CA1094599A - Joint tournant multi-fonctions a developpement horizontal - Google Patents
Joint tournant multi-fonctions a developpement horizontalInfo
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Abstract
L'invention concerne un joint tournant pour une pluralité de conduits. Un tel dispositif comporte une partie fixe constituée par un disque limité par une face supérieure et une face inférieure, chacune de ces faces admettant une symétrie de rotation autour d'un axe commun et au moins une partie mobile en rotation autour du même axe et logée dans une cannelure annulaire ouverte sur la face supérieure de la partie fixe et à concavité orientée vers cette partie supérieure, chaque partie mobile délimitant avec la partie fixe un espace annulaire isolé de l'extérieur par au moins deux joints d'étanchéité et limité par une surface tracée sur la partie fixe et une surface tracée sur la partie mobile, sur chacune de ces surfaces débouchant un conduit pour transfert de fluide dont l'un est relié à la face inférieure du disque et l'autre est relié au contour extérieur de la partie mobile vers la face supérieure du disque. Une application particulière est faite aux postes de transfert d'hydrocarbures en mer.
Description
109~ i99 L'invention a trait à un dispositif de connexion de conduits de transfert solidaires d'une installation sensiblement fixe à des conduits semblables solidaires d'une installation mo-bile appelé joint tournant multifonctions.
On connait divers dispositifs de connexion pour une pluralité de conduits associant autour d'un axe unique de rotation une partie fixe éventuellement solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique et au moins une partie mobile en rotation autour de l'axe unique de rotation.
Pour certains de ces dispositifs, chacune des parties mobiles délimitant avec la partie fixe un espace annulaire contri-bue à délimiter plus d'un espace annulaire, ces espaces annulaires peuvent être disposés de telle façon que leurs barycentres soient sensiblement confondus, le dispositif étant alors à développement horizontal, i~s peuvent aussi être disposés de telle fa~on que leurs barycentres soient espacés sur l'axe de rotation et alors le , dispositif est à développement vertical. Pour d'autres dispositifs, chaque partie mobile contribue à délimiter un seul espace annulaire mais alors les barycentres des espaces annulaires sont espacés sur l'axe de rotation et ne peuvent pas être confondus et les dis-positlfs sont alors seulement à développement vértical. `
Chaque type de construction présente des inconvénients -, et des avantages, cependant dans les deux cas une intervention sur une partie mobile notamment sur les joints d'étanchéité ou sur les dispositlfs de roulement, qui assurent le contact avec la partie fixe, ne peut être effectuée qu'en interrompant le fonctionnement de l'ensemble du dispositif.
On connaît des dispositifs de joint tournant pour pluralité,de conduits du type comportant une partie fixe supportant , 30 au moins une partie mobile autour d'un axe de rotation unique. La partie fixe a la forme d'un disque. Chaque partie mobile est logée . . . - .
dans une cannelure annulaire entaillant la surface du disque.
Sur les parois de la cannelure débouchent des conduits am~nagés d'une part dans la partie fixe et d'autre part dans chacune des parties mobiles, ces conduits aboutissent a des ajutages d'arri-v~e et de départ des fluides situés d'un même côté du disque.
Une telle disposition autorise un certain débattement entre la partie fixe et chacune des parties mobiles, elle ne permet pas une rotation libre des parties mobiles par rapport à la partie fixe.
La présente invention permet de pallier cet inconvénient en réalisant un joint tournant autorisant une rotation libre des - parties mobiles par rapport à la partie fixe.
Un joint tournant pour une pluralite de conduits, selon l'invention telle que revendiquée ici, comporte une partie fixe constituée par un disque limit8 par une face inférieure et une face sup~érieure, chacune de ces deux faces ayant un axe commun de révolution, et au moins deux parties mobiles en rotation autour dudit axe commun, de révolution, joint caractérisé en ce que: chaque partie mobile est logée dans une cannelure annulaire découp~e dans la partie fixe, cette cannelure ayant une ouver-ture annulaire ouverte sur la face supérieure de la partie fixe - ~ pour permettre de retirer la partie mobile; chaque partie mobile délimite avec la partie fixe un espace annulaire unique, cette partie mobile isolant-l'espace annulaire de la cannelure et de tout autre espace annulaire par au moins deux joints d'étanchéité
annulaires, cet espace annulaire étant limite, en outre, par une surface de la partie mobile et par une surface de la partie fixe;
ces deux surfaces comportent, chacune, une ouverture pour le transfert de fluides, soit une premiere ouverture debouchant sur la surface de la partie fixe et reliée par un conduit, dans la partie fixe, à un conduit débouchant sur la surface inferieure de la partie fixe, et une seconde ouverture debouchant sur la .
lO9^~S~9 surface de la partie mobile et reli~e par un conduit, dans la partie mobile, ~ un conduit débouchant a la périphérie de la partie mobile et orientee vers la surface supérieure de la partie fixe.
Dans les dispositifs destinés au passage de fluides sous hautes pressions, les joints d'étanchéité annulaires isolant un espace annulaire du milieu extérieur sont en contact avec la partie fixe et avec la partie mobile suivant des surfaces tronconiques appartenant a des cones de révolution autour dudit axe unique, ou encore suivant des surfaces cylindriques de révo-lution autour dudit axe unique.
Dans les dispositifs destinés au passage d'au moins un fluide devant être maintenu a une température déterminée, la partie fixe et la partie mobile correspondant a l'espace annu-laire concerné comportent a proximité des surfaces limitant ledit espace annulaire des moyens de contrôle et de régulation thermique.
