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RESERVOIR DE LIQUIDE A TOIT FLOTTANT.
La présente invention concerne les toits flottants pour réservoirs d'emmagasinage de liquide.
Elle a trait particulièrement à un toit flottant à plancher uni- que lesté au centre avec un drainage central des eaux pluviales.
Le plancher d'un tel toit à tendance à prendre une forme incli- née en descendant vers l'intérieur, sous l'action du poids central, mais con- vexe à la partie supérieure par suite de la pression du liquide agissant vers le haut . Les lignes radiales du profil du plancher ont tendance à être rela- tivement plates dans les parties extérieures du plancher qui sont relativement lourdes ; il en résulte que l'écoulement des eaux pluviales pose un problème dans ces parties extérieures. La présente invention fournit un moyen simple, effi- cace et peu coûteux pour résoudre ce problème.
D'autre part, on a constaté que ce moyen permet de donner à la courbe radiale de profil une forme générale plus plate et de réaliser ainsi un toit complet encore moins coûteux. la présente invention réalise un toit flottant à plancher uni- que, lesté au centre et sensiblement flexible, avec des canaux de drainage disposés en contre-bas et descendant vers l'intérieur, ces canaux étant sépa- rés par des parties plus élevées du plancher et pouvant effectuer le drainage dans une direction quelconque intérieure ou latérale.
Ces canaux sont légèrement plus rigides que les parties plus élevées du pont sensiblement flexible et chargé en son centre ; est réali- sé de préférence en fixant des nervures¯légères et peu coûteuses sur le pont d'une manière qui sera expliquée en détail un peu plus loin.
Sur le dessin : la figure 1 est une élévation coupée d'un dispositif conforme à l'invention; la figure 2 est une vue partielle en plan de ce dispositif, la figure 3 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne 3-3 de la figure 2, les dimensions verticales étant exagérées par rapport aux
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dimensions horizontales ; la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3; les figures 5 et 6 sont des vues analogues à la figure 3, mais représentent des modes de réalisation légèrement différents du précédent; les figures 7 et 8 sont des vues respectivement analogues aux figures 2 et 3, mais représentent une autre variante.
Si l'on considère les figs. 1 à 4, on voit que le toit flottant S repose sur le produit liquide P emmagasiné dans le réservoir T. Ce toit monte ou s'abaisse en même temps que la surface du liquide, suivant qu'on in- troduit du liquide dans le réservoir ou qu'on en retire. Il est légèrement plus petit que la section du réservoir,et laisse ainsi autour de lui un espa- ce annulaire étroit A. Un mécanisme d'étanchéité S recouvre et fermer cet es- pace annulaire. Ce mécanisme est suffisamment élastique pour s'adapter aux irrégularités locales inévitablesde l'espace annulaire, tout en étantcepen- dant suffisamment solide pour résister à la friction le long des parois du ré- servoir, friction imposée par les mouvements de montée et de descente du toit flottant.
Le toit flottant F est constitué par une membrane flexible de plancher M, consistant généralement en une plaque d'acier d'une épaisseur de 4,8 mm, qui repose sur le produit liquide P, et par un rebord R fixé sur la membrane de plancher et faisant saillie vers le haut de manière à former une sorte de plat susceptible de flotter. Ce plat comporte un moyen central de drainage D, ainsi qu'un lest central W, grâce auquel le drainage central peut s'effectuer. Des canaux peuvent traverser la masse centrale W pour permettre le drainage dans la partie centrale du toit. La membrane de plancher M appa- raît de profil sous la forme d'une ligne droite sur la fig. 1, bien qu'elle soit en réalité incurvée comme on le verra un peu plus loin.
D'autres détails de la construction et de la courbure du plan- cher sont représentés sur la fig. 3. Comme on le voit sur cette figure, dif- férentes parties de la membrane M présentent des courbures différentes Ml, M2.
Quelques- unes au moins de ces parties, comme on le voit en M2, servent de ca- naux de drainage en contre-bas pour assurer un drainage positif des portions extérieures et relativement plates de la membrane M qui se trouvent au voisina- ge du rebord R.
Le rebord rigide R (fig. 3) est constitué par un caisson annulai- re et creux qui s'étend tout le long de la périphérie de la membrane M. Ce caisson de bordure comprend un fond 10 constitué par une portion extérieure de la membrane, et une paroi latérale extérieure 11 que l'on peut appeler "la plaque extérieure de bordure du toit flottant Il et qui présente de préférence une partie supérieure ou prolongement 12 supportant le moyen d'étanchéité S.
Le caisson de bordure R comporte également une paroi latérale intérieure 13. que l'on peut appeler "plaque intérieure du toit flottant". Enfin, le caisson R comporte aussi un couvercle 14 s'étendant entre les plaques extérieure et in- térieures 11 et 13 et possédant de préférence une légère pente descendante vers l'intérieur de manière à drainer les eaux pluviales et à les amener sur la membrane M. Le couvercle 14 est supporté par des chevrons 15, qui sont por- tés eux-mêmes par les plaques de bordure 11 et 13 au moyen de goussets 16 et 17.
Le lest W est réparti sur une portion centrale de la membrane M et limité à cette portion centrale. Ce lest peut être constitué par des ma- tières en vrac, par exemple du sable, retenues par une paroi concentrique au plancher. Des canaux traversent ce sable pour établir la communication en- tre la surface extérieure du plancher et l'organe de drainage D.
