Brevet FR2658215A1 — publié le 19910816

La présente invention concerne les plateformes marines dites autoélévatrices, et en particulier un perfectionnement aux mecanismes de manoeuvre de ces plateformes. Elle concerne également un procédé de gestion de l'ensemble des mécanismes de manoeuvre et une installation pour la mise en oeuvre dudit procede. Les plateformes marines sont genéralement utilisées pour les opérations de forage en mer. Elles sont pourvues d'une pluralité de jambes de soutenement qui sont immergees sur un lieu choisi et qui prennent appui sur le fond pour maintenir la plateforme au-dessus du niveau de la mer. Les differentes manoeuvres sont réalisées au moyen d'une pluralite de mecanismes elevateurs qui permettent de régler et de maintenir la plateforme sur ses jambes. Ces mécanismes elevateurs consistent en un reducteur, entraîné par des moyens moteurs à double sens de rotation pour communiquer a la plateforme et/ou aux jambes, les mouvements requis. Le motoreducteur est généralement solidaire de la structure de la plateforme par l'intermédiaire d'un bâti. Ces mécanismes élévateurs comportent un pignon de sortie qui engrène sur une cremaillère associee aux jambes de soutenement. Sur chaque jambe, on trouve genéralement deux cremailleres opposées et qui sont associées a plusieurs mecanismes élévateurs. Le pignon de sortie du motoréducteur et en particulier sa denture, reçoit les charges provenant de la plateforme ou des jambes, par l'intermédiaire de la crémaillère correspondante. Ces pignons travaillent fréquemment en limite d'élasticité ; les variations importantes d'efforts peuvent conduire a une rupture de la denture. Ces variations d'efforts peuvent provenir de contraintes excessives de frottement ou du dérobage des jambes lors des manoeuvres. La présente invention a pour but de réduire les risques de casse des dentures des pignons de sortie des mécanismes élévateurs par une surveillance des efforts qui s'exercent sur ces pignons. L'invention a également pour but d'améliorer les processus de manoeuvre de plateformes marines et notamment de réduire le temps nécessaire a ces manoeuvres. L'invention a encore pour but d'améliorer la précision des opérations de pesée de la plateforme en réduisant de façon notable le pourcentage d'incertitude. L'invention a encore pour but, d'une maniere générale, d'améliorer de façon considérable, la sécurité de toutes les manoeuvres de la plateforme. L'invention a pour objet un perfectionnement aux mécanismes de manoeuvre, qui permet de connaître a tout moment la charge appliquée a chacun des pignons de sortie des mecanismes elevateurs de la plateforme. Selon l'invention, le mécanisme de manoeuvre comporte des moyens de mesure du couple qui est supporté par le pignon de sortie, ces moyens sont disposés directement sur ce pignon de sortie, associés a des moyens de transmission de la valeur de ce couple. Selon une disposition préférentielle de l'invention, le pignon de sortie du mecanisme élévateur est du type arbre c'est-a-dire qu'il est constitué d'un fourreau susceptible de torsion entre ses deux extrémités dont l'une, l'extremite aval, est constituée par le pignon de sortie proprement dit, et dont l'autre, l'extremite amont, est reliee au motoreducteur. Toujours selon l'invention, les moyens de mesure du couple et en particulier de la torsion du fourreau, sont constitues : - d'une barre traversant le fourreau, cette barre est ancree a son extremite amont sur le fourreau et guidee par des moyens appropriés solidaires de ce fourreau, a son extrémité aval ; - d'un levier solidaire de l'extrémité libre de ladite barre ; - d'un capteur de déplacement linéaire interposé entre le fourreau et ledit levier. L'invention concerne également un procédé de gestion des mécanismes de manoeuvre des plateformes marines, lors des opérations de préparation de manoeuvres, de pesée de la plateforme et/ou de levage. Ce procédé consiste : - a collecter les mesures de couple provenant des différents mécanismes de manoeuvre ; - a établir la moyenne