Brevet FR2849843A1 — publié le 20040716

La présente invention a trait au domaine général des structures d'arrimage de plateformes " off shore ", de type plateformes pétrolières pour l'extraction d'huile, de gaz ou autre. Cette invention concerne plus particulièrement un dispositif tensionneur pour chaîne d'arrimage. Les plateformes " off shore " sont généralement fixées au fond des mers par l'intermédiaire de chaînes d'arrimage, en particulier de grosses chaînes de type sans étais dont le diamètre de fil est compris entre 70 et 170 mm; et ces grosses chaînes sont associées à des moyens qui permettent leur mise en tension, appelés " dispositifs tensionneurs ". Les dispositifs tensionneurs pour ce genre de chaîne sont traditionnellement manoeuvrés par des systèmes de type hydraulique. C'est notamment le cas du dispositif tensionneur décrit dans le document EP-A20 831 053. Ce dispositif comporte des moyens de mise en tension de la chaîne d'arrimage formés d'un bâti qui supporte une structure verticale en demicercle assurant le guidage de la 15 chaîne. La structure en demi-cercle est articulée selon un axe horizontal au niveau de l'une de ses extrémités; son autre extrémité est solidarisée à un système hydraulique qui permet son articulation entre une position haute active et une position basse passive. L'entraînement de la chaîne sur la structure en demi-cercle est obtenu par un linguet 20 en pression sur la surface courbe extérieure de l'un des maillons de la chaîne dont le plan est perpendiculaire à l'axe d'articulation de la structure en demi-cercle. Ce dispositif tensionneur comporte également un dispositif de blocage de la chaîne, constitué de deux linguets en vis-à-vis, articulés selon des axes horizontaux parallèles; ces linguets sont également actionnés par un système hydraulique 25 auxiliaire. Les dispositifs tensionneurs correspondants présentent des cots de maintenance élevés, et ils peuvent être à l'origine de pollution pour l'environnement du fait de la présence d'huile dans les systèmes hydrauliques. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un 30 dispositif tensionneur dans lequel les moyens de mise en tension de la chaîne comprennent un bâti support d'une roue d'entraînement d'axe horizontal, laquelle roue est manoeuvrée en rotation au moyen d'au moins un ensemble moto-réducteur de type électrique, et laquelle roue comporte une pluralité de dents d'un calibre adapté pour permettre leur insertion dans la lumière des maillons de la chaîne d'arrimage dont le 35 plan est parallèle à l'axe central de la roue, en vue d'agripper lesdits maillons et d'assurer la mise en tension de ladite chaîne lors de la rotation de ladite roue. Le dispositif, conforme à l'invention, aboutit à un appareil particulièrement compact et léger, présentant un grand intérêt pour un équipement de plateforme pétrolière. Ce dispositif tensionneur électrique présente également l'avantage d'un faible cot 5 d'installation, et encore d'un faible cot opérationnel en limitant les cots de maintenance; il élimine les risques de pollution en l'absence d'huile. Toujours selon l'invention, le dispositif tensionneur comporte une roue d'entraînement dont les dents présentent un écartement correspondant sensiblement à la longueur d'un maillon de la chaîne d'arrimage. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, la roue d'entraînement comporte des dents dont le profil et l'écartement sont adaptés pour épouser le contour des maillons de la chaîne dont le plan est perpendiculaire à l'axe de rotation de ladite roue. Dans un mode de réalisation particulièrement intéressant, les dents de la roue 15 d'entraînement comportent des méplats latéraux dont la surface est parallèle à l'axe de rotation de ladite roue. Ces méplats forment une face d'appui pour les maillons insérés dans lesdites dents. La roue d'entraînement de la chaîne d'arrimage comporte au moins trois dents régulièrement réparties sur sa périphérie. Dans un mode avantageux de réalisation de l'invention, le dispositif tensionneur comporte une roue d'entraînement associée à une roue coaxiale dont la surface périphérique forme une crémaillère, laquelle crémaillère est actionnée par le ou les ensembles moto-réducteurs. De préférence encore, la roue d'entraînement de la chaîne d'arrimage est 25 manoeuvrée par deux ensembles moto-réducteurs constitués chacun d'un moteur de type électrique associé à un train d'engrenage, lesquels trains d'engrenage sont aménagés sur une ligne sensiblement horizontale, et disposés chacun d'un côté du plan horizontal passant