Brevet FR2596839A1 — publié le 19871009

La présente invention concerne un support antivibration et en particulier, mais non exclusivement, un support anti-vibration approprié pour le montage d'un module, tel qu'une unité de logement de personnel, sur une structure affectée par des vibrations comme celle d'une plate-forme de forage en haute mer, afin d'atténuer la transmission de vibrations de la structure au module. Dans des structures telles que les plates-formes de forage en haute mer, qui supportent un ensemble d'équipe10 ments générateurs de vibrations et de modules de logement de personnel, il n'est pas possible de supporter élastiquement tous les équipements de telle sorte que la structure portante soit suffisamment exempte de vibrations pour permettre le montage des modules de logement de personnel directement 15 sur ladite structure portante. Pour éviter la transmission excessive de vibrations à des modules de logement de personnel ou à d'autres modules d'exploitation, il a été d'une pratique courante de supporter les modules élastiquement au moyen d'un ensemble de supports, 20 par exemple quatre supports disposés respectivement en dessous de chaque zone de coin du module. Les supports classiquement utilisés comprennent chacun une pile de plaques métalliques planes et de couches de matière élastomère mutuellement imbriquées. Ces supports sont orientés de telle 25 sorte que, en usage normal, les plaques métalliques et les couches de matière élastomère soient généralement situées dans un plan horizontal. En conséquence la matière élastomère est sollicitée en compression et les plaques métalliques sont prévues pour faire en sorte que la matière élastomère 30 ait une aptitude de résistance à la compression plus grande, et par conséquent suffisante, que s'il était prévu un seul élément en matière élastomère. Bien que des supports du type défini ci-dessus assurent un certain degré d'isolation contre les vibrations 35 d'un module d'exploitation, leur aptitude à isoler certaines gammes de fréquences de vibrations transmises à une structure n'est pas aussi bonne que ce qui serait préféré spécialement en ce qui concerne des modules de logement de personnel. En particulier, il est souhaité d'obtenir une meilleure suppression des vibrations de haute fréquence que ce qu'il a été possible d'obtenir jusqu'à maintenant. Il est souhaitable également de pouvoir modifier les caractéristiques d'isolation anti-vibration en réponse à des variations de l'environnement opérationnel au moins lorsque de telles modifications concernent des forces appliquées extérieurement ou bien un mouvement transmis directement à la structure portante. Conformément à un aspect de la présente invention, un support anti-vibration comprend: - un récipient rigide de fluide comportant une ouverture; - un élément porteur rigide pour obturer au moins une partie de ladite ouverture - un joint d'étanchéité flexible comprenant au moins un élément en matière élastomère qui est disposé de manière à s'étendre entre les surfaces correspondantes du récipient de fluide et de l'élément porteur rigide en formant ainsi une chambre de fluide à l'intérieur du support anti20 vibration, - un moyen d'alimentation en liquide permettant un écoulement de liquide jusqu'à ladite chambre et à partir de celle-ci, et - un moyen d'alimentation en gaz permettant un écoulement de 25 gaz jusqu'à ladite chambre et à partir de celle-ci, - lesdits moyens d'alimentation en liquide et en gaz étant indépendants l'un de l'autre de façon que les quantités de liquide et de gaz se trouvant dans ladite chambre puissent être modifiées indépendamment par écoulement au travers 30 desdits moyens d'alimentation. La prévision desdits moyens indépendants d'alimentation en gaz et en liquide facilite la modification des proportions de gaz et de liquide à l'intérieur de la chambre de fluide et il est ainsi possible de commander la rigidité 35 et par consequent les propriétés anti-vibration du support. En outre, lors de l'utilisation du support, il est possible de modifier sélectivement lesdites propriétés en ce qui concerne les conditions de fonctionnement et d'installation qui sont spécifiques et éventuellement variables. De préférence l'élément porteur rigide est disposé dans une zone verticalement supérieure ou inférieure de la chambre et de préférence lesdits moyens