FR2517766A1 - Connecteurs pour relier ensemble des elements avec une grande force de serrage, notamment les elements tubulaires d'une installation de forage - Google Patents

Abstract

CONNECTEURS, EN PARTICULIER, CONNECTEURS TELECOMMANDES UTILISES POUR RELIER DES ELEMENTS DE FORAGES SOUS-MARINS AVEC DE GRANDES FORCES DE SERRAGE, CES CONNECTEURS ETANT POURVUS D'ELEMENTS ANTIFRICTION RIGIDES 50 INTERPOSES ENTRE UNE SURFACE DE CAME 41 ET UNE SURFACE DE SUITE DE CAME 37 POUR CONVERTIR UN MOUVEMENT D'ACTIONNEMENT ORIENTE AXIALEMENT EN UN MOUVEMENT RADIAL D'UN DISPOSITIF DE BLOCAGE ANNULAIRE CONTRACTABLE ET EXPANSIBLE 25.

Description

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, aux con-

necteurs et concerne plus particulièrement des connecteurs destinés à relier

ensemble deux éléments en développant une grande force de serrage, et con-

cerne également les installations de forages sous-marins utilisant de tels connecteurs.

La nécessité de développer de grandes forces de serrage dans les con-

necteurs pour relier ensemble deux organes ou deux éléments a été reconnue depuis longtemps Il est particulièrement important de produire de grandes forces de serrage quand le connecteur est appelé à être utilisé pour relier deux éléments tubulaires d'une installation de forage sous-marin, puisque la liaison réalisée doit être capable de résister non seulement aux grandes forces qui résultent du poids des composants et de l'action des vagues et des courants, mais également à de grandes pressions hydrauliques internes Dans le domaine des forages et des puits sous-marins, les connecteurs de ce type général ont atteint un stade avancé de développement, comme c'est le cas de ceux décrits, par exemple, dans les brevets américains no 2 962 096 de Knox, no 3 228 715 de Neilon et al, no 3 321 217 de Ahlstone, N O 3 333 870 de Watkins, no 4 200 312

de Watkins, et no 4 209 193 de Ahlstone.

Tous les connecteurs satisfaisants de la technique antérieure utilisés dans le domaine des forages et des puits sous-marins pour développer de grandes forces de serrage paraissent utiliser des dispositifs de blocage annulaires allant de collets disposés en anneau ou de segments arqués disposés en cercle aux simples bagues de blocage fendues, le dispositif de blocage étant porté par l'un des deux organes que l'on veut relier, l'autre organe présentant une gorge dans laquelle le dispositif de blocage s'engage Des faces d'extrémité opposées sont prévues, chacune sur un élément différent des deux éléments devant être reliés ou des deux éléments du connecteur, ces faces d'extrémité étant disposées de manière à pouvoir être serrées l'une contre l'autre lors de la fermeture du connecteur, le dispositif de blocage annulaire et la gorge ayant des épaulements tronconiques complémentaires disposés de manière à engendrer la grande force de serrage nécessaire pour serrer les faces d'extrémité l'une contre l'autre quand le dispositif de blocage est repoussé positivement dans la gorge Quand le connecteur doit être assemblé sous l'eau, à un emplacement

qui n'est pas directement accessible pour des manoeuvres manuelles, il est pour-

vu d'un ou de plusieurs dispositifs de puissance, généralement d'un ou de

plusieurs moteurs rectilignes à fluide sous pression, pour actionner le dis-

positif de blocage Pour convertir l'action du dispositif de puissance en un mouvement effectif du dispositif de blocage, il est devenu de pratique courante de faire en sorte que le dispositif de puissance déplace une bague de came axialement par rapport aux éléments devant être reliés, la bague de came

ayant une face de came tronconique s'appliquant à glissement contre le dis-

positif de blocage de manière à repousser celui-ci radialement à l'intérieur

de la gorge.

Bien que ces connecteurs aient obtenu beaucoup de succes et soient

largement utlisés, dans la pratique, les exigences formulées par les utilisa-

teurs de ces connecteurs sont devenues de plus en plus difficiles à satisfaire.