Les parties périphériques 10 à 17 n'ont pas été prévues pour servir de lest, mais elles jouent cependant ce rôle puisqu'elles ont été choi- sies assez résistantes pour former un caisson de bordure R rigide qui renfor- ce le toit flottant à sa périphérie. Cet effet de lest est encore intensifié par la présence de jambes de force L chargées de supporter le toit flottant et installées généralement dans la région de la bordure R, et par la présence du mécanisme d'étanchéité S qui entoure cette région et est supporté par le rebord
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R. Pour toutes ces raisons, le poids à sec du caisson de bordure R exprimé en kg/cm2, est considérablement plus grand que celui de la membrane de plancher M.
Le poids à sec de la membrane M peut être égal par exemple à 0,004 kg/cm2, et le poids du caisson R est alors environ 3 fois plus grand.
Il en résulte que le fond 10 du caisson R a tendance à flotter à un niveau plus bas que la membrane M supposée non lestée. Le lestage central du plancher par la masse w ne compense pas facilement cette tendance, à moins que cette masse ne soit excessivement lourde, auquel cas la fatigue du plancher et la perte de capacité du réservoir seraient effectivement élevées. En d'au- tres termes, le poids des éléments périphériques faisant partie du caisson de bordure a tendance à donner à la partie extérieure de la membrane M une forme de profil très plate, c'est-à-dire avec une pente descendante très faible vers l'intérieur, ou même légèrement inclinée en descendant vers l'extérieur, comme cela a été représenté en Ml avec une légère exagération.
De telles zones du plancher, plates ou possédant une pente inverse, gênent ou empêchent le draina- ge central complet des eaux pluviales. Il en résulte que le plancher a tendance à retenir à sa périphérie des flaques d'eau après chaque chute de pluie. Ces flaques ont tendance à se former au voisinage du joint entre le plancher M et la plaque intérieure de bordure 13. Ce joint est important et ne doit pas être corrodé.
Canaux de drainage et nervures semi-flexibles,
Des dispositions spéciales sont prévues pour drainer la zone relativement plate du plancher qui se trouve près de la plaque intérieure de bordure 13. Dans ce but, comme on le voit sur la fig. 3, un certain nombre de nervures longues et légèrement incurvées 20 sont fixées sur la face inférieu- re de la membrane du plancher.
Chaque nervure peut être constituée par exem- ple par un profilé standard en acier, par exemple par un U comportant une â- me 22 et des ailes 23 ; l'âme est disposée verticalement et l'aile supérieure est fixée à la membrane du plancher par des points de soudure 21. -Chaque ner- vure 20 s'étend vers l'intérieur, à partir de la plaque intérieure de bordure 13 et à travers la partie relativement plate du plancher, jusqu'au voisinage du rebord de la masse centrale de lestage w. On a constaté que l'emploi de ces nervures facilitait considérablement un drainage adéquat du plancher tout en- tier, que la courbe de profil pouvait être en même temps réalisée dans son en- semble plus plate que précédemment, et enfin que le prix de l'installation et le coût de l'entretien du dispositif.étaient sensiblement réduits.
Pour obtenir ces résultats, les nervures 20 doivent être semi- flexibles ; autrement dit, les portions du plancher soutenues par les nervures doivent être plus rigides que les portions intermédiaires du plancher, mais cependant plus flexibles que le caisson périphérique R. Etant fixée à une por- tion de la membrane M renforcée à sa périphérie, chargée d'un poids en son cen- tre et en contact avec le liquide, une nervure a tendance à maintenir cette portion de la membrane suivant une ligne de profil M2 analogue au. profil pri- mitif de la nervure elle-même, tandis que la membrane a elle-même tendance à maintenir la nervure dans une certaine forme, Les nervures semi-flexibles 20 sont suffisamment résistantes pour maintenir dans la membrane du plancher les canaux de drainage en contre-bas malgré la poussée du liquide.
La pente générale descendant vers l'intérieur est maintenue par le lest central, qui absorbe la plus grande partie de la poussée totale résultant du liquide dépla- cé par le plancher. Les nervures 20 absorbent une partie plus faible de cette poussée totale grâce à leur résistance aux efforts de flexion,
A la suite de cette description, il est évident, pour les hom- mes de l'art, combien on peut utiliser de profilés d'acier en U comme nervu- res, et comment on doit dimensionner les ailes et les âmes de ces profilés.
On fera remarquer que 10 nervures et canaux de drainage ont été jugés adéquats pour un certain toit flottant d'un diamètre de 30 mètres; dans ce cas, on a estimé que l'on pouvait constituer les nervures par des profilés standard en U pesant environ 15 à 18 kg par mètre. Il est généralement évident, pour les hommes de l'art, que de telles nervures sont semi-flexibles, en ce sens qu'elles raidissent les zones radiales du plancher sur lesquelles elles sont directement fixées, mais que ce raidissement local est faible par comparaison
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avec la tension appliquée au plancher tout entier dans un toit flottant lesté en son centre, comme celui que l'on vient de décrire.
La membrane M tend à prendre une forme correspondant à la ligne de profil Ml déjà mentionnée, in- clinée, incurvée, et convexe du côté supérieur, sous l'influence de la pression exercée vers le haut par le produit liquide P et répartie sur le plancher tout entier, et de la pression exercée vers le bas par les masses W et R, qui cor- respondent respectivement au lest et au caisson de bordure et qui sont appli- quées respectivement au centre et à la périphérie du plancher. Les nervures 20 subissent des efforts de flexion, du fait qu'elles maintiennent les lignes de profil M2 contre la pression exercée vers le haut par le liquide. Les ner- vures peuvent être rectilignes avant d'être fixées au plancher ; aprèsleur fixation,elles ont tendance à s'incurver avec une convexité tournée vers le haut.
Ces nervures 20 peuvent aussi agir dans une certaine mesure com- me des masses de lestage fixées à leurs portions radiales respectives du plan- cher et tendant à les abaisser. Cependant, il est souvent désirable de s'arran- ger pour que cet effet de lest soit faible ou négligeable. Il est même possi- ble de le convertir en un effet de flottabilité, en utilisant par exemple des nervures de bois.