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: :. . , - : -~: " ' ' 109~S~9 Dans les réalisations pour lesquelles ~es conduits rejoints deux à deux sont de diamètre important, motamment pour le transfert des liquides et des gaz ou des gra~ulats avec des débits horaires très importants, la partie fixe supporte chaque partie mobile par interposition d'au moins une butée Dans les réalisations pour lesquelles le disposi~if de joints tournants multi-fonctions à développerilent horizontal doit occuper l'encombrement horizontal le moins important qu'il est possible, les butées interposées entre chacune des parties mobiles successives et la partie fixe sont situées alternativement d'un côté et de l'autre par rapport à l'ensemble des ~oints d'étanchéité~
L'invention sera mieux comprise dans la description, donnée à titre non limitatif, des dispositifs illustrés à l'aide des figures suivantes:
; - Fig. 1: Joint multi-circuits horizontal (art antérieur) - Fig. 2: Joint multi-circuits vertical (art antérieur) - Fig. 3: Joint multi-circuits vertical (art antérieur) ; - Fig. 4: Joint multi-circuits à joints plans I Fig. 5: Sections perpendiculaires à l'axe de la figure 4 - Fig. 6: Autres joints multi-circuits à joint~ cylindriques .
- Fig. 7: Sections p~rpendiculaires à l'axe de la figure 6.
~ En se référant à la figure 1 donnant le schéma d'un dispositif multi-circuits à développement horizontal dont modèle . : - .
connu, on distingue d'abord une partie fixe 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 d'axe ZZ', cette partie fixe 1 délimitant trois cannelures annulaires 3a, 3b, et 3c de révolution autour de l'axe ZZ' est ouverte dans la direction Z. On distingue ensuite trois parties mcbiles 4a, 4b et 4c annulaires, de révolu-tion autour de l'axe ZZ' et telles que la première 4a rencontrée en allant de l'axe ZZ' vers l'extérieur délimite avec la partie 1(~9~ 9 ,.
. .
;fixe 1 et le conduit tubulaire 2 un espace annulaire Sa compre-nant la cannelure 3a et que chacune des autres parties mobiles suivantes 4b et 4c d~limite avec la partie fixe et la partie mobile précédente un espace annulaire 5b et Sc, chacun comprenant une des cannelures 3b et 3c.
Dans chacune des cannelures 3a, 3b et 3c, tracées dans la partie fixe 1, débouchent un des conduits 6a, 6b, et 6c, pour le passage d'un fluide à transférer. Sur le contour de chacun des espaces annulaires 5a, 5b et 5c, à travers la masse de chacune des parties mobiles 4a, 4b et 4c débouchent chacun des conduits 7a, 7b et 7c, pour le passage d'un des fluides à
transférer.
Chacune des parties mobiles est séparée de la partie ~ ~
fixe pour 4a, de la partie fixe et d'une partie moblle pour 4b ; ;
et 4c, au moyen de joints d'étanchéités 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c.
L'ensemble des parties mobiles et de la partie fixe est maintenu en place au moyen de butées annulaires non figurées.
Un tel dispositif, connu en soi, de joint multi-circuit offre bien un encombremént vertical réduit, puisque l'augmentation ~du nombre de circuits se fait par adjonction d'éléments annulaires concentriques. Cependant, ce dispositif présente l'inconvénient de ne pouvoir permettre une réparation sur un circuit sans interrompre les autres circuits.
Sùr la figure 2 est représenté le schéma d'un dispositif ; multi-circuits connu à développement vertical comportant l'associa-t1on d'une partie fixe annulaire 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 avec une seule partie mobile 4 également annulaire.
Les deux parties 1 et 4 sont cylindriques et en contact suivant une surface cylindrique de révolution de diamètre D. Sur le contour externe de la surface cylindrique de la partie 1 sont .. :~
-~tracées deux cannelures annulaires 3a et~3b et sur le contour ... .
: .
. ~. . . .
~0~599 interne de la partie mobiie 4 sont tracées des cannelures annulaires lOa et lOb disposées chacune vis-à-vis d'une des cannelures 3a et 3b. Les cannelures lOa et 3a Gonstituent l'espace annulaire 5a. Les cannelures lOb et 3b constituent l'espace annulaire 5b.
Sur le contour de chacune des cannelures 3a et 3b débouche un conduit 6a et 6b pour le passage d'un fluide à
transférer.
Sur le contour de chacune des cannelures lOa et lOb débouche un conduit 7a et 7b.
La partie fixe et la partie mobile sont séparées par des joints d'étanchéité 11, lla, llb et des butées annulaires non figurées.
Un tel dispositif, figuré ici schématiquement avec deux circuits seulement, présente l'inconvénient de prendre une extension verticale proportionnelle au nombre de circuits, ce qui limite rapidement l'avantage trouvé dans la mise en contact de deux surfaces cylindriques. Ce dispositif est utilisé pour la connexion de conduits de petit diamètre et peut difficilement être mis en oeuvre par une multiplicité de conduits de grand diambtre.
Sur la figure 3 est représenté un dispositif multi-cir-cuits connu à développement vertical comportant l'association ;~ d'une partie fixe annulaire 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 avec au moins une partie mobile, ici deux parties mobiles 4a et 4b.
Ici chaque partie mobile telle que 4a, participe à la ; délimitation d'un seul espace annulaire tel que 5a.
- Sur le contour de chaque espace annulaire, tel que 5a, débouche, à travers la partie fixe 1, un conduit 6a et à travers la partie mobile 4a un conduit 7a.
.
.
- ~0~
Chaque partie mobile telle que 4a, est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de joints d'étanchéité tels que 8a et 9a.
La partie fixe 1 peut être d'une seule pièce ou bien constituée d'autant de pièces annulaires semblables, telles que la et lb, qu'il y a de circuits, ces pièces étant fixées sur un conduit tubulaire cylindrique 2, par exemple au moyen d'un pas de ~ -vis non-figuré.
Ce dispositif, où les circuits sont mécaniquement ~ `
séparés, permet la mise en service ou la mise hors service séparément de chacun des différents circuits, ce que ne permettent par les dispositifs décrits à l'aide des figures 1 et 2.
Cependant, comme pour le dispositif représenté à l'aide de la figure 2, le développement vertical des circuits rend difficile le montage de plusieurs circuits surtout si le diamètre de ces circuits est important. L'encombrement global en hauteur devient alors excessif. Dans ce cas, bien que les circuits puissent être interrompus séparément, il n'est pas possible d'effectuer de réparations importantes comportant lè changement de pièces, parties mobiles aux garnitures d'étanchéité, sur les circuits autres que le circuit supérieur.