des couples relevés pour l'appliquer ensuite aux différents mécanismes ; - a actionner les différents mécanismes pour donner au pignon de sortie correspondant la valeur du couple moyen précédemment déterminé. L'invention concerne également l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de gestion des différents mécanismes de manoeuvre. Cette installation comporte : - une unité centrale de collecte des mesures de couple-effectuées aupres des méncanismes élévateurs ; - un calculateur permettant d'etablir directement une valeur moyenne du couple et, éventuellement, le poids de la plateforme ; - des moyens de commande automatique des différents mécanismes élévateurs pour leur appliquer la valeur du couple moyen pre-établi. L'invention sera encore illustrée par la description suivante en relation avec les dessins annexes, donnés a titre indicatif, et dans lesquels - la figure 1 représente en élévation, une plateforme selon l'invention en position normale de travail et, en traits mixtes fins, en position flottante - la figure 2 est une vue de dessus de la plateforme représentée figure 1 - la figure 3 représente les moyens de manoeuvre de la plateforme, en vue de dessus - la figure 4 représente un pignon de sortie de mécanismes élévateurs selon l'invention - la figure 5 représente en vue de face, le systeme de mesure du couple, installé en bout du pignon de sortie - la figure 6 représente le détail du systeme de guidage d'un élément du systeme de mesure. On a représenté, figure 1, une plateforme 1 supportée par des piles ou jambes 2 en forme de tubes cylindriques ou ovales, au nombre de trois. En position normale de travail, pour des travaux de forage, la plateforme 1 se situe au-dessus du niveau de la mer ; les jambes sont enfoncées dans le sol marin, stabilisant la plateforme. On a représenté, en traits mixtes fins, la plateforme flottant sur l'eau. En effet, ce type de plateforme est amené sur le lieu de forage, tiré par un ou plusieurs remorqueurs, les jambes sont alors en position totalement rétractée. Les jambes sont ensuite manoeuvrées par des mécanismes moteurs détaillés plus loin ; elles sont guidées dans des bâtis 3 solidaires de la plateforme 1. On a represente, figure 2, en vue de dessus, une plateforme de type triangulaire, comportant trois jambes 2 guidées dans les bâtis 3. La figure 3 fait apparaître deux mécanismes élévateurs 4 disposés dans le bati 3. On peut trouver, dans un même bâti 3, plusieurs mécanismes 4 superposés. Les mécanismes elevateurs 4 sont constitués d'un moteur 5 et d'un motoréducteur 6 a l'extrémité duquel on trouve le pignon de sortie 7. Chaque pignon de sortie 7 engrene avec une crémaillere 8 solidaire de la jambe 2. On remarque, figure 3, que la jambe 2 comporte deux crémailleres 8 opposées l'une par rapport a l'autre. On a représenté, figure 4, le pignon de sortie 7 du mécanisme élévateur 4. Ce pignon 7 se présente sous la forme d'un arbre creux ou fourreau 9 allongé dont une des extrémités comporte la denture 10 qui engrene avec la cremaillere 8 et dont l'autre extrémité comporte des moyens de liaison, non représentés, avec le réducteur. Le fourreau 9 comporte une cavite interne 11 qui, dans l'exemple de la figure 4, debouche aux deux extrémités. Cette cavité interne renferme un arbre 12 en forme de barre cylindrique dont l'extrémité 12a est immobilisée sur ltextremité amont 9a du fourreau, au moyen d'une bride 13. L'extrémité 12b de la barre 12 est guidée en rotation au moyen de roulements 14 par exemple. Les roulements 14 sont supportés par ltextrémité aval 9b du fourreau 9. Au-del de ces roulements 14, la barre comporte un levier 15 qui s'étend radialement sur une longueur correspondant sensiblement aux deux tiers du rayon du fourreau 9. La barre 12 est centrée sur l'axe longitudinal du pignon 7. Sa longueur, dans l'exemple de la figure 4, est sensiblement supérieure a celle du fourreau 9. On a représenté figures 5 et 6, le support de la barre 12. Ce support est constitué d'un couple de roulements 14 qui forment un "Vé" de soutenement. Les