EP3093495A1 - Enceinte étanche pour le confinement sous-marin d'un appareillage - Google Patents

Enceinte étanche pour le confinement sous-marin d'un appareillage Download PDF

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EP3093495A1
EP3093495A1 EP15305723.7A EP15305723A EP3093495A1 EP 3093495 A1 EP3093495 A1 EP 3093495A1 EP 15305723 A EP15305723 A EP 15305723A EP 3093495 A1 EP3093495 A1 EP 3093495A1
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Michel POSTIC
Guillaume Renaud
Jean-Louis IWANIACK
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GE Energy Power Conversion Technology Ltd
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GE Energy Power Conversion Technology Ltd
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00—Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/13—Hulls built to withstand hydrostatic pressure when fully submerged, e.g. submarine hulls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D13/086—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use the pump and drive motor are both submerged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0686—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven specially adapted for submerged use

Definitions

  • the present invention relates generally to sealed enclosures for underwater containment of various types of equipment.
  • the depths reached can reach or even exceed 3000 meters.
  • Submerged devices are usually placed in a sealed envelope to protect their internal components from seawater.
  • the enclosure is filled with a non-electrically conductive liquid, usually dielectric oil, and balanced in pressure with the sea.
  • a non-electrically conductive liquid usually dielectric oil
  • the equipment placed in the enclosure is then subjected to the pressure of immersion, and must also be compatible with the oil.
  • the walls of the enclosure do not undergo the stress related to pressure, and therefore do not require to be made with increasing thickness with the immersion depth.
  • the enclosure is filled with a gas (air, nitrogen ...) at low pressure, generally close to atmospheric pressure.
  • a gas air, nitrogen
  • the walls of the enclosure are sized to resist the immersion pressure.
  • the equipment is then installed in conditions similar to those of an industrial use.
  • the present invention relates to the second type of enclosure, called "at atmospheric pressure"
  • the thickness of the enclosure must increase as the immersion depth increases, depending on the pressure to be withstood.
  • the sealed enclosures for the underwater containment of an apparatus are made from a cylindrical envelope comprising two end domes.
  • the thickness of the cylindrical envelope can reach 80 mm so that, for an envelope having a length of 7 m and an internal diameter of 2 m, the mass total envelope including the materials it contains can reach or exceed 40 tons, which requires significant lifting means.
  • a sealed enclosure for the underwater containment of an apparatus comprising a set of ellipsoidal modules juxtaposed in a sealed manner and internally defining at least one receiving volume of the apparatus.
  • the sealed enclosure comprises a hemispherical dome-shaped removable end module connected to said set of modules by a sealed flange.
  • the ellipsoidal modules are connected two by two by cylindrical connectors.
  • These cylindrical connections may have a thickness greater than that of the ellipsoidal modules.
  • the cylindrical connectors are equipped with stiffening elements.
  • these stiffeners are formed by a localized enlargement of the cylindrical connectors.
  • FIG. 1 illustrates the general architecture of a sealed enclosure for the underwater containment of an apparatus according to the invention, designated by the general reference numeral 1.
  • the sealed enclosure is shown in a supposed vertical position.
  • this enclosure is intended for the protection of one or more submerged electrical or electromechanical devices, such as a variable speed drive, a high voltage or low voltage distribution equipment, a power supply system , ...
  • a submerged electrical or electromechanical device such as a variable speed drive, a high voltage or low voltage distribution equipment, a power supply system , ...
  • the enclosure 1 comprises a set of ellipsoidal modules 2, 3 and 4, here the number of 3, arranged in the extension of each other and connected in pairs by cylindrical portions 5, 6 and 7.
  • the envelope comprises a dome 8 shaped truncated sphere sealingly connected to one of the ellipsoidal modules and, at the opposite end, a dome 9 hemispherical connected to the other module 2 ellipsoidal end.
  • the ellipsoidal modules and the end domes jointly delimit an internal volume filled with nitrogen at atmospheric pressure and intended to receive the apparatus to be immersed.
  • the number of modules is not limiting and can be chosen according to the size of the equipment.
  • each of the ellipsoidal modules has a flattened sphere shape and is more particularly formed by the spherical zone of a flattened sphere between two parallel planes such as P1 and P2.
  • the modules and the end domes 8 and 9 have a reduced thickness relative to the thickness of a cylindrical shell necessary to withstand the immersion pressure.
  • the thickness of the spherical wall is of the order of 50 mm.
  • cylindrical connectors 5 and 6 have an increased thickness determined to ensure the stiffness of the assembly, for example of the order of 150 mm.
  • the diameter of the hemispherical dome 9 is smaller than the internal diameter of the cylindrical connectors 5, 6 and 7 and chosen to be greater than the largest transverse dimension of the apparatus so that after introduction of a device through the opening of the end ellipsoidal module 2, no problem of inserting the device into the rest of the enclosure can not occur.
  • the hemispherical dome 9 is actually a removable element and is attached to the hemispherical module 2 by means of a flange 10.
  • cylindrical connections 5, 6 and 7 can be provided with a stiffener, such as 11, made in the form of a thickening of localized material.
  • a stiffener 11 remains however optional and has been illustrated only for one of the cylindrical connectors.
  • the sealed enclosure which has just been described which uses a set of juxtaposed ellipsoidal modules makes it possible to considerably reduce the thickness of the enclosure, at the location of the ellipsoidal modules.
  • the weight gain can reach about one third compared to cylindrical enclosures.

