Brevet FR2914290A1 — publié le 20081003

La présente invention concerne un perfectionnement aux bobines de grand diamètre adaptées pour la réception notamment de tubes flexibles ou de câbles ombilicaux. De manière classique, les bobines de grand diamètre peuvent être utilisées pour la fabrication, le stockage, le transport et/ou la pose de tubes flexibles ou de câbles ombilicaux roulés, par exemple pour des applications off-shore, ou autres. Les longueurs de tubes ou câbles enroulés sur le fût de telles bobines peuvent atteindre dans certains cas plusieurs dizaines de mètres, et les poids supportés peuvent être de l'ordre de plusieurs centaines de tonnes. Pour cela, les bobines de ce genre sont constituées d'un élément de fût cylindrique dont le diamètre peut être de l'ordre de 2 à 9 m, bordé au niveau de ses deux côtés par des roues latérales co-axiales dont le diamètre peut être compris entre 5et15m. Les roues latérales sont généralement constituées d'une pluralité de rayons bordés par une jante extérieure. Les rayons de ces roues s'étendent à partir de moyeux centraux adaptés pour permettre la prise en charge de la bobine par une installation support appropriée, avec son axe central horizontal ; les moyeux en question comportent des organes internes en saillie qui permettent l'entraînement en rotation, dans un sens ou dans l'autre, par des moyens moteurs équipant l'installation support dans le but d'enrouler ou de dérouler le tube ou câble associé. Un inconvénient de ce type de bobine de grand diamètre réside dans le volume important qu'elle occupe inutilement à vide , c'est-à-dire lorsqu'elle ne porte pas de câble ou de tube. C'est principalement le cas lors du transport de la bobine depuis son site de montage jusqu'à l'usine de fabrication des tubes flexibles ou des câbles ombilicaux, mais aussi lors du retour des bobines du site de déroulage jusqu'à l'usine de fabrication de ces tubes ou câbles, en vue d'une nouvelle utilisation. Pour remédier cet inconvénient la demanderesse a développé une nouvelle bobine de ce genre ayant une structure démontable. Conformément à l'invention, le fût cylindrique de la bobine est associé aux moyeux centraux pour constituer ensemble une structure monobloc mécano-soudée, et les roues sont quant à elles solidarisées avec cette structure fût/moyeux par le biais de moyens de solidarisation amovibles de type boulonnage. La structure particulière de la bobine, avec les moyeux incorporés au fût, d'une part, et avec les roues, d'autre part, permet d'obtenir un ensemble qui se monte et se démonte très facilement, mais qui reste néanmoins très robuste une fois monté, pour remplir efficacement sa fonction de support de tubes ou câbles. En outre, les roues démontées, n'incorporant plus le moyeu, sont aisément transportables et éventuellement sécables en plusieurs tronçons. La présentation des bobines sous une forme démontée (c'est-à-dire la structure fût/moyeux, d'un côté, et les roues, de l'autre) permet une réduction significative de leur encombrement, avec les gains d'espace de transport qui en découlent. Il est ainsi possible de les stocker dans des endroits jusqu'alors impossibles comme par exemple la cale d'un bateau. Selon une forme de réalisation préférée, les moyeux centraux de la bobine se présentent avantageusement sous la forme de couronnes, coaxiales au fût associé et agencées en saillie de chaque côté de ce fût. Les deux moyeux ont alors une surface périphérique cylindrique contre laquelle vient reposer la bordure centrale circulaire des roues, après solidarisation ; lesquelles roues s'étendent alors dans le plan ou sensiblement dans le plan passant par le moyeu associé. Dans ce cas, la bordure centrale circulaire des roues est avantageusement formée par l'extrémité centrale libre de ses rayons. Ces roues sont alors avantageusement fixées sur le côté en regard du fût cylindrique au moyen de boulons, et l'extrémité centrale libre des rayons de roues est solidarisée avec la surface périphérique du moyeu associé par l'intermédiaire d'un organe interposé formant cale, ladite cale comportant une surface externe, orientée en direction desdits rayons, qui présente une pente inclinée vers l'axe central de ladite bobine, cela de l'extérieur vers l'intérieur. Cette fixation particulière des roues avec l'ensemble fût/moyeux a l'intérêt de simplifier les opérations