l'intérieur d'un siège opposé prévu dans une fondation de base, dans le but d'ancrer à cette base l'un des ancrages tubulaires sous tension d'une plate-forme marine comprenant des ancrages sous tension, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un corps sensiblement cylindrique se terminant à sa partie inférieure en une portion conique élargie capable de faire étendre radialement un ensemble de leviers de fixation, lesdits leviers de fixation pivotant dans leur portion supérieure autour d'une bague de liaison inférieure qui est coaxiale audit corps cylindrique, et dont le mouvement axial est commandé par un ensemble de cylindres oléodynamiques supportés par ledit corps cylindrique, lesdits leviers de fixation étant maintenus en contact avec le corps cylindrique par des ressorts et étant en liaison mécanique dans leur position étendue, avec une surface conique présentée par ledit siège, et ledit corps cylindrique étant en outre pourvu à sa partie supérieure de guides verticaux pour un ensemble de coins capables de coopérer avec la surface cylindrique dudit siège, lesdits coins pivotant dans leur portion supérieure autour d'une bague de liaison supérieure coaxiale avec ledit corps cylindrique, le mouve- ment axial de ces coins étant commandé par un second ensem- ble de cylindres oléodynamiques supportés par ledit corps cylindrique, des moyens étant enfin prévus pour alimenter de façon identique les cylindres oléodynamiques de chaque ensemble. 2. Couplage mécanique reversible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits leviers de fixation pivotent autour de la bague de liaison inférieure grace à des pivots ayant un léger jeu de construction. 3. Couplage mécanique reversible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits coins ont un angle de convergence inférieur à l'angle minimal de frottement. 4. Couplage mécanique reversible selon la revendication il 1, caractérisé par le fait que ladite bague.supérieure de liaison est équipée d'oeillets de levage qui permettent de dégager manuellement le couplage de son siège. 5. Couplage mécanique reversible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'alimentation des cylindres olèodynamiques de façon identique dans chacun des deux ensembles de cylindres se composent d'un séparateur de flux, constitué par des moteurs oléodynamiques, du type moteur à engrenages ou moteur à piston axial en nombre égal à celui des cylindres oléodynamiques, ledit séparateur de flux étant installé à l'intérieur dudit corps cylindrique, dans un bain d'huile. 6. Couplage mécanique réversible, selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que ledit corps cylindrique est équipé de deux ensembles de crochets destinés à accrocher et à maintenir respectivement lesdites deux bagues de liai- son et les dispositifs qui pivotent par rapport à elles, en une position dégagée par rapport au siège.o 7. Couplage mécanique reversible, selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que ledit ensemble de leviers de fixation comprend trois paires de leviers de fixation disposés à 120' les uns par rapport aux autres. 8. Couplage mécanique reversible, selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que ledit ensemble de coins comprend trois coins posés à 120 l'un par rapport à l'autre.