Puisque les nervures semi-flexibles 20 absorbent localement une partie seulement de la poussée d'Archimède fournie par le liquide, elles provo- quent la formation de canaux de drainage ou "vallées" 24 alternant avec des "col- lines" ou "plateaux" 25 dans la membrane M du plancher. Les canaux 24 sont par- ticulièrement utiles au voisinage de la bordure R, là où la membrane M est rela- tivement plate.
De même,les collines et vallées 24 et 25 qui alternent sont na- turellement plutôt plates. Tant que le plancher est sec, ces collines et val- lées sont souvent invisibles à l'oeil d'un observateur non prévenu ; eneffet, une seule chose est facilement visible, comme on le volt sur la fig. 3, c'est que la partie supérieure de la membrane du plancher forme une étendue considé- rable et presque plate, dont la surface sensiblement continue n'est que légère- ment incurvée. Cependant, les vallées deviennent très visibles quand la pluie tombe sur le toit et commence a ruisseler.
La ligne de profil M2 du fond de chaque vallée 24 a sur toute sa longueur une pente définie et descendant vers l'intérieur, par suite de la direction générale de la courbe de profil qui correspond à la membrane du plan- cher et dont cette ligne forme une partie. La ligne de profil Ml de la crête de chaque colline 25 a une pente également définie mais dont la moyenne seulement descend vers l'intérieur; cette ligne est très¯peu inclinée ou des- cend vers l'extérieur au voisinage du rebord R et dans la direction radiale du toit comme on le voit sur la fig. 3. Cependant, cette ligne présente une pente latérale, comme on le voit sur la fig. 4. En moyenne et dans l'ensemble la li- gne Ml se trouve à un niveau plus élevé que la ligne M2.
La distance verticale entre ces deux lignes dépend en grande partie de certains facteurs difficiles à contrôler¯pendant la fabrication et la construction. C'est justement pour cela que se pose le problème de la for- mation de flaques d'eau dans les planchers flexibles. Ce problème est cepen- dant résolu par la présente invention. Il n'est pas utile de donner aux col- lines 25 une hauteur précise au-dessus des vallées 24; l'essentiel est de réa- liser des vallées de drainage 24 définies et inclinées. Des collines ou pla- teaux intermédiaires 25, compris dans une large gamme de hauteurs et de formes, peuvent être interposés entre ces canaux de drainage ; distance maxima verti- cale entre la ligne Ml et la ligne M2 disposée plus bas peut être par exemple maintenue dans la plupart des cas entre 12,7 mm et 25,4 mm.
Bien que cette distance soit très faible, par comparaison avec les dimensions d'un toit flottant typique dont le diamètre peut être compris entre 30 et 60 m, elle produit cependant des effets déterminés et utiles. Le nouveau plancher conforme à l'invention peut être construit plus rapidement à meilleur marché et avec plus de flèche qu'on ne pouvait le faire jusqu'à pré- sent. De plus, les eaux pluviales sont drainées positivement en dehors du plan-
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cher grâce aux canaux de drainage 24, On évite ainsi la formation de flaques d'eau pluviale disposées à la périphérie, s'évaporant lentement et produisant la corrosion du dispositif; en même temps la fabrication et la construction sont facilitées.
Ventilation.
Il est généralement nécessaire que l'air puisse s'échapper à l'ex- térieur du dessous du toit flottant quand on remplit le réservoir. Cette éva- cuation de l'air est désirable, parce qu'une surface de contact entre l'air et le liquide en dessous de la membrane du plancher tend à augmenter l'évapora- tion du liquide quand le plancher est chauffé par le soleil.
L'évacuation de l'air à l'extérieur est réalisée par la pente descendante que possède la membrane M vers l'intérieur.
Le fond 10, qui descend de préférence vers l'extérieur pour com- penser la surcharge des parties 11,12 et S, a tendance à gêner l'échappement final d'une partie de l'air à l'extérieur. Cependant, cet air peut être éva- cué par exemple à travers des canaux de ventilation 30 du type qui a été décrit dans la demande de brevet SM 169.871 déposée le 23 Juin 1950 par REIGN C. ULM.
Pour former ces canaux de ventilation, on peut découper d'étroites portions radiales dans le fond 10 et des portions adjacentes de la plaque extérieure de bordure 11, comme on le voit sur la fig. 4. Chaque canal de ventilation comporte une paroi supérieure 31 et deux parois latérales 32 de manière à main- tenir fermée la bordure R tout en permettant l'échappement périphérique de l'air.
Dans quelques cas, par exemple quand des liquides extrêmement volatils sont stockés à des températures élevées, on peut avoir une évapora- tion de surface, même en l'absence de surfaces de contact entre air et liqui- de. Dans ces cas, la vapeur peut s'échapper par les canaux de ventilation.
Elle passe dans l'espace annulaire étanche A, d'où elle est dirigée vers un point d'évacuation ou vers un autre point désiré quelconque.
Ces vapeurs sont quelquefois emmagasinées sous le toit flottant et la membrane du plancher est alors étudiée pour reposer soit sur le liquide, soit sur la vapeur. Il est préférable de ne pas adopter cette disposition, mais d'utiliser une ventilation périphérique à travers des canaux 30 et, si cela est nécessaire, prévoir un réservoir spécial quelconque pour l'accumulation de la vapeur (non représenté). Cette solution semble préférable parce que les vapeurs contiennent souvent des gaz extrêmement corrosifs. Théoriquement, la face in- férieure de la membrane du plancher peut être réalisée et maintenue à l'abri de toute corrosion; cependant, cette réalisation est très coûteuse, en raison d'une part, de la grande surface de la membrane, et d'autre part du petit volu- me de vapeur qui peut être recueilli sous elle.