de montage et de démontage de la bobine, tout en conférant aux roues convenablement montées une bonne cohésion au sein de la bobine. De manière intéressante, les rayons de roues sont reliés deux à deux par une plaque de renfort, lesquelles plaques sont solidarisées par boulonnage avec la bordure en regard du fût. Ces plaques de renfort sont en outre avantageusement munies d'une pluralité d'orifices adaptés pour permettre la fixation des roues sur différents diamètres de fûts. Selon une particularité supplémentaire, les moyeux sont chacun solidarisés avec le fût cylindrique par l'intermédiaire d'une plaque métallique en forme de couronne, dite couronne de liaison ; et une pluralité de goussets de maintien, régulièrement répartis, s'étendent entre la surface interne de la couronne de liaison et la face interne du côté juxtaposé du fût. Encore selon une autre particularité, les roues ont une structure permettant leur division en plusieurs tronçons (avantageusement assemblés par des moyens de solidarisation amovibles du type boulonnage) composés chacun de plusieurs rayons terminés par une portion de la jante périphérique, lesdits tronçons présentant chacun une forme générale de section de couronne. Dans ce cas, les roues sont avantageusement formées chacune par l'assemblage de deux à quatre tronçons rayons/portion de jante. Selon une autre caractéristique distinctive de l'invention, la structure monobloc fût/moyeu se compose d'au moins deux modules constitués chacun d'une portion cylindrique du fût et d'une portion cylindrique du moyeu associé, lesdits modules portion de fût/portion de moyeu étant solidarisés deux à deux par le biais de moyens de solidarisation amovibles de type boulonnage. L'invention va maintenant être illustrée, sans être aucunement limitée, par la description suivante d'une forme de réalisation particulière, donnée uniquement à titre d'exemple, et représentée sur les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale, en perspective, d'une bobine de grand diamètre conforme à l'invention ; - la figure 2 montre la bobine de la figure 1 vue selon un plan de coupe longitudinale axiale ; - la figure 3 montre la bobine des figures 1 et 2, dont les roues sont démontées de la structure mécano-soudée fût/moyeu ; -la figure 4 est une vue agrandie d'une partie de la roue de la figure 1, montrant la fixation d'une plaque de liaison avec le fût de bobine, et les moyens de liaison de l'extrémité centrale des rayons de roues avec la structure mécano-soudée fût/moyeu ; - la figure 5 est une vue en coupe de la figure 4 montrant, de manière schématique, la structure des moyens de liaison entre l'extrémité centrale des rayons et la structure mécano-soudée fût/moyeu. La bobine de grand diamètre 1, représentée sur les figures 1 et 2, est constituée d'un fût cylindrique 2 d'axe central 3, bordé de chaque côté par une roue latérale à rayons 4. Cette bobine 1 est entièrement réalisée par un assemblage de tôles, de plaques et de profilés métalliques, en particulier en acier. Les épaisseurs et les caractéristiques dimensionnelles des différents éléments constitutifs de cette bobine sont déterminées en fonction de la taille que l'on souhaite obtenir et des caractéristiques de résistance désirées. Par exemple, le fût 2 de la bobine 1 peut avoir un diamètre compris entre 5 m et 6,5 m, et une longueur de l'ordre de 5 m ; les deux roues latérales 4 peuvent avoir une épaisseur de l'ordre de 20 cm et un diamètre compris entre 8,5 m et 11,5 m. Les deux roues latérales 4 sont identiques, et elles sont formées chacune de plusieurs rayons 5 s'étendant jusqu'à une jante périphérique 6. Les rayons 5 de chacune des roues 4 s'étendent à partir d'un moyeu central 7, en forme générale de couronne coaxiale au fût 2, et ils passent dans le plan ou sensiblement dans le plan passant par le moyeu associé 7. Dans le mode de réalisation illustré, le moyeu 7 a un diamètre intérieur de l'ordre de 2,5 m ; les rayons 5, au nombre de 18 par roue, ont une longueur comprise entre 2,8 m et 4 m ; la hauteur de la jante 6 est voisine de 40 cm. Conformément à l'invention, comme on peut le voir en particulier sur la figure 3, le fût cylindrique 2 porte les moyeux centraux 7, et ils constituent ensemble une structure monobloc mécano-soudée 10. Les roues 4 sont solidarisées avec cette structure monobloc fût/moyeux 10 par le biais de