par l'axe de rotation de ladite roue. Encore selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le système 30 tensionneur comporte un dispositif de blocage de la chaîne d'arrimage constitué de deux linguets en vis-à-vis, articulés selon des axes horizontaux parallèles, lesquels linguets comportent chacun un secteur denté permettant leur accouplement l'un à l'autre; l'un de ces deux linguets est actionné par un ensemble moto-réducteur de type électrique, en particulier pour assurer l'ouverture synchronisée desdits linguets. Par " secteurs dentés accouplés l'un à l'autre ", on entend deux secteurs latéraux accouplés directement l'un à l'autre sans éléments intermédiaires, mais aussi deux secteurs accouplés par des éléments intermédiaires, notamment de type engrenages. Dans un mode préféré de réalisation, les deux linguets sont maintenus au repos 5 en position fermée par l'action d'un moyen de rappel élastique. Ces deux linguets sont amenés en position ouverte par l'action de l'ensemble moto-réducteur associé. De préférence encore le dispositif de blocage de la chaîne comporte un capteur de tension assurant un contrôle local et continu de la tension de la chaîne d'arrimage, et permettant en cas de besoin l'actionnement automatique dans un sens ou dans 10 l'autre de la roue d'entraînement. L'invention sera encore détaillée à l'aide de la description suivante et des dessins annexés, relatifs à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face en légère perspective d'un dispositif tensionneur pour 15 chaîne d'arrimage conforme à la présente invention; - la figure 2 représente une vue de face du dispositif tensionneur illustré sur la figure 1 - la figure 3 est une vue de dessus du dispositif tensionneur représenté représenté sur les figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue de côté du dispositif tensionneur représenté sur les figures 1 à 20 3; - la figure 5 est une vue en perspective de la roue d'entraînement de la chaîne d'arrimage associée à une roue de surface périphérique est crénelée, présente dans le dispositif tensionneur des figures 1 à 4; - la figure 6 représente une vue en perspective du dispositif de blocage de la chaîne 25 d'arrimage isolé du bâti du dispositif tensionneur représenté figures 1 à 4, lequel dispositif de blocage est illustré en position fermée; - la figure 7 est une vue en perspective de l'un des linguets du dispositif de blocage représenté figure 6; - la figure 8 est une vue de derrière du dispositif de blocage de la chaîne d'arrimage en 30 position fermée, tel que représenté sur la figure 6; - la figure 9 est une vue de derrière du même dispositif de blocage représenté en position ouverte. Les figures 1 à 4 représentent le dispositif tensionneur selon un mode particulier de réalisation de l'invention, associé à une grosse chaîne d'arrimage 1. Cette chaîne d'arrimage 1 consiste en une succession de maillons oblongs 2, 3 sans étais, imbriqués les uns dans les autres, orientés dans deux plans perpendiculaires, dont le fil présente un diamètre compris de préférence entre 70 et 170 mm. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, la chaîne en question est de 5 type 138 mm NVR4 sans étais, dont la résistance de traction minimale est de 17200 kN. Le dispositif tensionneur consiste en l'association d'un dispositif 4 de mise en tension de la chaîne d'arrimage 1 et d'un dispositif 5 de blocage de ladite chaîne. Le dispositif 4 de mise en tension consiste en une roue 6 d'entraînement de la 10 chaîne 1, associée à un bloc moto-réducteur 7. L'ensemble est porté par un bâti support 8 qui comprend en particulier deux bras verticaux latéraux 9 en vis-à-vis, dont l'extrémité supérieure supporte et assure la manoeuvre en rotation de la roue 6. Cette roue 6 est montée en rotation autour d'un axe horizontal 10 matérialisé par un arbre i1. Pour faciliter la compréhension de la suite de la description, les maillons 2 dont le plan est perpendiculaire à l'axe 10 sont dénommés " maillons verticaux ", et les maillons 3 dont le plan est parallèle à l'axe 10 sont dénommés " maillons horizontaux ". Le bâti 8 présente une structure en acier; il est disposé sur une plaque de 20 fixation intermédiaire non représentée, elle-même soudée au pont de la plateforme. Ce bâti 8 est adapté pour assurer une résistance aux contraintes développées lors de l'opération de mise en tension. La roue 6 d'entraînement de la chaîne d'arrimage 1, figure 5, est associée à une roue co-axiale 12 de diamètre supérieur, et dont la surface périphérique 13 forme 25 une crémaillère à denture