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"Fiatter â flottabilité variable11
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ÏA présente invention fimoeme des flotteur à n.'\ùt1t" Variable* du girbra comportant une enveloppe rutde dm laquelle on préalablement introduit du fluide ...,,1-'. cotte enveloppe, généralement raltg,113ttue, est plat" "1..'1- avoo une Mttt da liquide envirmes MD" doat la pression varie W raiscn de la profondeur# et # % adapté* à pexrare ae liquide de pénétrer dans l',.pue occupé pu 18 fluide 0"1'1", quand la pression au liquide 8ft"1roMU' 48"1.", ¯"1'1",," , telle da 0* ii,de.
, Llenv&U*4*mn% de l'espace intérieur de l'en- rei,oppa axa fait &11\81 aux dépens du fluide da MMpima*t<< qui sur trouvant forcé de diminuer de volume* augmente de preul¯" et *et #nvahiseaiMnt prend fin dè4 que la pros-out
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*Ion intérieure devient égale à la pression extérieure Inversement, quand la pression extérieure diminue$
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par suite d'une '..ra1on progressive du flotteur, le li- quide qui a pénétré dans l'enveloppe 8"n trouve chassé
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sous l'effet de la pression intérieure*
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Ainsi donc, la flottabilité de ce genre de flot* teuwrarie selon le volume occupa par le fluide oompressi- ble* suivant une phénomène réversible, en fonotlon de la
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profondeur*
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Cette réversibilité exige que le fluide compressi- bile, en général un gaz inerte,
reste emprisonné dans l'en-
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veloppe quand la pression extérieure diminue par suite de
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l"meZ'.1on du flotteur.
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On prévoit en général dans oe but une membrane souple étanche disposée à l'intérieur de l'enveloppe rigide
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et séparant l'espace intérieur de cette enveloppe en deux parties, variables par déformation de la membrane, et isolées l'une de l'autre, une de ces parties étant réser- vée au gaz de remplissage et l'autre au liquide environnant
On a décrit également un flotteur à flottabilité variable du type sus-mentionné, sans membrane souple dans lequel l'espace intérieur de l'enveloppe communique avec la mer par un passage situé en un point bas, commandé par un clapet flottant.
La présence d'eau au fond de l'enveloppe soulève le clapet de son siège et maintient l'espace inté- rieur en communication avec la mer, tandis que l'expulsion de cette eau, par le phénomène inverse sus-mentionné, permet à ce clapet de retomber sur non siège dans le but d'empêcher les fuites de gaz comprimé.
Dans les modes de réalisation existants de ce dernier type de flotteur, le remplissage préalable se fait uniquement avec du gaz comprimé, ce qui entraîne cer- tains inconvénients.
Tout d'abord, aux très grandes profondeurs, l'es- pace occupé par oe gaz peut se trouver diminué au point de réduire la flottabilité à zéro, ou mime de lui donner une valeur négative, oe qui augmente les risques de coulage et de perte du flotteur.
De plus, le gaz a tendance à se dissoudre au con- tact avec l'eau, surtout aux hautes pressions, et à fuir graduellement, par le truchement de l'eau évacuant l'inté- rieur de l'enveloppe en cours d'émersion, ce qui constitue une source de pertes de gaz, avec diminution correspondante de la flottabilité du flotteur.
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En outre, l'étanchéité du clapet est difficile à réaliser quand l'espace intérieur est entièrement rempli de gaz.
La présente invention se propose de pallier ces divers Inconvénients.
Un flotteur à flottabilité automatiquement variable selon l'invention possède une enveloppe rigide confinant une masse d'allégement à volume variable, compor- tant un fluide gazeux et emprisonnés sous une pression déter- minée, l'espace intérieur de l'enveloppe étant adapté à communiquer avec la mer par un passage situé en son point le plus bas et commande par un clapet flottant, cette masse d'allégement étant constituée en partie par un liquide pra- tiquement incompressible plus léger que l'eau.
Il suffit de prévoir une quantité suffisante de ce liquide pour empêcher la flottabilité du flotteur de tomber à zéro, même aux plus grandes profondeurs.
De plus, la présence de ce liquide facilite l' étanchéité du clapet, et empêche en outre les pertes de Cas par dissolution dans des charges successives d'eau de mer,
Les objets, caractéristiques et avantages de loin- vention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation en coupe par- tielle d'un flotteur à flottabilité variable selon l'in- vention ; les figures 2 et 3 sont des vues en élévation en coupe partielle montrant un tel flotteur en deux dtate différents.