Fonctionnement.
En utilisant normale, le toit flottant F flotte sur le produit liquide P dans le réservoir T. Le corps de la membrane M, à l'intérieur de la bordure R mais à l'extérieur du lest central W, est maintenu incurvé avec la convexité vers le haut, mais descendant vers l'intérieur par l'effet de la masse centrale W et de la pression dirigée vers le haut et provenant du dépla- cement d'une partie du liquide P. Cependant, des canaux de drainage 24 espa- cés, dirigés radialement et alternant avec des collines plates, 25, sont for- més dans la membrane M du plancher, intérieurement par rapport à la bordure ri- gide R ; ces canaux facilitent un drainage complet des eaux pluviales et permet- tent aux feuilles, à la suie, et à d'autres corps étrangers et indésirables, de s'écouler a l'extérieur.
Les vallées sont maintenues par les nervures 20 qui absorbent une partie de la poussée de flottabilité.
Pour faciliter l'entretien, le toit flottant est quelquefois supporté par les jambes de force L, au lieu de les supporter. Dans ces con- ditions, la totalité ou une partie du plancher M a généralement tendance à s'incurver avec la convexité vers le bas, plutôt que vers le haut; le plancher continue cependant à avoir une pente générale descendant vers l'intérieur.
Les nervures 20 mentionnées précédemment ne sont pas assez résistantes pour absor-
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ber la charge toute entière due à la flottabilité; elles peuvent même ne pas être assez résistantes pour supporter le poids à sec de la membrane M du plan- cher,
La partie du plancher qui est pratiquement plate quand celui-ci flotte reste plate en pratique quand il est supporté à sec; elle s'enfonce sim- plement un peu, en pilotant autour de la zone où la plaque intérieure de bordure lui est fixée. Les zones des collines 25 tendent à s'enfoncer légèrement plus que les vallées 24 demi-flexibles et raidies; ainsi, la relation de forme des vallées et des collines tend à s'inverser elle-même.
Cette caractéristiques facilite incidemment l'évacuation complète de l'air quand on remplit ensuite le réservoir T avec le produit?.
Les nervures 20 ne subissent pas d'efforts inverses de flexion très sensibles, quand le toit est supporté par les jambes de force F ; la cons- truction relativement légère et peu coûteuse de ces organes se justifie dans toutes-les conditions d'utilisation ou de non utilisation que l'on peut rencon- trer pendant la durée normale de service et les mesures d'entretien du toit flottant.
Pendant et après une forte pluie ou une chute de neige, un toit flottant est généralement recouvert de charges supplémentaires assez importantes d'eau ou de neige, qui ne sont évacuées que progressivement par l'organe cen- tral de drainage d. Sous l'effet de ces surcharges, le toit flottant tout en- tier a tendance à flotter à un niveai moyen plus bas que d'habitude, et la cour- bure de la membrane du plancher a tendance à se modifier légèrement. La forme exacte des collines 24 et des vallées 25 a tendance aussi à se modifier légè- rement, mais le drainage continue sensiblement de la même manière que celle dé- cirte ci-dessus.
Le plus grand danger de ces charges supplémentaires est qu'une couche d'eau soit déplacée et forme des vagues, principalement sous l'influen- ce d'un vent fort. Des toits flottants ont quelquefois été retournés par une telle action,et il en résultait des dégâts importants par suite de leur enfon- cement. Ce danger est réduit à l'aide d'une bordure en caisson R comme on le voit sur la fig. 3. Dans un tel toit, la résistance aux charges du plancher est la même que dans un toit à bordure couverte; de plus, dans des conditions statiques, chaque toit se comporte comme un plat qui continue à flotter tant que la plaque extérieure de bordure et l'organe d'étanchéité ne sont pas complète- ment immergés dans le produit liquide.
Au contraire, quand des forces dynami- ques dues à l'action du vent interviennent, la bordure en caisson a l'avantage de maintenir une quantité d'eau de pluie donnée dans une zone plus petite et plus centrale avec un relèvement relativement insignifiant du centre de gravi- té ; le déplacement latéral possible du centre de gravité effectif est ainsi diminué. Cet effet de concentration de la charge est encore favorisé par la disposition régulière des collines 25 et des vallées de drainage 24 qui sont formées par les nervures 20 et qui descendent vers l'intérieur. La formation d'une flaque d'ean Óntrale avec une répartition de poids prédéterminée et symétrique est ainsi facilitée.
Variantes.,
Il est préférable que les nervures semi-flexibles 20 soient fixées à la face inférieure du plancher, de manière à réduire le plus possi- ble la corrosion que pourraient produire les eaux pluviales et à éliminer toute saillie du plancher. Cependant, il est évidemment possible d'apporter de nombreuses modifications au dispositif à ce point de vue et à d'autres points de vue. On va expliquer maintenant quelques modifications possibles et moins évidentes.
Dans le mode de réalisation de la fig. 5, on trouve plusieurs modifications par rapport aux modes de réalisation des figs. 1 à 4.
Dans le cas de la fig. 5, chaque vallée de drainage 54 de la membrane du plan- cher a une inclinaison sensiblement uniforme depuis le rebord voisin R jus- qu'au lest W. On utilise en effet un profilé rectiligne en U 50, qui est suffisamment rigide, compte tenu des efforts de flexion qu'il doit absorber,
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pour rester pratiquement rectiligne quand le toit flotte, On comprend que cet- te forme de nervure convient particulièrement bien pour les membranes de plan- cher dont l'inclinaison générale est relativement faible vers 1''intérieur.