Ces exigences sont particulièrement sévères dans le domaine des forages sous-

marins o la profondeur à laquelle les puits sont forés a considérablement augmenté, ce qui s'est traduit par une augmentation correspondante des forces à la fois externes et internes devant être supportées par le connecteur C'est ainsi, par exemple, que le cahier des charges de certaines têtes de puits sous-marines spécifie que celles-ci doivent pouvoir supporter des pressions internes atteignant plus de 1000 kg/cm, ce qui est le cas notamment de la pression qui doit pouvoir être supportée, par exemple, par le connecteur qui assure la liaison entre la cheminée anti-éruption et la partie inférieure du corps de la tête de puits Ainsi donc, bien que, dans tous les cas, il soit nécessaire de prefectionner constamment ces connecteurs, ce besoin a encore été renforcé par la sévérité accrue des spécifications des utilisateurs

éventuels de ceux-ci.

Un problème particulier posé par la nécessité de disposer de très grandes forces de serrage dans ces connecteurs résulte du fait que, d'une part, la puissance pouvant être fournie par les dispositifs d'actionnement est limitée par des contraintes dimensionnelles de ces dispositifs de puissance ou d'actionnement et d'autre part, par les pertes dues à la friction entre les surfaces de came qui exigent une grande puissance d'actionnement lorsque l'actionnement du dispositif de blocage doit avoir pour résultat les grandes forces de serrage désirées Bien que les chercheurs travaillant dans ce domaine aient dépensé des efforts considérables pour tenter de résoudre ce problème et d'autres, l'efficacité globale de ces connecteurs n'a pas progressé

à la même vitesse que les besoins de perfectionnement de ceux-ci.

En conséquence, le but général de l'invention est de fournir un connec-

teur dans lequel une force de serrage sensiblement plus grande est développée sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours, à cet effet, à une puissance

d'actionnement plus élevée.

Un autre but de l'invention est de réaliser un connecteur dans lequel la friction de glissement nécessaire pour convertir le mouvement d'actionnement en un mouvement radial du dispositif de blocage a été réduite considérablement, tout en préservant le contact direct métal sur métal pour transférer la force

d'actionnement aux dispositifs de blocage.

L'invention se propose également de fournir des têtes de puits perfec-

tionnées utilisant de tels connecteurs.

Les connecteurs conformes à l'invention utilisent un corps qui est adapté à être fixé à l'un des deux organes ou éléments que l'on veut relier

et qui a une forme annulaire et porte à la fois le dispositif de blocage an-

nulaire et la bague d'entraînement destinée à actionner le dispositif de blocage, ainsi que les moyens de puissance pour déplacer la bague d'entraînement dans la direction de l'axe du connecteur quand un dispositif de puissance fait partie de celui-ci Le dispositif de blocage peut être constitué par une série d'éléments de blocage disposés en anneau, généralement par des segments arqués, ou par une bague de blocage fendue, et comporte une surface de suite

de came annulaire qui est inclinée par rapport à l'axe longitudinal du con-

necteur La bague d'entraînement est concentrique aux dispositifs de blocage et présente une surface de came annulaire qui fait face à la surface de suite,

est concentrique à celle-ci, est parallèle à la surface de suite et est espacée-

radialement de celle-ci Un certain nombre d'éléments antifriction rigides, généralement des billes ou des galets cylindriques en métal, sont disposés entre et sont en contact avec la surface de suite de came du dispositif de blocage et avec la surface de came de la bague d'entraînement, la disposition étant

telle qu'à toutes les positions du dispositif de blocage et de la bague d'en-

traînement, les éléments antifriction sont maintenus en contact direct à la

fois avec la surface de suite et avec la surface de came Bien que, dans cer-

tains cas, la bague d'entraînement puisse être actionnée manuellement, il est avantageux que le corps du connecteur porte aussi des moyens de puissance par exemple, un ou plusieurs moteurs rectilignes à fluide sous pression commandés

à distance, pour déplacer la bague d'entraînement le long de l'axe du connec-

teur Pendant le mouvement axial de la bague d'entraînement d'une première à

une seconde positions, la surface de came, les éléments antifriction et la sur-

face de suite coopèrent pour repousser le dispositif de blocage radialement au contact, par exemple, d'une paroi latérale inclinée de la gorge de blocage

présentée par l'autre des deux éléments qu'il s'agit de relier.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de

la description qui va suivre, en référence au dessin annexé, sur lequel:

la figure 1 est une vue latérale, partiellement en coupe verticale, d'une partie d'une tête de puits sous-marine comportant un connecteur conforme

