CA1279259C - Dispositif de connexion porteur de charges et de transmission de fluides hydrauliques - Google Patents

Abstract

Dispositif de connexion porteur de charges et de transmission de fluides hydrauliques. Le dispositif comprend une tête renfermant une cavité et un manchon, et un corps creux à l'intérieur duquel est logé avec verrouillage un mandrin creux fixé à une charge à porter et renfermant un piston obturateur. A l'intérieur du manchon est logé un piston mobile dont la tête coulisse dans la cavité. Des tubulures traversent la cavité, tandis que, en regard de ces tubulures, des logements sont ménagés dans le piston pour permettre au piston de coulisser le long de tubulures. Ces logements sont prolongés par des conduits débouchant latéralement sur la face du piston par des orifices. A l'intérieur du mandrin sont ménagés des conduits longitudinaux pour le fluide de haute pression pour être raccordés aux circuits d'utilisation. La face latérale du piston d'obturation porte des joints annulaires destinés à obturer dans la position relevée du piston les zones annulaires correspondant aux orifices par lesquels débouchent les conduits, et qui communiquent en position basse du piston avec les orifices. Le dispositif assure un raccordement étanche de circuits hydrauliques et la protection des organes de charges portées contre la corrosion du milieu.

Description

Z~3 La présente invention concerne un dispositiE de connexion porteur de charges comprenant un connecteur auto-verrouillable e-t un mandrin solidaire de charges à porter, apte à transmettre à travers le mandrin des pressions et debits hydrauliques.

Des connecteurs de ce type pouvant por-ter des charges très lourdes sont des-tinés à être utilisés pour les stations sous-marines de production pétrolière à grande profondeur, où les opérations doivent être exécutées par commande à
distance sans intervention de l'homme.

En conséquence, un tel dispositif do:it etre apte, après avoir été descendu au fond à prox~mite des installations sous-m~rines, par exemple au moyen d'un -train de tiges, saisir et à verrou:iller mecaniquement des parties de l'installation munies d'un mandrin du type approprié à la conception du connecteur, puis, après l'au-to-verrouillage, de transmettre une puissance hydraulique à -travers le mandrin à l'objet manipulé, par exemple en vue d'activer un mécanisme quelconque, tel que celui d'ouverture et de ferme-ture de vannes ou, plus simplement, de remplir d'huile une cavité abritant des organes suscep-tibles d'être corrodés pour les mettre à l'abri de la corrosion.

Dans la plupar-t de connecteurs de ce type, la présentation du connecteur sur son mandrin est souvent brutale au risque d'endommager le système de joints d'étanchéité employés. Le défaut d'étanchéité de joints entraine des inconvénients, par exemple la mise en pression d'un circuit peut provoquer la mise en pression d'un circuit adjacent.

Par ailleurs, les systèmes employés laissent des circuits hydrauliques et les organes de commande au contact de l'eau .

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de mer, en particulier lors de l'approche du connecteur du mandrin immergé.

Selon la présente invention il est prévu un disposi-tif de connexion porteur de charges comprenant un connecteur auto--verrouillable et un mandrin solidaire de char~es à porter, apte à transmettre à travers le mandrin des pressions et des debits hydrauliques, comprenant en combinaison:
- une tête de connecteur comprenant un corps creux de connecteur et un manchon interne ménageant une chambre cylindrique, - un mandrin creux s'étendant à l'interieur dudit corps creux du connecteur et adapté à etre verrouillé dans la tete dudit connecteur, - un piston obturateur ayant une face avant portee à
l'interieur dudit mandrin et pourvue de plusieurs joints annulaires espacés axialement, - un ressort de rappel à l'interieur dudit mandrin pour solliciter ledit piston obturateur vers ladite tête de connecteur, - un piston mobile coulissant dans ladite chambre, ayant une tête de piston mobile dans cette chambre et limité dans sa course vers le bas par un manchon interne, - ledit piston mobile ayant sa partie inferieure à
l'intérieur du corps de connecteur et une face terminale prenant appui sur la face avant du piston obturateur à
l'intérieur du mandrin, - des conduits pour le passage du fluide hydraulique entre ladite tête de connecteur et ledit mandrin, y compris des premiers conduits dans ladite chambre et traversant ladite tête de piston, - des logements correspondants dans ledit piston mobile pour recevoir lesdits premiers conduits, lorsque le piston mobile est dans sa position haute, ~' ~2~7~3~
~ - 2a -- ledit piston mobile ayant des deuxièmes conduits munis de premiers orifices à leur periphérie latérale pour pouvoir communiquer avec des troisièmes conduits longitudinaux dans le mandrin munis de deuxièmes ori~ices pour transmettre la pression du fluide à la charge portée par le mandrin, tandis que, lorsque ledit piston mobile est dans sa position basse, lesdits premiers et deuxièmes orifices communiquent mutuellement et lorsque le piston mobile est suivi dans sa position haute par le piston obturateur, lesdits deuxièmes orifices desdits troisièmes conduits du mandrin sont obturés par des joints espacés entre eux le long de la face latérale du piston obturateur.

