Brevet FR2563662A1 — publié le 19851031

Connecteur électrique débrochable automatiquement. La présente invention concerne un connecteur électrique débrochable automatiquement, et s'applique notamment, mais non exclusivement à la réalisation de connexions électriques pouvant etre utilisées dans les installations d'exploitation pétrolière sous-marine. De telles exploitations comprennent généralement deux bâtis immergés et fixés sur le fond marin, l'un portant le module pompe et l'autre le module alimentation. Ces deux modules sont connectés électriquement au moyen d'un connecteur qui comprend un premier élément de connexion relié au module alimentation, et un second élément de connexion relié au module pompe. Lorsqu'on veut effectuer des réparations sur les modules, il est indispensable non seulement de pouvoir déconnecter automatiquement les éléments de connexion puis de les reconnecter également automatiquement, mais aussi de maintenir les contacts parfaitement étanches vis-à-vis de l'eau environnante, même dans le cas où il existerait une pression différentielle importante entre les zones où sont montés les contacts et le milieu extérieur. Une telle étanchéité est nécessaire pour éviter que les contacts ne soient corrodées par l'eau de mer ou que des corps étrangers se déposent sur les contacts, empêchant ainsi les deux éléments de connexion de s'embrocher correctement. La présente invention a précisément pour objet un connecteur électrique débrochable automatiquement, qui se caractérise en ce qu'il comprend - un élément malle fixe, constitué par un boîtier tubulaire fermé à une de ses extrémités par une paroi frontale qui présente au moins deux perçages pour la fixation de faucon électriquement isolante de broches de contact mâles, ledit boîtier étant rempli d'une huile diélectrique en surpression par rapport à l'extérieur, et - un élément femelle constitué d'un cylindre tubulaire mobile en translation axiale sous l'action de premiers mayens moteurs, entre une position écartée de l'élément mâle et une position où il s'adapte de façon étanche autour de ce dernier, ledit cylindre étant également rempli d'huile diélectrique en surpression par rapport à l'extrémité et recevant dans son alésage de façon étanche, une chemise tubulaire solidaire en mouvement de translation avec le cylindre mais fixe en rotation et fermée à son extrémité externe par une paroi frontale polsrvue d'au moins deux perçages axiaux disposés dans l'alignement axial des perçages de l'élément mâle, une pièce isolante porte-contacts munie de broches de contact femelles étant montée coulissante dans ladite chemise sous l'action de seconds moyens moteurs, entre une position rétractée et une position enfoncée pour laquelle les broches femelles font saillie à travers les perçages de la chemise et ceux de l'élément mâle, deux disques de protection pourvus de perçages axiaux et qui sont appliqués de façon étanche respectivement contre les parois frontales de l'élément mâle et de 1a chemise, étant montés tournants coaxialement aux éléments mâle et femelle sous l'action de troisièmes moyens moteurs entre une position où ils masquent respectivement les broches desdits éléments mâle et femelle, et une position où il les découvrent, la séquence d' actioenement des moyens moteurs étant telle que les disques de protection ne sont amenés à leur position où ils découvrent les broches qu'après que l'élément femelle a été assemblé de façon étanche à l'élément mâle. L'assemblage étanche entre les éléments mâle et femelle du connecteur peut etre réalisé par tout mayen approprié, par exemple, par un assemblage à filetages s'étendant sur des secteurs circulaires de 900 respectivement sur la paroi externe du boîtier de l'élément mâle et sur la paroi interne du cylindre de l'élément femelle. Les disques présentent respectivement sur leur face en regard, un relief et un évidement de formes complémentaires susceptibles de s'emboîter, lorsque l'élément mâle et l'élément femelle sont assemblés, rendant ainsi les deux disques solidaires en rotation. Les disques peuvent être entraînés en rotation par tout dispositif capable de transformer un mouvement axial en mouvement rotatif. Ce dispositif peut être constitué par un tube faisant saillie coaxialement sur la face arrière du disque de l'élément femelle, ledit tube portant sur son alésage un doigt qui s'engage dans une rainure nélicoidale formée sur la paroi latérale d'un arbre monté coulissant dans le tube