Même dans le mode de réalisation de la fig. 3, la plus grande partie de la nervure 20, du côté de l'extérieur, est pratiquement rectiligne dans toutes les conditions d'utilisation ou de non utilisation; quelquefois, comme c'est le cas sur la fig. 5 la nervure 50 toute entière peut être rectiligne.
La section du rebord R a également une forme différente; cette section est ouverte à la partie supérieure et renforcée par des goussets 55 fixés sur le fond 56 du rebord R. Ce fond 56 descend de préférence vers l'in- térieur et la plaque intérieure de bordure 53 est de préférence perforée, com- me on le voit en 57, pour faciliter le drainage.
L'extrémité extérieure de chaque nervure 50 est écartée de quel- ques centimètres du bord intérieur du rebord R, soit du côté intérieur (fig. 5), soit du côté extérieur (fig. 3).
Dans le mode de réalisation de la figure 6, des nervures rela- tivement courtes 60, semi-flexibles ou rigides, s'étendent depuis le voisinage du bord intérieur du caisson R vers l'intérieur du réservoir, mais sont in- terrompues avant d'atteindre le lest central. C'est dans la partie extérieu- re et forcément plus plate de la membrane M que les vallées de drainage 64 sont les plus indispensables; elles peuvent être formées quelquefois par de courtes nervureq 60 qui s'étendent vers l'intérieur du réservoir sans attein- dre le centre de celui-ci. Il est simplement nécessaire d'empêcher les extré- mités intérieures de ces nervures d'être soulevées par la poussée du liquide, en même temps que les portions du plancher qui leur sont fixées.
On peut uti- liser dans ce but le poids des nervures 60, et on peut ajouter en outre des poids 67 aux extrémités intérieures des nervures.
Dans le dispositif des figures 7 et 8, on a conservé les vallées 84 et les collines 85 de drainage dans la membrane M du plancher, en utilisant un certain nombre de rangées radiales d'organes transversaux de profilage 80.
Chaque organe 80 est constitué par une plaque allongée dont le bord supérieur 81 est concave. Chaque rangée de ces organes s'étend depuis le voisinage du bord intérieur du caisson R vers l'intérieur du réservoir et le long de le fa- ce inférieure de la membrane M du plancher; les bords 81 des organes 8p sont fixés à cette membrane, Il en résulte que la membrane elle-même devient se- mi-flexible le long de chaque rangée d'organes transversaux 80 et peut ainsi s'opposer localement à une partie des forces de soulèvement appliquées par le liquide. On peut former de cette manière des vallées de drainage de différen- tes formes et profondeurs. Cependant, on préfère généralement les nervures ra- diales, comme celles représentées sur les autres figures, dont la fabrication et l'application coûtent moins cher.
D'autres modifications possibles apparaîtront certainement aux techniciens à la lecture du présent texte.
REVENDICATIONS.
1.- Réservoir d'emmagasinage de liquide comprenant un toit flottant et caractérisé par le fait qu'il comporte un rebord extérieur et une membrane formant plancher intérieur et fixée à sa périphérie à une par- tie inférieure du dit rebord, cette membrane possédant une partie centrale lestée pour résister à la pression dirigée vers le haut, une surface sensi- blement continue avec une légère pente générale descendant vers l'intérieur, et des vallées légèrement creuses, espacées angulairement et dirigées vers l'intérieur -Sur la dite surface, les vallées possédant une pente descendant vers l'intérieur sur toute leur longueur et étant séparées par des collines légèrement saillantes, dont les surfaces ont une pente moyenne descendant vers l'intérieur et une courbure légère, continue et convexe du côté supérieur,
qui s'étend sensiblement depuis la partie centrale jusqu'au dit rebord.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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FLOATING ROOF LIQUID TANK.
The present invention relates to floating roofs for liquid storage tanks.
It relates in particular to a floating roof with a single ballasted floor in the center with central rainwater drainage.
The floor of such a roof tends to take an inclined shape going down inward, under the action of the central weight, but convex to the upper part due to the pressure of the liquid acting upwards. . The radial lines of the floor profile tend to be relatively flat in the exterior parts of the floor which are relatively heavy; as a result, the flow of rainwater poses a problem in these exterior parts. The present invention provides a simple, efficient and inexpensive way to solve this problem.
On the other hand, it has been observed that this means makes it possible to give the radial profile curve a generally flatter shape and thus to produce a complete roof which is even less expensive. the present invention provides a floating roof with a single floor, weighted in the center and substantially flexible, with drainage channels arranged against the bottom and descending inwards, these channels being separated by higher parts of the floor and capable of drainage in any interior or lateral direction.
These channels are slightly more rigid than the higher parts of the substantially flexible and loaded bridge at its center; is preferably accomplished by attaching inexpensive, lightweight ribs to the deck in a manner which will be explained in detail a little later.
In the drawing: Figure 1 is a cutaway elevation of a device according to the invention; Figure 2 is a partial plan view of this device, Figure 3 is a section on a larger scale along the line 3-3 of Figure 2, the vertical dimensions being exaggerated with respect to
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horizontal dimensions; Figure 4 is a section taken on line 4-4 of Figure 3; Figures 5 and 6 are views similar to Figure 3, but show embodiments slightly different from the previous; Figures 7 and 8 are views respectively similar to Figures 2 and 3, but show another variant.
If we consider figs. 1 to 4, it can be seen that the floating roof S rests on the liquid product P stored in the tank T. This roof rises or falls at the same time as the surface of the liquid, depending on whether liquid is introduced into the tank. tank or removed from it. It is slightly smaller than the section of the reservoir, and thus leaves around it a narrow annular space A. A sealing mechanism S covers and closes this annular space. This mechanism is sufficiently elastic to adapt to the inevitable local irregularities of the annular space, while being nevertheless strong enough to resist the friction along the walls of the tank, friction imposed by the movements of up and down of the tank. floating roof.
