EP0319419B1 - Flexible connector for the tension leg of an oil platform - Google Patents
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- EP0319419B1 EP0319419B1 EP19880403031 EP88403031A EP0319419B1 EP 0319419 B1 EP0319419 B1 EP 0319419B1 EP 19880403031 EP19880403031 EP 19880403031 EP 88403031 A EP88403031 A EP 88403031A EP 0319419 B1 EP0319419 B1 EP 0319419B1
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- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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- B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
- B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
- B63B21/502—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers by means of tension legs
Definitions
- the present invention relates to a flexible articulation for anchoring line of an oil platform of the type known as taut lines.
- Such a platform is an operating or drilling platform, of the floating type, which is moored at the bottom of the sea using tubular anchor lines (or rods) whose ends are articulated in articulation boxes fixed to connectors arranged at the bottom of the sea and in the columns of the platform.
- each of the anchor lines allows them to follow its horizontal displacements under the action of waves and winds, behaving like a deformable parallelogram.
- each articulation is constituted by an elastomeric laminated annular structure and with spherical symmetry in which elastomeric layers alternate with curved metallic layers, which justifies the designation of "flexible" articulation given to this type of 'joint.
- the design of the structure laminate is conditioned by many parameters, such as stress, available space, environment, etc ...; but, in any case, the loads and deflections to which a laminated structure is subjected in each connector must be such that this structure only works in compression and in shear.
- the flexible joint used for an anchor line in the prior art comprises a single laminated structure, with spherical symmetry, such as that represented by the reference F in FIG. 2 appended to the description of the present invention: this laminated structure consists of elastomeric layers alternating with curved metallic layers, having the same center of curvature, and is secured to the cover of an articulation box B fixed to a lower connector E formed in the sea floor or to a connector upper located at the upper end of the anchor line.
- said first annular support piece of said second laminated annular structure is threaded around said tubular projection of the bottom of the housing and comes to bear on a shoulder of the external wall of this tubular projection, said shoulder being formed substantially at the center of curvature flexible joint.
- the height of the side wall of the joint housing is chosen according to a prefixed degree of prestressing which it is desired to induce in said first and second laminated annular structures of the flexible joint.
- said first laminated structure is secured to the cover of the articulation box by means of a part intended to be embedded in the cover.
- the elastomeric layers of each of said first and second laminated annular structures have different thicknesses.
- the invention also relates to a method for mounting a beautiful articulation as defined above, characterized in that, in order to pre-stress the laminated annular structures, the enclosure of the articulation housing is fixed to the cover thereof, after having fixed, on the one hand, the first laminated annular structure to the cover of the articulation box and, on the other hand, the second laminated annular structure at the removable end of the mooring line , the height of the side wall of the enclosure of the articulation unit being chosen so as to pass the above-mentioned laminated annular structures from the normal state to the prestressed state.
- the prestress is greater than the maximum tension which is induced in any one of said first and second laminated annular structures of the flexible joint, during the transmission of a force contrary to the normal direction of operation of the line. mooring, this effort being due to exceptional conditions, such as mounting or handling, but sufficient to damage any of the annular structures laminated which allows them to work always in compression.
- Figures 3 and 4 show one end 10 of one of the taut lines 1 for mooring a floating platform (not shown: see, however, Figure 2) at the bottom of the sea, which is surrounded by a housing d hinge 2 of the end 10.
- the laminated structure 30 is carried by a central (axial) and re-entrant tubular projection 14 from the bottom 6 of the housing 2.
- the second laminated structure 30, composed of layers elastomers 12 adhered to metallic curved layers 13, is adhered between two annular parts 16 and 17.
- the part 16 is threaded around the tubular projection 14 of the bottom 6 of the housing 2 and comes to bear on a shoulder 18 of the external wall of this tubular projection 14, the fixing of the annular part 16 to the bottom of the housing being obtained by bolts 19.
- the annular part 17 is fixed to the end 10 of the line 1 by bolts 21.
- a recess 25 (concavity) is formed in this end.
- the first laminated structure 20 can be adhered to the cover 3 directly (cf. FIGS. 3 and 5)
- the laminated structure 20 is molded directly and simultaneously on the end 10 of the taut line 1 and under the cover 3 of the housing 2, in the embodiments illustrated in FIGS. 3 and 5, or on the parts 33 intended to be embedded in the housing cover, with regard to the embodiments illustrated in Figures 4 and 6.
- the laminated structure 30 is molded between the two annular support and securing parts 16, 17.
- the rigidities of the flexible joint as a whole are the sum of the rigidities of each component and that the radial stiffness of the second laminated structure, 30, is of the same order of magnitude as the axial stiffness of the first laminated structure 20.
- the prestress is greater than the maximum tension which is induced in any one of the first and second laminated annular structures 20 and 30 of the flexible joint 40, 50, during the transmission of a force contrary to the normal direction of operation of the mooring line, this effort being due to exceptional conditions, such as mounting or handling, but sufficient to damage any of the annular laminated structures 20 and 30, which allows the latter to always work in compression, as already mentioned above.