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Abstract

Cette enceinte étanche, pour le confinement sous-marin d'un appareillage, comporte un ensemble de modules ellipsoïdaux (2, 3, 4) juxtaposés de manière étanche et délimitant intérieurement au moins un volume de réception de l'appareillage.

Description

  • La présente invention concerne, de manière générale, les enceintes étanches pour le confinement sous-marin de divers types d'appareillage.
  • Certains types d'industrie, par exemple dans le domaine de l'exploitation de gaz ou de pétrole, nécessitent l'immersion à très grandes profondeurs de dispositifs électriques ou électromécaniques.
  • De telles industries nécessitent par exemple d'immerger à grandes profondeurs des électropompes ESP (pour « electro-submersible pump », en anglais), ainsi que leur système d'alimentation électrique.
  • Pour ce type d'application, les profondeurs atteintes peuvent atteindre voire dépasser 3000 mètres.
  • Les appareils immergés sont généralement placés dans une enveloppe étanche afin de protéger leurs composants internes de l'eau de mer.
  • Pour la protection des appareils vis-à-vis de la pression, deux conceptions principales existent pour la réalisation d'une enceinte de confinement.
  • Selon un premier type de conception, l'enceinte est remplie d'un liquide non conducteur électriquement, en général de l'huile diélectrique, et équilibrée en pression avec la mer. Les matériels placés dans l'enceinte sont alors soumis à la pression d'immersion, et doivent en outre être compatible avec l'huile. Comme la pression est équilibrée, les parois de l'enceinte ne subissent pas la contrainte liée à la pression, et ne nécessitent donc pas d'être réalisées avec une épaisseur croissante avec la profondeur d'immersion.
  • Selon le deuxième type de conception, l'enceinte est remplie d'un gaz (air, azote...) à pression faible, généralement proche de la pression atmosphérique. Les parois de l'enceinte sont dimensionnées pour résister à la pression d'immersion. Les matériels sont alors installés dans des conditions similaires à celles d'un usage industriel.
  • La présente invention est relative au second type d'enceinte, dit « à pression atmosphérique »
  • Comme on le conçoit, l'épaisseur de l'enceinte doit augmenter lorsque la profondeur d'immersion augmente, en fonction de la pression à supporter.
  • Généralement, les enceintes étanches pour le confinement sous-marin d'un appareillage sont réalisées à partir d'une enveloppe cylindrique comprenant deux dômes d'extrémité.
  • Par exemple, pour une profondeur d'immersion d'environ 3000 mètres, l'épaisseur de l'enveloppe cylindrique peut atteindre 80 mm de sorte que, pour une enveloppe ayant une longueur de 7 m et un diamètre interne de 2 m, la masse totale de l'enveloppe incluant les matériels qu'elle contient peut atteindre voire dépasser 40 tonnes, ce qui nécessite des moyens de levage conséquents.
  • Il existe par ailleurs des enveloppes sphériques qui, en raison de leur forme, permettent de réduire de manière considérable l'épaisseur du matériau entrant dans la constitution de l'enveloppe.
  • Bien que la réalisation d'une enveloppe sphérique permette un gain en masse, il a été constaté que ce type de conception présente des inconvénients majeurs en termes d'intégration dans la mesure où une sphère, comparée à un cylindre augmente la surface au sol et conduit donc à une structure porteuse plus grande et plus lourde.
  • Au vu de ce qui précède, il est proposé une enceinte étanche qui soit relativement facile à fabriquer mais de masse réduite par rapport aux enveloppes cylindriques.
  • Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé une enceinte étanche pour le confinement sous-marin d'un appareillage comprenant un ensemble de modules ellipsoïdaux juxtaposés de manière étanche et délimitant intérieurement au moins un volume de réception de l'appareillage.
  • Il a été constaté que la réalisation d'une enceinte étanche au moyen de modules ellipsoïdaux juxtaposés permet un gain de l'ordre d'un tiers de la masse totale, par rapport à une enveloppe cylindrique.
  • Dans un mode de mise en oeuvre, l'enceinte étanche comporte un module d'extrémité amovible en forme de dôme hémisphérique raccordé au dit ensemble de modules par une bride étanche.
  • Selon un aspect avantageux, les modules ellipsoïdaux sont raccordés deux à deux par des raccords cylindriques.
  • Ces raccords cylindriques peuvent avoir une épaisseur supérieure à celle des modules ellipsoïdaux.
  • Dans un mode de réalisation, les raccords cylindriques sont équipés d'éléments raidisseurs.
  • Par exemple, ces raidisseurs sont formés par un élargissement localisé des raccords cylindriques.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux figures annexées sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue de profil d'une enceinte étanche conforme à l'invention ; et