De préference, les zones annulaires des orifices pax lesquels debouchent à l'extérieur les conduits sont isolées par des joints annulaixes répartis de part et d'autre de ces zones le long de la périphérie du piston mobile. En effet, grâce à la disposition d'une part, d'un piston mobile retenu dans le corps du connecteur et d'autre part, d'un piston obturateur retenu dans le corps du mandrin et grâce à une disposition ]udicieuse de joints annulaires d'étanchéité, les circuits hydrauliques du connecteur et ceux du mandrin resent isolés de l'eau de mer non seulement dans la phase connectée et verrouillée, mais aussi lorsque le connecteur est éloigné du mandrin et leurs parties creuses et protubérantes sont exposées à l'environnement de l'eau de mer.

Selon une forme de réalisation préférée, la chambre cylindrique de la tête du connecteur est traversée par deux conduits reliés respectivement à l'admission et au retour de fluide hydraulique de haute pression, qui sont susceptibles de communiquer par l'intermédiaire des deux logements du piston mobile, dans la position basse, avec deux conduits de g - 2b -l'enveloppe du mandrin, tand.is qu'un troisième conduit pour un fluide de basse pression traverse axialement la chambre et débouche, par l'intermédiaire d'un logement analogue menage dans le piston mobile et d'un conduit, dans l'axe de la face terminale du piston pour communiquer avec un conduit axial menage dans le piston obturateur pour la t.ransmission de fluide de basse pression à travers le mandrin vers la charge portee par le mandrin.

D'autres particularites du dispositif selon l'invention appara~tront à la ,umière de la description d'un mode de réalisation illustré à -titre d'exem-ple par la figure unique annexe.
Le connecteur comprend une tete de connecteur 1 muni de crochet et renfer-mant une cavité ou chambre cylindrique 2 et un corps de connecteur creux 3 racco.rde à la tete 1 et à l'intérieur duquel es-t placé un manchon 4.

L`espace axial à l'intérieur du corps de connecteur 3 est destiné à loger un mandrin creux 6 muni d'une bride 7 pour être fixé à une charge quelcon-que à manipuler, par exemple à un multiconnecteur faisant partie de l'équipe ment d'une station sous-marine de production pétrolière.
Les moyens de verrouillage mécanique du mandrin 6 sont des moyens classiques logés dans la partie basse du corps de connecteur à la suite du manchon 4 et comportant un manchon 8 logé dans une ouverture du corps 3, sollicité
par un ressort 13 et solidaire de blocs de déverrouillage 9 percés d`ouver-tures 10. Le manchon 8 porte des lames ~lastiques 11, appelées communément des chiens, dont les extrémités 12 s`enclenchent dans des logements dont est pourvue la face ext~rieure du mandrin 6, lorsqu`on introduit le mandrin dans le corps de connecteur. En outre, ces moyens de verrouillage comportent, fixé à l`extérieur du corps 3 et ~ proximité des blocs 9, un dispositif de déblocage en forn1e de bague 14 servant ~ loger deux pistons 15 et munie d`une arrivée de fluide 16 agissant sur les pistons.
A l`intérieur du mandrin creux 6, est placé un piston obturateur 17. Des joints annulaires d`obturation 44,45 et 46 sont répartis le long de la face latérale du piston . La partie formant le piston 17 se prolonge par une tige 19 et des ressorts 20 entourent cette tige en prenant appui sur un épaulement intérieur 21 du mandrin pour exercer une poussée vers l`extré-mité ouverte du mandrin sur le piston 17. La tige 19 se termine par une butée de retenue 22 logée dans une cavité proche de la bride 7 et munie d`épaulement de retenue 23 pour limiter la course du piston 17.
Le système de verrouillage travaille de fa~on connue suivante. On introduit le mandrin 6 dans le corps du connecteur 3, les chiens 12 s'écartent élastiquement jusqu'à ce qu`ils rencontrent le logement de ~errou-illage dont est munie la face extérieure du mandrin. Pour déverrouiller la liaison, on exerce à l`aide de fluide hydraulique arrivant par 16 une poussée axiale sur le piston 15, qui poussant le bloc de déverrouillage 9 fait en même temps écarter les lames 11. Les ouvertures 10 permettent d'accomplir une telle action manuellement.
Dans la tête du connecteur 1 sont logés des conduits pour le fluide hydrau-lique,-et en particulier, dans l'axe de la tête une admission 24 pour le fluide de basse pression et deux conduits 25 et 26 répartis excentriquement 4~ et raccordés à un distributeur de fluide sous pression pour l'admission .. .
~ et le retour d`un fluide de haute pression.