sans possibilité de tourner. Avantageusement, ledit arbre est entraîné en mouvement axial par les seconds moyens moteurs mentionnés précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un mode de réalisation particulier en regard des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un connecteur électrique débrochable automatiquement, en position débrochée La figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais en position embrochée, et La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1. Comme on l'a déjà expliqué, le connecteur sert notamment à établir une connexion électrique entre un appareil d'alimentation, tel qu'un module transfornateur-onduleur et un appareil à alimenter, par exemple une pompe, lesdits appareils etant tous deux immergés en fond marin. Le connecteur comprend un élément mâle 10 monté fixement sur le bâti de l'appareil à alimenter et un élément femelle 12 guidé en mouvement axial par un palier porté par le bâti de l'appareil d'alimentation, ledit élément femelle pouvant coulisser entre une position débrochée (figure 1) et une position embrochée (figure 2). L'élément mâle comprend un boîtier tubulaire 16 fermé à une extrémité par un fond plat 18 pourvu de trois perçages 19 disposés sur une circonférence concentrique au fond et décalés de 120 l'un par rapport à l'autre. Dans lesdits perçages sont emmmanchées des broches de contact 20 enveloppées d'une gaine isolante 22. Les broches sont reliées à un câble conducteur également isolé par une gaine et sont protégées vis-à-vis de l'eau de mer ambiante par un disque protecteur 26 qui est appliqué contre la face externe du fond 18, deux joints d'étanchéité concentriques 28 29, assurant l'étanchéité autour des broches et la périphérie du disque. Ce dernier porte sur sa face arrière un arbre 30 qui est monté tourillonnant coaxialement à l'élément mâle 10 dans une palier 32. Le disque est percé de trois alvéoles axiaux 34 de diamètre sensiblement égal à celui des perçages 19 du fond 18, et qui sont décalés angulairement de 1200 l'un par rapport à l'autre. Eh position déconnectée (figure 1), le disque protecteur 26 est positionné de manière que des parties pleines se trouvent en regard des broches 20, de sorte que ces dernières sont isolées du milieu ambiant. L'espace intérieur 35 défini à l'intérieur de l'élément mâle est rempli d'une huile diéléctrique. L'élément femelle 12 comprend un cylindre tubulaire 36 de même diamètre externe que l'élément mâle. Son alésage comprend une portion externe 38 de diamètre élargi sur laquelle sont formés quatre secteurs taraudés 44 d'une amplitude de 900 chacun, espacés l'un de l'autre de 90 . Le cylindre 36 peut se déplacer en mouvement axial et tourner autour de son axe, sous l'action de moyens moteurs, non représentés. L'élément mâle 10 présente sur sa paroi externe une portion cylindrique de longueur et de diamètre sensiblement égaux à ceux de la portion 38 de l'élément femelle et sur laquelle sont formés quatre secteurs filetés 46 (figure 3) d'une amplitude de 900 chacun et espacés l'un de l'autre de 900. La portion filetée 46 se termine par un épaulement 48 contre lequel s appuie un joint torique 50 qui assure l'étanchéité entre le cylindre 36 et le boîtier 16 lorsque les éléments mâle et femelle sont connectés (figure 2). A la suite de la portion taraudée 38, le cylindre 36 présente un alésage 40 de diamètre réduit, dans lequel est monté une chemise tubulaire 52 fermée à son extrémité avant par une paroi frontale 54 et munie à sa périphérie de garnitures 53, 55 qui assurent l'étanchéité avec le cylindre 36. La chemise est solidaire en mouvement axial avec le cylindre, mais ne peut tourner avec lui. Dans la chemise tubulaire 52 est montée coulissante sans étanchéité une pièce porte-contacts 72 moulée en matière isolante, renforcée par une coupelle métallique 70. Trois gaines tubulaires 74, (figure 1 à 3) venant de moulage avec la pièce porte-contacts sont montées coulissantes avec jeu dans des perçages axiaux 75 formés à travers la chemise 52. Dans lesdites gaines sont fixées des broches de contact 76, respectivement disposées dans l'alignement axial des broches de contact 20 de l'élément mâle. En position déconnectée, la pièce porte-contacts 72 est dans une position rétractée pour laquelle les gaines 74 et leurs broches 76 sont en retrait par rapport à la face externe de la chemise. Comne pour les broches 20 de l'élément .gAle, les broches 76 sont isolées par rapport à l'eau