Les figures 4 et 5 donnent les schémas en élévation et en plan d'un joint multi-circuits à développement horizonta~l, suivant les critères de l'invention.
Sur la figure 4, on distingue une partie fixe 1 ayant la forme d'un disque dont le contour extérieur est inscrit dans une surface de révolution autour d'un axe ZZ'.
Cette partie fixe 1 est limitée entre une surface supérieure la et une surface inférieure lb,`constituées par des plans perpendicuL~ires à l'axe ZZ'. Cette partie fixe 1 comporte un orifice 2' coaxial d'axe ZZ'~ ledit orifice étant délimité par 1094S~9 un conduit tubulaire cylindrique 2, fixée solidairement a la partie fixe 1.
Sur la surface supérieure la de la partie fixe est découpée au moins une cannelure annulaire telle que 3a, consti-tuant une surface de revolution définie par la rotation autour de l'axe ZZ~ d~un contour à concavité orientée dans le seul sens de Z' vers Z de l'axe de rotation ZZ'.
Chaque cannelure annulaire, telle que 3a, sert pour partie de logement à une partie mobile telle que 4a, annulaire de révolution autour de l'axe ZZ'. Cette partie mobile 4a est telle qu'une partie de son contour délimite avec la partie fixe 1 un espace annulaire 5a constitué par une partie de la cannelure 3a, L'espace annulaire 5a est limité par une surface 5a' tracée sur la partie fixe et par une surface 5a" tracée sur la partie mobile~ Sur la surface 5 a' débouche un conduit 6a relié
à travers la masse de la partie fixe 1 à un ajutage débouchant sur la face inférieure lb de cette partie fixe. Sur la surface 5a" débouche un conduit 7a relié à travers la masse de la partie mobile 4a à un ajutage débouchant sur le contour extérieur de la partie mobile orienté vers la face supérieure la de la partie fixe 1.
La partie rnobile 4a est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de deux joints d'étanchéité 8a et 9a annulaires, limités par des surfaces planes et en contact par lesdites sur-faces planes d':une part, avec la partie fixe 1, et d'autre part avec la partie mobile 4a.
La partie mobile 4a est supportée par la partie fixe 1 par l'interposition de deux butées telles que des roulements à
billes lOa et lla, eux-mêmes maintenus en place chacun par une des brides 12a et 13a, fixées sur la partie fixe 1 de fa,con 4t.~99 amovible, par exemple au moyen de vis, non représentées.
Sur la figure 5, on distingue à droite une section suivant le plan B perpendiculaire à l'axe ZZ', tel que ce plan B est repéré sur la figure 4 et à gauche une section suivant le plan A perpendiculaire à l'axe ZZ', tel que ce plan A est repéré
sur la figure 4.
Sur la figure S, à droite, on distingue, en section, la partie fixe 1 de part et d~autre de la cannelure annulaire 3a dans laquelle prend place la partie mobile annulaire 4a. Cette partie mobile 4a est séparée de la partie fixe 1 par deux espaces annulaires lOa'etlla' occupés par les dispositifs de roulement lOa et lla (figure 4).
La partie mobile 4a est traversée par un conduit 7a, cylindrique d'axe parallèle à ZZ', dont la figure 5 donne une section droite, ce conduit débouche dans un espace annulaire 5a sous-jacent à la partie mobile 4a sur la figure 5 et vu en section méridienne sur la figure 4.
Sur la figure 5, à gauche, on distingue en section la partie fixe 1 de part et d'autre de la cannelure annulaire 3a ` 20 dans la partie de cette cannelure qui constitue l'espace annulai-re 5a.
Les moyens pour la connexion d'un circuit d'indice (a) sont représentés sur la figure 5 à titre d'exemple, un dispositif de joints tournants pouvant comporter une pluralité de tels moyens constituant autant d'ensembles coaxiaux. A titre d'exemple, le conduit 7b de l'ensemble coaxial le plus proche a été représen-` té sur la figure 5.
Sur la figure 6, on distingue une partie fixe 1 enforme de disque dont le contour extérieur est inscrit dans une surface de révolution autour d'un axe ZZ', cette partie fixe comportant un orifice central cylindrique 2 d'axe ZZ'.
_g_ ;
lO.~j;15~
A titre d'exemple, deux cannelures 3a et 3b sont représentées, entaillant la partie fixe 1, ces cannelures sont délimitées, chacune par une surface de révolution autour de l'axe ZZ'. Ces cannelures sont ouvertes dans la direction Z de l'axe ZZ', chaque cannelure telle que 3a sert, pour partie de logement à une partie mobile telle que 4a, annulaire et inscrite dans une surface de révolution autour de l'axe ZZ~, et telle qu'une partie de son contour délimite avec la partie fixe 1 un espace annulaire 5a constitué par une partie de la cannelure 3a.
L'espace annulaire 5a est limité par une surface 5a' tracée sur la partie fixe et par une surface 5a" tracée sur la partie mobile.' Sur la surface 5' débouche un conduit 6a relié à
travers la masse de la parti-e fixe 1 à un ajutage débouchant sur la'face inférieure lb de cette partie fixe. Sur la surface 5a"
débouche un conduit 7a relié à travers la masse de la partie mobile 4a à un ajutage débouchant sur le contour extérieur de la partie mobile orienté vers la face supérieure la de la partie fixe 1.
La partle mobile 4a est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de deux joints d'étanchéité 8a et 9a annulaires, en contact par leurs surfaces annulaires cylindriques opposées d'une part avec la partie fixe 1 et d'autre part avec la partie mobile 4a.
La partie mobile 4a est supportée par la partie fixe 1 par l'interposition d'une butée telle que le roulement à billes lOa. Dans la réalisation selon la figure 6, comportant des joints cylindriques, un seul roulement suffit, alors que dans le dispo-sitif selon la figure 4, il était nécessaire de prévoir deux roulements, un de chaque côté de la partie annulaire mobile 4a.
Les parties mobiles 4a et 4b sont maintenues en place dans leur logement annulaire, chacune par une bride annulaire -~` 10945~9 plane 12 a et 12b fixées sur la partie fixe 1 de facon amovible, par exemple au moyen de vis non représentées.
