..Bouée d'amarrage en un seul point" L'invention est relative à une bouée d'amarrage en un seul point constitué par une colonne, comportant au moins une partie rigide articulée à une ancre, et par une bouée, articulée à l'extrémité supérieure de cette colonne, dont le corps, doué de flottabilité, se trouve en majeure partie en dessous du niveau de l'eau. Une bouée de ce genre est décrite dans la demande de brevet hollandaise n[deg.] 75 06 107. Cette bouée est constituée par une colonne qui est accouplée à une ancre par l'intermédiaire d'une articulation à la cardan, cette colonne étant munie, à son extrémité supérieure. d'une articulation à la cardan qui est reliée au corps de la bouée, celui-ci se trouvant en majeure partie sous l'eau et s'étendant au-dessus de l'eau suivant une partie de faible section droite à l'emplacement du niveau de l'eau.
Une telle bouée est maintenue en place par la flottabilité du corps de la bouée et éventuellement de la colonne ; autrement dit, grâce à sa flottabilité et à sa liaison avec l'ancre, la bouée tendra toujours à prendre une position dans laquelle elle se trouve directement au-dessus de l'ancre. Sous l'action des courants, du vent et des vagues, certaines parties de la bouée peuvent exécuter un mouvement périodique. Si la colonne est constituée par une seule pièce, ce mouvement sera une oscillation autour du point d'articulation inférieur, de sorte que le corps de la bouée exécutera un mouvement de pivotement aussi bien qu'un mouvement de translation ou mouvement transversal ; la colonne peut aussi être soumise à une vibration de flexion.
<EMI ID=1.1>
et par la distribution des masses et par la distribution de dimensions de la colonne et du corps. Ces distributions de masse et de dimensions, la flottabilité et les forces exercées par les courants, les vagues et le vent déterminent les forces appliquées aux diverses pièces, dont les articulations à la cardan constituent des emplacements critiques.
Un but de l'invention est de fournir une bouée dans laquelle ces forces sont aussi faibles que possible.
Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que la distribution des masses et la distribution de dimensions de chaque partie rigide de la colonne sont telles que la période de flexion de la colonne soit inférieure à 6 secondes et la distribution de masses et la distribution de dimensions de la bouée sont telles que la période de mouvement de la bouée soit supérieure à 16 secondes. En outre, la masse et les dimensions de la colonne doivent être telles que la période de mouvement
de celle-ci soit aussi supérieure à 16 secondes. Les vagues d'énergie élevée présentent une période supérieure à 6 secondes mais inférieure à 16 secondes. La masse et les dimensions de la colonne et du corps de bouée, doués de flottabilité, sont donc telles qu'il ne se produit pas de résonances.
L'effet surprenant est qu'on obtient une bouée qui exécute un faible mouvement malgré l'action des vagues, même de vagues de haute énergie ; il en résulte que les forces exercées sur la bouée et sur les articulations à la cardan demeurent faibles, même lorsqu'un navire est amarré à la bouée.
La colonne peut être réalisée en plusieurs parties dont chacune présente une longueur suffisamment courte pour maintenir la période de flexion inférieure à 6 secondes.
Il peut également être souhaitable de munir le corps de la bouée d'un espace ballast, lequel espace peut, par exemple, être rempli d'eau afin d'augmenter la masse et par conséquent la période de la bouée.
L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide d'un de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- La figure 1 représente schématiquement une bouée conforme à l'invention, cette bouée correspondant, en principe, à celle décrite dans la demande de brevet hollandais n[deg.] 75 06 107.
- La figure 2 est un diagramme représentant l'énergie des vagues en fonction de leurs périodes et
- la figure 3 montre les diverses possibilités de vibration et/ou du mouvement de la bouée.
La bouée représentée sur la figure 1 est constituée par une ancre 2 qui, au moyen d'une articulation à la cardan 3, est articulée à une colonne 2 laquelle est articulée, au moyen d'une articulation à la cardan 4, au corps 5 de la bouée ; celui-ci est en majeure partie en-dessous du niveau de l'eau et se prolonge au-dessus du niveau de l'eau par un mince pylône 6.
Une conduite qui va de la partie inférieure à la partie supérieure de la bouée peut comporter des raccords tournants ou des parties constituées par des tuyaux souples flexibles, situés à l'emplacement des articulations à travers ou le long de la colonne 2 et du corps 5 de la bouée. Un exemple de tels raccordements est représenté dans la demande de brevet hollandais
n[deg.] 75 06 107.
Dans le mode de réalisation représenté ici, la colonne 2 a une longueur d'environ 100 m, le corps 5 a une longueur d'environ
<EMI ID=2.1>
La figure 2 montre la relation entre l'énergie des vagues et les périodes de celles-ci. On voit sur cette figure que les vagues de plus haute énergie ont une période d'environ 12 secondes, que cette période augmente ou diminue lorsque l'énergie des vagues diminue. Une vague de faible énergie aura par exemple une période d'environ 6 secondes correspondant à une longueur d'onde relativement courts, mais on pourra avoir aussi des vagues de très grandes longueurs d'ondes, c'est-à-dire de très grandes périodes, présentant une faible énergie.