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Suivant la forme de réalisation choisît et repré- sentée, la figure 1 se rapporte à un flotteur ou boués à flottabilité variable essentiellement constituée par une enveloppe rigide du genre réservoir de pressions Cette enveloppe métallique, est constituée par un tube cylindrique 1 et deux fonda 2, 3, emboutis et soudés. Le fond 2 comporte en regard d'une ouverture centrale 4, une tubulure 5 * bride 6* cette dernière étant adaptée à recevoir une plaque de fermeture 7 portant un dispositif 8 d'amarrage d'un câlbe 9.
Au contre de la plaque de fermeture 7 est formé le siège de soupape 10 avec un joint torique Il* La plaque 7 porte sur sa face interne autour du siège 10 une tubulure 12 à bride 13 ajourée à sa partie inférieure en 14. Sur la bride 13 est posée et fixée une collerette 15 solidaire d'une cage 16 constituée par un tube perfora par des lumières 18 et 19 et fermé à sa partie supérieure par un tond 17 1 un piston 20 ou clapet de densité inférieure à celle de l'eau, dont une extrémité est usinée à un profil complémentaire à celui du siège 10, se déplace librement dans la cage 16.
A l'extérieur de la tubulure 12 la plaque 7 est percée d'un orifice supplémentaire 21 en regard d'une .ou- pape de sûreté 22.
Au contre du fond 3, est fixée une embase 24 soli- daire d'une tubulure 23, et portant une valve 25 protégée mécaniquement par un bouchon vissé 26.
Un anneau 27 soudé sur la partie cylindrique 1 par l'intermédiaire d'un renfort 28 est prévu pour la manu- tention.
La bouée ainsi constituée est partiellement remplie d'un liquide plus léger que l'eau, par exemple d'une essence légère désignée par 29, puis gonflée à l'air ou à l'azots
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sous une pression prédéterminée, par la valve 25. La densité du piston 20 est supérieurs à celle du liquide 29, et, en l'absence d'eau à l'intérieur du réservoir, ce piston reste plaqué sur son siège. Au cours d'une immersion progressive la bouée conserve sa flottabilité jusqu'à la profondeur à laquelle la pression hydrostatique du milieu ambiant s'équi- libre avec la pression de gonflage.
Si la descente se pour- suit l'eau soulève le olapet flottant 20 et s'introduit dans la bouée. La pression de l'air 30 emprisonné dans la parti* supérieure du réservoir 1 reste en équilibre avec la pression hydrostatique qui augmente au fur et à mesure de la descente ; le volume de gaz diminue progressivement en obéissant à la Loi de Boyle-Mariotte et la flottabilité do la bouée diminue pour tendre vers une valeur limite, valeur pour laquelle le volume occupe par le gaz tombe pra- tiquement à zéro. Le clapet dont la densité est plus faible que celle de l'eau est maintenu en flottaison en haut de son tube de guidage.
A la remontée, le phénomène inverse se produit et le gaz 30, ainsi que le liquide 29,reprennent leur place en chassant l'eau. Lorsque l'eau a évacué le réservoir, le clapet, étant incapable de flotter dans le liquide 29, vient reposer sur son siège. Dès cet instant la bouée a retrouvé sa flottabilité maximale et le clapet reste maintenu sur son siège par la pression du gaz emprisonné.
Les figures 2 et 3 représentent deux états d'un flotteur ou bouée semblable à celui de la figure 1, les références de la figure 1 étant reprises avec l'indice prime pour désigner des éléments analogues. Ce flotteur contient une certaine quantité de liquide 29', de densité aussi faille
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que possible (essence légère par exemple). Il cet ensuite rempli d'un gaz inerte, par exemple de l'azote, à travers la ' valve 25', sous une pression correspondant à la profondeur au delà de laquelle la flottabilité devra diminuer.
La quante cite de liquide 29' ont déterminée de telle sorte que la somme des poids de la bouée vide, do la quantité de liquide précitée et de la quantité d'eau qui peut ooouper la capa- cité restant disponible, soit inférieure au poids de volume d'eau déplacé au cours de l'immersion de la bouée. Comme signalé le matériau constituant le clapet flottant 20'devra présenter une densité comprise entre celle de l'eau et celle du liquide léger 29'.
Au cours de l'immersion progressive d'une bouée ainsi constituée, lorsque la pression hydrostatique devient supérieure à la pression de gonflage, l'eau pénètre à l'intérieure la bouée (voir figure 3) au fur et à mesure de 1* immersion, refoulant le volume 29', vers le haut et com- primant ainsi le volume de gaz 30'. Le liquide léger 29' étant très peu compressible, la bouée conservera une flotta- bilité positive à toute profondeur bien que le volume de gaz diminue au fur et à mesure de l'enfoncement.