de mer ambiante par un disque protecteur 78 identique au disque 26. Le disque 78 comporte également trois alvéoles 80 de mame dianètre que les alvéoles 34 du disque 26 et disposés identiquement à ces derniers. Il comporte sur sa face arrière un arbre 82 qui traverse la paroi frontale 54 de la chemise et tourillonne dans un palier 68. Un joint torique 84 assure l'étanchéité au niveau du passage à travers la paroi 54 et deux joints concentriques 86 87, assurent l'étanchéité autour des broches 76 et à la périphérie du disque 78. Les disques 26 et 78 sont munis respectivement, sur leur face en regard et au voisinage de leur périphérie, respectivement d'une goupille 88 et d'un évidement 90 de secticn complémentaire, destinés à s'emboîter l'un dans l'autre lorsque le connecteur et rassemblé. Il va de soi que la goupille et l'évidement peuvent aussi bien être formés au centre des disques, à condition de leur donner une forme non circulaire. L'ensemble du cylindre 36 et de la chenise 52 est entraîné en mouvement coulissant axial par tout moyen approprié, par exemple par un vérin à double effet, non représenté. Le cylindre peut d'autre part être enttné seul en rotation, la chemise 52 et la pièce porte-contacts 72 restant immobiles dans ce mouvement, de sorte que les broches 76 restent constamment dans l'alignement des broches 20 de l'élément nie. De son cOté, la pièce porte-contacts 72 peut être entraînée en mouvement axial par un vérin non représenté, par l'intermédiaire une pièce de poussée 92 mouftée coulissante dans la chemise 52 et reliée à la pièce porte-contacts par des entretoises 94. L'arbre 82 du disque 78 est solidarisé, par exemple par vissage, d'un tube 96, à l'intérieur duquel est monté coulissant sans possibilité de tourner, un arbre tubulaire 98 qui présente sur sa paroi externe une rainure hélicotdale 100 d'une amplitude de 6û , dans laquelle s'engawe un doigt, non représenté, qui fait saillie sur la paroi interne du tube 96. Par son extrémité arrière, l'arbre 98 est fixé à la pièce de poussée 92. Le connecteur comprend en outre un dispositif destiné à aspirer l'eau qui est emprisonnée dans les alvéoles 34, 80 lorsque les disques 26, 78 sont appliqués l'un contre l'autre. Ce dispositif comprend trois seringues, dont une seule 104, est représentée sur la figure 1. Ces seringes sont montées coulissantes dans des perçages 106 intercalés avec les perçages 19 et décalés par rapport à ces derniers de 600. Les trois seringues peuvent être entraînées sirnultanérr.ent par une tringlerie qui comprend une première tige 108 qui traverse coaxialement 1' arbre tubulaire 98, le tube 96 et 1' arbre 92 du disque 78 et une seconde tige 110 qui traverse coaxialement l'arbre 30 du disque 26.Sur l'extrémité intérieure de la seconde tige est fixé un palonnier 112 auquel sont assemblées les tiges 114 des trois seringues 104. Les tiges 108 et 110 sont respectivement pourvues à leur extrémité adjacente d'une tête tronconique 116 délimitée à l'arrière par une gorge annulaire 117 et d'une pince 118 à mâchoires élastiques normalement ouvertes. Dans la position débrochée du connecteur, les mâchoires sont reçues dans une portion d'alésage 119 de diamètre évasé où elles peuvent s'écarter. Lorsque les mâchoires se trouvent dans l'alésage de 1' arbre 30 du disque 26, elles sont refermes. Le fonctionnement du connecteur selon l'invention est le suivant : en position déconnectée, les éléments mâle 10 et femelle 12 se présentent comne sur la figure 1 : le cylindre 36 et la pièce porte-contacts 72 sont dans leur position rétractée, et les disques protecteurs 26 et 78 masquent respectivement les broches 20 et 76. Le vérin d'entrenement du cylindre 36 étant actionné, l'élément femelle 12 se déplace en bloc vers la droite sur la figure 1, et s'arrête lorsque le bord 39 du cylindre 36 vient en butée contre le joint 50 de l'élérr.ent mâle. Dans cette position, la goupille 88 est engagée dans l'évidement 90 et la presque totalité de l'eau de mer contenue dans la portion d'alésage 38 a été chassée. Un dispositif rotatif entraîne alors le cylindre 36 en rotation d'ut angle de 900 de manière à amener les filets 38 de l'élément femelle en coopération avec les filets 46 de l'élément mâle. Au cours de cette rotation, le joint 50 est conprimé, assurant ainsi l'étanchéité entre l'élément mâle et l'élément femelle. La tige 108 est alors enfoncée vers la droite sur la figure 1. Dans ce mouvement, la tête 116 vient se placer entre les