moyens de solidarisation amovibles (détaillés par la suite), de manière à autoriser leur séparation. Le fût 2 se compose ici d'une virole cylindrique 2a, en tôle métallique, sur la face interne de laquelle sont soudés des anneaux de renfort coaxiaux 2b reliés par des barres de renfort longitudinales 2c (figure 2). Les moyeux centraux 7, en forme de couronne, sont agencés en saillie de chacun des côtés 11 du fût 2. Ils ont chacun une section rectangulaire, avec deux surfaces cylindriques, l'une centrale 7a et l'autre périphérique 7b, et avec deux surfaces annulaires, l'une interne 7c et l'autre externe 7d. La surface centrale 7a des moyeux 7 comporte quatre éléments en saillie 12 (appelés tocs ), régulièrement répartis, qui sont destinés à coopérer avec des moyens complémentaires d'une installation de réception, pour assurer l'entraînement en rotation de l'ensemble de la bobine 1 autour de son axe 3, notamment pour l'enroulement ou le déroulement du tube ou du câble réceptionné (non représenté sur les figures). La bordure libre des surfaces cylindriques 7a, 7b des moyeux 7 est solidarisée par soudage avec une plaque métallique annulaire 13, en forme de couronne, servant d'élément de liaison avec le fût 2 associé (ces plaques de liaison 13 définissent les côtés 11 du fût 2). Chaque plaque annulaire 13 comporte une bordure centrale dont le diamètre correspond à celui de la surface cylindrique centrale 7a du moyeu 7 associé, et une bordure périphérique dont le diamètre correspond à celui du fût 2. Chacune des plaques 13 a une forme générale composée de deux parties circulaires, l'une centrale 13a sur laquelle est soudé l'un des moyeux 7 (formant ainsi sa surface annulaire interne 7c) et l'autre périphérique 13b située du côté de la virole du fût 2, qui sont reliées par une pluralité de rayons 13p (en regard de chacun desquels va venir se placer l'un des rayons 5 de la roue 4). Un ensemble de goussets de maintien 14 sont prévus pour solidariser de manière inamovible, par exemple par soudage, d'une part, la surface interne de la couronne de liaison 13 et, d'autre part, la face interne du côté juxtaposé 11 du fût 2. Ces goussets 14, placés en biais, sont régulièrement répartis sur toute la circonférence du fût 2, derrière chacun des rayons 13c de la couronne de liaison 13. Par ailleurs, les roues 4, destinées à être montées de manière amovible sur la structure monobloc fût/moyeu 10 (figure 3), comportent chacune une pluralité de rayons 5 dont l'extrémité centrale 5a est libre ; ces extrémités centrales 5a délimitent ensemble une sorte de bordure centrale circulaire, destinée à coopérer avec la surface cylindrique (lisse) périphérique 7b complémentaire de l'un des moyeux 7. Les rayons 5 de ces roues 4 sont reliés deux à deux par des plaques de rigidification 15 situées du côté de leur extrémité centrale 5a. Sur la figure 4, on peut voir que ces plaques de renfort 15 consistent chacune en une tôle découpée et pliée, ayant une forme générale trapézoïdale dont les bordures transversales (correspondant à la petite base et à la grande base) présentent des plis de rigidification qui s'étendent à l'équerre vers l'extérieur. Chacune des plaques 15 est munie d'une pluralité d'orifices 16 répartis sur son pourtour (en particulier du côté de sa bordure centrale et du côté de ses deux bordures latérales). Ces plaques rapportées 15 font office de bride et elles servent pour la fixation amovible de la roue 4 avec l'un des côtés 11 du fût cylindrique 2, et en particulier avec la couronne de liaison 13 associée, faisant également office de bride, qui est munie d'une pluralité d'orifices complémentaires 17 au niveau de sa partie circulaire périphérique 13b (visibles sur la figure 3). La solidarisation correspondante s'effectue au moyen de boulons 18. De manière générale, en pratique, la répartition particulière des perçages 16 sur les plaques de renfort 15 permet une adaptation des roues 4 sur des fûts 2 de diamètres différents (par exemple, ces fûts ont des diamètres standard de 4,4 m, 5 m ou 5,4 m). Cette universalité permet une gestion plus aisée des fabrications et également une gestion simplifiée des parcs de bobines (avec la possibilité de passer d'un diamètre de roue à un autre, ou d'un diamètre de fût à un autre). Les rayons 5 des roues 4 sont encore reliés par le biais de plaques ou tôles de remplissage 