The floating roof F consists of a flexible floor membrane M, generally consisting of a steel plate with a thickness of 4.8 mm, which rests on the liquid product P, and of a rim R fixed on the membrane of floor and protruding upwards so as to form a kind of floating dish. This dish has a central drainage means D, as well as a central ballast W, thanks to which the central drainage can be carried out. Channels can cross the central mass W to allow drainage in the central part of the roof. The floor membrane M appears in profile in the form of a straight line in fig. 1, although it is actually curved as we will see a little later.
Further details of the construction and curvature of the floor are shown in fig. 3. As can be seen in this figure, different parts of the membrane M have different curvatures M1, M2.
At least some of these parts, as seen in M2, serve as downward drainage channels to ensure positive drainage of the outer and relatively flat portions of the membrane M which are located in the vicinity of the rim R.
The rigid rim R (fig. 3) is formed by an annular and hollow box which extends all the way around the periphery of the membrane M. This edge box comprises a bottom 10 formed by an outer portion of the membrane. , and an outer side wall 11 which may be called "the outer edge plate of the floating roof II and which preferably has an upper part or extension 12 supporting the sealing means S.
The edge box R also includes an inner side wall 13. which may be called "inner plate of the floating roof". Finally, the box R also comprises a cover 14 extending between the outer and inner plates 11 and 13 and preferably having a slight downward slope towards the interior so as to drain the rainwater and bring it onto the membrane. M. The cover 14 is supported by rafters 15, which are themselves carried by the edge plates 11 and 13 by means of gussets 16 and 17.
The ballast W is distributed over a central portion of the membrane M and limited to this central portion. This ballast may consist of bulk materials, for example sand, retained by a wall concentric to the floor. Channels pass through this sand to establish communication between the exterior surface of the floor and the drainage member D.
The peripheral parts 10 to 17 were not intended to serve as ballast, but they nevertheless play this role since they were chosen strong enough to form a rigid edge box R which reinforces the floating roof at its height. periphery. This ballast effect is further intensified by the presence of struts L responsible for supporting the floating roof and generally installed in the region of the edge R, and by the presence of the sealing mechanism S which surrounds this region and is supported by the flange
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A. For all these reasons, the dry weight of the edge box R, expressed in kg / cm2, is considerably greater than that of the floor membrane M.
The dry weight of the membrane M can be equal for example to 0.004 kg / cm 2, and the weight of the box R is then approximately 3 times greater.
As a result, the bottom 10 of the box R tends to float at a lower level than the membrane M, which is assumed to be unweighted. The central ballasting of the floor by the mass w does not easily compensate for this tendency, unless this mass is excessively heavy, in which case the fatigue of the floor and the loss of tank capacity would indeed be high. In other words, the weight of the peripheral elements forming part of the border box tends to give the outer part of the membrane M a very flat profile shape, that is to say with a very downward slope. weak inward, or even slightly sloping downward outward, as depicted in M1 with slight exaggeration.
Such areas of the floor, flat or having a reverse slope, interfere with or prevent the full central drainage of stormwater. As a result, the floor tends to retain puddles of water at its periphery after each rainfall. These puddles tend to form in the vicinity of the joint between the floor M and the interior edge plate 13. This joint is important and must not be corroded.
Drainage channels and semi-flexible ribs,
Special arrangements are made to drain the relatively flat area of the floor which is near the inner edge plate 13. For this purpose, as seen in FIG. 3, a number of long, slightly curved ribs 20 are attached to the underside of the floor membrane.
Each rib can be constituted, for example, by a standard steel section, for example by a U comprising a core 22 and flanges 23; the core is arranged vertically and the upper wing is fixed to the membrane of the floor by welding points 21. -Each rib 20 extends inwards, from the inner edge plate 13 and to through the relatively flat part of the floor, to the vicinity of the edge of the central ballast mass w. It has been observed that the use of these ribs considerably facilitated adequate drainage of the entire floor, that the profile curve could be made at the same time as a whole flatter than before, and finally that the price of l The installation and the cost of maintaining the device were significantly reduced.
To achieve these results, the ribs 20 must be semi-flexible; in other words, the portions of the floor supported by the ribs must be more rigid than the intermediate portions of the floor, but however more flexible than the peripheral box R. Being fixed to a portion of the membrane M reinforced at its periphery, loaded with With a weight at its center and in contact with the liquid, a rib tends to hold this portion of the membrane along a profile line M2 analogous to. the primary profile of the rib itself, while the membrane itself tends to hold the rib in a certain shape. The semi-flexible ribs 20 are strong enough to keep the drainage channels in the floor membrane. against low despite the pressure of the liquid.
The general downward slope inwards is maintained by the central ballast, which absorbs most of the total thrust resulting from the liquid displaced by the floor. The ribs 20 absorb a smaller part of this total thrust thanks to their resistance to bending forces,
From this description it is obvious to those skilled in the art how many U-shaped steel sections can be used as ribs, and how the flanges and webs of these sections should be dimensioned. .
It will be noted that 10 ribs and drainage channels have been found adequate for a certain floating roof with a diameter of 30 meters; in this case, it was estimated that the ribs could be formed by standard U-sections weighing about 15 to 18 kg per meter. It is generally obvious to those skilled in the art that such ribs are semi-flexible, in that they stiffen the radial areas of the floor to which they are directly attached, but that this local stiffening is low by comparison.
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with the tension applied to the entire floor in a floating roof ballasted in its center, like the one just described.
