Brevet FR2677732A1 — publié le 19921218

VANNE DE SECOURS A INTRODUCTION LATERALE secteur concerné: Industries pétrolières, toutes industries faisant appel à des tuyauteries pour la circulation de fluides. But de l'invention: L invention concerne une vanne de secours destinée à être montée rapidement sur un conduit sous pression, pour permettre de procéder à des réparations d'urgence ou pour couper le flux sur une installation sinistrée. La mise en place peut être faite dans des conditions extrêmes, en un point quelconque d'un circuit sous charge. Le montage s'effectue en présence d'un débit et d'une pression de gaz, de liquide, de produit pulvérulent voire granuleux. La vanne est introduite par un perçage latéral du conduit. Elle est constituée d'un axe cylindrique muni d'une lumière dans laquelle un système moteur enroule un ruban qui forme un disque rigide de diamètre croissant. Lorsque le disque a un diamètre égal à celui du conduit, on a ainsi constitué à l'intérieur du conduit une vanne papillon extrêmement robuste.Cette vanne permet le contrôle de la circulation du fluide soit par déroulement du ruban, soit par rotation du corps de la vanne. Cet appareil permet de réaliser l'obturation dans des cas difficiles d'écoulement de liquide ou de gaz lorsqu'il y a impossibilité de procéder par les moyens habituels. La conception de cette vanne et sa mise en oeuvre très simple autorisent une mise en place à distance par déport de la commande mécanique ou par télécommande. Etat de la technique: Pour les écoulements accidentels de puits de pétrole on utilise des procédés lourds (boues) qui sont d'une mise en oeuvre très longue. Dans d'autres cas on peut par écrasement du conduit réaliser une obturation lorsque la pression interne est faible ce qui est le cas pour les produits granuleux et pulvérulents, ou pour des produits stériles en technique médicale, clamps sur les artères, et les alimentations des dispositifs des goutte à goutte. Ce type d'obturation existe également sur les produits très explosifs tels que la nitroglycérine. Cependant aucun des procédés ne résout rapidement et simplement les problèmes graves des écoulements accidentels de produits chimiques inflammables et dangereux tel le pétrole et ses dérivés. Le dispositif décrit dans le brevet 91 03750 du 22 mars 1991 permet l'arrêt du flux et la réparation d'une installation sinistrée, cependant la mise en place du ruban nécessite une présence humaine à proximité immédiate du conduit et une certaine habileté de l'opérateur. Par ailleurs les fuites résiduelles demandent une intervention supplémentaire pour obtenir une bonne étanchéité. La présente invention remédie à ces inconvénients. Description de l'invention: La figure 1 représente le corps de la vanne avec son galet, le système d'entraînement est masqué dans la lumière. La figure 2 représente la vanne en fin du bobinage du ruban sur le galet, le système moteur d'entraînement est en position nominale. En référence aux figures 1 et 2 le dispositif est constitué d'un corps cylindrique (1) évidé par une lumière (2) ayant une longueur de l'ordre du diamètre du conduit à obstruer et une largeur prévue pour laisser le passage à un ruban (10). Cette lumière est munie d'un axe de rotation (3) et d'un galet (9) entraîné en rotation par un système moteur (4). Le ruban (10) est fixé au galet (9) de façon à pouvoir être bobiné sur celuici. Cet ensemble est introduit dans le conduit à obstruer par un trou percé approximativement perpendiculairement à l'axe de ce conduit. Le système moteur (4) actionné depuis l'extérieur du conduit, entraîne le galet (9) qui enroule le ruban (10) qui va constituer un disque (5) de diamètre progressivement croissant. Cet ensemble permet de construire une vanne à papillon expansible utilisée pour contrôler l'écoulement du flux dans le conduit.Il est à souligner que le papillon ainsi constitué est extrêmement rigide et robuste. Le galet (9) est dimensionné pour ne pas gêner le montage de l'ensemble corps, galet, dans le trou d'insertion. Le ruban (10) est préalablement fixé sur le galet (9) par une agrafe ou tout autre dispositif, et est prêt à être bobiné. Le ruban (10) nécessaire à la construction du papillon est placé dans un dévidoir situé à l'extérieur du conduit, il chemine par un passage (6) aménagé dans le corps (1) et débouche dans la lumière principale (2). Ce passage permet un guidage du ruban (10) et il facilite la mise en place de l'ensemble du dispositif. Ce ruban (10) ne gêne pas lors du montage, le corps et le ruban étant insérés simultanément par le même orifice. Cela permet un montage rapide de la vanne de secours en un point quelconque du conduit sans devoir couper celui-ci. Le montage s'effectue en passant le corps (1) et le ruban (10) par le même orifice. La partie avant (8) du corps (1) est usinée: soit pour faciliter le montage dans le conduit a obstruer, soit pour