Sur la figure 6, les espaces annulaires 5a et 5b sont situés dans deux plans distincts perpendiculaires à l'axe ZZ' et espac~s d'une distance e dont la mesure est de l'ordre du tiers de l'épaisseur de la plaque constituant la partie fixe annulaire 1. Ceci permet en donnant une forme appropriée aux parties mobiles 4a et 4b de réduire l'encombrement de l'installation par rapport à une simple juxtaposition de dispositifs tels ~ue celui constitué
par l'ensemble signalé par le repère (a).
La réalisation la plus compacte dans les directions perpendiculaires à l'axe ZZ' est constituée par une alternance de dispositifs tels que repérés par (a) et de dispositifs repérés par (b).
Sur la figure 6 est représenté, fixé eur la partie fixe 1, un dispositif, connu en soi, de joint tournant 15 pour une :'~
pluralité de conduits, tel que celui décrit à l'aide de la figure 2, Ce dispositif est utilisé ici pour le passage de deux .
conduits de petite section.
Sur la figure 6 est également représenté, fixé sur la partie flxe 1, au-dessus du dispositif 15, un dispositif de joint tournant 16 d'un modèle connu en soi pour conduits électriques.
La figure 7 donne une vue en plan d'une section du dispositif décrit à l'aide de la figure 6 suivant les plans indiqués de gauche à droite par les repères successifs aa', bb' ` et cc'.
-~ On distingue donc de gauche à droite:
- dans la section par le plan aa', l'espace annulaire 5b compris entre la partie mobile 4b et la partie fixe 1, - dans la section par le plan bb', l'espace annulaire 5a compris entre la partie mobile 4a et le partie fixe 1, ',' ~ ' .
10~ ~59~
- dans la section par le plan cc', d'abord la partie fixe 1 en contact avec la partie mobile 4a, le joint n~étant pas figuré, le contour du conduit )~ étant indiqué en pointillé alors que Le contour du conduit 7a est représenté en trait continu, ensuite la partie fixe 1 en contact avec la partie mobile 4b, le joint n'étant pas figuré et le contour du conduit 6b étant indiqué en pointillé alors que le contour du conduit 7b est représenté en trait continu.
Sur les figures 6 et 7 sont indiqués en différentes zones de la partie fixe 1, les passages de gaines de climatisation 17 - destinées à être reliées à une source d'un fluide, généralement de l'eau, portée ~ une température déterminée.
Sur la figure 6 est aussi représentée une gaine d'iso-lation thermique 18 entourant le faisceau de câbles électriques logés dans la zone axiale de l'orifice 2 et aboutissant au dispositif de joint tournant 16 pour lesdits conduits électriques.
Des déflecteurs, tels que 19, sont généralement fixés à
la partie fixe 1 ou à la partie mobile 4a, comme il est indiqué
sur la figure 6, pour recouvrir la partie de la cannelure 3a non occupée par la Pa rtie mobile 4a. De tels dispositifs de joints tournants multi-circuits tels qu'ils viennent d'être d~crits dans les deux réalisations illustrées à l'aide des figures 4, 5 et 6 sont employés pour la solution de nombreux problèmes de transfert de matériaux fluides ou assimilables a des fluides, par exemple des granulats. Ces problèmes sont, de façon très générale, ceux qui sont posés par la mise en relation d'un moyen de stockage fixe avec un autre moyen de stockage mobile ou susceptible de se dépla-cer de façon contrôlée ou non.
Les dispositifs de joints tournants multi-circuits selon les figures 4 et 5 sont utilisés pour les transferts de fluides sous basse pression, en effet tout accroissement de pression 10~5~9 au-delà de la pression hydrostatique tend ~ faire séparer la partie mobile du circuit considérée, par rapport à la partie fixe commune.
Pour cette raison, les réalisations suivant les figures 6 et 7 sont généralement préférées, elles permettent en effet le transfert de fluides sous toutes pressions avec tous débits. Ces dispositifs permettent le passage de fluides à des températures différentes puisque des gaines de climatisation sont prévues pour limiter les interactions entre les différentes parties de l'installation.
On doit remarquer que le développement horizontal de tels dispositifs conduit à une stabilité d'autant meilleure que " le nombre de circuits est plus grand alors que les dispositifs actuellement employés avec développement vertical conduisent au résultat opposé.
Les problèmes d'entretien avec les dispositifs multi-,~ circuits à développement horizontal sont considérablement facili-tés par chaque circuit peut faire l'objet d'une interruption de marché avec démontage et changement des pièces d'usure à l'aide ~ 20 de moyens de manutation usuels.
; De teIs dispositifs multi-circuits à développement `~ horizontal peuvent être utilisés en mer soit en annexe de bouées dont la position moyenne est fixée au moyen d'une p~luralité
d'ancrages, soit par mise en place à l'extrémité d'une colonne ,' oscillante ou articulée. Ils peuvent également être employés à
, terre.
La parfaite adaptation de ce dispositif à la solution ~ des problèmes posés par le transfert continu d'huile ou de gaz ,,~ d'une source ou réservoir fixe sous-marin à un navire, dont l'orientation par rapport au point de chargement est fluctuante à cause du vent et des courants, tient essentiellement à la : ' 1~9~ 9 dissociation qui a été faite entre les ajutages d'arrivée, situés sur la face inférieure de la partie fixe du joint et les ajutages de départ situés sur la face supérieure du joint.
On connait divers dispositifs de connexion pour une pluralité de conduits associant autour d'un axe unique de rotation une partie fixe éventuellement solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique et au moins une partie mobile en rotation autour de l'axe unique de rotation.
