Brevet FR2595129A1 — publié le 19870904

La présente invention est relative à un joint tour- nant pour relier des tuyaux de fluide, On connaît déjà un système de production de pétrole sous-marin qui est ancré en un seul point et qui flotte à la surface de la mer au voisinage d'un champ sous-marin de pétrole ou de gaz. Le système comporte un appareil pour le stockage et le traitement primaire du pétrole ou du gaz naturel qui provient du champ situé au fond de la mer, ainsi qu'un appareil de chargement et de déchargement. Le système comporte aussi une pluralité de pipe-lines pour transporter le pétrole ou le gaz naturel présentant une température élevée et une haute pression à partir d'une pluralité de puits au fond de la mer vers l'appareil de stockage et une pluralité de pipe-lines pour délivrer un fluide à haute pression dans un but de service ou d'injec- tion à partir de l'appareil de traitement vers les puits. Le système flottant à la surface de la mer est amené à tourner autour du dispositif d'ancrage en raison des vagues, du vent et des marées. Par conséquent, un joint tournant est prévu au centre de rotation du système de liaison des pipe-lines. Un joint tournant caractéristique connu dans l'art antérieur est représenté sur les FIGURES 5 et 6. Ce joint comporte une pluralité d'éléments 01. Chaque élément O1 comporte une partie cylindrique tournante 02, une partie cylindrique fixe 03 et un palier de contact par roulement 06 qui supporte la partie tournante 02 de manière rotati- ve sur la partie fixe 03. Le palier 06 peut encaisser les charges radiales et axiales. Les parties tournante 02 et fixe 03 définissent entre elles un passage ou chambre an- nulaire 04pour le fluide. Un élément d'étanchéité 05 est prévu entre les parties tournante 02 et fixe 03. Les deux éléments O1 représentés sur la FIGURE 5 sont reliés par montage l'un sur l'autre. L'élément supérieur O1 présente une entrée de fluide 07 et une sortie de fluide 08 entre lesquelles s'étend le passage de fluide 04. De la même ma- nière, l'élément inférieur O1 présente une entrée de flui- de 07' et une sortie de fluide 08' entre lesquelles s'é- tend le passage de fluide correspondant 04. Ce joint tournant présente les inconvénients sui- vants qui sont dus à l'utilisation des paliers de contact par roulement 06: (1) Les parties tournante 02 et fixe 03 sont chauffées par le fluide chaud s'écoulant dans le passage de fluide 04. Elles se dilatent thermiquement et, par conséquent, leur diamètre augmente. Toutefois, les paliers 06 sont des produits finis réalisés avec précision. Si le jeu entre les pistes augmente du fait de la dilatation thermique, la charge qui agit sur les paliers 06 est concentrée sur quel- ques-uns des rouleaux et provoque leur rupture. (2) Les paliers 06 peuvent supporter seulement les charges radiales et axiales. Ils ne sont pas sensibles au moment de renversement qui est engendré quand une charge horizontale agit sur la partie tournante 02. L'invention a pour but de fournir un joint tournant amélioré pour tuyaux de fluide qui peut absorber toute variation diamétrale des parties fixe et tournante résul- tant de leur dilatation thermique, qui est sensible à tout moment de renversement et qui peut automatiquement mainte- nir les positions relatives des parties tournante et fixe. Ce but est atteint par un joint tournant qui compor- te une pluralité d'éléments dont chacun comprend une par- tie cylindrique fixe, une partie cylindrique tournante en- tourant la partie fixe et supportée de manière tournante sur celle-ci par une paire de paliers de glissement espa- cés verticalement, les parties fixe et tournante définis- sant entre elles un passage annulaire de fluide, une con- duite d'entrée de fluide reliée à une extrémité du passage de fluide et une conduite de sortie de fluide reliée à l'autre extrémité du passage de fluide, la partie tournan- te comportant une pluralité de surfaces marginales incli- nées, chacun des paliers présentant une surface marginale inclinée qui est complémentaire de la surface marginale inclinée associée de la partie