recevoir un outil de perçage. La figure 3 montre une coupe de la partie arrière du corps (1). On distingue: l'emplacement des passages de câble (7), la position des rubans (10) et (21), les arrondis à la sortie des rubans. La figure 4 est une vue de dessus de la même partie. la fonction du ruban secondaire (21) est précisée plus loin.La sortie du ruban dans la lumière se fait sur une surface arrondie, cela évite d'écrouir le ruban en cours de bobinage et permet un meilleur glissement sur la paroi. la réalisation mécanique de ce passage peut être obtenue par fraisage d'une partie du corps (1). Ce fraisage est rebouché par une pièce (26) usinée et soudée sur la partie évidée; cette pièce sera mise en place de façon à laisser un passage (6) pour les rubans (10) et (21). L'ensemble constitué sera tourné pour avoir une bonne finition au niveau des soudures. L'élément bobiné peut être constitué d'une ou plusieurs couches collées entre elles, la couche principale qui assure la rigidité doit avoir de bonnes caractéristiques mécaniques par exemple un ruban d'acier.Une variante de la réalisation peut être un ruban principal en acier sur lequel on a déposé une mince couche d'une matière nettement plus malléable pour parfaire l'étanchéité entre les couches (Téflon (NARQUE DEPOSEE) par exemple). Le mouvement de rotation du galet (9) destiné à entraîner le ruban se fait au moyen d'un système à cliquet logé dans le galet lui même. Le système oreillettes moteur (4) est initialement positionné dans la lumière (2) pour permettre le passage de l'ensemble dans l'orifice de montage. Il est commandé à distance par deux câbles (11) fixés sur les oreillettes placées latéralement au ruban. les câbles (11) circulent dans le corps cylindrique (1) par deux petits trous (7) destinés à cet effet. La traction alternative des câbles (11) entraîne le système à cliquet qui fait tourner le corps (9). Ce système de motorisation est choisi pour sa facilité de réalisation et son faible encombrement. Un dispositif d'inversion de sens du cliquet permet de dérouler le ruban (10), par traction sur celui ci. Cette opération permet le démontage de tout le dispositif. De plus elle peut permettre de régler le débit du fluide par réduction de la section du disque (5). La figure 12 représente la rondelle de commande d'inversion de sens. La figure 13 représente l'intérieur du corps (9).La pièce (56) est solidaire des oreillettes (4) et entraîne le corps (9) par l'intermédiaire du verrou (58) qui est cranté sur la partie touchant le corps (9) lui même cranté sur sa partie interne. (principe des clefs à cliquet qui appartient au domaine public). L'entraînement de (9) se produit pour un seul sens de rotation de (56), ce sens est fixé par la position du verrou (58). Ce verrou, le ressort (57), la rondelle (50) et les tétons (51) (55) constituent un ensemble à deux positions stables. Le passage d'une position stable à l'autre se fait par rotation de la rondelle (50) solidaire des tétons (51) (55). Dans le dispositif la rondelle est libre sur une partie de la rotation (53). Les rotations dans les partie (52) et (54) correspondent chacune à une inversion de sens par changement de position de l'état stable des pièces (50) (51) (55) (57) (58). en d'autres termes lorsque le mouvement de (56) se fait dans la portion d'angle (53) il y a rotation de (9) dans un sens , si on passe dans la portion d'angle (52) il y a changement de sens. pour retrouver le sens initial il faudra atteindre la portion d'angle (54). la limitation des rotations de la rondelle (50) dans portions d'angle (53) se fait par butée du téton (55) sur les extrémités d'une encoche prévue dans le corps (1) et décrivant un arc (53). D'autres systèmes d'entraînement sont possible, par exemple un petit moteur hydraulique logé dans le corps (9) et alimenté par deux conduits logés sur les bords de la lumière, ou autre passage choisi de façon à ne pas fragiliser le corps (1).Le système d'entraînement par moteur hydraulique permet un fort couple de bobinage sous un volume moteur très réduit. Ce type de moteur autorise une inversion de sens aisée par simple inversion de la commande, il permet donc de supprimer les éléments d'inversion du sens de rotation représentés sur les figure 12 et 13. D'autres systèmes moteurs connus peuvent convenir à condition de pouvoir être logés dans un faible volume: système avec vis sans fin, entraînement par poulie latérale etc. Un freinage de la bobine (5) et du ruban (10) est prévu dans le cas d'une motorisation par cliquet. Ce freinage permet d'assurer un bobinage serré et par conséquent une bonne rigidité de l'ensemble. Dans le cas d'une réalisation avec un moteur hydraulique on peut obtenir un bobinage serré par traction directe sur le ruban (10). La figure 5 représente diverses possibilités de réalisation du ruban de freinage. On note que la partie externe du ruban (21) peut