deux roulements 14 sont fixés au moyen de platines 16 sur l'extrémité 9b du fourreau 9. Les points de contact sont décales angulairement, sur la circonference de la barre 12, d'un angle de l'ordre de 90g. La barre 12 est appliquee avec une certaine force dans ce "Vé", par une prédéformation initiale. Avant montage, la barre 12 est précontrainte, légèrement cambrée. Ce montage présente l'avantage de pouvoir supporter un déplacement axial de la barre en cas de dilatation notamment. Il présente surtout l'avantage de supprimer les frottements parasites de la barre, susceptibles d'entraver son mouvement de rotation. La précision de la mesure est nettement améliorée par une absence totale de jeu dans le guidage de la barre 12. Par ailleurs, l'équilibrage de la barre est important pour éviter une torsion cyclique pendant la rotation du pignon. Le levier 15 se prolonge radialement de part et d'autre de la barre pour réaliser un équilibre. On remarque, figure 5, que le levier 15 est monté par pincement a ltextrémite 12b de la barre 12. On trouve, a llune des extrémités du levier 15, des moyens qui permettent de mesurer son déplacement par rapport au fourreau 9. Ces moyens sont constitués d'un capteur 17 de mesure de déplacement linéaire. Ce capteur 17 peut etre du type a couplage inductif. Il est solidaire, de préférence de façon réglable, de l'extrémité 9b du fourreau 9. La symétrie du levier 15 permet éventuellement, comme représenté en traits mixtes fins, l'installation d'un second capteur 17' disposé lui aussi sur l'extrémité 9b du fourreau 9. Ce second capteur 17' permet d'améliorer considérablement la précision de la mesure. En effet, on s'affranchit des variations de la source qui est commune aux deux capteurs et surtout, on s'affranchit de tous les mouvements du levier autres que la torsion. Les capteurs 17 et 17' sont relies a un amplificateur differentiel 18. On remarque, figure 4, que le capteur 17 ou l'amplificateur differentiel 18 en cas de montage de deux capteurs 17 et 17', est relie a un collecteur rotatif 19 qui permet de transmettre les donnees dudit capteur vers des moyens de traitement 20 qui collectent l'ensemble des donnees provenant des différents mécanismes élévateurs 4 de la plateforme. Le collecteur 19 est monté sur un chapeau 21 de protection, qui est lui-même fixé sur la face 9b du fourreau 9. Le fonctionnement de ce dispositif de mesure du couple est le suivant. Lorsque des efforts s'exercent sur le pignon de sortie 7, le fourreau 9 de par sa longueur, qui correspond sensiblement a quatre fois son diametre, est le siege d'une torsion entre ses deux extrémités et en particulier entre la denture 10 et son extrémité amont 9a. La barre 12 qui est fixée au niveau de l'extrémité 9a et qui est libre au niveau de l'extrémité 9b, transmet, grâce a son levier 15, la variation angulaire entre les extrémités 9a et 9b. Cette variation angulaire est mesurée sous la forme d'un déplacement linéaire, au moyen du ou des capteurs 17, 17' qui est soumis a l'action du levier 15. Les informations obtenues grâce au capteur 17 et/ou 17', concernant le couple qui s'applique a la denture 10 de chacun des pignons de sortie 7 des mécanismes réducteurs 4, peuvent être centralisées et permettre une gestion des efforts qui s'exercent au niveau de chacun des pignons. On peut ainsi, par des calculs simples, établir une moyenne des efforts qui s'appliquent aux différents pignons et répartir cette valeur moyenne sur chacun des pignons. Cette valeur du couple, sur chacun des mécanismes 4, permet également de déterminer le poids de la plateforme avec une plus grande précision et avec un risque d'erreur inférieur a 5 %. L'installation de gestion de l'ensemble de ces mécanismes comporte une unité centrale de collecte des différentes mesures de couple ; elle comporte également un calculateur qui permet d'établir une valeur moyenne des couples relevés au niveau de l'ensemble des mécanismes élévateurs 4 et qui permet également, éventuellement, la détermination du poids de la plateforme. Elle comporte encore des moyens de commande automatique des différents mécanismes élévateurs 4 de façon a appliquer a chaque pignon de sortie 7 une charge pré-établie correspondant a la charge moyenne de répartition sur l'ensemble de ces mécanismes. Les signes de référence insérés apres les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernieres et n'en limitent aucunement la portée. - REVENDICATIONS 1.