Pour certains de ces dispositifs, chacune des parties mobiles délimitant avec la partie fixe un espace annulaire contri-bue à délimiter plus d'un espace annulaire, ces espaces annulaires peuvent être disposés de telle façon que leurs barycentres soient sensiblement confondus, le dispositif étant alors à développement horizontal, i~s peuvent aussi être disposés de telle fa~on que leurs barycentres soient espacés sur l'axe de rotation et alors le , dispositif est à développement vertical. Pour d'autres dispositifs, chaque partie mobile contribue à délimiter un seul espace annulaire mais alors les barycentres des espaces annulaires sont espacés sur l'axe de rotation et ne peuvent pas être confondus et les dis-positlfs sont alors seulement à développement vértical. `
Chaque type de construction présente des inconvénients -, et des avantages, cependant dans les deux cas une intervention sur une partie mobile notamment sur les joints d'étanchéité ou sur les dispositlfs de roulement, qui assurent le contact avec la partie fixe, ne peut être effectuée qu'en interrompant le fonctionnement de l'ensemble du dispositif.
On connaît des dispositifs de joint tournant pour pluralité,de conduits du type comportant une partie fixe supportant , 30 au moins une partie mobile autour d'un axe de rotation unique. La partie fixe a la forme d'un disque. Chaque partie mobile est logée . . . - .
dans une cannelure annulaire entaillant la surface du disque.
Sur les parois de la cannelure débouchent des conduits am~nagés d'une part dans la partie fixe et d'autre part dans chacune des parties mobiles, ces conduits aboutissent a des ajutages d'arri-v~e et de départ des fluides situés d'un même côté du disque.
Une telle disposition autorise un certain débattement entre la partie fixe et chacune des parties mobiles, elle ne permet pas une rotation libre des parties mobiles par rapport à la partie fixe.
La présente invention permet de pallier cet inconvénient en réalisant un joint tournant autorisant une rotation libre des - parties mobiles par rapport à la partie fixe.
Un joint tournant pour une pluralite de conduits, selon l'invention telle que revendiquée ici, comporte une partie fixe constituée par un disque limit8 par une face inférieure et une face sup~érieure, chacune de ces deux faces ayant un axe commun de révolution, et au moins deux parties mobiles en rotation autour dudit axe commun, de révolution, joint caractérisé en ce que: chaque partie mobile est logée dans une cannelure annulaire découp~e dans la partie fixe, cette cannelure ayant une ouver-ture annulaire ouverte sur la face supérieure de la partie fixe - ~ pour permettre de retirer la partie mobile; chaque partie mobile délimite avec la partie fixe un espace annulaire unique, cette partie mobile isolant-l'espace annulaire de la cannelure et de tout autre espace annulaire par au moins deux joints d'étanchéité
annulaires, cet espace annulaire étant limite, en outre, par une surface de la partie mobile et par une surface de la partie fixe;
ces deux surfaces comportent, chacune, une ouverture pour le transfert de fluides, soit une premiere ouverture debouchant sur la surface de la partie fixe et reliée par un conduit, dans la partie fixe, à un conduit débouchant sur la surface inferieure de la partie fixe, et une seconde ouverture debouchant sur la .
lO9^~S~9 surface de la partie mobile et reli~e par un conduit, dans la partie mobile, ~ un conduit débouchant a la périphérie de la partie mobile et orientee vers la surface supérieure de la partie fixe.
Dans les dispositifs destinés au passage de fluides sous hautes pressions, les joints d'étanchéité annulaires isolant un espace annulaire du milieu extérieur sont en contact avec la partie fixe et avec la partie mobile suivant des surfaces tronconiques appartenant a des cones de révolution autour dudit axe unique, ou encore suivant des surfaces cylindriques de révo-lution autour dudit axe unique.
Dans les dispositifs destinés au passage d'au moins un fluide devant être maintenu a une température déterminée, la partie fixe et la partie mobile correspondant a l'espace annu-laire concerné comportent a proximité des surfaces limitant ledit espace annulaire des moyens de contrôle et de régulation thermique.
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L'invention sera mieux comprise dans la description, donnée à titre non limitatif, des dispositifs illustrés à l'aide des figures suivantes:
; - Fig. 1: Joint multi-circuits horizontal (art antérieur) - Fig. 2: Joint multi-circuits vertical (art antérieur) - Fig. 3: Joint multi-circuits vertical (art antérieur) ; - Fig. 4: Joint multi-circuits à joints plans I Fig. 5: Sections perpendiculaires à l'axe de la figure 4 - Fig. 6: Autres joints multi-circuits à joint~ cylindriques .
- Fig. 7: Sections p~rpendiculaires à l'axe de la figure 6.
~ En se référant à la figure 1 donnant le schéma d'un dispositif multi-circuits à développement horizontal dont modèle . : - .
connu, on distingue d'abord une partie fixe 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 d'axe ZZ', cette partie fixe 1 délimitant trois cannelures annulaires 3a, 3b, et 3c de révolution autour de l'axe ZZ' est ouverte dans la direction Z. On distingue ensuite trois parties mcbiles 4a, 4b et 4c annulaires, de révolu-tion autour de l'axe ZZ' et telles que la première 4a rencontrée en allant de l'axe ZZ' vers l'extérieur délimite avec la partie 1(~9~ 9 ,.
. .
;fixe 1 et le conduit tubulaire 2 un espace annulaire Sa compre-nant la cannelure 3a et que chacune des autres parties mobiles suivantes 4b et 4c d~limite avec la partie fixe et la partie mobile précédente un espace annulaire 5b et Sc, chacun comprenant une des cannelures 3b et 3c.
Dans chacune des cannelures 3a, 3b et 3c, tracées dans la partie fixe 1, débouchent un des conduits 6a, 6b, et 6c, pour le passage d'un fluide à transférer. Sur le contour de chacun des espaces annulaires 5a, 5b et 5c, à travers la masse de chacune des parties mobiles 4a, 4b et 4c débouchent chacun des conduits 7a, 7b et 7c, pour le passage d'un des fluides à
transférer.
Chacune des parties mobiles est séparée de la partie ~ ~
fixe pour 4a, de la partie fixe et d'une partie moblle pour 4b ; ;
et 4c, au moyen de joints d'étanchéités 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c.
L'ensemble des parties mobiles et de la partie fixe est maintenu en place au moyen de butées annulaires non figurées.