19, rapportées du côté de la jante 6. Ces tôles de remplissage 19 sont aménagées dans la continuité du plan des plaques de renfort 15. Elles ont une forme générale trapézoïdale, et elles comportent des bordures transversales (correspondant à la petite base et la grande base) présentant des plis de rigidification qui s'étendent à l'équerre, vers l'extérieur. Pour réaliser la fixation amovible des roues 4 sur le fût 2, outre le boulonnage 18 des plaques de renfort 15 sur les couronnes de liaison 13, l'extrémité centrale libre 5a des rayons 5 est solidarisée avec la surface périphérique cylindrique 7b du moyeu 7 associé par l'intermédiaire d'un organe interposé formant cale 20 (figures 4 et 5). Cette cale 20 consiste en une pièce métallique comprenant un corps d'appui 20a, de forme générale parallélépipédique, muni d'une surface inférieure 20a' et d'une surface supérieure 20a". La surface inférieure 20a' est destinée à venir en appui contre la surface périphérique lisse 7b du moyeu 7. Pour cela, cette surface 20a' est lisse, et elle présente une légère courbure complémentaire à celle de la surface périphérique 7b des moyeux 7. La surface supérieure 20a" présente quant à elle une face en pente qui est inclinée vers l'axe central 3 de la bobine cela de l'extérieur vers l'intérieur (une fois associée au moyeu 7). Cette surface supérieure 20a" est destinée à recevoir, en appui, l'extrémité libre 5a d'un rayon 5 qui lui est complémentaire (figure 5). La cale 20 est encore munie de deux éléments monoblocs latéraux 20b, conformés pour permettre leur fixation par boulonnage 21 sur la couronne de liaison 13 équipant les côtés 11 de fût 2 (et en particulier sur l'un de ses rayons 13p, du côté de la partie circulaire centrale 13a). Sur la figure 4, on remarque encore que les cales 20 comportent des prolongements latéraux 22 servant d'organes de calage pour les extrémités 5a des rayons 5 réceptionnés. Cette liaison par cale pentue 20 empêche les rayons 5 - de se soulever dans l'axe du fût 2, - de se déplacer dans le plan de la roue 4 et - de se déplacer vers l'axe du fût 2 (pas de poinçonnage). De plus, les boulons 21 de fixation des cales 20 ne peuvent travailler qu'en élongation (et non en cisaillement), ce qui est un avantage majeur sur le plan mécanique. En outre, le principe des cales 20 avec une surface supérieure 20a" en pente permet de récupérer les défauts dimensionnels inhérents à la fabrication des bobines 1. En pratique, la structure monobloc fût/moyeux 10 et les roues 4 sont fabriquées indépendamment les unes des autres. Sur le site de montage, les roues 4 sont assemblées. Les roues assemblées 4 sont centrées par un embrèvement sur la surface périphérique 71) des moyeux 7, et elles sont ensuite fixées sur la structure fût/moyeux 10, cela au niveau de leurs plaques de renfort 13 avec le côté en regard 11 du fût 2, au moyen des boulons 18. Les cales 20 sont enfin positionnées entre l'extrémité libre 5a des rayons 5 et la surface cylindrique 7b en regard, puis elles sont serrées sur la plaque de renfort 13 au moyen des boulons 21. La bobine assemblée peut ensuite recevoir les câbles ou tuyaux à transporter. En fonction des besoins, par exemple pour le transport, les opérateurs peuvent démonter les roues 4 par rapport à la structure fût/moyeux 10. II suffit pour cela d'enlever les différents boulons de fixation 18, 21, puis de séparer les roues 4 par rapport à la structure fût/moyeu 10. De manière intéressante, les roues 4 dissociées peuvent éventuellement être séparées en plusieurs tronçons, par exemple de deux à quatre, composés chacun de plusieurs rayons 5 terminés par une portion de jante périphérique 6 (du type représenté sur la figure 3) ; ces tronçons présentent chacun une forrne générale de section de couronne. La solidarisation entre les différents tronçons de roues est par exemple réalisée par boulonnage. De manière générale, la structure fût/moyeux 10 peut également se composer de plusieurs modules constitués chacun d'une portion cylindrique du fût 2 et d'une portion cylindrique des moyeux associés 7 (du type représenté également sur la figure 3). Les différents modules sont alors solidarisés deux à deux par boulonnage. A titre indicatif, une fois montée une bobine d'une longueur de 5,9 m, dont le fût a un diamètre de 5 m et dont les roues ont un diamètre de l'ordre de 13,6 m, présente un encombrement de 436 m3. Si sa structure est démontable conformément à la présente invention, une fois démontée, cette bobine n'occupera plus qu'un volume de l'ordre de 180 m3 environ, soit une économie de place de l'ordre de 58 %. L'économie d'encombrement est encore plus significative pour des bobines de plus grand diamètre ; par exemple pour une bobine de 9,6 m, l'économie en place approche les 66 % par rapport à une bobine classique non démontable. Cette économie de place est encore améliorée lorsque les roues démontées sont séparées en tronçons pour être empilées. REVENDICATIONS - 1.