d'alimentation en gaz et en liquide sont placés respectivement dans le récipient et dans l'élément porteur rigide. Le joint d'étanchéité flexible comprenant ledit élément en matière élastomère au moins prévu peut être orienté de telle sorte que des charges appliquées au support anti10 vibration dans la direction normale de sollicitation en compression résultent principalement seulement d'une sollicitation en compression de la matière élastomère, ou bien d'une combinaison de charge de compression et de cisaillement. De préférence ledit élément en matière élastomère au moins prévu est fixé entre les surfaces correspondantes du récipient de fluide et de l'élément porteur rigide. Il peut être fixé directement sur l'élément porteur rigide et/ou sur le récipient ou bien il peut être maintenu en position indirectement en étant fixé sur un élément pratiquement rigide 20 comme un disque métallique, qui est fixé à son tour sur l'élément porteur rigide ou sur le récipient. Lorsque l'orientation d'une couche de ladite matière élastomère est telle que, en service normal, elle soit sollicitée principalement seulement en compression, 25 c'est-à-dire que la couche est alors placée dans un plan horizontal dans l'ensemble, un moyen d'amortissement élastique peut être prévu pour limiter un mouvement horizontal de grande amplitude. Le moyen d'amortissement élastique peut être constitué par des manchons élastiques entrant en contact avec 30 l'une des parties constituées par le récipient de fluide et l'élément porteur rigide au moins lorsqu'une amplitude prédéterminée de mouvement relatif a été dépassée. Pour obtenir facilement l'aptitude à une résistance à des charges appliquées normalement verticalement et norma35 lement latéralement dans un seul support de construction unitaire, il est préféré que la couche de matière élastomère soit inclinée entre la direction horizontale et la direction verticale lorsqu'elle est en service. En conséquence, la couche de matière élastomère est capable d'absorber des mouvements relatifs verticaux et horizontaux entre le récipient de fluide et l'élément porteur rigide par une combinaison de sollicitations au cisaillement et en compression. 5 Il est en outre préféré de prévoir un ensemble imbriqué d'une pluralité de couches de matière élastomère et d'une ou plusieurs plaques rigides afin d'obtenir ainsi une bonne capacité de sollicitation en compression et au cisaillement. Les surfaces correspondantes sur lesquelles est fixé le jint d'étanchéité flexible sont agencées de manière à s'étendre parallèlement entre elles, au moins en considérant le support en section droite. Mises à part des constructions dans lesquelles la 15 ou les couches de matière élastomère sont disposées dans l'ensemble horizontalement, les charges verticales de compression qui sont appliquées au support antivibration en service sont contrebalancées principalement par la pression du fluide se trouvant dans la chambre. Pour obtenir une charge uniforme de chacun des supports anti-vibration d'un ensemble qui sont prévus pour supporter un module d'exploitation, malgré des variations dans l'espacement entre le module et la structure portante dans les zones ou les supports doivent être placés, il est possible de modifier 25 sélectivement la quantité de liquide se trouvant à l'intérieur de la chambre. De façon analogue, en relation avec la capacité d'absorption de charges d'un support particulier, il est possible de monter un module de niveau malgré une inclinaison de la structure portante sous-jacente. Avantageusement, il est prévu un moyen sûr de retenue pour empêcher un mouvement relatif indésirable entre le récipient de fluide et l'élément porteur rigide dans des conditions adverses. Ce moyen de retenue sert de préférence à empêcher un mouvement excessif de l'élément porteur rigide 35 l'éloignant du récipient de fluide et également à limiter une déformation du joint d'étanchéité au fluide en cas de réduction excessive de la pression à l'intérieur de la chambre lorsqu'elle est en service. En conséquence, quand le support est utilisé pour positionner un module sur une structure portante, une séparation du module et de la structure portante dans des conditions adverses est conservée malgré une défaillance du joint d'étanchéité au fluide ou malgré une perte de pression. La grandeur du mouvement complet ou sensiblement