Lorsque la bouée remontera, le gaz reprendra sa place au fur et à mesure de l'évacuation de l'eau ; le clapet 20' flottant dans l'eau reviendra sur son siège lorsque l'eau aura évacué la bouée, emprisonnant et le liquide 29' et le volume de gaz 30' qui conserve ainsi sa pression initiale de gonflage.
Les bouées ainsi constituées peuvent subir plu- sieurs immersions successives (théoriquement un nombre infini le clapet retenant intégralement la ou les charges initiales de matières d'Allégement liquide ou gazeuse.
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Il ressort d'un examen des figurée 2 et 3 que la charge de gaz 30', dont dépend la flottabilité* de la bouée ou flotteur, n'entre Jamais en contact aveo l'eau de mer, et qu'elle se trouve toujours séparée de celle-ci par une seule et même charge de liquide 29', ce qui empêche les pertes de gaz par dissolution.
Quant au clapet 20', son rôle est d'empêcher les fuites de liquide 29', et comme ce liquide a une vis- cosité beaucoup plus élevée que le gaz 30', il devient beau- coup plus facile d'assurer l'étanchéité de ce clapet que dans le cas d'un flotteur à charge d'allégement exclusivement gazeuse.
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"Fiatter with variable buoyancy11
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The present invention fimoeme of floats with n. '\ Ùt1t "Variable * of the girbra comprising a rutde envelope dm which has previously been introduced fluid ... ,, 1-'. The envelope, generally raltg, 113ttue, is flat" "1 .. '1- avoo a Mttt da liquid envirmes MD "doat the pressure varies W due to the depth # and #% adapted * to pexrare ae liquid to enter the,. Stinks occupied pu 18 fluid 0" 1'1 " , when the liquid pressure 8ft "1roMU '48" 1. ", ¯" 1'1 ",,", such da 0 * ii, de.
, Llenv & U * 4 * mn% of the interior space of the en- rei, oppa axa makes & 11 \ 81 at the expense of the fluid da MMpima * t << which on finding forced to decrease in volume * increases by preul¯ "and * and #nvahiseaiMnt ends as soon as the pros-out
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* Internal ion becomes equal to the external pressure Conversely, when the external pressure decreases $
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as a result of a progressive '..ra1on of the float, the liquid which has entered the casing 8 "is expelled
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under the effect of internal pressure *
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Thus, the buoyancy of this kind of flow * teuwrites according to the volume occupied by the compressible fluid * according to a reversible phenomenon, in function of the
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depth*
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This reversibility requires that the compressible fluid, generally an inert gas,
remains imprisoned in the
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develops when the external pressure decreases as a result of
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the float meZ'.1on.
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In general, a waterproof flexible membrane is provided for this purpose, arranged inside the rigid casing.
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and separating the interior space of this envelope into two parts, variable by deformation of the membrane, and isolated from each other, one of these parts being reserved for the filling gas and the other for the surrounding liquid
A variable buoyancy float of the aforementioned type has also been described, without a flexible membrane, in which the interior space of the envelope communicates with the sea by a passage located at a low point, controlled by a floating valve.
The presence of water at the bottom of the casing lifts the valve from its seat and maintains the interior space in communication with the sea, while the expulsion of this water, by the aforementioned reverse phenomenon, allows this valve to fall back on non-seat in order to prevent compressed gas leaks.
In the existing embodiments of this latter type of float, the preliminary filling is done only with compressed gas, which entails certain drawbacks.
First of all, at very great depths, the space occupied by oe gas may be reduced to the point of reducing the buoyancy to zero, or even giving it a negative value, which increases the risk of sinking and collapse. loss of float.
In addition, the gas tends to dissolve on contact with water, especially at high pressures, and to leak gradually, through the water evacuating the interior of the casing during the process. emersion, which constitutes a source of gas losses, with a corresponding decrease in the buoyancy of the float.
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In addition, the sealing of the valve is difficult to achieve when the interior space is completely filled with gas.
The present invention proposes to overcome these various drawbacks.
An automatically variable buoyancy float according to the invention has a rigid casing confining a lightening mass of variable volume, comprising a gaseous fluid and trapped under a determined pressure, the interior space of the casing being adapted to. communicate with the sea by a passage situated at its lowest point and controlled by a floating valve, this lightening mass being formed in part by a practically incompressible liquid lighter than water.
It suffices to provide a sufficient quantity of this liquid to prevent the buoyancy of the float from dropping to zero, even at the greatest depths.
In addition, the presence of this liquid facilitates the sealing of the valve, and also prevents losses of Cas by dissolution in successive loads of sea water,
The objects, characteristics and advantages of the invention will moreover emerge from the description which follows by way of example with reference to the appended drawings in which FIG. 1 is a view in partial sectional elevation of a float. variable buoyancy according to the invention; Figures 2 and 3 are partial sectional elevational views showing such a float in two different states.