droite. Cette roue crénelée 12 est destinée à coopérer avec le bloc moto-réducteur 7. La roue crénelée 12 se trouve entourée sur le bâti 8 dans une structure de capotage 14, figures 1 à 3, assurant la protection de la surface périphérique dentée 13. La roue d'entraînement 6 comprend un orifice central 15, assurant la réception 30 de l'arbre d'articulation 11. Cet orifice 15 est entouré par quatre dents 16 assurant la réception et l'agrippage des maillons horizontaux 3, figures 1 à 4. La distance séparant deux dents 16 assure l'intercalement d'un seul maillon vertical 2, de position intermédiaire entre les maillons horizontaux 3 insérés dans lesdites dents. Sur chaque face de devant et de derrière de la roue 6, sont aménagées quatre structures 17 de forme générale triangulaire, disposées au niveau de chacune des dents 16. Le côté du triangle 17 opposé à l'axe central 10 de la roue 6 forme un méplat 18 dont 5 la surface est parallèle audit axe 10. Ce méplat 18, comme représenté sur les figures 1 et 2, forme une surface d'appui pour les maillons horizontaux 3, insérés dans les dents 16. Chaque méplat 18 forme également une saillie 20 au niveau de l'espace 21 séparant les dents d'agrippement 16. Deux saillies 20 en vis-à-vis de deux méplats 18, 10 sur la face de devant et de derrière d'une dent 16, forment une gorge 22, permettant d'enserrer une des deux portions d'extrémités courbes d'un maillon vertical 2. Deux gorges 22 en vis-à-vis, au niveau de chaque extrémité de l'espace séparant deux dents d'agrippement 16, permettent d'enserrer les deux portions d'extrémités courbes opposées d'un maillon vertical 2. Les maillons verticaux 2 qui précèdent et suivent directement le maillon horizontal 3 inséré sur une dent 16, sont alors maintenus dans un plan vertical par les gorges 22, ce qui contribue au maintien et à l'agrippage de la chaîne d'arrimage 1 sur la roue d'entraînement 6. En outre, les faces de côtés 24 des dents 16 sont conformées pour épouser au 20 mieux la forme des maillons verticaux 2. Dans ce mode de réalisation, les gorges 22 et la forme courbe des côtés 24 des dents 16 coopèrent pour assurer une surface de contact maximale avec les maillons verticaux 2. Cette structure de la roue d'entraînement 6 assure, de manière particulièrement 25 avantageuse, une surface de contact maximale à la fois avec les maillons horizontaux 3, et avec les maillons verticaux 2; cette caractéristique limite les tensions locales sur la chaîne 1, lesquelles tensions pourraient être à l'origine de déformations ou de risques de rupture des maillons 2, 3. Le bloc moto-réducteur 7 comporte deux ensembles moto-réducteurs 30 indépendants, disposés chacun d'un côté du plan horizontal passant par l'axe d'articulation 10 de la roue d'entraînement 6. Cette disposition de chaque ensemble moto-réducteur assure une répartition optimale des forces sur la roue crénelée 12. Chaque ensemble moto-réducteur consiste en un moteur électrique 25, 25' 35 associé respectivement à un train d'engrenage 26, 27, 28, 29 et 26', 27', 28', 29'. Chaque moteur 25, 25' est disposé dans un carter 30, 30' qui se trouve en saillie du bâti 8, sur une même face latérale de ce bâti 8, à savoir du côté de la roue d'entraînement 6. Cette disposition concourt à un encombrement minimal du dispositif tensionneur. Chaque moteur 25, 25' est associé à un train d'engrenage 26, 27, 28, 29 et 26', 27', 28', 29', figures 2 et 3, formé d'un ensemble de roues et de pignons de type parallèles; les axes de rotation des engrenages se trouvent sur un plan sensiblement horizontal, figure 2. Dans ce mode particulier de réalisation de l'invention, les trains d'engrenages 26, 27, 10 28, 29 et 26', 27', 28', 29', figure 3, comportent un ensemble de quatre pignons; les pignons d'extrémités 29 et 29' constituent les pignons d'attaque sur la crémaillère 13 de la surface périphérique de la roue crénelée 12. Ces ensembles moto-réducteurs peuvent assurer un coefficient de réduction de l'ordre de 2000. Les ensembles moto-réducteurs 26, 27, 28, 29 et 26', 27', 28', 29' manoeuvrent la roue crénelée 12, ce qui permet la rotation de la roue d'entraînement 6 dans un sens déterminé en vue d'assurer la mise en tension ou le détensionnement de la chaîne 1. Comme représenté sur la figure 2, la mise en tension de la chaîne 1 est obtenue par la mise en rotation de la roue d'entraînement 6 dans un sens inverse des 20 aiguilles d'une montre,. En pratique, la vitesse de rotation de la roue d'entraînement 6 dans le sens de mise en tension peut être de l'ordre de 3 m/mn ou 1,5 m/mn, pour une