non limité qui est autorisé par le moyen sûr de retenue est de préférence telle que, tout en s'adaptant au mouvement vertical produit en service à cause d'une vibration, elle fournisse une possibilité utile de faire varier le rapport entre la hauteur et la longueur du support, en tenant compte de l'impératif que le joint d'étanchéité au fluide ne doit pas être sollicité excessivement. En conséquence, lorsqu'ils sont utilisés dans un ensemble structural, les supports conformes à l'invention peuvent être sélectivement remplis de gaz et de liquide afin d'assurer le positionnement de niveau d'un module d'exploitation et il est possible de modifier les proportions relatives de gaz et de liquide pour obtenir les propriétés anti-vibration désirées. De préférence le moyen sûr de retenue comprend au moins une surface de forme partiellement cylindrique ou partiellement sphérique pour faciliter un mouvement d'inclinaison quand ladite surface profilée entre en contact avec une surface correspondante du récipient de fluide ou de l'élément porteur rigide dans une situation correspondant à des conditions adverses. La présente invention concerne en outre une installation de module comprenant une pluralité de supports anti-vibration conformes à la présente invention qui sont 30 disposés entre un module d'exploitation et une structure portante ainsi que des moyens pour faire varier sélectivement la quantité et/ou la pression de gaz dans la chambre fluidique de chacun desdits supports. Il est également créé un procédé d'atténuation de 35 la transmission de vibrations entre une structure portante et un module d'exploitation dans un environnement opérationnel variable, ce procédé consistant à disposer entre ladite structure portante et ledit module d'exploitation une plurai té de supports anti-vibration conformes à la présente invention qui sont disposés de façon à agir en parallèle, et à faire varier sélectivement la quantité d'au moins un des fluides constitués par le liquide et le gaz à l'intérieur d'au moins une chambre en réponse à une variation de l'environnement opérationnel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en 10 référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un support anti-vibration conforme à une première réalisation de la présente invention, et la figure 2 est une vue en coupe d'un support anti-vibration 15 conforme à une seconde réalisation de l'invention. Un support anti-vibration destiné à être installé entre la structure 10 d'une plate-forme de forage en haute mer et une zone de coin 11 d'une unité de logement de personnel comprend un récipient de fluide 12, qui a dans l'ensemble une forme cylindrique et qui est fermé à sa partie extrême inférieure 13, en considérant la figure 1 o le support est représenté dans l'orientation qu'il doit avoir en service. La zone extrême supérieure 14 du récipient 12 est 25 pourvue d'une surface d'absorption de charge 15, de profil tronconique, qui est placée en regard, mais qui est maintenue espacée, d'une surface de forme semblable 16 d'un élément porteur rigide 17. L'élément porteur rigide 17 est pourvu de moyens ( non représentés) assurant sa fixation sur la zone de coin 11 du module, et la partie extrême inférieure 13 du récipient de fluide 12 est pourvue d'une manière semblable de moyens ( également non représentés) assurant sa fixation sur la structure 10. Les surfaces placées en regard l'une de l'autre , 16 sont orientées parallèlement, comme le montre la vue en coupe de la figure 1, et elles sont maintenues espacées par un appui élastique annulaire 18 comprenant trois couches 19 de matière élastomère qui sont imbriquées avec deux plaques d'acier 20, chacune desdites plaques et couches ayant une forme tronconique. Les plaques et les couches sont pliées l'une avec l'autre et avec lesdites surfaces 15 et 16 5 de façon à former un joint d'étanchéité au fluides entre le récipient 12 et l'élément porteur 17. L'ensemble formé par le récipient 12, l'élément porteur 17 et l'appui élastique annulaire 18 définit à l'intérieur du support anti-vibration une chambre 21. Les plaques et les couches de l'appui élastique 18 sont de préférence inclinées d'un angle compris entre 10 et degrés, plus avantageusement de 20 à 30 degrés, par rapport à la verticale, en considérant la figure 1. Une colonne tubulaire 22 s'étend à l'intérieur de 