- Mécanisme de manoeuvre de plateformes marines montees sur jambes, du type comportant un pignon de sortie (7) en prise avec une crémaillere (8) solidaire de ladite jambe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure du couple qui est supporté par ledit pignon de sortie (7), ces moyens étant disposés directement sur ce pignon (7), et en ce qu'il comporte des moyens de transmission de la valeur de ce couple. 2.- Mécanisme de manoeuvre de plateformes marines selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un pignon de sortie (7) arbre se présentant sous la forme d'un fourreau (9) susceptible de torsion entre ses deux extrémités (9a et 9b) dont l'une, l'extrémité aval (9b), est munie de la denture (10) dudit pignon et dont l'autre extrémité, l'extrémité amont (9a), est reliée au reste du mécanisme. 3.- Mécanisme de manoeuvre de plateformes marines selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la torsion du fourreau (9), constitués : - d'une barre (12) traversant ledit fourreau, ancrée a son extrémité amont (12a) sur l'extremite (9a) du fourreau et guidée, en rotation, a son extrémité aval (12b) dans le fourreau ; - d'un levier radial (15) solidaire de l'extrémité libre (12b) de ladite barre (12) ; - d'un capteur (17) de déplacement linéaire, interposé entre le fourreau (9) et le levier (15). 4.- Mécanisme de manoeuvre de plateformes marines selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une barre (12) guidée a son extrémité (12b) par un couple de roulements (14) disposés en "Vé" sur la face aval (9b) du fourreau (9). 5.- Mécanisme de manoeuvre de plateformes marines selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une barre (12) précontrainte, légèrement cambrée, pour s'appliquer avec une certaine force sur le couple de roulement (14) disposé sur la face (9b) du fourreau (9). 6.- Mécanisme de manoeuvre de plateformes marines selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, interposé entre le levier (15) et le fourreau (9), un capteur (17) du type a couplage inductif. 7.- Mécanisme de manoeuvre de plateformes marines selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte interposés entre le levier (15) et le fourreau (9), deux capteurs (17, 17'), du type a couplage inductif, reliés a un amplificateur différentiel (18). 8.- Mécanisme de manoeuvre de plateformes marines selon l'une quelconque des revendications 5, 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur rotatif (19) monté en bout du pignon de sortie, pour la transmission des données provenant du ou des capteurs (17, 17'). 9.- Procede de gestion des mecanismes de manoeuvre de plateformes marines selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caracterisé en ce qu'il consiste, lors des opérations de préparation de manoeuvres, de levage ou de pesee de la plateforme : - a collecter les données constituées par les mesures de couple au niveau de chaque pignon (7) desdits mécanismes de manoeuvre (4) ; - a établir la valeur moyenne du couple a appliquer aux différents mécanismes ; - a actionner automatiquement les différents mécanismes de manoeuvre, pour donner au pignon de sortie (7), une charge correspondant a la valeur du couple moyen établi. 10.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé de gestion des mécanismes de manoeuvre de plateformes marines selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte - une unité centrale de collecte des mesures de couple ; - un calculateur permettant d'établir une valeur moyenne du couple et, éventuellement, le poids de la plateforme ; - des moyens de commande automatique des différents mécanismes moteurs.