The membrane M tends to take a shape corresponding to the profile line Ml already mentioned, inclined, curved, and convex on the upper side, under the influence of the pressure exerted upwards by the liquid product P and distributed over the entire floor, and the downward pressure exerted by the masses W and R, which correspond respectively to the ballast and to the edge box and which are applied respectively to the center and to the periphery of the floor. The ribs 20 are subjected to bending forces, owing to the fact that they maintain the profile lines M2 against the pressure exerted upwards by the liquid. The ribs can be straight before being fixed to the floor; after their fixation, they tend to curve with a convexity facing upwards.
These ribs 20 may also act to some extent as ballast masses attached to their respective radial portions of the floor and tending to lower them. However, it is often desirable to arrange for this ballast effect to be small or negligible. It is even possible to convert it into a buoyancy effect, for example by using wooden ribs.
Since the semi-flexible ribs 20 locally absorb only part of the Archimedean thrust supplied by the liquid, they cause the formation of drainage channels or "valleys" 24 alternating with "hills" or "plateaus". 25 in the membrane M of the floor. The channels 24 are particularly useful in the vicinity of the border R, where the membrane M is relatively flat.
Likewise, the alternating hills and valleys 24 and 25 are naturally rather flat. As long as the floor is dry, these hills and valleys are often invisible to the eye of an untrained observer; in fact, only one thing is easily visible, as can be seen in fig. 3 is that the upper part of the floor membrane forms a considerable and almost flat area, the substantially continuous surface of which is only slightly curved. However, the valleys become very visible when the rain falls on the roof and begins to trickle down.
The profile line M2 of the bottom of each valley 24 has a defined slope over its entire length which descends towards the interior, as a result of the general direction of the profile curve which corresponds to the membrane of the floor and of which this line forms a part. The profile line M1 of the crest of each hill 25 has a slope which is also defined but the average of which only descends inward; this line is very slightly inclined or descends towards the outside in the vicinity of the edge R and in the radial direction of the roof as seen in fig. 3. However, this line exhibits a lateral slope, as seen in fig. 4. On average and overall, line M1 is at a higher level than line M2.
The vertical distance between these two lines depends largely on some factors that are difficult to control during fabrication and construction. This is precisely why the problem of the formation of puddles in flexible floors arises. This problem is, however, solved by the present invention. It is not useful to give hills 25 a precise height above valleys 24; the main thing is to create defined and inclined drainage valleys 24. Intermediate hills or plateaus 25, included in a wide range of heights and shapes, may be interposed between these drainage channels; maximum vertical distance between the line M1 and the line M2 arranged below can for example be maintained in most cases between 12.7 mm and 25.4 mm.
Although this distance is very small, compared to the dimensions of a typical floating roof whose diameter can be between 30 and 60 m, it nevertheless produces determined and useful effects. The new floor according to the invention can be constructed more quickly, more cheaply and with more deflection than could hitherto be achieved. In addition, rainwater is positively drained outside the plan-
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expensive thanks to the drainage channels 24, the formation of puddles of rainwater arranged at the periphery, slowly evaporating and causing corrosion of the device, is thus avoided; at the same time fabrication and construction are facilitated.
Ventilation.
It is generally necessary that the air be able to escape outside the underside of the floating roof when filling the tank. This air evaporation is desirable, because an air-liquid contact surface below the floor membrane tends to increase the evaporation of the liquid when the floor is heated by the sun. .
The air is evacuated to the outside by the downward slope that the membrane M has towards the inside.
The bottom 10, which preferably descends towards the outside to compensate for the overload of the parts 11, 12 and S, tends to hamper the final escape of part of the air to the outside. However, this air can be exhausted, for example, through ventilation channels 30 of the type which has been described in patent application SM 169,871 filed June 23, 1950 by REIGN C. ULM.
To form these ventilation channels, narrow radial portions can be cut in the bottom 10 and adjacent portions of the outer edge plate 11, as seen in FIG. 4. Each ventilation channel comprises an upper wall 31 and two side walls 32 so as to keep the border R closed while allowing the peripheral escape of the air.
In some cases, for example when extremely volatile liquids are stored at elevated temperatures, surface evaporation can occur even in the absence of contact surfaces between air and liquid. In these cases, steam can escape through the ventilation channels.
It passes into the sealed annular space A, from where it is directed towards an evacuation point or towards any other desired point.
These vapors are sometimes stored under the floating roof and the floor membrane is then designed to rest either on the liquid or on the vapor. It is preferable not to adopt this arrangement, but to use peripheral ventilation through channels 30 and, if necessary, to provide some special reservoir for the accumulation of vapor (not shown). This solution seems preferable because the vapors often contain extremely corrosive gases. Theoretically, the underside of the floor membrane can be made and kept free from any corrosion; however, this embodiment is very expensive, owing on the one hand to the large surface area of the membrane, and on the other hand to the small volume of vapor which can be collected under it.
Operation.
Using normal, the floating roof F floats on the liquid product P in the tank T. The body of the membrane M, inside the border R but outside the central ballast W, is kept curved with the convexity upwards, but descending inwards by the effect of the central mass W and the pressure directed upwards and coming from the displacement of part of the liquid P. However, drainage channels 24 space these, directed radially and alternating with flat hills, 25, are formed in the membrane M of the floor, internally with respect to the rigid border R; these channels facilitate complete drainage of storm water and allow leaves, soot, and other foreign and unwanted bodies to drain out.
The valleys are held by ribs 20 which absorb part of the buoyancy thrust.
To facilitate maintenance, the floating roof is sometimes supported by the struts L, instead of supporting them. Under these conditions, all or part of the floor M generally tends to curve with the convexity downwards, rather than upwards; however, the floor continues to have a general slope descending inward.