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According to the embodiment chosen and represented, FIG. 1 relates to a float or buoys with variable buoyancy essentially constituted by a rigid casing of the pressure tank type. This metal casing consists of a cylindrical tube 1 and two bases 2 , 3, stamped and welded. The bottom 2 comprises opposite a central opening 4, a pipe 5 * flange 6 * the latter being adapted to receive a closure plate 7 carrying a device 8 for mooring a cable 9.
Against the closure plate 7 is formed the valve seat 10 with an O-ring II * The plate 7 carries on its internal face around the seat 10 a pipe 12 with flange 13 perforated at its lower part at 14. On the flange 13 is placed and fixed a collar 15 integral with a cage 16 constituted by a tube perforated by slots 18 and 19 and closed at its upper part by a mound 17 1 a piston 20 or valve of density lower than that of water , one end of which is machined to a profile complementary to that of the seat 10, moves freely in the cage 16.
On the outside of the pipe 12, the plate 7 is pierced with an additional orifice 21 opposite a safety valve 22.
Against the bottom 3, is fixed a base 24 solid with a pipe 23, and carrying a valve 25 mechanically protected by a screw cap 26.
A ring 27 welded to the cylindrical part 1 by means of a reinforcement 28 is provided for the handling.
The buoy thus formed is partially filled with a liquid lighter than water, for example a light gasoline designated by 29, then inflated with air or nitrogen
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under a predetermined pressure, by the valve 25. The density of the piston 20 is greater than that of the liquid 29, and, in the absence of water inside the reservoir, this piston remains pressed against its seat. During gradual submersion the buoy maintains its buoyancy up to the depth at which the hydrostatic pressure of the surrounding environment balances with the inflation pressure.
If the descent continues, the water lifts the floating valve 20 and enters the buoy. The pressure of the air 30 trapped in the upper part * of the tank 1 remains in equilibrium with the hydrostatic pressure which increases as the descent progresses; the volume of gas decreases progressively while obeying Boyle-Mariotte's Law and the buoyancy of the buoy decreases to tend towards a limit value, value for which the volume occupied by the gas falls practically to zero. The valve, the density of which is lower than that of water, is kept floating at the top of its guide tube.
On ascent, the reverse phenomenon occurs and the gas 30, as well as the liquid 29, resume their place by expelling the water. When the water has evacuated the tank, the valve, being unable to float in the liquid 29, comes to rest on its seat. From this moment the buoy has regained its maximum buoyancy and the valve remains held in its seat by the pressure of the trapped gas.
Figures 2 and 3 show two states of a float or buoy similar to that of Figure 1, the references of Figure 1 being repeated with the index prime to designate similar elements. This float contains a certain quantity of liquid 29 ', of density also fault
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as possible (light gasoline for example). It is then filled with an inert gas, for example nitrogen, through the 'valve 25', under a pressure corresponding to the depth beyond which the buoyancy should decrease.
The quantity of liquid 29 'have determined such that the sum of the weights of the empty buoy, the quantity of the aforementioned liquid and the quantity of water which can cut off the remaining capacity available, is less than the weight of volume of water displaced during submersion of the buoy. As indicated, the material constituting the floating valve 20 ′ should have a density between that of water and that of the light liquid 29 ′.
During the progressive immersion of a buoy thus constituted, when the hydrostatic pressure becomes greater than the inflation pressure, the water penetrates inside the buoy (see figure 3) as the immersion progresses. , forcing the volume 29 'upwards and thus compressing the volume of gas 30'. The light liquid 29 'being very little compressible, the buoy will maintain a positive buoyancy at any depth although the volume of gas decreases as it sinks.
When the buoy goes up, the gas will resume its place as the water is evacuated; the valve 20 'floating in the water will return to its seat when the water has evacuated the buoy, trapping both the liquid 29' and the volume of gas 30 'which thus retains its initial inflation pressure.
The buoys thus formed can undergo several successive immersions (theoretically an infinite number, the valve fully retaining the initial charge (s) of liquid or gaseous lightening materials.
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It emerges from an examination of figures 2 and 3 that the gas charge 30 ', on which the buoyancy * of the buoy or float depends, never comes into contact with sea water, and that it is always separated from it by a single charge of liquid 29 ', which prevents gas losses by dissolution.
As for the valve 20 ', its role is to prevent the leakage of liquid 29', and since this liquid has a much higher viscosity than the gas 30 ', it becomes much easier to seal. of this valve only in the case of a float with an exclusively gaseous lightening charge.