Description
La présente invention est relative à une articulation flexible pour ligne d'ancrage d'une plate-forme pétrolière du type dit à lignes tendues.The present invention relates to a flexible articulation for anchoring line of an oil platform of the type known as taut lines.
Une telle plate-forme est une plate-forme d'exploitation ou de forage, du type flottant, qui est amarrée au fond de la mer à l'aide de lignes (ou tiges) d'ancrage tubulaires dont les extrémités sont articulées dans des boîtiers d'articulation fixés à des connecteurs ménagés au fond de la mer et dans les colonnes de la plate-forme.Such a platform is an operating or drilling platform, of the floating type, which is moored at the bottom of the sea using tubular anchor lines (or rods) whose ends are articulated in articulation boxes fixed to connectors arranged at the bottom of the sea and in the columns of the platform.
L'ensemble des lignes est constamment soumis à des efforts de traction (d'où l'expression de plate-forme à lignes tendues correspondant à l'expression anglo-saxone "Tension Leg Platform",TLP) à cause du caractère flottant de la plate-forme pétrolière.All the lines are constantly subjected to tensile forces (hence the expression of taut line platform corresponding to the English expression "Tension Leg Platform", TLP) because of the floating nature of the oil rig.
L'articulation des extrémités de chacune des lignes d'ancrage leur permet de suivre les déplacements horizontaux de celle-ci sous l'action des vagues et des vents,en se comportant comme un parallèlogramme déformable.The articulation of the ends of each of the anchor lines allows them to follow its horizontal displacements under the action of waves and winds, behaving like a deformable parallelogram.
L'élément essentiel de chaque articulation est constitué par une structure élastomère lamifiée annulaire et à symétrie sphérique dans laquelle des couches élastomères s'alternent à des couches métalliques galbées, ce qui justifie l'appellation d'articulation "flexible" donnée à ce type d'articulation.The essential element of each articulation is constituted by an elastomeric laminated annular structure and with spherical symmetry in which elastomeric layers alternate with curved metallic layers, which justifies the designation of "flexible" articulation given to this type of 'joint.
Les principales fonctions d'une structure élastomère lamifiée du type susdit, dans le cadre d'une articulation flexible, sont les suivantes :
- transmission des efforts de traction exercés par la ligne d'ancrage,
- autorisation des débattements angulaires (ou coniques) de la ligne d'ancrage provoquée par les déplacements horizontaux de la plate-forme flottante à la surface de la mer, en limitant les moments d'encastrement,
- transmission des effets latéraux, au niveau du connecteur supérieur.
- transmission of the tensile forces exerted by the anchor line,
- authorization of the angular (or conical) deflections of the anchoring line caused by the horizontal movements of the floating platform on the sea surface, by limiting the moments of embedding,
- transmission of side effects, at the upper connector.
Bien entendu, la conception de la structure lamifiée est conditionnée par de nombreux paramètres, tels que sollicitations, place disponible, environnement, etc...; mais, de toutes façons, les charges et déflections auxquelles est soumise une structure lamifiée dans chaque connecteur doivent être telles que cette structure ne travaille qu'en compression et en cisaillement.Of course, the design of the structure laminate is conditioned by many parameters, such as stress, available space, environment, etc ...; but, in any case, the loads and deflections to which a laminated structure is subjected in each connector must be such that this structure only works in compression and in shear.
Toutefois, lors de la déconnexion mécanique des lignes d'amarrage, la structure lamifiée précitée est soumise à un effort de traction indésiré, qu'il convient d'éviter pour ne pas la détruire.However, during the mechanical disconnection of the mooring lines, the aforementioned laminated structure is subjected to an undesired tensile force, which should be avoided so as not to destroy it.
L'articulation flexible utilisée pour une ligne d'ancrage dans l'Art antérieur comporte une structure lamifiée unique, à symétrie sphérique, telle que celle représentée par la référence F à la figure 2 annexée à la description de la présente invention : cette structure lamifiée est constituée par des couches élastomères alternées à des couches métalliques galbées, ayant un même centre de courbure, et est solidarisée au couvercle d'un boîtier d'articulation B fixé à un connecteur inférieur E ménagé dans le fond de la mer ou à un connecteur supérieur situé à l'extrémité supérieure de la ligne d'ancrage.The flexible joint used for an anchor line in the prior art comprises a single laminated structure, with spherical symmetry, such as that represented by the reference F in FIG. 2 appended to the description of the present invention: this laminated structure consists of elastomeric layers alternating with curved metallic layers, having the same center of curvature, and is secured to the cover of an articulation box B fixed to a lower connector E formed in the sea floor or to a connector upper located at the upper end of the anchor line.