15 ladite chambre 21 à partir de la partie extrême 13 du récipient 12 et elle porte à son extrémité supérieure une butée annulaire 23 comportant une surface radialement extérieure 25 de forme tronconique. Ladite surface est inclinée de façon à être placée en regard d'une surface semblable de profil tronconique 24 qui est située sur une zone radialement intérieure de la partie annulaire 26 de l'élément porteur 17. Le diamètre maximal de la surface 23 est supérieur au diamètre minimal de la surface 25 de telle sorte que l'anneau 23 serve de butée pour empêcher un mouvement relatif excessif 25 de l'élément porteur 17 dans une direction l'éloignant de la partie extrême inférieure 13 du récipient 12. La surface extr&me supérieure 27 de l'anneau 23 est placée en regard d'une surface intérieure de la partie centrale 28 de l'élément porteur 17 et elle emp&che un mouve30 ment relatif excessif de l'élément 17 dans une direction orientée vers la partie extrême 13 du récipient 12. Pour faciliter l'assemblage du moyen de butée comprenant l'anneau 23, ledit anneau 23 est fixé sur la colonne 22 après 1' installation de la bague 26. Après 35 l'installation de l'anneau 23, la partie centrale 28 de l'élément porteur 17 est fixée sur l'anneau 26. L'élément porteur 17 est pourvu d'un passage 29 permettant l'écoulement de gaz vers et à partir de la chambre 21 et le récipient 12 est pourvu de deux passages 30, 31 permettant sélectivement un écoulement de fluide et/ou de gaz vers et à partir des zones de la chambre 21 qui sont situées respectivement à l'extérieur et à l'intérieur du support tubulaire 22. Dans la construction décrite ci-dessus et représentée sur la figure 1, l'appui annulaire 18 empêche un mouvement latéral, c'est-à-dire généralement un mouvement horizontal, du fait de sa résistance à la compression, mais 10 il permet relativement librement un mouvement vertical par flexion au cisaillement. La charge exercée sur le support anti-vibration est absorbée principalement par la pression du fluide se trouvant dans la chambre 21 et de préférence ladite pression est réglée de telle sorte que, dans des conditions 15 statiques, l'appui annulaire 18 ne soit pas soumis à des charges de compression appliquées verticalement. Dans une seconde réalisation de l'invention, décrite en référence à la figure 2, un support anti-vibration comprend un récipient de fluide 12 pourvu d'une partie extrême inférieure 13 et d'un élément porteur rigide 17. A la différence de la construction de la figure 1, il est prévu dans la construction du mode de réalisation considéré, entre le récipient de fluide 12 et l'élément porteur 17, un appui annulaire élastique 40 comprenant trois couches de 25 caoutchouc qui sont imbriquées avec deux plaques métalliques et qui sont liées à celles-ci, l'ensemble étant disposé de telle sorte que lesdites couches et lesdites plaques soient situées dans des plans horizontaux entre des surfaces correspondantes 41, 42, parallèles et disposées horizontale30 ment, de l'élément porteur 17 et du récipient 12. Un tube porteur 22 s'étend à partir de la partie extrême inférieure 13 du récipient 12 et porte à son extrémité supérieure un anneau de butée 44 de section rectangulaire, qui est vissé sur une surface extérieure du tube 35 22. L'anneau 44 comporte une surface inférieure 45 qui, en service, vient buter contre une surface correspondante 46 d'un élément de butée annulaire 47 associé à l'élément porteur 17, et une surface radialement extérieure 48 qui est placée, en service, en regard d'une surface radialement intérieure 49 de l'élément de butée 47. Les surfaces 45, 46 placées en regard l'une de l'autre empêchent un mouvement relatif excessif de l'élément porteur 17 en l'éloignement par rapport à l'extrémité inférieure 13 du ceindre 12 et les surfaces 48, 49 placées en regard l'une de l'autre empêchent un mouvement latéral relatif excessif. Un mouvement relatif excessif de l'élément 17 en direction de la partie extrême 13 est contrebalancé par l'entrée en contact de la surface extrême distale 50 du tube porteur 22 contre la surface intérieure 51 de l'élément porteur 17. La disposition horizontale des couches annulaires élastiques de la matière élastomère de l'appui 14 est telle que l'appui oppose peu de résistance à un mouvement latéral 15 relatif entre l'élément porteur 17 et le récipient 12. Pour