Ces conduits 24,2S et 26 sont raccor~és aux tubulures, respectivement, 27,28 et 29 ~mergeant axialement dans la cavité cylindrique 2 qui est limi-tée par un épaulement annulaire 30 formé par la face frontale du manchon 4.
A l'in~érieur du manchon 4 est logé un piston mobile 31 dont la tête 32 S est susceptible de coulisser dans la cavité 2. La longueur du piston 31 d~passe la longueur du manchon 4 et sa partie inf~rieure est destinée à
coulisser à l'intériewr du mandrin creux 6. Dans le piston 31 sont ménag~
en regard des tubulures 27,28 et 29 des logements cylindriques 320 per-mettant ainsi au piston de coulisser le long de ces tubulures. Une admission ~0 de fluide hydrauli~ue 330 débouche dans la cavité 2 pour actionner la course du piston. Une deuxibme admission 50 de fluide sous pression est prévue pour déboucher dans la chambre 2 et exercer une poussée sur la face opposée du piston pour le faire remonter.
Les logements cylindriques 320 se prolongent à l'intérieur du piston par des conduits 33,34 et 35. Les conduits pour le fluide de haute pression 34 et 35 débouchent latéralement sur la face extérieure du piston 31, no-tamment dans sa partie coulissante à l'intérieur du mandrin creux 6, munie de joints annulaires d'étanchéité 38, par des orifices 36 et 37 décalés axialement.
A l'intérieur du mandrin 6 sont ménagés des conduits longitudinaux 39 et 40 pour le fluide de haute pression aboutissant à la bride 7, à partir de laquelle ces conduits sont raccordés aux circuits intérieurs d'utilisation, par exemple aux multiconnecteurs. Ces conduits d~bouchent par l'intermé-diaire de dérivations latérales par des orifices décalés axialement vers la partie creuse du mandrin, dans laquelle est placé le piston 31.
Le piston d'obturation 17 retenu au mandrin grâce à la butée 22 au bout de la tige 19 dans un logement à proximité de la bride 7, est également sus-ceptible de coulisser ~ l'intérieur du mandrin creux 6 et dans son axe est prévu un conduit 41 pour le fluide de basse pression débouchant à la face frontale du piston au moyen d'un clapet anti-retour 42. Le conduit 33 logé
axialement dans le piston mobile 31 peut etre ainsi raccordé sur le con-duit 41 pour la transmission de fluide de basse pression à travers le man-drin 6 grace au joint d'étanchéité placé au pied du piston 31. ~e fluide peut etre utilisé comme fluide de protection des os^ganes susceptibles d'etre endommagés par la corrosion, tels que des organes de multiconnecteur.
Le clapet anti-retour 42 sollicité en fermeture par un ressort s'ouvre sous l'effet de la poussée d'une tige 52 logée dans le conduit 41 et prenant appui sur un bossage 53 solidaire de la bride 7, lorsque lepiston 17 est en fin de course de descente, poussé par le piston 31.