- Bobine de grand diamètre pour la réception notamment d'un tube flexible ou d'un câble ombilical, laquelle bobine (1) est constituée d'un fût cylindrique (2) bordé de chaque côté (11) par une roue latérale (4) formée de plusieurs rayons (5) associés à une jante périphérique (6), lesquels rayons (5) de chacune desdites roues (4) s'étendent à partir d'un moyeu central (7) qui est conformé pour coopérer en particulier avec un système enroulage/déroulage, caractérisée en ce que ledit fût cylindrique (2) est associé auxdits moyeux centraux (7) pour constituer ensemble une structure monobloc mécano-soudée (10), et en ce que lesdites roues (4) sont solidarisées avec ladite structure monobloc fût/moyeux (10) par le biais de moyens de solidarisation amovibles de type boulonnage. 2.- Bobine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyeux centraux (7) se présentent chacun sous la forme d'une couronne coaxiale au fût associé (2) et agencée en saillie de l'un des côtés (11) dudit fût (2), lesquels moyeux (7) ont une surface périphérique cylindrique (7b) contre laquelle vient reposer la bordure centrale circulaire des roues (4), après solidarisation, lesquelles roues (4) s'étendent alors dans le plan ou sensiblement dans le plan passant par le moyeu associé (7). 3.- Bobine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la bordure centrale circulaire des roues (4) est formée par l'extrémité centrale libre (5a) de ses rayons (5). 4.- Bobine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les roues (4) sont fixées sur le côté en regard (11) du fût cylindrique associé (2) au moyen de boulons (18), et en ce que l'extrémité centrale libre (5a) des rayons de roues (5) est solidarisée avec la surface périphérique (7b) du moyeu associé (7) par l'intermédiaire d'un organe interposé (20) formant cale, ladite cale (20) comportant une surface externe (20e), orientée en direction desdits rayons (5), qui présente une pente inclinée vers l'axe central (3) de ladite bobine (1), cela de l'extérieur vers l'intérieur. 5.- Bobine selon la revendication 4, caractérisée en ce que les rayons de roue (5) sont reliés deux à deux par une plaque de renfort (15), lesquelles plaques (15) sont solidarisées par boulonnage avec la bordure en regard (11) du fût (2). 6.- Bobine selon la revendication 5, caractérisée en ce que les plaques de renfort (15) sont munies d'une pluralité d'orifices (16) adaptés pour permettre la fixation des roues (4) sur différents diamètres de fût (2). 7.- Bobine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyeux (7) sont solidarisés avec le fût cylindrique (2) par l'intermédiaire d'une plaque métallique (13) en forme de couronne, dite couronne de liaison , unepluralité de goussets de maintien (14), régulièrement répartis, s'étendant entre la surface interne de ladite couronne de liaison (13) et la face interne du côté juxtaposé (11) du fût (2). 8.- Bobine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les roues (4) ont une structure permettant leur division en plusieurs tronçons composés chacun de plusieurs rayons (5) terminés par une portion de la jante périphérique (6), lesdits tronçons présentant chacun une forme générale de section de couronne. 9.- Bobine selon la revendication 8, caractérisée en ce que les roues (4) sont formées chacune par l'assemblage de deux à quatre tronçons rayons (5)/portion de jante (6). 10.- Bobine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la structure monobloc fût/moyeux (10) se compose d'au moins deux modules constitués chacun d'une portion cylindrique du fût (2) et d'une portion cylindrique des moyeux associés (7), lesdits modules portion de fût/portions de moyeux étant solidarisés deux à deux par le biais de moyens de solidarisation amovibles de type boulonnage.