Or, dans ce type connu d'articulations flexibles les efforts de traction se manifestent non seulement au moment de la déconnexion du système, mais aussi en conditions normales et ne sont limités (comme on peut le voir à la figure 2 précitée) que par une rotule métallique R qui constitue une butée axiale centrée dans le centre de courbure de l'articulation flexible. Cette conception est donc loin d'être satisfaisante et diminue en outre la durée de vie de l'articulation à cause de l'usure due à la friction entre l'extrémité de la ligne d'ancrage et la rotule.However, in this known type of flexible joints, the tensile forces manifest themselves not only when the system is disconnected, but also under normal conditions and are limited (as can be seen in FIG. 2 above) only by a metal ball joint R which constitutes an axial stop centered in the center of curvature of the flexible joint. This design is therefore far from satisfactory and further decreases the life of the joint due to wear due to friction between the end of the anchor line and the ball joint.
On connaît également, par EP-A1-0 045 613, une articulation selon le préambule de la revendication 1, et c'est un but de l'invention de pourvoir à une articulation flexible pour ligne d'amarrage d'une plate-forme pétrolière flottante, du type dit à lignes tendues, qui répond mieux aux nécessités de la pratique que les articulations flexibles visant au même but antérieurement connues, notamment en ce que :
- l'articulation flexible n'est soumise à aucune tension et limite la fatigue des structures lamifiées, parce que sa conception permet de maîtriser les efforts transversaux,
- la durée de vie est sensiblement augmentée grâce à l'élimination de toute friction par contact métal contre métal dans l'articulation flexible,
- cette articulation présente un centre géométrique qui coîncide avec le centre d'application des efforts.
- the flexible joint is not subjected to any tension and limits the fatigue of the laminated structures, because its design makes it possible to control the transverse forces,
- the service life is significantly increased thanks to the elimination of any friction by metal against metal contact in the flexible joint,
- this articulation has a geometric center which coincides with the center of application of the forces.
La présente invention a pour objet une articulation flexible pour ligne d'amarrage d'une plate-forme pétrolière flottante, dite plate-forme à lignes tendues, comportant à chaque extrémité de la ligne :
- un boîtier d'articulation de l'extrémité correspondante qui est solidarisé à un connecteur de fixation et qui est délimité par :
- . un couvercle pourvu d'une ouverture centrale permettant le passage de la ligne tendue et les déplacements angulaires de celle-ci correspondant aux déplacements de la plate-forme flottante,
- . une paroi latérale, et
- . un fond,
- . une première structure annulaire lamifiée à symétrie sphérique par rapport à un centre de courbure situé à l'intérieur du boîtier d'articulation,et disposée autour de la ligne tendue, laquelle première structure lamifiée, -qui est à l'état précontraint à savoir montée avec précontrainte-, est solidarisée à l'extrémité de la ligne tendue et au couvercle du boîtier et se compose d'une pluralité de couches élastomères alternées à des couches métalliques galbées adhérisées aux couches élastomères et ayant le centre de courbure précité,
- a) elle comprend en outre une deuxième structure annulaire lamifiée également à symétrie sphérique par rapport à un point qui coïncide avec le centre de courbure de ladite première structure lamifiée, -et elle aussi montée avec précontrainte-, et qui constitue donc le centre de courbure de l'articulation flexible dans son ensemble, laquelle deuxième structure annulaire lamifiée est solidarisée à l'extrémité de la ligne tendue et au fond du boîtier d'articulation et se compose, comme la première structure lamifiée, d'une pluralité de couches élastomères alternées à des couches métallliques galbées adhérisées aux couches élastomères,
- b) la hauteur de la paroi latérale de l'enceinte du boîtier d'articulation est définie par rapport à l'encombrement axial de l'articulation flexible et est choisie en fonction du degré de précontrainte souhaité ;
- c) ladite deuxième structure annulaire lamifiée est disposée, par rapport au centre de courbure de l'articulation, du même côté ou se situe ladite première structure annulaire lamifiée ;
- d) le fond du boîtier d'articulation présente une saillie tubulaire centrale (axiale) se prolongeant à l'intérieur du boîtier en direction du couvercle de celui-ci, jusqu'à dépasser le centre de courbure précité, l'extrémité de la ligne tendue présentant un évidement (une concavité) dans lequel vient se loger sans contact une portion de ladite saillie tubulaire ;
- e) ladite deuxième structure annulaire lamifiée est adhérisée entre deux pièces annulaires métalliques dont la première pièce est fixée à ladite saillie tubulaire tandis que la deuxième pièce annulaire est fixée à l'extrémité de la ligne tendue.