opposer une résistance à un mouvement latéral avant l'entrée en contact des surfaces correspondantes 48, 49 des moyens de butée, il est prévu à l'intérieur du tube porteur 22 un manchon annulaire en caoutchouc 52 qui s'étend entre 20 ledit tube et un montant central 53 porté par l'élément porteur 17. Le montant 53 est pourvu d'un passage de traversée 54 pour faciliter l'écoulement du fluide entre les parties de la chambre 21 qui sont situées respectivement à l'intérieur et à l'extérieur du tube porteur 22. REVENDICATIONS 1. Support anti-vibration comprenant un récipient rigide de fluide (12) pourvu d'un orifice, un élément porteur rigide (17) pour obturer au moins une partie dudit orifice, et un joint d'étanchéité flexible (18, 40) comprenant au moins un élément en matière élastomère qui est agencé de façon à s'étendre entre des surfaces correspondantes (15, 16; 41, 42) du récipient de fluide et de l'élément porteur rigide en formant ainsi une chambre de fluide (21) 10 à l'intérieur du support anti-vibration, caractérisé en ce qu'il comprend additionnellement un moyen d'alimentation en liquide (30, 31) permettant un écoulement de liquide vers et à partir de ladite chambre (21), et un moyen d'alimentation en gaz (29) permettant un écoulement de gaz vers et à partir de ladite chambre (21), lesdits moyens d'alimentation en liquide et en gaz étant indépendants l'un de l'autre de façon que les quantités de liquide et de gaz se trouvant dans la chambre (21) puissent être modifiées indépendamment par écoulement au travers desdits moyens d'alimentation. 2. Support anti-vibration selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces placées l'une en regard de l'autre (15, 16; 41, 42) sont disposées parallèlement entre elles, au moins lorsqu'on les considère dans une section droite du support. 3. Support anti-vibration selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément (19) en matière élastomère au moins prévu est fixé par rapport audit élément porteur (17) et au récipient (12) par liaison. 4. Support anti-vibration selon une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'orientation de l'élément (19) en matière élastomère est telle que des charges appliquées au support dans la direction normale de sollicitation en compression produisent une combinaison de sollicitations en compression et au cisaillement de la 35 matière élastomère. 5. Support anti-vibration selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément (19) en matière élastomère au moins prévu comprend une couche de matière élastomère inclinée par rapport à la direction normale de sollicitation en compression du support. 6. Support anti-vibration selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément (19) en matière élastomère comprend une couche de matière élastomère inclinée d'un angle compris entre 10 degrés et 50 degrés par rapport à ladite direction normale de sollicitation en compression. 7. Support anti-vibration selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément (19) en matière élastomère 10 est incliné d'un angle compris entre 20 degrés et 30 degrés par rapport à ladite direction normale de sollicitation en compression. 8. Support anti-vibration selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu entre 15 lesdites surfaces, placées en regard l'une de l'autre (15, 16; 41, 42) du récipient de fluide (12) et de l'élément porteur rigide (17) un ensemble imbriqué de plusieurs couches de matière élastomère (19) et d'au moins une plaque sensiblement rigide (20). 9. Support anti-vibration selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sûrs de retenue (24, 25) pour empêcher un mouvement relatif incorrect entre le récipient de fluide (12) et l'élément porteur rigide (17). 10. Procédé pour atténuer la transmission de vibrations entre une structure portante (10) et un module d'exploitation (11) dans un environnement opérationnel variable, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer entre ladite structure portante et ledit module d'exploitation une pluralité de 30 supports anti-vibrations conformes à une quelconque des revendications 1 à 9, agencés pour agir en parallèle, et à faire varier sélectivement la quantité d'au moins un des fluides constitués par le liquide et le gaz à l'intérieur de ladite chambre en réponse à une variation de l'environnement 35 opérationnel.