Un conduit 51 relié à un accumulateur oléo-pneumatique non repr~senté dé-bouche dans une cavité limitée par une face opposée du piston 17 pour 1' assister dans sa remontée.
Le conduit 33 est muni d'une dérivation lat~rale 43 débouchant dans l'es-pace annulaire entre les orifices 36 et 37 à la p~riphérie ext~rieure du piston ~7 et constitue un passage de drainage entre ~es zones annulaires 3~6 et 37 où débouchent les circuits de haute pression, de ~a~on à ce qu'en cas de fuite ou de destruction de joints 38 situés de part et d'autre de la dérivation 43, les circuits de haute pression ne se m~langent pas et que toute fuite soit immédiatement drainée vers le circuit de basse pres-sion au moyen du conduit 43.
La face latérale du piston obturateur 17 porte des joints annulaires 44, 45 et 46 destinés à obturer, dans la position relevée du piston 31, les zones annulaires correspondant aux orifices par lesquels débouchent les conduits de haute pression 39 et 40 et qui communiquent, en position basse du piston 31l avec les orifices 36 et 37 de ce même piston.
Le raccordement du mandrin 6 sur le corps du connecteur 3 et des conduits pour les fluides hydrauliques s'efFectue de la facon suivarlte.
Le mandrin solidaris~ au moyen de la bride 7 avec sa charge est introduit à l'intérieur de corps de connecteur 3, jusqu'à l'obtention du verrouillage mécanique au moyen de chiens 11 et 12, le piston mobile 31 étant dans sa position haute et le piston d'obturation 17 étant repoussé vers le haut au moyen de ressorts 20, aidé éventuellement par la pression d'un fluide issu d'un accumulateur oléo-pneumatique, non représenté, débouchant par la conduite 51, et les joints 44,45 et 46 obturant les zones annulaires des orifices 39 et 40 correspondants du mandrin. Le clapet 42 obture le pas-sage central 41~
On admet la pression de fluide hydraulique par 330, le piston 31 descend jusqu'à la prise d'appui de la tete de piston 32 sur l'épaulement annulaire 3~ 30, exerce une poussée sur la face du piston obturateur 17 qui comprime les ressorts 20 et refoule l'huile située dans le logement du ressort 20 dans l'accumulateur oléo-pneumatique.
Arrivé à ce stade, le piston 31 met en communication les orifices 36 et 37 avec les conduits correspondants 39 et 40 du mandrin, ainsi que l'ori-fice du conduit 33 avec le conduit 41 du piston obturateur 17, en raison de l'ouverture du clapet 42 grâce à la tige 52 située à l'intérieur du con-duit 4i et prenant appui presque en fin de course sur le bossage 53 soli-daire de la face de jonction du mandrin 6 à l'endroit de la bride 7.
- Le piston 31 étant en butée et le mandrin 6 en appui sur les chiens 12, le positionnement correct des conduits 36 et 37 pour la communication ~L~7~3: 25~3 avec les conduits 39 et 40 est donc assur~.
On admet la pression de fluide de haute pression par une des admissions 25 ou 26, de sorte que l'énergie soit transférée du connecteur a la charge por-tée par le mandrin. Une fois ltaction commandée par ledit fluide hydrau-lique termin~e, on arrête l'admission par 25 ou 26 et on admet un fluide debasse pression par l'admission 24 pour remplir, par exemple, une cavit~ du multiconnecteur et mettre ses organes à l'abri de la corrosion. Grâce au clapet anti-retour 42, ce fluide reste en permanence dans ladite cavité.
L'opération terminée, on arrête l'admission 24, on relache la pression du fluide admis par 330, on ouvre l'admission sur la face inférieure de la tête 32 par le conduit 50 et le piston 31 remonte accompagné dans sa course par le piston 17 sollicité par le ressort 20 et assisté par le fluide de l'accumulateur exerçant une poussée sur le piston par l'intermédiaire du conduit 51, ledit ressort pouvant ne pas exercer une action suffisante pour ~aincre les frottements provoqués par les joints ~4,45 et 46 en fin de course. Le piston 17 étant dans sa position haute, les joints 44,45 et 46 obturent efficacement les zones annulaires des orifices par lesquels débouchent les conduits 39 et 40, tandis que les joints 3~ -isolent les cir-cuits 33,34 et 35 de tout contact avec l'eau de mer.
La connexion hydraulique et sa déconnexion s'effectuent ainsi sans pollu-tion des circuits hydrauliques par l'eau de mer. La fermeture de la cavité
du multiconnecteur rempli de fluide de protection s'effectue automatique-ment, lorsque le piston obturateur 17 remonte sous l'effet de la poussée exercée par le ressort 20 et le fluide de l'accumulateur oléo-pneumatique.
En effet, le bossage 53 solidaire de la bride 7 cesse de repousser la tige 52 couliss~nt à l'intérieur du piston 17 dans le conduit 41 et qui main-tenait le clapet ~2 ouvert. ~ous l'effet de son ressort, le clapet 42 se ferme, ce qui permet le piégeage de l'huile injectée à basse pression, qui, moins dense que l'eau, aurait tendance à s'échapper à la surface de mer.