The ribs 20 mentioned above are not strong enough to absorb
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ber the entire load due to buoyancy; they may not even be strong enough to support the dry weight of the floor membrane M,
The part of the floor which is practically flat when it is floating remains flat in practice when it is supported dry; it simply sinks in a bit, driving around the area where the inner rim plate is attached to it. The hill areas 25 tend to sink slightly more than the semi-flexible and steep 24 valleys; thus, the form relation of valleys and hills tends to reverse itself.
This characteristic incidentally facilitates the complete evacuation of the air when the tank T is then filled with the product ?.
The ribs 20 do not undergo very sensitive reverse bending forces when the roof is supported by the struts F; the relatively light and inexpensive construction of these components is justified under all conditions of use or non-use which may be encountered during the normal period of service and maintenance measures of the floating roof.
During and after heavy rain or snowfall, a floating roof is usually covered with fairly large additional loads of water or snow, which are only gradually discharged by the central drainage unit d. Under the effect of these overloads, the entire floating roof tends to float at a lower average level than usual, and the curvature of the floor membrane tends to change slightly. The exact shape of the hills 24 and valleys 25 also tends to change slightly, but the drainage continues in much the same manner as described above.
The greatest danger of these additional loads is that a layer of water will be displaced and form waves, mainly under the influence of a strong wind. Floating roofs have sometimes been overturned by such an action, and serious damage resulted from their sinking. This danger is reduced with the aid of an R box border as seen in fig. 3. In such a roof, the load resistance of the floor is the same as in a roof with a covered edge; moreover, under static conditions, each roof behaves like a dish which continues to float as long as the outer rim plate and the sealing member are not completely submerged in the liquid product.
On the contrary, when dynamic forces due to the action of the wind intervene, the box border has the advantage of maintaining a given quantity of rainwater in a smaller and more central area with a relatively insignificant rise in the height of the rain. center of gravity ; the possible lateral displacement of the effective center of gravity is thus reduced. This effect of concentration of the load is further favored by the regular arrangement of the hills 25 and the drainage valleys 24 which are formed by the ribs 20 and which descend inwardly. The formation of an Óntral water puddle with a predetermined and symmetrical weight distribution is thus facilitated.
Variants.,
It is preferable that the semi-flexible ribs 20 be attached to the underside of the floor, so as to minimize any corrosion which may be produced by storm water and to eliminate any protrusion from the floor. However, it is of course possible to make many modifications to the device from this and other points of view. We will now explain some possible and less obvious modifications.
In the embodiment of FIG. 5, there are several modifications compared to the embodiments of FIGS. 1 to 4.
In the case of fig. 5, each drainage valley 54 of the membrane of the floor has a substantially uniform inclination from the neighboring rim R to the ballast W. In fact, a straight U-shaped profile 50 is used, which is sufficiently rigid, taking into account the bending forces that it must absorb,
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In order to remain substantially rectilinear when the roof is floating, it is understood that this rib shape is particularly suitable for floor membranes which have a relatively small inward slope in general.
Even in the embodiment of FIG. 3, the greater part of the rib 20, on the exterior side, is practically straight under all conditions of use or non-use; sometimes, as is the case in fig. 5 the entire rib 50 may be rectilinear.
The section of the rim R also has a different shape; this section is open at the top and reinforced by gussets 55 fixed to the bottom 56 of the flange R. This bottom 56 preferably descends inward and the inner edge plate 53 is preferably perforated, as we see it at 57, to facilitate drainage.
The outer end of each rib 50 is spaced a few centimeters from the inner edge of the rim R, either on the inner side (Fig. 5) or on the outer side (Fig. 3).
In the embodiment of FIG. 6, relatively short ribs 60, semi-flexible or rigid, extend from the vicinity of the inner edge of the box R towards the inside of the tank, but are interrupted before d. 'reach the central ballast. It is in the exterior and necessarily flatter part of the membrane M that the drainage valleys 64 are most essential; they may sometimes be formed by short ribs 60 which extend inwardly of the reservoir without reaching the center thereof. It is simply necessary to prevent the inner ends of these ribs from being lifted by the pressure of the liquid, together with the portions of the floor which are attached to them.
The weight of the ribs 60 can be used for this purpose, and weights 67 can be added further to the inner ends of the ribs.
In the device of Figures 7 and 8, the valleys 84 and the drainage hills 85 in the membrane M of the floor have been preserved, using a number of radial rows of profiling cross members 80.
Each member 80 is formed by an elongated plate, the upper edge 81 of which is concave. Each row of these members extends from the vicinity of the inner edge of the box R towards the inside of the tank and along the lower face of the membrane M of the floor; the edges 81 of the members 8p are fixed to this membrane, It follows that the membrane itself becomes semi-flexible along each row of transverse members 80 and can thus locally oppose a part of the forces of uplift applied by liquid. In this way, drainage valleys of various shapes and depths can be formed. Radial ribs, such as those shown in the other figures, which are less expensive to manufacture and apply, are however generally preferred.
Other possible modifications will certainly become apparent to technicians on reading this text.
CLAIMS.
1.- Liquid storage tank comprising a floating roof and characterized in that it comprises an outer rim and a membrane forming an interior floor and fixed at its periphery to a lower part of said rim, this membrane having a central part weighted to resist the pressure directed upwards, a substantially continuous surface with a slight general slope descending inwards, and slightly hollow valleys, angularly spaced and directed inwards -On said surface, the valleys having a slope descending inland over their entire length and being separated by slightly protruding hills, the surfaces of which have an average slope descending inward and a slight, continuous and convex curvature on the upper side,
which extends substantially from the central part to said rim.
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