    • la figure 2 est une vue partielle en coupe de l'enceinte de la figure 1.
  • On se référera tout d'abord à la figure 1 qui illustre l'architecture générale d'une enceinte étanche pour le confinement sous-marin d'un appareillage conforme à l'invention, désigné par la référence numérique générale 1.
  • Dans cette figure, l'enceinte étanche est représentée dans une position supposée verticale.
  • Dans l'application envisagée, cette enceinte est destinée à la protection d'un ou de plusieurs appareils électriques ou électromécaniques immergés, tels qu'un variateur de vitesse, un équipement de distribution de haute tension ou basse tension, un système d'alimentation secourue,... Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention lorsqu'elle est destinée à recevoir d'autres types d'équipement.
  • Comme on le voit sur la figure 1, l'enceinte 1 comporte un ensemble de modules ellipsoïdaux 2, 3 et 4, ici au nombre de 3, disposés dans le prolongement les uns des autres et raccordés deux à deux par des portions cylindriques 5, 6 et 7.
  • De part et d'autre, l'enveloppe comporte un dôme 8 en forme de sphère tronquée raccordée de manière étanche à l'un des modules ellipsoïdaux et, à l'extrémité opposée, un dôme 9 hémisphérique raccordé à l'autre module 2 ellipsoïdal d'extrémité.
  • Les modules ellipsoïdaux et les dômes d'extrémité délimitent conjointement un volume interne empli d'azote à pression atmosphérique et destiné à recevoir l'appareillage à immerger. Bien entendu, le nombre de modules n'est pas limitatif et peut être choisi en fonction de l'encombrement de l'appareillage.
  • En réalité, chacun des modules ellipsoïdaux a une forme de sphère aplatie et est plus particulièrement formé par la zone sphérique d'une sphère aplatie comprise entre deux plans parallèles tels que P1 et P2.
  • En raison de la réalisation des divers modules sous une forme partiellement sphérique, les modules ainsi les dômes 8 et 9 d'extrémité ont une épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur d'une enveloppe cylindrique nécessaire pour supporter la pression d'immersion. Ainsi, par exemple, pour une pression d'immersion pouvant atteindre 3000 mètres, l'épaisseur de la paroi sphérique est de l'ordre de 50 mm.
  • En ce qui concerne les raccords cylindriques 5 et 6, ceux-ci ont une épaisseur accrue déterminée pour assurer la raideur de l'ensemble, par exemple de l'ordre de 150 mm.
  • On notera que le diamètre du dôme hémisphérique 9 est inférieur au diamètre interne des raccords cylindriques 5, 6 et 7 et choisi de manière à être supérieur à la plus grande dimension transversale l'appareillage de sorte qu'après introduction d'un appareil à travers l'ouverture du module ellipsoïdal 2 d'extrémité, aucun problème d'insertion de l'appareil dans le reste de l'enceinte ne peut se produire.
  • Ainsi, le dôme hémisphérique 9 constitue en réalité un élément amovible et est fixé au module 2 hémisphérique au moyen d'une bride 10.
  • On voit enfin sur la figure 1 que les raccords cylindriques 5, 6 et 7 peuvent être dotés d'un raidisseur, tel que 11, réalisé sous la forme d'un épaississement de matière localisée. Un tel raidisseur 11 reste toutefois optionnel et n'a été illustré que pour l'un des raccords cylindriques.
  • Comme on le conçoit, l'enceinte étanche qui vient d'être décrite, qui utilise un ensemble de modules ellipsoïdaux juxtaposés permet de réduire considérablement l'épaisseur de l'enceinte, à l'endroit des modules ellipsoïdaux. Ainsi, le gain en poids peut atteindre environ un tiers par rapport aux enceintes cylindriques.

Claims (6)

  1. Enceinte étanche pour le confinement sous-marin d'un appareillage, caractérisée en ce qu'elle comporte un ensemble de modules ellipsoïdaux (2, 3, 4) juxtaposés de manière étanche et délimitant intérieurement au moins un volume de réception de l'appareillage.
  2. Enceinte étanche selon la revendication 1, comprenant un module d'extrémité (9) amovible en forme de dôme hémisphérique raccordé audit ensemble de modules par une bride (10) étanche.
  3. Enceinte selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle les modules ellipsoïdaux (2, 3, 4) sont raccordés deux à deux par des raccords cylindriques (5, 6, 7).
  4. Enceinte selon la revendication 3, dans laquelle les raccords cylindriques ont une épaisseur supérieure à celle des modules ellipsoïdaux (2, 3, 4).
  5. Enceinte selon l'une des revendications 3 et 4, dans laquelle les raccords cylindriques sont équipés d'éléments raidisseurs (11).
  6. Enceinte selon la revendication 5, dans laquelle les raidisseurs sont formés par un élargissement localisé des raccords cylindriques.
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