tournante et qui coopère avec celle-ci pour aligner l'axe de rotation de la partie tournante avec le centre de la partie fixe, les parties fixe et tournante définissant entre elles un jeu pour ab- sorber toutç variation de position due à une dilatation thermique des parties fixe et tournante l'une par rapport à l'autre. Ce jeu permet une variation diamétrale des parties fixe et tournante résultant de leur dilatation thermique. Les paliers peuvent supporter toute charge horizontale agissant sur la partie tournante et, par conséquent, résis- ter à tout moment de renversement résultant. Les surfaces marginales inclinées des paliers et de la partie tournante permettent l'alignement automatique de la partie tournante avec la partie fixe. On comprendra bien l'invention à la lecture du com- plément de description qui va suivre et en référence aux dessins annexés dans lesquels: FIGURE 1 est une vue latérale en élévation, partiel- lement arrachée, d'un joint tournant établi selon l'inven- tion; FIGURE 2 est une coupe transversale prise suivant la ligne II-II de la FIGURE 1; FIGURE 3 est, à plus grande échelle, une coupe lon- gitudinale d'une partie du joint tournant de la FIGURE 1; FIGURE 4 est, à plus grande échelle encore;une cou- pe longitudinale d'une partie du joint tournant de la FIGU- RE 3; FIGURE 5 est une coupe longitudinale, selon la li- gne V-V de la FIGURE 6, du joint tournant connu précédem- ment décrit; et FIGURE 6 est une coupe transversale prise suivant la ligne VI-VI de la FIGURE 5. Un joint tournant établi conformément à la présente invention est représenté sur les FIGURES 1 à 4. Ce joint comporte quatre éléments a dont chacun comporte une partie cylindrique fixe 1. La partie fixe 1 d'un élément a est reliée par des boulons 14 à la partie fixe 1 d'un autre élé- ment a. Un couvercle supérieur 9 est assujetti à la partie fixe 1 de l'élément a le plus haut. La partie fixe 1 de l'élément a le plus bas est fixée à un socle 8 qui est as- sujetti au corps principal d'un dispositif d'ancrage 17. Chaque élément a comporte également une partie cylindri- que tournante 2. Les parties fixe 1 et tournante 2 de chaque élément a définissent entre elles un passage ou chambre annulaire de fluide 3. Deux éléments 11 de support de joint sont prévus respectivement aux extrémités supé- rieure et inférieure de la partie tournante 2 de chaque élément a. Les deux éléments 11 de support de joint qui sont situés entre deux parties tournantes adjacentes 2 sont reliés l'un à l'autre par des broches 13. Chaque élé- ment 11 de support de joint maintient en position un élé- ment d'étanchéité 5 qui est disposé entre les parties fixe 1 et tournante 2. Un palier de glissement 4 est prévu en- tre les parties fixes 1 de deux éléments adjacents a. Le palier supérieur extrême 4 est disposé entre la partie fi- xe 1 de l'élément 11 le plus haut et le couvercle 9, et le palier 4 situé le plus bas est placé entre l'élément 11 le plus inférieur et le socle 8. Chaque élément 11 de support de joint présente, sur sa périphérie intérieure, une surface marginale inclinée A', A" qui est dirigée vers le palier 4 disposé entre deux éléments a adjacents, ou entre l'élément supérieur a et le couvercle 9, ou encore entre l'élément inférieur a et le socle 8, comme montré sur les FIGURES 3 et 4. Les sur- faces marginales inclinées A' et A" de deux éléments ad- jacents 11 de support de joint sont par conséquent situées au voisinage l'une de l'autre. Chaque palier 4 présente deux surfaces marginales inclinées B' et B" qui sont ver- ticalement espacées l'une de l'autre. La surface margina- le inclinée B' de chaque palier est dirigée vers la sur- face marginale inclinée A' de l'un des éléments 11 de sup- port de joint ou vers une surface similaire formée sur le couvercle 9, cette surface B' étant complémentaire de la surface inclinée de l'élément 11 ou du couvercle 9 avec laquelle elle coopère. La surface marginale inclinée B" de chaque palier 4 est dirigée vers la surface marginale inclinée A" de l'un des éléments 11 de support de joint ou vers une surface similaire formée sur