- an articulation box of the corresponding end which is secured to a fixing connector and which is delimited by:
- . a cover provided with a central opening allowing the passage of the taut line and the angular displacements of the latter corresponding to the displacements of the floating platform,
- . a side wall, and
- . a fund,
- . a first laminated annular structure with spherical symmetry with respect to a center of curvature located inside the articulation box, and arranged around the tensioned line, which first laminated structure, which is in the pre-stressed state, namely mounted with prestress-, is secured at the end of the taut line and at cover of the housing and consists of a plurality of elastomeric layers alternating with curved metallic layers adhered to the elastomeric layers and having the aforementioned center of curvature,
- a) it further comprises a second annular laminated structure also with spherical symmetry with respect to a point which coincides with the center of curvature of said first laminated structure, -and it also mounted with prestress-, and which therefore constitutes the center of curvature of the flexible joint as a whole, which second laminated annular structure is secured to the end of the taut line and to the bottom of the joint housing and is composed, like the first laminated structure, of a plurality of alternating elastomer layers to curved metal layers adhered to the elastomeric layers,
- b) the height of the side wall of the enclosure of the articulation unit is defined with respect to the axial size of the flexible articulation and is chosen according to the desired degree of prestressing;
- c) said second laminated annular structure is disposed, with respect to the center of curvature of the joint, on the same side where said first laminated annular structure is located;
- d) the bottom of the articulation box has a central tubular projection (axial) extending inside the box in the direction of the cover thereof, until it exceeds the aforementioned center of curvature, the end of the line tense with a recess (a concavity) in which is housed without contact a portion of said tubular projection;
- e) said second laminated annular structure is bonded between two metallic annular parts, the first part of which is fixed to said tubular projection while the second annular part is fixed to the end of the taut line.
Selon une modalité préférée de cette disposition, ladite première pièce annulaire de support de ladite deuxième structure annulaire lamifiée est enfilée autour de ladite saillie tubulaire du fond du boîtier et vient en appui sur un épaulement de la paroi externe de cette saillie tubulaire,ledit épaulement étant ménagé sensiblement au niveau du centre de courbure de l'articulation flexible.According to a preferred form of this provision, said first annular support piece of said second laminated annular structure is threaded around said tubular projection of the bottom of the housing and comes to bear on a shoulder of the external wall of this tubular projection, said shoulder being formed substantially at the center of curvature flexible joint.
Selon un autre mode de réalisation préféré de l'articulation conforme à l'invention, la hauteur de la paroi latérale du boîtier d'articulation est choisie en fonction d'un degré de précontrainte préfixé que l'on désire induire dans lesdites première et deuxième structures annulaires lamifiées de l'articulation flexible.According to another preferred embodiment of the joint according to the invention, the height of the side wall of the joint housing is chosen according to a prefixed degree of prestressing which it is desired to induce in said first and second laminated annular structures of the flexible joint.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'articulation conforme à l'invention, ladite première structure lamifiée est solidarisée au couvercle du boîtier d'articulation par l'intermédiaire d'une pièce destinée à être encastrée dans le couvercle.According to another advantageous embodiment of the articulation according to the invention, said first laminated structure is secured to the cover of the articulation box by means of a part intended to be embedded in the cover.
Selon encore un autre mode de réalisation de l'articulation conforme à l'invention, les couches élastomères de chacune desdites première et deuxième structures annulaires lamifiées présentent des épaisseurs différentes.According to yet another embodiment of the joint according to the invention, the elastomeric layers of each of said first and second laminated annular structures have different thicknesses.
Outre les dispositions qui précèdent, l'invention concerne également un procédé de montage d'une articulation belle que définie ci-dessus, caractérisé en ce que pour monter avec précontrainte les structures annulaires lamifiées, on fixe l'enceinte du boîtier d'articulation au couvercle de celui-ci, après avoir fixé, d'une part, la première structure annulaire lamifiée au couvercle du boîtier d'articulation et, d'autre part, la deuxième structure annulaire lamifiée à l'extrémité amovible de la ligne d'amarrage, la hauteur de la paroi latérale de l'enceinte du boîtier d'articulation étant choisie de manière à faire passer les structures annulaires lamifiées précitées de l'état normal à l'état précontraint.In addition to the above arrangements, the invention also relates to a method for mounting a beautiful articulation as defined above, characterized in that, in order to pre-stress the laminated annular structures, the enclosure of the articulation housing is fixed to the cover thereof, after having fixed, on the one hand, the first laminated annular structure to the cover of the articulation box and, on the other hand, the second laminated annular structure at the removable end of the mooring line , the height of the side wall of the enclosure of the articulation unit being chosen so as to pass the above-mentioned laminated annular structures from the normal state to the prestressed state.
De façon avantageuse, la précontrainte est supérieure à la tension maximale qui est induite dans l'une quelconque desdites première et deuxième structures annulaires lamifiées de l'articulation flexible, lors de la transmission d'un effort contraire au sens normal de fonctionnement de la ligne d'amarrage, cet effort étant dû à des conditions exceptionnelles , telles que les montages ou manipulations, mais suffisantes pour endommager l'une quelconque des structures annulaires lamifiées ce qui permet à ces dernières de travailler toujours en compression.Advantageously, the prestress is greater than the maximum tension which is induced in any one of said first and second laminated annular structures of the flexible joint, during the transmission of a force contrary to the normal direction of operation of the line. mooring, this effort being due to exceptional conditions, such as mounting or handling, but sufficient to damage any of the annular structures laminated which allows them to work always in compression.