à une premier mode de réalisation de l'invention, ce connecteur étant complète-

ment fermé la figure 2 est une coupe-verticale partielle de l'ensemble de la figure 1, montrant le connecteur avec son dispositif de blocage complètement rétracté à sa position inactive la figure 3 est une coupe transversale partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une coupe verticale partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 1; la figure 5 est une vue latérale partielle suivant la ligne 5-5 de la figure 1 la figure 5 A est une vue semblable à la figure 5, montrant une forme modifiée de la partie de suite du connecteur; la figure 6 est une vue semblable à la figure 1 d'une tête de puits dans laquelle le connecteur est réalisé selon une autre forme d'exécution de l'invention; la figure 7 est une vue semblable à la figure 2 du dispositif de la figure 6; la figure 8 est une coupe transversale suivant le ligne 8-8 de la figure 6; la figure 9 est une coupe verticale partielle d'une partie d'un connecteur conforme à un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 10 est une coupe transversale suivant la ligne 10-10 de la figure 9; et la figure 11 est une vue latérale partielle d'une surface de suite et d'éléments antifirction faisant partie du connecteur des figures 9 et 10 Les figures 1 à 5 représentent un mode de réalisation de l'invention utilisé pour fixer la partie inférieure 1 du corps d'une cheminée anti- explosion a une partie inférieure verticale 2 d'une tête de puits dans une installation de forage sous-marine De forme classique, la partie 1 du corps comprend une face d'extrémité inférieure annulaire transversale et plate 3 et une bordure

d'extrémité inférieure annulaire transversale s'avançant vers l'extérieur 4.

La partie de corps 2, qui a également une structure classique, présente une face d'extrémité supérieure annulaire transversale et plate 5, dimensionnée pour correspondre à la face d'extrémité 3 de la partie de corps 1, et une gorge transversale 6 s'ouvrant vers l'extérieur qui est espacée d'une distance prédéterminée sous la face d'extrémité 5 La paroi latérale 7 de la gorge 6 voisine de la face d'extrémité supérieure 5 est tronconique, concourant vers

l'intérieur et vers le bas, généralement suivant un angle de 250, comme repré-

senté La partie de corps 2 est percée d'un trou vertical cylindrique 8, la paroi de ce trou se terminant, à l'extrémité supérieure, par une surface de siège tronconique 9 concourant vers l'intérieur et vers le bas La partie de corps 1 est percée d'un trou cylindrique 10 ayant le même diamètre que le trou 8, une surface de siège tronconique 11 concourant vers l'intérieur et vers le haut reliant la paroi du trou 10 à l'extrémité inférieure de la partie

de corps 1, les surfaces 9 et 11 étant complémentaires.

A la bordure 4 de la partie de corps 1 est fixé un corps de connecteur

annulaire, désigné en son entier par 12, et qui comprend une bague porte-

segments 13, une plaque de support annulaire transversale 14 fixée à l'extrémité inférieure de la bague 13 et qui s'en étend vers l'extérieur, un organe de fermeture annulaire transversal 15 fixé au sommet de la bague 13 et qui s'en avance vers l'extérieur, et un élément de paroi extérieur cylindrique 16 qui ponte l'intervalle entre la plaque 15 et l'organe 16-et qui est fixé à ces

deux éléments La bague 13 est concentrique au trou 10 et a un pourtour inté-

rieur cylindrique dont le diamètre est tel qu'elle embrasse étroitement la surface extérieure cylindrique de l'extrémité supérieure de la partie de corps 2 La bague 13, qui est formée d'une seule pièce de métal, présente une gorge transversale 17 s'ouvrant vers l'intérieur et une gorge transversale 18 s'ouvrant vers l'extérieur, ces deux gorges étant séparées par une membrure annulaire concentrique 19 La gorge 17 présente lune paroi supérieure plate et une paroi inférieure plate 21 La largeur axiale de la gorge 18 est

sensiblement plus grande que celle de la gorge 17 et elle est limitée respective-

ment par une paroi plate supérieure 22 et inférieure 23 Toutes les parois 20-

23 sont situées dans des plans perpendiculaires à l'axe de la partie de corps 1.

La membrure 19 est percée d'un certain nombre de trous cylindriques radiaux

espacés circonférentiellement 24.