le socle 8, cet- te surface B" étant complémentaire de la surface inclinée A" de l'élément 11 ou du socle 8 avec laquelle elle coopè- re. Le poids de chaque partie tournante 2 est supporté par les surfaces marginales inclinées supérieures B' des pa- liers 4 situés au-dessous. Les paliers 4 sont disposés de manière à définir un jeu radial C entre les parties fixe 1 et tournante 2 de chaque élément a, comme montré sur la FIGURE 4. Pour cela, les paliers 4 font saillie radialement vers l'extérieur par rapport à la partie fixe 1 pour venir buter radialement contre la partie tournante 2. A leur ex- trémité radialement intérieure, les paliers 4 sont en butée radiale au fond d'un logement pratiqué dans les parties fixes 1 et, à leur extrémité radialement extérieure, ils coopèrent avec les parties tournantes2 par leurs surfaces inclinées B', B" coagissant avec les surfaces inclinées com- plémentaires A', A". Chaque passage de fluide 3 présente une entrée de fluide 6 à laquelle est reliée une conduite d'entrée 15, et une sortie de fluide 7 à laquelle est ieliée une condui- te de sortie 16. Si le dispositif d'ancrage sur lequel le joint tour- nant est monté est déplacé par les vagues, le vent ou les marées, une charge horizontale agit sur les parties tour- nantes 2. Cette charge fait déplacer les parties tournantes 2 sur les surfaces marginales inclinées B' des paliers 4 vers les parties fixes 1. Les surfaces marginales inclinées A" des éléments 11 de support de joint qui sont tournées vers le haut viennent toutefois en contact avec les surfa- ces marginales extérieures B" des paliers 4 qui sont tour- nées vers le bas avant que les parties tournantes 2 ne viennent au contact des parties fixes 1. La charge horizon- tale agissant sur les parties tournantes 2 est par consé- quent encaissée par les paliers 4. La dilatation thermique des parties fixes 1 et tournantes 2, qui sont chauffées par le fluide chaud (c'est-àdire par le pétrole ou le gaz naturel provenant d'un champ sous-marin de pétrole ou de gaz et se présentant à haute température et à forte pres- sion) qui traverse les passages de fluide 3 est effecti- vement absorbée par les jeux C, car les parties tournantes 2 sont soulevées par les surfaces marginales inclinées B' des paliers 4. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un mode de réalisation préféré, il est bien entendu que des modifications ou variantes peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Joint tournant pour la liaison de tuyaux de fluide, comportant une pluralité d'éléments(a) placés l'un sur l'autre, caractérisé en ce que chaque élément(a) comporte: une partie cylindrique fixe (1); une partie cylindrique tournante (2) entourant la- dite partie fixe (1) et supportée à rotation sur celle-ci par une paire de paliers de coulissement (4) espacés ver- ticalement, lesdites parties fixe (1) et tournante (2) dé- finissant entre elles un passage annulaire de fluide (3), ledit passage présentant une entrée de fluide (6) et une sortie de fluide (7); ladite partie tournante (2) présentant une paire de surfaces marginales inclinées(A', A"), chacun desdits pa- liers (4) présentant une surface marginale inclinée (B', B") qui est complémentaire de la surface marginale incli- née associée (A',A") de ladite partie tournante (2) et qui coopère avec celle-ci pour aligner l'axe de rotation de ladite partie tournante (2) avec le centre de ladite partie fixe (1), lesdites parties fixe (1) et tournante (2) pré- sentant entre elles un jeu (C) pour absorber toute varia- tion de position due à une dilatation thermique desdites parties (1,2) l'une par rapport à l'autre. 2. Joint tournant selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que ladite partie tournante (2) comporte une paire d'éléments (11) pour maintenir un joint (5) étan- che au fluide entre lesdites parties fixe (1) et tournante (2). 3. Joint tournant selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chacun des paliers (4) fait saillie de ladite partie fixe (1) vers ladite partie tour- nante (2) pour maintenir ledit jeu (C) entre celles-ci.