D'autres dispositions de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, laquelle se réfère aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une plate-forme pétrolière flottante, du type dit à lignes tendues (TLP), à savoir d'une plate-forme qui est amarrée au fond de la mer par des lignes d'ancrage articulées à leurs extrémités inférieures et supérieures par l'intermédiaire de connecteurs fixés au fond de la mer et aux colonnes de la plate-forme, respectivement,
- la figure 2, comme déjà évoqué plus haut, illustre une articulation flexible de l'Art antérieur fixée à un connecteur E ménagé dans le fond de la mer et représenté schématiquement avec arrachements, laquelle articulation flexible est disposée à l'intérieur d'un boîtier d'articulation B et comprend une structure annulaire élastomère lamifiée à symétrie sphérique, F, et une rotule R coopérant avec l'extrémité élargie de la ligne d'ancrage 1 ;
- les figures 3
et 4 représentent un premier mode de réalisation de l'articulation flexible selon l'invention et diffèrent essentiellement en ce qui concerne le mode de fixation au couvercle du boîtier d'articulation d'une des deux structures lamifiées dont se compose l'articulation flexible.
- Figure 1 is a schematic view of a floating oil platform, of the type known as taut lines (TLP), namely of a platform which is moored at the bottom of the sea by anchor lines hinged to their lower and upper ends by means of connectors fixed to the sea floor and to the columns of the platform, respectively,
- Figure 2, as already mentioned above, illustrates a flexible joint of the prior art fixed to a connector E formed in the sea floor and shown schematically with cutouts, which flexible joint is arranged inside a housing of articulation B and comprises a laminated elastomeric annular structure with spherical symmetry, F, and a ball joint R cooperating with the enlarged end of the
anchoring line 1; - Figures 3 and 4 show a first embodiment of the flexible joint according to the invention and differ essentially as regards the method of attachment to the cover of the joint housing of one of the two laminated structures of which the flexible joint.
Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation.It should be understood, however, that these drawings and the corresponding descriptive parts, are given solely by way of illustration of the subject of the invention, of which they do not in any way constitute a limitation.
Les figures 3 et 4 montrent une des extrémités 10 d'une des lignes tendues 1 d'amarrage d'une plate-forme flottante (non représentée: voir toutefois la figure 2) au fond de la mer, qui est entourée par un boîtier d'articulation 2 de l'extrémité 10.Figures 3 and 4 show one
Le boîtier,qui est fixé à un connecteur (non représenté : toutefois, voir encore la figure 2), est délimité par :
un couvercle 3 pourvu d'une ouverture centrale 4 permettant le passage de la ligne 1 et les déplacements angulaires de celle-ci correspondant aux déplacements de la plate-forme flottante sous l'action des vagues et des vents,- une paroi latérale 5, et
- un fond 6,
- a
cover 3 provided with acentral opening 4 allowing the passage of theline 1 and the angular displacements of the latter corresponding to the displacements of the floating platform under the action of waves and winds, - a
side wall 5, and - a
background 6,
A l'intérieur du boîtier 2 est logée une articulation flexible 40 (cf. les figures 3 et 4) permettant la rotation de l'extrémité 10 et comprenant :
- une première structure annulaire lamifiée 20 à symétrie sphérique par rapport à un centre C, disposée autour de la
ligne 1, qui est adhérisée à l'extrémité 10 et au couvercle 3 du boîtier 2 et qui se compose d'une pluralité de couches élastomères 8 alternées à des couches galbées 9, de préférence métalliques, adhérisées auxcouches 8, le centre de courbure de lastructure lamifiée 20 dans son ensemble et des couches galbées 9 en particulier étant défini par le point C, - une deuxième structure annulaire lamifiée à symétrie sphérique qui est solidarisée à l'extrémité 10 et au fond 6 du boîtier d'articulation 2 et qui se compose, comme la première structure lamifiée 20, d'une pluralité de couches élastomères alternées à des couches galbées métalliques adhérisées aux couches élastomères, le centre d e courbure de la deuxième structure lamifiée et de ses couches galbées coïncidant avec le centre de courbure C de la première structure lamifiée 20.
- a first laminated
annular structure 20 with spherical symmetry with respect to a center C, disposed around theline 1, which is adhered to theend 10 and to thecover 3 of thehousing 2 and which consists of a plurality ofelastomeric layers 8 alternating withcurved layers 9, preferably metallic, adhered tolayers 8, the center of curvature of thelaminated structure 20 as a whole andcurved layers 9 in particular being defined by point C, - a second laminated annular structure with spherical symmetry which is secured at the
end 10 and at thebottom 6 of thearticulation box 2 and which is composed, like the firstlaminated structure 20, of a plurality of elastomer layers alternated with curved layers metallic adhered to the elastomeric layers, the center of curvature of the second laminated structure and its curved layers coinciding with the center of curvature C of the firstlaminated structure 20.