Dans les gorges 17, 18 et les trous 24 sont logés un certain nombre de segments identiques dont l'un est représenté en 25 sur la figure 1 Chaque segment 25 comprend un corps arqué 26 ayant une surface supérieure plate 27, une surface inférieure plate 28, une face intérieure arquée 29, un épaulement 30 qui relie les faces 27 et 29 et qui est situé dans un plan tronconique concourant vers l'intérieur et vers le bas, et une surface extérieure arquée 31 L'espace compris entre les surfaces 27 et 28 est tel que quand les segments sont en place, comme représenté sur la figure 1, leurs faces s'appliquent à glissement contre les parois 20 et 21 de la gorge 17 Chaque segment 25 comprend également un corps suiveur ou de suite 32, logé dans la gorge 18, et une goupille 33 s'étendant dans l'un des trous 24 de la membrure 19 et reliant invariablement les corps 26 et 32 Les corps suiveurs 32 ont des surfaces supérieures et inférieures 34 et 35, une surface intérieure arquée 36 et une surface de suite de came extérieure 37 située dans un plan tronconique et qui concourt vers l'intérieur et vers le haut quand le segment est en place sur le corps 12 du connecteur La surface de suite 37 est en retrait de sorte qu'une lèvre d'arrêt continue 37 a s'avançant

vers l'extérieur, s'étend tout le long des bords supérieur, inférieur et d'ex-

trémité de la surface 37 Les corps 26 des segments et les corps suiveurs 32 peuvent être fixés aux goupilles correspondantes 33 par des éléments filetés, comme représenté Les goupilles 33 ont des surfaces cylindriques dimensionnées pour être embrassées à glissement par la paroi du trou 24 correspondant, comme représenté. Une distance radiale appréciable sépare le pourtour extérieur de la bague porte-segments 13 et l'élément de paroi extérieur 16 et dans l'espace annulaire résultant est disposée une bague d'entraînement continue 40 ayant

une surface intérieure tronconique 41 qui concourt vers le haut et vers l'inté-

rieur et qui est parallèle à et espacée vers l'extérieur de la surface de suite 37 du dispositif de blocage, les surfaces 37 et 41 étant concentriques La

bague d'entraînement 40 comporte, à son extrémité supérieure, une bordure an-

nulaire transversale 42, s'avançant vers l'extérieur, d'une épaisseur appréciable.

Un certain nombre de moteurs hydrauliques rectilignes 43 sont espacés circon-

férentiellement entre la bordure 42 et la partie sous-jacente de la plaque de

support 14, le cylindre 44 de chaque moteur 43 étant fixé à la plaque de sup-

port 14 de façon que l'axe de son piston-soit parallèle à l'axe longitudinal du connecteur Les tiges de piston 45 des moteurs 43 sont orientées vers le haut et l'extrémité supérieure de chaque tige de piston 45 est reliée à la bordure 42 par une chape 146, de telle manière que l'axe d'articulation de la tige de piston 42 et de la chape est disposé le long d'une corde de la bordure

42 Il ressort de la description qui précède, et en considérant la figure 1,

que l'actionnement simultané des moteurs 43 pour provoquer l'extension des tiges de piston 45 a pour conséquence de déplacer la bague d'entraînement 4 o vers le haut par rapport aux corps suiveurs 32, tandis que l'actionnement de ces moteurs dans le sens opposé entraîne la bague 40 vers le bas par rapport aux corps 32 Pour obtenir ce résultat, tous les moteurs sont branchés en parallèle sur une source de fluide sous pression non représentée, généralement installée dans une base opérationnelle située à la surface de l'eau, des circuits hydrauliques et des valves classiques appropriées (non représentées) étant

prévus pour actionner simultanément ces moteurs.

La surface intérieure 41 de la bague d'entraînement 40 constitue une surface de came ininterrompue Un certain nombre d'éléments antifrictionrigides 50, constitués dans ce mode de réalisation par un certain nombre de billes métalliques sphériques,

sont interposés entre la surface de came 41 et la surface de suite annulaire -

constituée par les surfaces 37 des corps suiveurs 32 Les éléments antifriction sont constamment en contact direct métal sur métal avec les deux surfaces 37 et 41 Pour assurer que ce contact persiste tout au long de la course axiale

de la bague d'entraînement 40, la surface de came 4 h a été choisie sensible-

ment plus longue, dans la direction de l'axe de la bague d'entraînement, que la surface 37. En considérant les figures 3 et 5, on voit que les corps suiveurs 32

ont une longueur angulaire appréciable Chaque corps 32 présente deux ouver-

tilres débouchant vers l'intérieur, chacun dlun côté différent de la goupille correspondante 33, un ressort de compression 51 étant logé dans chacune de ces ouvertures, entre la surface extérieure de la membrure 19 et le corps suiveur, de manière à solliciter élastiquement ce dernier vers l'extérieur, assurant ainsi une application ferme des billes 50 entre les surfaces 37 et 41 quand les segments 25 sont dans leurs positions extérieures inactives,

comme représenté sur la figure 2.