Un tel dispositif, connu en soi, de joint multi-circuit offre bien un encombremént vertical réduit, puisque l'augmentation ~du nombre de circuits se fait par adjonction d'éléments annulaires concentriques. Cependant, ce dispositif présente l'inconvénient de ne pouvoir permettre une réparation sur un circuit sans interrompre les autres circuits.
Sùr la figure 2 est représenté le schéma d'un dispositif ; multi-circuits connu à développement vertical comportant l'associa-t1on d'une partie fixe annulaire 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 avec une seule partie mobile 4 également annulaire.
Les deux parties 1 et 4 sont cylindriques et en contact suivant une surface cylindrique de révolution de diamètre D. Sur le contour externe de la surface cylindrique de la partie 1 sont .. :~
-~tracées deux cannelures annulaires 3a et~3b et sur le contour ... .
: .
. ~. . . .
~0~599 interne de la partie mobiie 4 sont tracées des cannelures annulaires lOa et lOb disposées chacune vis-à-vis d'une des cannelures 3a et 3b. Les cannelures lOa et 3a Gonstituent l'espace annulaire 5a. Les cannelures lOb et 3b constituent l'espace annulaire 5b.
Sur le contour de chacune des cannelures 3a et 3b débouche un conduit 6a et 6b pour le passage d'un fluide à
transférer.
Sur le contour de chacune des cannelures lOa et lOb débouche un conduit 7a et 7b.
La partie fixe et la partie mobile sont séparées par des joints d'étanchéité 11, lla, llb et des butées annulaires non figurées.
Un tel dispositif, figuré ici schématiquement avec deux circuits seulement, présente l'inconvénient de prendre une extension verticale proportionnelle au nombre de circuits, ce qui limite rapidement l'avantage trouvé dans la mise en contact de deux surfaces cylindriques. Ce dispositif est utilisé pour la connexion de conduits de petit diamètre et peut difficilement être mis en oeuvre par une multiplicité de conduits de grand diambtre.
Sur la figure 3 est représenté un dispositif multi-cir-cuits connu à développement vertical comportant l'association ;~ d'une partie fixe annulaire 1 solidaire d'un conduit tubulaire cylindrique 2 avec au moins une partie mobile, ici deux parties mobiles 4a et 4b.
Ici chaque partie mobile telle que 4a, participe à la ; délimitation d'un seul espace annulaire tel que 5a.
- Sur le contour de chaque espace annulaire, tel que 5a, débouche, à travers la partie fixe 1, un conduit 6a et à travers la partie mobile 4a un conduit 7a.
.
.
- ~0~
Chaque partie mobile telle que 4a, est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de joints d'étanchéité tels que 8a et 9a.
La partie fixe 1 peut être d'une seule pièce ou bien constituée d'autant de pièces annulaires semblables, telles que la et lb, qu'il y a de circuits, ces pièces étant fixées sur un conduit tubulaire cylindrique 2, par exemple au moyen d'un pas de ~ -vis non-figuré.
Ce dispositif, où les circuits sont mécaniquement ~ `
séparés, permet la mise en service ou la mise hors service séparément de chacun des différents circuits, ce que ne permettent par les dispositifs décrits à l'aide des figures 1 et 2.
Cependant, comme pour le dispositif représenté à l'aide de la figure 2, le développement vertical des circuits rend difficile le montage de plusieurs circuits surtout si le diamètre de ces circuits est important. L'encombrement global en hauteur devient alors excessif. Dans ce cas, bien que les circuits puissent être interrompus séparément, il n'est pas possible d'effectuer de réparations importantes comportant lè changement de pièces, parties mobiles aux garnitures d'étanchéité, sur les circuits autres que le circuit supérieur.
Les figures 4 et 5 donnent les schémas en élévation et en plan d'un joint multi-circuits à développement horizonta~l, suivant les critères de l'invention.
Sur la figure 4, on distingue une partie fixe 1 ayant la forme d'un disque dont le contour extérieur est inscrit dans une surface de révolution autour d'un axe ZZ'.
Cette partie fixe 1 est limitée entre une surface supérieure la et une surface inférieure lb,`constituées par des plans perpendicuL~ires à l'axe ZZ'. Cette partie fixe 1 comporte un orifice 2' coaxial d'axe ZZ'~ ledit orifice étant délimité par 1094S~9 un conduit tubulaire cylindrique 2, fixée solidairement a la partie fixe 1.
Sur la surface supérieure la de la partie fixe est découpée au moins une cannelure annulaire telle que 3a, consti-tuant une surface de revolution définie par la rotation autour de l'axe ZZ~ d~un contour à concavité orientée dans le seul sens de Z' vers Z de l'axe de rotation ZZ'.
Chaque cannelure annulaire, telle que 3a, sert pour partie de logement à une partie mobile telle que 4a, annulaire de révolution autour de l'axe ZZ'. Cette partie mobile 4a est telle qu'une partie de son contour délimite avec la partie fixe 1 un espace annulaire 5a constitué par une partie de la cannelure 3a, L'espace annulaire 5a est limité par une surface 5a' tracée sur la partie fixe et par une surface 5a" tracée sur la partie mobile~ Sur la surface 5 a' débouche un conduit 6a relié
à travers la masse de la partie fixe 1 à un ajutage débouchant sur la face inférieure lb de cette partie fixe. Sur la surface 5a" débouche un conduit 7a relié à travers la masse de la partie mobile 4a à un ajutage débouchant sur le contour extérieur de la partie mobile orienté vers la face supérieure la de la partie fixe 1.
La partie rnobile 4a est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de deux joints d'étanchéité 8a et 9a annulaires, limités par des surfaces planes et en contact par lesdites sur-faces planes d':une part, avec la partie fixe 1, et d'autre part avec la partie mobile 4a.
La partie mobile 4a est supportée par la partie fixe 1 par l'interposition de deux butées telles que des roulements à
billes lOa et lla, eux-mêmes maintenus en place chacun par une des brides 12a et 13a, fixées sur la partie fixe 1 de fa,con 4t.~99 amovible, par exemple au moyen de vis, non représentées.