Dans les figures 3 et 4 la structure lamifiée 30 est portée par une saillie tubulaire centrale (axiale) et rentrante 14 du fond 6 du boîtier 2.In FIGS. 3 and 4, the
En faisant maintenant plus particulièrement référence aux figures 3 et 4, il y a lieu de remarquer que la deuxième structure lamifiée 30, composée de couches élastomères 12 adhérisées à des couches galbées métalliques 13, est adhérisée entre deux pièces annulaires 16 et 17.Referring now more particularly to FIGS. 3 and 4, it should be noted that the second
La pièce 16 est enfilée autour de la saillie tubulaire 14 du fond 6 du boîtier 2 et vient en appui sur un épaulement 18 de la paroi externe de cette saillie tubulaire 14,la fixation de la pièce annulaire 16 au fond du boîtier étant obtenue par des boulons 19.The
La pièce annulaire 17 est fixée à l'extrémité 10 de la ligne 1 par des boulons 21.The
Pour permettre la coopération entre l'extrémité 10 et la saillie tubulaire 14 un évidement 25 (concavité) est ménagé(e) dans cette extrémité.To allow cooperation between the
La première structure lamifiée 20 peut être adhérisée au couvercle 3 directement (cf. les figures 3 et 5)The first
En ce qui concerne la préparation des deux structures lamifiées 20 et 30 préalable au montage des différentes pièces de l'articulation selon l'invention, il y a lieu de remarquer que la structure lamifiée 20 est moulée directement et simultanément sur l'extrémité 10 de la ligne tendue 1 et sous le couvercle 3 du boîtier 2, dans les modes de réalisation illustrés aux figures 3 et 5, ou sur les pièces 33 destinées à être encastrées dans le couvercle du boîtier, en ce qui concerne les modes de réalisation illustrés aux figures 4 et 6.As regards the preparation of the two
La structure lamifiée 30 est moulée entre les deux pièces annulaires de support et de solidarisation 16, 17.The
Le montage des différentes pièces s'effectue dans l'ordre suivant :
- encastrement du couvercle 3 du boîtier d'articulation sur la pièce 33 lorsque celle-ci existe,
- fixation de la deuxième structure lamifiée 30 à l'extrémité 10 de la ligne tendue 1 par l'intermédiaire de la pièce annulaire de raccord 17, et
- fixation de l'enceinte 15 du boîtier d'articulation au couvercle 3 de celui-ci (par l'intermédiaire de boulons 11) et à la pièce annulaire de raccord 16
ou 27, respectivement ; lors de cette opération, les deux structures annulaires lamifiées 20et 30 sont soumises à une précontrainte dont le degré est réglé en fonction de la hauteur de la paroi latérale 5 du boîtier 2 par rapport à l'encombrement axial de l'articulation flexible 40. En pratique, on impose au montage une précontrainte supérieure à la tension maximale qui est induite dans la première et/ou dans la deuxième structure lamifiées 20et 30 de l'articulation flexible lors de la transmission d'un effort contraire au sens normal de fonctionnement de la ligne d'ancrage dû à des conditions exceptionnelles (démontage,manipulation, etc...), mais suffisantes pour endommager l'une et/ou l'autre des structures lamifiées. De cette manière, l'éventuelle mise en traction de l'ensemble, notamment lors de la déconnexion mécanique de la ligne d'ancrage, laisse l'élastomère des structures lamifiées toujours en compression.
- recessing of the
cover 3 of the articulation box on thepart 33 when the latter exists, - fixing the second
laminated structure 30 to theend 10 of the tensionedline 1 by means of the annular connectingpiece 17, and - fixing the
enclosure 15 of the articulation box to thecover 3 of the latter (by means of bolts 11) and to the 16 or 27, respectively; during this operation, the two laminatedannular connection piece 20 and 30 are subjected to a prestressing, the degree of which is adjusted in as a function of the height of theannular structures side wall 5 of thehousing 2 with respect to the axial size of the flexible joint 40. In practice, the preload is greater than the maximum tension which is induced in the first and / or in the second 20 and 30 of the flexible joint during the transmission of a force contrary to the normal direction of operation of the anchor line due to exceptional conditions (disassembly, handling, etc.), but sufficient to damage one and / or the other of the laminated structures. In this way, the possible pulling of the assembly, in particular during the mechanical disconnection of the anchoring line, leaves the elastomer of the laminated structures always in compression.laminated structure
Il est facile de vérifier que l'articulation conforme à la présente invention répond aux buts visés par celle-ci et indiqués plus haut, en particulier en ce qui concerne la maîtrise des efforts latéraux (ou transversaux), l'élimination de tout contact métal/métal et de toute tension dans les structures lamifiées dont elle se compose.It is easy to verify that the articulation in accordance with the present invention meets the aims targeted by it and indicated above, in particular as regards the control of lateral (or transverse) forces, the elimination of any metal contact. / metal and any tension in the laminated structures of which it is composed.