force respective de 1800 kN ou 2000 kN. La vitesse assurant une diminution de la mise en tension de la chaîne d'arrimage peut 25 être également de l'ordre de 3 m/mn ou 5 m/mn pour des forces de 1800 kN et 2000 kN. De préférence, les moteurs 25, 25' comportent des systèmes de sécurité consistant en des dispositifs freins à disque. Lors du démarrage, le frein est relâché seulement lorsque le couple du moteur atteint 30 un niveau déterminé suffisant, lequel couple est détecté par une platine de contrôle. Lors du ralentissement du moteur, le frein n'est enclenché que lorsque la vitesse du moteur est en deçà d'un niveau déterminé, ledit moteur étant ralenti par un système adapté de type électrique. Le dispositif de blocage 5 de la chaîne 1, détaillé sur les figures 6 à 8, est 35 solidaire du bâti 8 et se trouve disposé sous la roue d'entraînement 6, du côté bloc moto-réducteur 7. Ce dispositif 5 consiste en l'association de deux linguets 32 en vis-àvis, articulés selon des axes horizontaux parallèles 33. Les linguets 32, figure 7, présentent une forme générale triangulaire, dont la base présente un orifice transversal 34 assurant la réception de l'arbre d'articulation 33. Le sommet supérieur 35 présente deux prolongements latéraux, aboutissant à une forme générale parallélépipédique. La partie centrale dudit parallélépipède 35 présente une encoche semi circulaire 36, et les prolongements latéraux présentent chacun sur un de leurs côtés une petite encoche courbe 37. En outre, chaque linguet 32, figures 6, 8 et 9, est associé à un secteur latéral denté 38, juxtaposé à l'axe d'articulation 33, formant un quartier de cercle dont la bordure périphérique courbe présente une denture droite. Ce secteur denté latéral 38 est luimême couplé à un pignon 39 présent à l'extrémité d'une pièce intermédiaire 40; l'autre extrémité de ladite pièce 40 étant munie d'une roue dentée 41. Les deux roues 15 dentées 41 de chaque pièce intermédiaire 40 sont accouplées l'une avec l'autre. L'une des deux roues dentées 41 est manoeuvrée par un ensemble moto-réducteur 42. Les linguets 32 sont manoeuvrés par l'ensemble moto-réducteur 42 entre, d'une part, une position fermée, figures 6 et 8, les extrémités desdits linguets 32 venant se positionner sous la partie courbe d'un maillon vertical 2, et d'autre part, une position 20 ouverte, figure 9, o les extrémités desdits linguets 32 libèrent les maillons de la chaîne d'arrimage 1. Tel que représenté sur les figures 6 et 8, les linguets 32 en position fermée enserrent les maillons 2 et 3 de la chaîne d'arrimage 1: l'encoche centrale 36 est destinée à recevoir la partie courbe inférieure d'un maillon horizontal 3; les encoches 25 latérales 37 sont destinées à s'appuyer sur la partie linéaire extérieure du maillon vertical 2 immédiatement inférieur. Les linguets 32 sont maintenus en position fermée par l'action d'un moyen de rappel élastique 44 constitué d'un ressort de compression 45 entourant une tige verticale 46; le ressort de compression 45 est enserré entre, d'une part, un élément 47 30 en forme de couvercle solidaire de la partie supérieure de la tige 46, et d'autre part, la surface supérieure d'une équerre 48, laquelle équerre 48 permet la solidarisation de la tige 46 sur le bâti 8, et assure une articulation en translation verticale de ladite tige 46. L'extrémité inférieure de la tige 46 est articulée selon un axe horizontal 49 sur la surface extérieure de la base de l'un des linguets 32, à proximité de son axe de 35 rotation 33. Dans cette position fermée, la tige 46 est en position haute et le ressort 45 est en position repos. Pour passer en position ouverte, figure 9, les linguets 32 sont actionnés par l'ensemble moto-réducteur 42; le mouvement synchronisé des deux linguets est 5 obtenu grâce aux secteurs dentés 38 et au couplage des deux pièces intermédiaires 40. La tige 46 du moyen de rappel élastique 44 est entraînée vers le bas par la rotation du linguet 32 associé; ce mouvement vertical de la tige 46 provoque une compression du ressort 45 entre l'élément de couvercle 47 et la surface horizontale de 10 l'équerre 48. Dans cette configuration ouverte, le ressort 45 compressé assure une force tendant à ramener les linguets 32 en position fermée, le moteur permettant le maintien en position ouverte. Avantageusement, le dispositif comporte un capteur de tension, non représenté sur les figures, permettant un contrôle local et continu de la tension de la chaîne 15 d'arrimage. En pratique, les dispositifs tensionneurs de la plateforme sont disposés de préférence par groupes de quatre à chaque angle de la plateforme " off shore ". Les dispositifs tensionneurs peuvent être manoeuvrés par un système de contrôle consistant en une console locale, installée près de chaque groupe de 20 dispositifs tensionneurs. Ces systèmes fonctionnent en coopération avec des cabines de connexion électriques, disposées en site étanche. De manière classique, ces dispositifs tensionneurs sont installés en association avec des dispositifs de type chaumard ou écubier, assurant une orientation déterminée des lignes d'amarrage. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif tensionneur pour une chaîne de type sans étais dont le diamètre de fil est compris entre 70 et 170 mm, assurant notamment l'arrimage d'une plateforme " off shore " de type plateforme pétrolière pour l'extraction d'huile ou de gaz, lequel 5 dispositif tensionneur comprend un dispositif (4) de mise en tension de la chaîne d'arrimage, associé à un dispositif (5) de blocage de ladite chaîne, caractérisé en ce que le dispositif de mise en tension (4) comporte un bâti (8) support d'une roue d'entraînement (6) d'axe horizontal (10), laquelle roue est manoeuvrée en rotation au moyen d'au moins un ensemble moto-réducteur électrique (25, 26, 27, 28, 10 29; 25', 26', 27', 28', 29'), et comporte une pluralité de dents (16) d'un calibre adapté pour permettre leur insertion dans la lumière des maillons (3) de ladite chaîne (1) dont le plan est parallèle à l'axe (10) de la roue (6), en vue d'agripper lesdits maillons (3) et d'assurer la mise en tension de ladite chaîne (1) lors de la rotation de ladite roue (6). 2.- Dispositif tensionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 15 comporte une roue d'entraînement (6) dont les dents (16) présentent un écartement correspondant à la longueur d'un maillon (2, 3) de la chaîne d'arrimage (1). 3.- Dispositif tensionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la roue d'entraînement (6) comporte des dents (16) dont le profil et l'écartement sont adaptés pour épouser le contour des maillons (2) de la chaîne (1) dont le plan est 20 perpendiculaire à l'axe de rotation (10) de ladite roue (6). 4.- Dispositif tensionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une roue d'entraînement (6) dont les dents (16) comportent des méplats latéraux (18) dont la surface est parallèle à l'axe de rotation (10) de ladite roue (6), constituant une face d'appui pour supporter les maillons (3) 25 insérés dans lesdites dents (16). 5.- Dispositif tensionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la roue (6) d'entraînement de la chaîne d'arrimage (1) comporte au moins trois dents (16) régulièrement réparties sur sa périphérie. 6.- Dispositif tensionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 30 caractérisé en ce qu'il comporte une roue d'entraînement (6) associée à une roue coaxiale (12) dont la surface périphérique (13) forme une crémaillère, laquelle crémaillère est actionnée par le ou les ensembles moto-réducteurs (25, 26, 27, 28, 29; 25', 26', 27', 28', 29'). 7.- Dispositif tensionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 35 caractérisé en ce que la roue d'entraînement (6) de la chaîne d'arrimage (1) est manoeuvrée par deux moteurs (25, 25') de type électrique associés chacun à un train d'engrenage (26, 27, 28, 29; 26', 27', 28', 29'), lesdits trains d'engrenage étant chacun aménagés sur une ligne sensiblement horizontale, et étant disposés chacun d'un côté du plan horizontal passant par l'axe (10) de rotation de ladite roue (6). 8.- Dispositif tensionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 5 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (5) de blocage de la chaîne (1) constitué de deux linguets (32) en vis-à-vis, articulés selon des axes horizontaux parallèles (33), lesquels linguets (32) comportent chacun un secteur denté (38), lesquels secteurs dentés (38) sont accouplés l'un avec l'autre, l'un des deux linguets (32) étant actionné par un ensemble moto-réducteur (42) en particulier pour assurer l'ouverture 10 synchronisée desdits linguets (32). 9.- Dispositif tensionneur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux linguets (32) au repos sont maintenus en position fermée, par l'action d'un moyen de rappel élastique (44), la position ouverte étant obtenue par l'action de l'ensemble moto-réducteur (42). 10.- Dispositif tensionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif (5) de blocage de la chaîne (1) comporte un capteur de tension assurant un contrôle local et continu de la tension de la chaîne d'arrimage.