Les masses de la bouée représentée sur la figure 1 doivent être déterminées de telle manière que la colonne 2 ait une période située à gauche de l'axe parallèle à l'axe des ordonnées et d'abscisse 6 secondes sur la figure 2, tandis que le corps 5 doit avoir une masse telle que sa période soit située à droits de l'axe parallèle à l'axe des ordonnées et d'abscisse 16 secondes sur la figure 2.
Si la longueur de la partie 2 de la colonne est telle que sa fréquence propre dépasse 6 secondes, cette partie devrait être subdivisée en deux autres parties, ainsi qu'on l'a indiqué en trait mixte en 2' sur la figure 1. -
Un espace ballast 7 disposé à l'intérieur du corps 5 de la bouée peut être rempli d'eau pour augmenter la masse du corps 5 et pour modifier la distribution des masses.
Sur la figure 3 sont représentées les diverses possibilités de mouvement.
La partie a de la figure 3 indique en trait mixte la vibration de flexion qui peut se produire dans la colonne 2.
<EMI ID=3.1>
de va-et-vient de l'ensemble la colonne 2 et du corps 5 dans le même sens.
La partie d de la figure 3 montre les mouvements de pivotement de va et vient en sens contraires de la colonne 2 et du corps 5.
Tous les éléments sont constamment complètement immergés. Le pylône 6 n'a pas été représenté sur la figure 3.
Dans les exemples suivants, les diverses variables sont dé- , signées de la manière suivante :
<EMI ID=4.1>
c = constante élastique.
I = moment d'inertie.
<EMI ID=5.1>
1 ( <1>) = longueur de la colonne 2.
1 ( <2> ) = longueur du corps 5.
K = force exercée sur la colonne 2 par le corps 5 ou force de
flottaison.
dM = masse propre + masse ajoutée ; la masse ajoutée pour une
section droite cylindrique est égale à celle de l'eau déplacée.
<EMI ID=6.1>
h = hauteur du point d'application de K au-dessus de l'articulation 4.
d = diamètre de la colonne 2.
<EMI ID=7.1>
r = demi-diamètre.
T = période.
s = épaisseur de paroi de la colonne.
<EMI ID=8.1>
La pulsation de vibration de flexion de la colonne elle-même est égale à :
<EMI ID=9.1>
<EMI ID=10.1>
T est bien inférieur à 6 secondes.
Exemple II
<EMI ID=11.1>
Fig. 3c sans la bouée, c'est-à-dire colonne 2 seule.
<EMI ID=12.1>
<EMI ID=13.1>
secondes qui est bien supérieur à la limite de 16 secondes. Il est clair également que dans le cas où la bouée est articulée à la colonne, la période de mouvement est encore plus longue.
Exemple III
Si T = 20 secondes, la hauteur à laquelle doit être appliquée la force de flottaison K, se calcule comme suit, lorsque
<EMI ID=14.1>
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
REVENDICATIONS
1. Bouée d'amarrage en un seul point, comportant une colonne verticale, articulée à une ancre et comportant au moins une partie de colonne rigide dressée verticalement à partir de l'ancre, et un corps de bouée articulée à l'extrémité supérieure de cette partie de colonne, le corps étant, au moins en majeure partie, disposé en-dessous du niveau de l'eau, laquelle bouée est caractérisée en ce que les masses et les dimensions de chaque partie rigide de-la colonne sont telles que leur période de flexion soit inférieure à 6 secondes et les masses et les dimensions du corps de la bouée sont telles que sa période de mouvement soit supérieure à 16 secondes.
.. Single point mooring buoy "The invention relates to a single point mooring buoy consisting of a column, comprising at least one rigid part articulated to an anchor, and by a buoy, articulated to the anchor. The upper end of this column, the body of which, endowed with buoyancy, lies for the most part below the water level A buoy of this type is described in the Dutch patent application n [deg.] 75 06 107 This buoy is constituted by a column which is coupled to an anchor by means of a cardan joint, this column being provided, at its upper end, with a cardan joint which is connected to the body of the buoy, the latter lying for the most part underwater and extending above the water in a part of small straight section at the location of the water level.
Such a buoy is held in place by the buoyancy of the body of the buoy and possibly of the column; in other words, thanks to its buoyancy and to its connection with the anchor, the buoy will always tend to take a position in which it is directly above the anchor. Under the action of currents, wind and waves, some parts of the buoy may perform periodic movement. If the column is made in one piece, this movement will be an oscillation around the lower articulation point, so that the body of the buoy will perform a pivoting movement as well as a translational movement or transverse movement; the column can also be subjected to a bending vibration.
<EMI ID = 1.1>
and by the mass distribution and by the size distribution of the column and the body. These mass and size distributions, buoyancy and the forces exerted by currents, waves and wind determine the forces applied to the various parts, of which the gimbal joints are critical locations.
An object of the invention is to provide a buoy in which these forces are as low as possible.