Cela étant, il est clair que l'existence des sollicitations transversales provoque l'application d'un couple - par rapport au centre de courbure C - à chaque couche de la première structure lamifiée 20, ce qui donnerait lieu à un basculement latéral de cette structure lamifiée, et donc à une instabilité du système, si n'exisfait pas la deuxième structure lamifiée, 30, qui assure la nécessaire stabilité en reprenant (à savoir, en transmettant) les efforts transversaux, résultant de la combinaison des efforts axiaux et des débattements argulaires : elle se comporte donc comme une structure lamifiée "de sécurité".That said, it is clear that the existence of transverse stresses causes the application of a torque - relative to the center of curvature C - to each layer of the first
Il y a aussi lieu de souligner que les rigidités de l'articulation flexible dans son ensemble sont la somme des rigidités de chaque composant et que la raideur radiale de la deuxième structure lamifiée, 30, est du même ordre de grandeur que la raideur axiale de la première structure lamifiée 20.It should also be emphasized that the rigidities of the flexible joint as a whole are the sum of the rigidities of each component and that the radial stiffness of the second laminated structure, 30, is of the same order of magnitude as the axial stiffness of the first
La contribution à la transmission des efforts de la part des deux structures lamifiées de l'articulation flexible selon l'invention dépend de la raideur de chaque structure lamifiée. Dans le cadre de la présente invention on préconise :
- pour le rapport entre les rigidités axiales Ka₁ et Ka₂ de la première et de la deuxième structure lamifiées, respectivement , les valeurs suivantes :
- pour la rigidité en rotation Kr (à savoir,de torsion et conique) des valeurs du même ordre de grandeur par angle de rotation unitaire, à savoir :
The contribution to the transmission of forces from the two laminated structures of the flexible joint according to the invention depends on the stiffness of each laminated structure. In the context of the present invention, it is recommended:
- for the ratio between the Ka rigid and Ka₂ axial rigidities of the first and second laminated structure, respectively, the following values:
- for the rotational stiffness K r (i.e., torsional and conical) values of the same order of magnitude per unit angle of rotation, namely:
Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. En particulier, il doit être bien entendu que, pour des raisons pratiques, les deux extrémités 10 d'une ligne d'ancrage, équipées chacune de l'articulation flexible correspondante, ne sont pas réalisées en une seule pièce avec la ligne d'ancrage, mais qu'elles sont amovibles,en sorte que les structures représentées aux figures 3 et 4 sont rapportées aux lignes d'ancrage proprement dites (auxquelles elles sont fixées par tous les moyens appropriés, de préférence amovibles).As is apparent from the above, the invention is in no way limited to those of its embodiments and of application which have just been described more explicitly; on the contrary, it embraces all the variants which may come to the mind of the technician in the matter, without departing from the scope, or the scope, of the present invention. In particular, it should be understood that, for practical reasons, the two ends 10 of an anchor line, each equipped with the corresponding flexible joint, are not made in one piece with the anchor line , but they are removable, so that the structures shown in Figures 3 and 4 are related to the actual anchor lines (to which they are fixed by all appropriate means, preferably removable).