recevoir un joint (23) en contact avec le conduit ceci pour parfaire l'étanchéité de la vanne. La figure 6 représente le corps de la vanne et le système de freinage prêts à être insérés dans le conduit à obstruer (30).La figure 7 représente le corps de la vanne et le système de freinage en fin de bobinage. Le système de frein est réalisé par le ruban (21) fixé en une de ses extrémités (24) sur le corps (1) et faisant le tour du galet d'enroulement (9) en recouvrant le ruban (10). L'autre extrémité du ruban de freinage reste en traction. Une des façons de réaliser cette traction peut être un ressort (22) sur lequel est fixé le ruban (21) et dans lequel passe librement le ruban (10). Le ruban (21) permet de maintenir le bobinage immobile en rotation dans la phase de retour du cliquet. L'enroulement peut être réalisé dans différentes positions de l'axe (1). Soit en plaçant la lumière de cet axe dans le sens de l'écoulement, soit en plaçant la lumière sensiblement perpendiculaire à l'écoulement, soit dans une position intermédiaire. La position de la lumière est repérée sur une extrémité de l'axe (1). Chaque position de cette lumière présente des particularités lors du bobinage du ruban. La lumière dans le sens de l'écoulement permet un bobinage avec des efforts moindres mais elle demande en fin de bobinage une rotation du corps de la vanne pour réaliser la fermeture. Le bobinage avec la lumière perpendiculaire à l'écoulement permet de réaliser une bonne étanchéité par serrage de la bobine sur les parois du conduit mais le couple à fournir pour réaliser les derniers tours peut être important si la pression du fluide est élevée.On peut prévoir du jeu dans l'emplacement du téton de centrage (3), cela permet, en cas d'un perçage initial mal centré, un recentrage automatique du disque (5) sur l'axe longitudinal du conduit à fermer . Les extrémités du corps principal peuvent être munies de bagues et joints ou autre systèmes d'étanchéité pour éviter les fuites au niveau des points de contact entre le corps (1) et les parois du conduit. les figures (8) et (9) montrent une des réalisations possibles pour effectuer cette étanchéité. Les extrémités du corps (1) sont filetées pour recevoir des écrous (31) de serrage qui viennent serrer des joints (32) sur la paroi du conduit (30). Les fuites dues à la lumière permettant le passage du ruban et les passages de câbles peuvent être colmatées, en fin de montage, par un système de bouchon (33) vissé en bout d'axe après sectionnement des rubans. Un système de mesure du diamètre du disque (5) est réalisé par une mesure précise de la longueur du ruban de freinage. On peut, soit étalonner ce système de mesure par un montage du dispositif en laboratoire sur un conduit identique au conduit à obstruer, soit calculer les positions des graduations et repérer le ruban. D'autres systèmes de mesure peuvent convenir (compte-tour , longueur de ruban déroulé, etc). Variantes de la réalisation: La longueur de l'axe (1) peut être calculée de façon à ne pas exiger un trou traversant le conduit. Ceci permet de réaliser une vanne par un perçage borgne. Cette variante peut convenir pour des pressions moyennes à condition de placer à l'extérieur du conduit un guidage du corps (1) pour maintenir celui-ci approximativement perpendiculaire à l'axe du conduit. Autre variante : la lumière (2) peut être décentrée de l'axe du corps (1) pour permettre une répartition différente des efforts sur cet axe ou pour permettre le passage d'éléments de contrôle ou de commande,. Ceci impose un sens de montage du corps (1), le disque (5) ne devant pas coincer ces éléments du fait de la pression du fluide qui s'exerce sur ce disque. La figure 10 montre une autre variante permettant le montage à distance. Le corps (1) peut être très long ou pourvu de rallonges (41). Des éléments standard du tube (41) permettent d'allonger l'ensemble de façon à manipuler loin du conduit et assurer ainsi la sécurité des personnes. L'outil ainsi constitué est introduit dans un fourreau (42) qui permet le centrage de l'ensemble par un système de centrage (43). Ce système (43) permet de positionner le fourreau afin de percer le conduit suivant son diamètre. Il peut être constitué d'une pièce formée pour épouser le conduit ou de tout autre type de système de fixation et centrage connu. Ceci permet un montage à distance de la vanne sur le conduit. Dans ce fourreau peut circuler un fluide réfrigérant (eau par exemple).Ce fluide est injecté sous pression coté opérateur, il circule dans le jeu prévu entre les tubes (41) et (42). l'extrémité de (42) est une section droite, il y a donc des fuites entre le fourreau (42) et le conduit (30), ces fuites permettent l'évacuation du fluide réfrigérant. La mise en place du dispositif dans ce fourreau réfrigéré permet le montage de l'ensemble au sein d'un incendie. Le corps cylindrique (1) peut être de grande longueur