Sur la figure 5, on distingue à droite une section suivant le plan B perpendiculaire à l'axe ZZ', tel que ce plan B est repéré sur la figure 4 et à gauche une section suivant le plan A perpendiculaire à l'axe ZZ', tel que ce plan A est repéré
sur la figure 4.
Sur la figure S, à droite, on distingue, en section, la partie fixe 1 de part et d~autre de la cannelure annulaire 3a dans laquelle prend place la partie mobile annulaire 4a. Cette partie mobile 4a est séparée de la partie fixe 1 par deux espaces annulaires lOa'etlla' occupés par les dispositifs de roulement lOa et lla (figure 4).
La partie mobile 4a est traversée par un conduit 7a, cylindrique d'axe parallèle à ZZ', dont la figure 5 donne une section droite, ce conduit débouche dans un espace annulaire 5a sous-jacent à la partie mobile 4a sur la figure 5 et vu en section méridienne sur la figure 4.
Sur la figure 5, à gauche, on distingue en section la partie fixe 1 de part et d'autre de la cannelure annulaire 3a ` 20 dans la partie de cette cannelure qui constitue l'espace annulai-re 5a.
Les moyens pour la connexion d'un circuit d'indice (a) sont représentés sur la figure 5 à titre d'exemple, un dispositif de joints tournants pouvant comporter une pluralité de tels moyens constituant autant d'ensembles coaxiaux. A titre d'exemple, le conduit 7b de l'ensemble coaxial le plus proche a été représen-` té sur la figure 5.
Sur la figure 6, on distingue une partie fixe 1 enforme de disque dont le contour extérieur est inscrit dans une surface de révolution autour d'un axe ZZ', cette partie fixe comportant un orifice central cylindrique 2 d'axe ZZ'.
_g_ ;
lO.~j;15~
A titre d'exemple, deux cannelures 3a et 3b sont représentées, entaillant la partie fixe 1, ces cannelures sont délimitées, chacune par une surface de révolution autour de l'axe ZZ'. Ces cannelures sont ouvertes dans la direction Z de l'axe ZZ', chaque cannelure telle que 3a sert, pour partie de logement à une partie mobile telle que 4a, annulaire et inscrite dans une surface de révolution autour de l'axe ZZ~, et telle qu'une partie de son contour délimite avec la partie fixe 1 un espace annulaire 5a constitué par une partie de la cannelure 3a.
L'espace annulaire 5a est limité par une surface 5a' tracée sur la partie fixe et par une surface 5a" tracée sur la partie mobile.' Sur la surface 5' débouche un conduit 6a relié à
travers la masse de la parti-e fixe 1 à un ajutage débouchant sur la'face inférieure lb de cette partie fixe. Sur la surface 5a"
débouche un conduit 7a relié à travers la masse de la partie mobile 4a à un ajutage débouchant sur le contour extérieur de la partie mobile orienté vers la face supérieure la de la partie fixe 1.
La partle mobile 4a est en contact avec la partie fixe 1 au moyen de deux joints d'étanchéité 8a et 9a annulaires, en contact par leurs surfaces annulaires cylindriques opposées d'une part avec la partie fixe 1 et d'autre part avec la partie mobile 4a.
La partie mobile 4a est supportée par la partie fixe 1 par l'interposition d'une butée telle que le roulement à billes lOa. Dans la réalisation selon la figure 6, comportant des joints cylindriques, un seul roulement suffit, alors que dans le dispo-sitif selon la figure 4, il était nécessaire de prévoir deux roulements, un de chaque côté de la partie annulaire mobile 4a.
Les parties mobiles 4a et 4b sont maintenues en place dans leur logement annulaire, chacune par une bride annulaire -~` 10945~9 plane 12 a et 12b fixées sur la partie fixe 1 de facon amovible, par exemple au moyen de vis non représentées.
Sur la figure 6, les espaces annulaires 5a et 5b sont situés dans deux plans distincts perpendiculaires à l'axe ZZ' et espac~s d'une distance e dont la mesure est de l'ordre du tiers de l'épaisseur de la plaque constituant la partie fixe annulaire 1. Ceci permet en donnant une forme appropriée aux parties mobiles 4a et 4b de réduire l'encombrement de l'installation par rapport à une simple juxtaposition de dispositifs tels ~ue celui constitué
par l'ensemble signalé par le repère (a).
La réalisation la plus compacte dans les directions perpendiculaires à l'axe ZZ' est constituée par une alternance de dispositifs tels que repérés par (a) et de dispositifs repérés par (b).
Sur la figure 6 est représenté, fixé eur la partie fixe 1, un dispositif, connu en soi, de joint tournant 15 pour une :'~
pluralité de conduits, tel que celui décrit à l'aide de la figure 2, Ce dispositif est utilisé ici pour le passage de deux .
conduits de petite section.
Sur la figure 6 est également représenté, fixé sur la partie flxe 1, au-dessus du dispositif 15, un dispositif de joint tournant 16 d'un modèle connu en soi pour conduits électriques.
La figure 7 donne une vue en plan d'une section du dispositif décrit à l'aide de la figure 6 suivant les plans indiqués de gauche à droite par les repères successifs aa', bb' ` et cc'.
-~ On distingue donc de gauche à droite:
- dans la section par le plan aa', l'espace annulaire 5b compris entre la partie mobile 4b et la partie fixe 1, - dans la section par le plan bb', l'espace annulaire 5a compris entre la partie mobile 4a et le partie fixe 1, ',' ~ ' .
10~ ~59~
- dans la section par le plan cc', d'abord la partie fixe 1 en contact avec la partie mobile 4a, le joint n~étant pas figuré, le contour du conduit )~ étant indiqué en pointillé alors que Le contour du conduit 7a est représenté en trait continu, ensuite la partie fixe 1 en contact avec la partie mobile 4b, le joint n'étant pas figuré et le contour du conduit 6b étant indiqué en pointillé alors que le contour du conduit 7b est représenté en trait continu.
Sur les figures 6 et 7 sont indiqués en différentes zones de la partie fixe 1, les passages de gaines de climatisation 17 - destinées à être reliées à une source d'un fluide, généralement de l'eau, portée ~ une température déterminée.