En outre, il est clair que dans le cadre de la présente invention est défini un procédé de montage de l'articulation flexible selon l'invention, à savoir des différentes pièces dont se compose celle-ci, et qui consiste essentiellement en une mise sous précontrainte, à savoir en un montage avec précontrainte, des stuctures annulaires lamifiées 20 et 30.In addition, it is clear that in the context of the present invention is defined a method of mounting the flexible joint according to the invention, namely the different parts of which it is composed, and which essentially consists of placing under prestressed, namely in a prestressed assembly, of the laminated
La mise sous contrainte des structures annulaires lamifiées 20 et 30 est effectuée lors de la fixation de l'enceinte 15 du boîtier d'articulation 2 au couvercle 3 de celui-ci, et ce après avoir fixé, d'une part, la première structure annulaire lamifiée 20 au couvercle 3 du boîtier d'articulation 2 et, d'autre part, la deuxième structure annulaire lamifiée 30 à l'extrémité amovible 10 de la ligne d'amarrage 1. Cette mise sous précontrainte est obtenue en choisissant la hauteur de la paroi latérale 5 de l'enceinte 15 du boîtier d'articulation 2 de manière à faire passer les structures annulaires lamifiées précitées 20 et 30 de l'état normal (I) à l'état précontraint (II) : cf la figure 4.Stressing of the laminated
De façon plus précise, la précontrainte est supérieure à la tension maximale qui est induite dans l'une quelconque des première et deuxième structures annulaires lamifiées 20 et 30 de l'articulation flexible 40, 50, lors de la transmission d'un effort contraire au sens normal de fonctionnement de la ligne d'amarrage, cet effort étant dû à des conditions exceptionnelles, telles que les montages ou manipulations, mais suffisantes pour endommager l'une quelconque des structures annulaires lamifiées 20 et 30, ce qui permet à ces dernières de travailler toujours en compression, comme déjà évoqué plus haut.More precisely, the prestress is greater than the maximum tension which is induced in any one of the first and second laminated
Claims (6)
- A flexible joint for mooring lines of a floating oil-drilling platform, referred to as a taut line platform (TLP), comprising at each end (10) of the line (1):- an articulation casing (2) on the corresponding end (10) and rigid with a fixing connector (E) which is bounded by:this lateral wall (5) and this bottom member (6) defining the enclosure (15) of the casing (2), the said flexible joint (40) housed in the said casing (2) allowing rotation of the corresponding end of the taut line (1) and comprising:. a cover (3) provided with a central aperture (4) to allow passage of the taut line (1) and angular displacements thereof corresponding to the displacements of the floating platform,. a lateral wall (5), and. a bottom member (6),. a first laminated annular structure (20) which is spherically symmetrical in relation to a centre of curvature (C) situated inside the joint casing (2) and disposed around the taut line (1), the said first laminated structure (20) - which is prestressed (II) in other words installed with a mechanical bias - is rigid with the end (10) of the taut line (1) and the cover (3) of the casing (2) and is composed of a plurality of elastomeric layers (8) alternating with shaped metal layers (9) adhering to the layers of elastomeric material and having the aforesaid centre of curvature,which flexible joint is characterised by the following features:a) it comprises in addition a second laminated annular structure (30), likewise spherically symmetrical with a point coincident with the centre (C) of curvature of the said first laminated structure (20) - and it too is fitted with a mechanical bias - and which therefore constitutes the centre of curvature (C) of the flexible joint (40) as a whole, which second laminated annular structure (30) is rigid with the end (10) of the taut line (1) and the bottom member (6) of the joint casing (2) and, like the first laminated structure (20), is composed of a plurality of layers of elastomer (22) alternating with shaped metal layers (23) adhering to the layers of elastomeric material;b) the height of the lateral wall (5) of the enclosure (15) of the joint casing (2) is defined in relation to the axial bulk of the flexible joint (40) and is chosen as a function of the desired degree of prestressing;c) the said second laminated annular structure (30) is in relation to the centre of curvature (C) of the joint (40) disposed on the same side as that on which the first laminated annular structure (20) is situated;d) the bottom member (6) of the joint casing (2) has a central tubular projection (axial, 14) which extends within the interior of the casing (2) in the direction of the cover (3) thereof, until it passes beyond the centre of the aforesaid curvature (C), the end (10) of the taut line (1) having a recess (a concavity 25) in which there is housed, without contact, a portion of the said tubular projection (14);e) the said second laminated annular structure (30) adheres between two metallic annular members (16, 17) of which the first member (16) is fixed to the said tubular projection (14) while the second annular member (17) is fixed to the end (10) of the taut line (1).
- A joint according to claim 1, characterised in that the said first annular member (16) for supporting the said second laminated annular structure (30) is fitted around the said tubular projection (14) on the bottom member (6) of the casing (2) and bears on a shoulder (18) on the outer wall of this tubular projection (14), the said shoulder (18) being disposed substantially at the level of the centre of curvature (C) of the flexible joint (40).
- A joint according to either of claims 1 or 2, characterised in that the elastomeric layers (8, 22) of each of the said first and second laminated annular structures (20, 30) are of different thicknesses.
- A joint according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the said first laminated structure (2) is fixed to the cover (3) of the joint casing (2) through a member (33) intended to be fitted into the cover (3).
- A method of assembling the flexible joint according to any one of claims 1 to 4, characterised in that in order to fit together the laminated annular structures (20, 30) with a mechanical bias, the enclosure (15) of the joint casing (2) is fitted to the cover (3) thereof after having fixed on the one hand the first laminated annular structure (20) to the cover (3) of the joint casing (2) and on the other the second laminated annular structure (30) to the removable end (10) of the mooring line (1), the height of the lateral wall (5) of the enclosure (15) of the joint casing (2) being chosen in such a way as to cause the aforesaid laminated annular structures (20; 30) to change from the normal condition (I) to the pre-stressed condition (II).
- A method according to claim 5, characterised in that the pre-stressing is greater than the maximum tension induced into either of the said first and second laminated annular structures (20; 30) of the flexible joint (40) during transmission of a stress in opposition to the normal direction of operation of the said mooring line, this stress being due to exceptional conditions such as fitments or handling operations, but sufficient to damage either of the laminated annular structures (20; 30) which allows these latter always to work in compression.
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