According to the invention, this result is obtained by the fact that the mass distribution and the size distribution of each rigid part of the column are such that the bending period of the column is less than 6 seconds and the mass distribution and the size distribution of the buoy are such that the period of movement of the buoy is greater than 16 seconds. In addition, the mass and dimensions of the column should be such that the period of movement
of this is also greater than 16 seconds. High energy waves have a period greater than 6 seconds but less than 16 seconds. The mass and dimensions of the column and the buoy body, endowed with buoyancy, are therefore such that no resonances occur.
The surprising effect is that one obtains a buoy which performs a weak movement despite the action of the waves, even of high energy waves; As a result, the forces exerted on the buoy and on the gimbal joints remain low, even when a vessel is moored to the buoy.
The column can be made in several parts, each of which has a sufficiently short length to keep the flexion period less than 6 seconds.
It may also be desirable to provide the body of the buoy with a ballast space, which space may, for example, be filled with water in order to increase the mass and therefore the period of the buoy.
The invention is explained in more detail below with the aid of one of its embodiments, taken by way of illustration but in no way limiting, with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 shows schematically a buoy in accordance with the invention, this buoy corresponding, in principle, to that described in the Dutch patent application n [deg.] 75 06 107.
- Figure 2 is a diagram representing the energy of waves as a function of their periods and
- Figure 3 shows the various possibilities of vibration and / or movement of the buoy.
The buoy shown in Figure 1 consists of an anchor 2 which, by means of a cardan joint 3, is articulated to a column 2 which is articulated, by means of a cardan joint 4, to the body 5 the buoy; this is for the most part below the water level and is extended above the water level by a thin pylon 6.
A pipe which runs from the lower part to the upper part of the buoy may have swivel joints or parts constituted by flexible hoses, located at the location of the joints through or along the column 2 and the body 5 of the buoy. An example of such connections is shown in the Dutch patent application
n [deg.] 75 06 107.
In the embodiment shown here, column 2 has a length of approximately 100 m, body 5 has a length of approximately
<EMI ID = 2.1>
Figure 2 shows the relationship between wave energy and wave periods. We see in this figure that the waves of higher energy have a period of about 12 seconds, that this period increases or decreases when the energy of the waves decreases. A low energy wave will for example have a period of about 6 seconds corresponding to a relatively short wavelength, but we can also have waves of very long wavelengths, that is to say very long waves. periods, exhibiting low energy.
The masses of the buoy shown in figure 1 should be determined such that column 2 has a period to the left of the axis parallel to the y-axis and abscissa 6 seconds in figure 2, while body 5 must have a mass such that its period is located at right angles to the axis parallel to the ordinate axis and abscissa 16 seconds in Figure 2.
If the length of part 2 of the column is such that its natural frequency exceeds 6 seconds, this part should be subdivided into two other parts, as indicated in phantom at 2 'in figure 1. -
A ballast space 7 disposed inside the body 5 of the buoy can be filled with water to increase the mass of the body 5 and to modify the distribution of the masses.
In Figure 3 are shown the various possibilities of movement.
Part a of figure 3 indicates in phantom the bending vibration that can occur in column 2.
<EMI ID = 3.1>
back and forth of the whole column 2 and the body 5 in the same direction.
Part d of Figure 3 shows the back and forth pivoting movements in opposite directions of column 2 and body 5.
All the elements are constantly completely submerged. The pylon 6 has not been shown in Figure 3.
In the following examples, the various variables are designated as follows:
<EMI ID = 4.1>
c = elastic constant.
I = moment of inertia.
<EMI ID = 5.1>
1 (<1>) = length of column 2.
1 (<2>) = body length 5.
K = force exerted on column 2 by body 5 or force of
flotation.
dM = self-mass + added mass; the mass added for a
cylindrical cross section is equal to that of the displaced water.
<EMI ID = 6.1>
h = height of the point of application of K above the joint 4.
d = diameter of column 2.
<EMI ID = 7.1>
r = half-diameter.
T = period.
s = wall thickness of the column.
<EMI ID = 8.1>
The bending vibration pulsation of the column itself is equal to:
<EMI ID = 9.1>
<EMI ID = 10.1>
T is much less than 6 seconds.
Example II
<EMI ID = 11.1>
Fig. 3c without the buoy, i.e. column 2 alone.
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
seconds which is well above the 16 second limit. It is also clear that in the case where the buoy is articulated to the column, the period of movement is even longer.
Example III
If T = 20 seconds, the height at which the flotation force K must be applied, is calculated as follows, when
<EMI ID = 14.1>
As goes without saying and as it follows moreover already from the foregoing, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more especially considered; on the contrary, it embraces all the variants.
CLAIMS
1. A single point mooring buoy, comprising a vertical column, hinged to an anchor and having at least a rigid column part erected vertically from the anchor, and a hinged buoy body at the upper end of the anchor. this part of the column, the body being, at least for the most part, disposed below the water level, which buoy is characterized in that the masses and the dimensions of each rigid part of the column are such that their bending period is less than 6 seconds and the masses and dimensions of the body of the buoy are such that its period of movement is greater than 16 seconds.