Sur la figure 6 est aussi représentée une gaine d'iso-lation thermique 18 entourant le faisceau de câbles électriques logés dans la zone axiale de l'orifice 2 et aboutissant au dispositif de joint tournant 16 pour lesdits conduits électriques.
Des déflecteurs, tels que 19, sont généralement fixés à
la partie fixe 1 ou à la partie mobile 4a, comme il est indiqué
sur la figure 6, pour recouvrir la partie de la cannelure 3a non occupée par la Pa rtie mobile 4a. De tels dispositifs de joints tournants multi-circuits tels qu'ils viennent d'être d~crits dans les deux réalisations illustrées à l'aide des figures 4, 5 et 6 sont employés pour la solution de nombreux problèmes de transfert de matériaux fluides ou assimilables a des fluides, par exemple des granulats. Ces problèmes sont, de façon très générale, ceux qui sont posés par la mise en relation d'un moyen de stockage fixe avec un autre moyen de stockage mobile ou susceptible de se dépla-cer de façon contrôlée ou non.
Les dispositifs de joints tournants multi-circuits selon les figures 4 et 5 sont utilisés pour les transferts de fluides sous basse pression, en effet tout accroissement de pression 10~5~9 au-delà de la pression hydrostatique tend ~ faire séparer la partie mobile du circuit considérée, par rapport à la partie fixe commune.
Pour cette raison, les réalisations suivant les figures 6 et 7 sont généralement préférées, elles permettent en effet le transfert de fluides sous toutes pressions avec tous débits. Ces dispositifs permettent le passage de fluides à des températures différentes puisque des gaines de climatisation sont prévues pour limiter les interactions entre les différentes parties de l'installation.
On doit remarquer que le développement horizontal de tels dispositifs conduit à une stabilité d'autant meilleure que " le nombre de circuits est plus grand alors que les dispositifs actuellement employés avec développement vertical conduisent au résultat opposé.
Les problèmes d'entretien avec les dispositifs multi-,~ circuits à développement horizontal sont considérablement facili-tés par chaque circuit peut faire l'objet d'une interruption de marché avec démontage et changement des pièces d'usure à l'aide ~ 20 de moyens de manutation usuels.
; De teIs dispositifs multi-circuits à développement `~ horizontal peuvent être utilisés en mer soit en annexe de bouées dont la position moyenne est fixée au moyen d'une p~luralité
d'ancrages, soit par mise en place à l'extrémité d'une colonne ,' oscillante ou articulée. Ils peuvent également être employés à
, terre.
La parfaite adaptation de ce dispositif à la solution ~ des problèmes posés par le transfert continu d'huile ou de gaz ,,~ d'une source ou réservoir fixe sous-marin à un navire, dont l'orientation par rapport au point de chargement est fluctuante à cause du vent et des courants, tient essentiellement à la : ' 1~9~ 9 dissociation qui a été faite entre les ajutages d'arrivée, situés sur la face inférieure de la partie fixe du joint et les ajutages de départ situés sur la face supérieure du joint.
Claims (5)
1. Joint tournant pour une pluralité de conduits, com-portant une partie fixe constituée par un disque limite par une face inférieure et une face supérieure, chacune de ces deux faces ayant un axe commun de révolution, et au moins deux parties mobiles en rotation autour dudit axe commun, de révolution, joint caractérisé en ce que:
- chaque partie mobile est logée dans une cannelure annulaire découpée dans la partie fixe, cette cannelure ayant une ouverture annulaire ouverte sur la face supérieure de la partie fixe pour permettre de retirer la partie mobile;
- chaque partie mobile délimite avec la partie fixe un espace annulaire unique, cette partie mobile isolant l'espace annulaire de la cannelure et de tout autre espace annulaire par au moins deux joints d'étanchéité annulaires, cet espace annu-laire étant limite, en outre, par une surface de la partie mobile et par une surface de la partie fixe;
- ces deux surfaces comportent, chacune, une ouverture pour le transfert de fluides, soit une première ouverture débou-chant sur la surface de la partie fixe et reliée par un conduit, dans la partie fixe, à un conduit débouchant sur la surface inférieure de la partie fixe, et une seconde ouverture débouchant sur la surface de la partie mobile et reliée par un conduit, dans la partie mobile, a un conduit débouchant a la périphérie de la partie mobile et orientée vers la surface supérieure de la partie fixe.
- chaque partie mobile est logée dans une cannelure annulaire découpée dans la partie fixe, cette cannelure ayant une ouverture annulaire ouverte sur la face supérieure de la partie fixe pour permettre de retirer la partie mobile;
- chaque partie mobile délimite avec la partie fixe un espace annulaire unique, cette partie mobile isolant l'espace annulaire de la cannelure et de tout autre espace annulaire par au moins deux joints d'étanchéité annulaires, cet espace annu-laire étant limite, en outre, par une surface de la partie mobile et par une surface de la partie fixe;
- ces deux surfaces comportent, chacune, une ouverture pour le transfert de fluides, soit une première ouverture débou-chant sur la surface de la partie fixe et reliée par un conduit, dans la partie fixe, à un conduit débouchant sur la surface inférieure de la partie fixe, et une seconde ouverture débouchant sur la surface de la partie mobile et reliée par un conduit, dans la partie mobile, a un conduit débouchant a la périphérie de la partie mobile et orientée vers la surface supérieure de la partie fixe.
2. Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel les joints d'étanchéité annulaires isolant un espace annulaire du milieu extérieur sont en contact avec la partie fixe et avec la partie mobile suivant des surfaces cylindriques de révolution autour dudit axe unique.
3. Dispositif suivant la revendication 1 dans lequel la partie fixe supporte chaque partie mobile par l'interposition d'au moins une butée.
4. Dispositif suivant la revendication 3, dans lequel les butées interposées entre chacune des parties mobiles suc-cessives et la partie fixe sont situées alternativement d'un côté et de l'autre par rapport à l'ensemble des joints d'étan-chéité.
5. Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel la partie fixe et la partie mobile correspondant à un espace annulaire déterminé comportent à proximité des surfaces limitant ledit espace annulaire des moyens de contrôle et de régulation thermique.
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