Claims (10)

1. Dispositif de connexion porteur de charges comprenant un connecteur auto-verrouillable et un mandrin solidaire de charges à porter, apte à transmettre à travers le mandrin des pressions et des débits hydrauliques, comprenant en combinaison:
- une tête de connecteur comprenant un corps creux de connecteur et un manchon interne ménageant une chambre cylindrique, - un mandrin creux s'étendant à l'intérieur dudit corps creux du connecteur et adapté à être verrouillé dans la tête dudit connecteur, - un piston obturateur ayant une face avant portée à
l'intérieur dudit mandrin et pourvue de plusieurs joints annulaires espacés axialement, - un ressort de rappel à l'intérieur dudit mandrin pour solliciter ledit piston obturateur vers ladite tête de connecteur, - un piston mobile coulissant dans ladite chambre, ayant une tête de piston mobile dans cette chambre et limité dans sa course vers le bas par un manchon interne, - ledit piston mobile ayant sa partie inférieure à
l'intérieur du corps de connecteur et une face terminale prenant appui sur la face avant du piston obturateur à
l'intérieur du mandrin, - des conduits pour le passage du fluide hydraulique entre ladite tête de connecteur et ledit mandrin, y compris des premiers conduits dans ladite chambre et traversant ladite tête de piston, - des logements correspondants dans ledit piston mobile pour recevoir lesdits premiers conduits, lorsque le piston mobile est dans sa position haute, - ledit piston mobile ayant des deuxièmes conduits munis de premiers orifices à leur périphérie latérale pour pouvoir communiquer avec des troisièmes conduits longitudinaux dans le mandrin munis de deuxièmes orifices pour transmettre la pression du fluide à la charge portée par le mandrin, tandis que, lorsque ledit piston mobile est dans sa position basse, lesdits premiers et deuxièmes orifices communiquent mutuellement et lorsque le piston mobile est suivi dans sa position haute par le piston obturateur, lesdits deuxièmes orifices desdits troisièmes conduits du mandrin sont obturés par des joints espacés entre eux le long de la face latérale du piston obturateur.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie restante du piston mobile munie de joints annulaires et engagée à l'intérieur du corps creux du connecteur coulisse au contact dudit manchon solidaire de la tête de connecteur.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en position haute du piston mobile prenant place à
l'intérieur du manchon, des zones annulaires desdits premiers orifices, par lesquels débouchent à l'extérieur lesdits deuxièmes conduits, sont isolées par des joints annulaires répartis de part et d'autre de ces zones annulaires le long de la périphérie du piston mobile.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux desdits premiers conduits reliés respectivement à
une admission et à un retour de fluide hydraulique de haute pression, traversent ladite chambre cylindrique de la tête du connecteur et sont susceptibles, en position basse du piston mobile, de communiquer par l'intermédiaire de deux logements axiaux du piston mobile avec deux desdits troisièmes conduits de l'enveloppe creuse du mandrin débouchant à sa périphérie intérieure.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un desdits premiers conduits pour un fluide de basse pression traverse axialement la chambre cylindrique et débouche, par l'intermédiaire d'un logement et d'un conduit axial traversant tous les deux ledit piston mobile, dans l'axe de la face terminale du piston mobile pour communiquer avec un conduit axial ménagé dans le piston obturateur pour la transmission du fluide de basse pression à travers le mandrin vers la charge portée par le mandrin.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit conduit axial du piston mobile est muni d'une dérivation latérale débouchant dans un espace annulaire entre lesdits premiers orifices à la périphérie extérieure du piston obturateur et constituant un passage de drainage entre des zones annulaires desdits premiers orifices, où
débouchent des circuits de haute pression, de façon à ce qu'en cas de fuite ou destruction de joints situés de part et d'autre de ladite dérivation, les circuits de haute pression ne se mélangent pas et que toute fuite soit immédiatement drainée vers un circuit de basse pression au moyen de ladite dérivation latérale.

7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit conduit axial ménagé dans le piston obturateur loge un dispositif obturateur, dont un clapet anti-retour sollicité en fermeture par un ressort s'ouvre sous l'effet de la poussée d'une tige prenant appui sur un bossage solidaire d'une bride et s'opposant à l'action du ressort, lorsque le piston mobile exerçant lors de sa descente une poussée sur le piston obturateur, celui-ci se trouve en fin de course, ledit ressort étant comprimé.

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston obturateur a une extrémité opposée à celle qui prend appui sur le piston mobile qui se termine par une butée de retenue logée dans une cavité proche d'une bride et munie d'un épaulement de retenue pour limiter la course du piston obturateur.

9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre cylindrique de la tête de connecteur est reliée avec une première admission de fluide sous pression destiné à exercer une poussée sur une face frontale de la tête du piston mobile dans le sens de la descente et d'une deuxième admission de fluide sous pression exerçant sa poussée sur une face opposée de la tête de piston pour la faire remonter.

10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la remontée du piston d'obturation sollicité par le ressort est assistée par l'action d'un fluide en provenance d'un accumulateur et qui exerce une poussée sur ledit piston obturateur par l'intermédiaire d'un conduit ménagé à
l'intérieur du piston obturateur.