ou muni d'une ou plusieurs rallonges (41). Ces rallonges peuvent être de simples tubes dans lesquels passent les éléments de commande (11) et le ruban (10). L'extrémité (8) de l'axe (1) peut est usinée pour permettre la fixation de l'outil de perçage du conduit.Ceci permet un centrage du corps (1) et une introduction immédiate du corps de la vanne dans le conduit (30) sans changement des outillages. dans ce cas il faut prévoir un outil de perçage appelé 'outil cloche' afin de percer à basse vitesse car l'ensemble corps, rallonges, rubans tournent en même temps que l'outil de perçage. Un disque de stockage du ruban se trouve à l'autre extrémité de l'outil, pendant l'opération d'obturation le diamètre du disque interne au conduit va accroître et le disque de stockage se vide et inversement lorsqu'il y a rembobinage, ceci permet de connaître la dimension du disque interne. Les câbles actionnant la rotation du galet (9) seront avantageusement remplacés par des tiges rigides dans la section droite. Il est facile de les assembler par vis et écrous. La figure 11 représente la vanne à l'intérieur du conduit. Avantages du dispositif: - La mise en place du dispositif est simple et rapide permettant un arrêt d'urgence d'un circuit en un point quelconque du conduit, section droite ou coudée. - Le dispositif permet la maîtrise d'un incendie sur un puits sinistré par coupure du carburant. Il peut être monté au sein même de l'incendie en le plaçant dans un fourreau refroidi. - Il permet la remise en service rapide des installations car il n'y a pas de détérioration du conduit, le rembobinage du ruban (10) ou la rotation de la vanne permettant de rétablir l'écoulement. - Le dispositif est démontable de façon simple (inverse du montage). Le dispositif fonctionne avec tous les types de fluide, liquides, gazeux, pulvérulents, granuleux - Le dispositif permet une obstruction progressive du conduit évitant ainsi les coups de bélier. - Le dispositif est très robuste et maniable. - Le montage du dispositif peut se faire sous charge. - La mise en oeuvre est très simple. 5 Application industrielle: Ce dispositif est particulièrement indiqué pour une intervention d'urgence, suite à un problème imprévu. Par exemple, il permet la maîtrise du flux et une remise en route rapide, dans un environnement hostile, d'une installation pétrolière sinistrée. Il permet l'isolation rapide d'une partie de circuit ainsi que la mise en service de dérivations par piquage. Une intervention sur la partie isolée peut être faite sans exiger un arrêt des installations. Il permet de placer des points d'arrêt sur des plate-forme pétrolières en mer; Il peut être monté en milieu sous marin sur des pipes ou autre installations. Revendications: 1) Appareil destiné à diminuer ou à arrêter l'écoulement d'un fluide dans un conduit, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (1) évidé par une lumière ayant une longueur de l'ordre du diamètre du conduit et une largeur prévue pour laisser le passage à un ruban (10), cette lumière est munie d'un axe de rotation (3) et d'un galet (9) entraîné par un système moteur (4) , sur ce galet vient s'enrouler le ruban (10) qui va constituer un disque (5) très rigide et expansible de diamètre progressivement croissant permettant de contrôler l'écoulement du flux dans le conduit. 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est mis en place par un trou percé approximativement perpendiculairement à l'axe d'un conduit (30) et permettant le montage rapide de la vanne de secours en un point quelconque du conduit sans couper celui-ci. 3) Appareil selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'amenée du ruban (10) se fait à l'intérieur de la lumière par un passage (6) aménagé dans le corps même permettant le montage de l'appareil et le passage du ruban par le même orifice. 4) Appareil selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le corps (1) muni d'un ensemble de joints, écrous, permettant d'obturer les fuites aux points de contact de ce corps avec le conduit (30). 5) Appareil suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par un corps cylindrique (1) de grande longueur ou muni d'une rallonge (41) permettant de le manipuler à distance du conduit. 6) Appareil suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par un corps cylindrique (1) comportant en son extrémité un élément (8) capable de percer et permettant une introduction du corps de la vanne dans le conduit sans changer d'outillage. 7) Appareil suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par la mise en place du dispositif à travers un fourreau (42) comportant un système de centrage (43) et de fixation permettant le montage a distance sur le conduit (30). 8) Appareil suivant la revendication 7 caractérisé par un liquide de refroidissement circulant dans le fourreau (42) permettant le montage de l'ensemble au sein d'un incendie.