nsschoires ouvertes 118 de la tige 110 qui se referme sur la tête à mesure que la tige 110 est enfoncée. Le palornier 112 se déplace vers la droite sur la figure 1, entraînant dans son mouvement les seringues 104, lesquelles aspirent l'eau qui se trouve dans les alvéoles 34, 80, ainsi ,qu'tne certaine quantité d'huile depuis la chambre intérieure de l'élément femelle 12, à travers l'interaalle annulaire conpris entre les deux joints concentriques 86, 87. Cette fin de mawnne déclenche le fonctionnement du vérin d'entrarnnt de la pièce de poussée 92 qui, en coulissant vers la droite sur la figure 1, fait avancer la pièce poftecontacts 72 dans la chemise 52, et enfonce l'arbre 98 dans le tube 96. Dans ce mouvement, le doigt qui est solidaire du tube 96 parcourt la rainure hélicoïdale 100, et étant domé que l'arbre 98 ne peut tourner, c'est le tube 96 ainsi que les disques 78 et 26 (qui sont solidarisés en rotation par la goupille 88) qui sont entraînes en rotation d'on angle de 60 . il en résulte que les alvéoles 34 et 80 vienrient respectivement en regard des perçages 19 et 75. A mesure que la pièce de poussée 92 progresse, les gaines isolantes 74 traversent les perçages 75, puis les alvéoles 80 et 34, et les contacts 76 viennent en appui sur les contacts 20. Le connecteur est alors dans la position illustrée par la figure 2. L'huile diélectrique contenue dans le boîtier 16 et dans le cylindre 36 peut alors circuler librement entre l'élément mâle et l'élément femelle, en passant à travers les intervalles non étanches ménagés entre les gaines isolantes 22, 74 et les contacts 20, 76. A ce stade, on peut mettre sous tension l'appareil à alimenter. Le désaccouplement du connecteur s'effectue selon une séquence d'opérations inverse de celle qui vient d'être décrite : après mise hors tension, la pièce de poussée 92 est rétractée vers la gauche sur la figure 2, entraînant ainsi d'une part, la pièce portecontacts 72 vers sa position initiale de la figure1 et d'autre part, l'arbre 98 lequel, grâce à sa rainure hélicoidale 100, provoque la rotation des disques 26, 78 en sens inverse d'un angle de 600, jusqu'à leur position montrée sur la figure 1 où les contacts 20 et 76 sont à nouveau masqués. La fin de course des disques 26, 78 commande le fonctionnement du système qui fait tourner le cylindre 36 de 900, ainsi que la rétraction de la tige 108. Celle-ci entraîne dans son mouvement la tige 110, le palonnier 112 et donc les seringues 104 qui refoulent dans les alvéoles 34, 80 l'eau qu'elles avaient précédemment aspirée. Enfin, l'élément femelle 12 s'écarte de l'élément mâle d'une distance suffisante pour permettre d'effectuer les manoeuvres de réparation ou de contrôle requises. Le connecteur selon l'invention fonctionne de façon entièrement automatique. Son fonctionnement est satisfaisant même lorsqu'il est immergé à des profondeurs importantes, de l'ordre de 1000 mètres et sous des pressions allant jusqu'à 100 bars. I1 peut être orienté indifféremment soit en position horizontale comme cela est représenté sur les figures ou verticalement. REVENDICATIONS 1.- Connecteur électrique débrochable automatiquement, utilisable notamment dans les installations d'exploitation pétrolière sous-marine, caractérisé en ce qu'il comprend - un élément mâle fixe (10), constitué par un boîtier tubulaire (16) fermé à une de ses extrémités par une paroi frontale (18) qui présente au moins deux perçages (19) pour la fixation de façon électriquement isolante de broches de contact mâles (20), ledit boîtier étant rempli d'une huile diélectrique en surpression par rapport à 1 'extérieur, et - un élément femelle (12) constitué d'un cylindre tubulaire (36) mobile en translation axiale sous l'action de premiers moyens moteurs, entre une position écartée de l'élément mâle (10) et une position où il s'adapte de façon étanche autour de ce demier, ledit cylindre étant également rempli d'huile diélectrique en surpression par rapport à l'extérieur et recevant dans son alésage de façon étanche, une chemise tubulaire (52) solidaire en mouvement de translation avec le cylindre mais fixe en rotation et fermée à son extrémité externe par une paroi frontale (54) pourvue d'au moins deux perçages axiaux (75) disposés dans l'alignement axial des perçages (19) de l'élément mâle, une pièce isolante porte-contacts (72) munie de broches de contact femelles (76) étant montée coulissante dans ladite chemise (52) sous l'action de seconds moyens moteurs (92), entre une position rétractée et une position enfoncée pour laquelle les broches femelles font saillie à travers les perçages (75) de la chemise et ceux (19) de l'élément mâle pour venir en contact des broches mâles, deux disques de protection (26, 78) pourvus de perçages axiaux (34, 80) et qui sont appliqués de façon étanche respectivement contre les parois frontales (18, 54) de l'élément mâle et d* la chemise, étant montés tournants coaxialement aux éléments mâle et femelle sous l'action de troisièmes moyens moteurs (98, 100) entre une position où ils masquent respectivement les broches (20, 76) lesdits éléments mâle et femelle, et une position où ils les découvrent, la séquence d'actionnement des moyens moteurs étant telle que les disques de protection (26, 78) ne sont amenés à leur position où ils découvrent les broches qu'après que l'élément femelle (12) a été assemblé de façon étanche à l'élément mâle (10). 2.- Comecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (16) de l'élément mâle présente sur sa paroi latérale externe, à son extrémité voisine du fond (18) au moins deux secteurs filetés (44) d'une amplitude de 90D séparés par des secteurs lisses, et en ce que le cylindre (36) de l'élément femelle présente sur une portion de son alésage voisine de son extrémité externe, au moins deux secteurs taraudés (38) disposés de la même manière que les secteurs filetés (44) de l'élément mâle. 3.- Connecteur électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comprennent un dispositif capable d'entraîner l'élément femelle (12) en mouvement axial, puis à le faire toumer autour de son axe de manière à faire coopérer les secteurs filetés (44) et les secteurs taraudés, la chemise étant solidaire du cylindre en mouvement axial mais pas en rotation. 4.- Connecteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les disques (26, 78) sont respectivement pourvus sur leur face en regard, d'une saillie (88) et d'un évidement (90) de sections complémentaires, destinés à s'emboSter l'un dans l'autre lorsque les éléments mâle et femelle sont assemblés, rendant ainsi les disques solidaires en rotation. 5.- Connecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la saillie et l'évidement sont formés soit dans l'axe des disque: soit dans une position excentrée par rapport audit axe. 6.- Connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques (26, 78) sont entraînés en rotation par tout dispositif transformant un mouvement axial en un mouvement rotatif. 7.- Connecteur électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un tube (96) faisant saillie coaxialement sur la face arrière du disque (78) de l'élément femelle, ledit tube portant sur son alésage un doigt qui s'engage dans une rainure nélicoidale (100) formée sur la paroi latérale d'un arbre (98) monté coulissant dans le tube sans possibilité de tourner. 8.- Connecteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce porte-contacts (72) est entraînée en mouvement coulissant axial par une pièce de poussée (92) montée coulissante dans la chemise (52) sous l'action d'un vérin. 9.- Connecteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit arbre tubulaire (98) est fixé par son extrémité arrière à ladite pièce de poussée. i0.nnecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les broches de contact (20, 76) sont adpatées sans étanchéité dans leur gaine respective (22, 74) de manière à permettre un libre passage de l'huile diélectrique autour des broches, et en ce que l'étanchéité entre chaque disque (26, 78) et la face d'appui correspondante (18, 52) est assurée par deux joints toriques concentriques (28, 29 ; 86, 87), et de rayons tels qu'ils encadrent les broches (20, 76). 11.-Connecteur selon l'une des-revendications précédentes, caractérisé en ce que l'eau contenue dans les trous (34, 80) des disques (26, 78) lorsque ces derniers sont appliqués l'un contre l'autre, est aspirée au moyen de seringues (104) disposées dans la chambre interne (35) de l'élément mâle, et qui peuvent être actionnées siuultanément par l'intermédiaire d'une tringlerie comprenant deux tiges (108, 110) traversant coaxialement les disques (78, 26) et qui sont munies à leur extrémité voisine de moyens d'accouplement (116, 118), destinés à coopérer entre eux au moment cù ces disques (26, 78) sont en contact, la tige (110) qui traverse le disque (26) de l'élément mâle étant reliée à un palonnier (112) sur lequel sont fixées les tiges de seringues (114).