Afin d'assurer la rétraction des segments 25 radialement de leurs positions de contact, les parties intérieures de chaque corps suiveur 32

sont découpées, à chaque extrémité de ce corps, de façon à produire une sur-

face de came 52 qui s'incline vers le haut et vers l'intérieur suivant le même angle que la surface de suite 37 A la base de la bague d'entraînement 40 est fixée une bague de rétraction 53 qui, comme on le voit sur la figure h, comporte un certain nombre d'éléments 54 se dressant vers le haut, dont chacun présente une surface de came s'inclinant vers l'intérieur et vers le haut 55 disposée suivant le même angle que les surfaces 37, 41 et 52 Les éléments 54 sont situés sur la bague de rétraction 53 et ont une largeur angulaire telle que chaque élément 54 s'engage sous une paire adjacente différente de surfaces 52, comme représenté sur la figure 4 Les dimensions et la position de la bague 53 et ses éléments 54 sont telles que quand la bague d'entraînement est dans sa position inférieure, de sorte que l'épaulement constitué par les parties 30 des corps 26 des segments s'applique contre la paroi latérale 7 de la gorge de blocage 6, les surfaces de came 55 de la bague de rétraction sont à proximité immédiate des surfaces 52, mais ne s'appliquent pas fortement

à glissement contre ces dernières.

Le pourtour intérieur de la plaque de support 14 et le coin adjacent

de la bague 13 sont chanfreinés afin de produire une surface tronconique con-

courant vers l'intérieur et vers le haut 57 servant à guider et à centrer l'ensemble formé de la partie de corps 1 et du corps 12 de connecteur, quand cette partie 1 vient reposer sur la partie du corps 2 Immédiatement au-dessus de la surface 57, la surface intérieure cylindrique de la bague porte-segments 13 est pourvue d'une gorge annulaire transversale s'ouvrant vers l'intérieur qui reçoit une bague torique 58 afin de produire un joint hermétique entre la surface extérieure de la partie de corps 2 et la surface intérieure de la bague 13 sous la gorge 17 La plaque de support 14 est fixée à la face inférieure plate de la bague 13, par exemple, par des-goujons espacés circonférentiellement 59, et la face inférieure de la bague 13 présente une gorge qui reçoit une bague torique 60 assurant l'étanchéité entre la bague 13 et la plaque 14 Des joints toriques sont également prévus entre l'extrémité inférieure de l'élément de paroi extérieur 16 et la plaque de support 14, entre l'extrémité supérieure de l'élément de paroi 16 et le couvercle supérieur 15, et entre la partie i O périphérique intérieure de l'élément 15 et l'extrémité supérieure de la bague

13, comme représenté.

Pour établir la liaison représentée sur la figure 1, on assemble toute la cheminée anti-éruption incluant le corps de connecteur 12, soit à terre,

soit sur la base opérationnelle située à la-surface de l'eau et on relie l'en-

semble à une colonne montante servant de trains de manutention (non représentée).

On établit les liaisons hydrauliques avec les moteurs 43 et on actionne ceux-

ci pour amener la bague d'entraînement 40 à sa position supérieure, figure 2,

les moteurs étant maintenus dans cette position en leur fournissant continuel-

lement du fluide sous pression On manoeuvre ensuite le train de manutention pour abaisser toute la colonne anti-éruption vers la tete de puits, puis à l'aide d'un système de guidage traditionnel, tout en maintenant les liaisons hydrauliques avec les moteurs 43 d'une manière traditionnelle, par exemple, par des tuyaux courant le long du train de manutention, et on abaisse la partie de corps 1 sur la partie 2 du corps de la tète de puits, comme représenté sur la figure 2 On renverse ensuite la direction des moteurs 43, de sorte que ces derniers font redescendre la bague d'entraînement 40 par rapport à la bague porte-segments 13 Pendant que la bague d'entraînement descend, sa surface de came 41 reste parallèle à la surface de suite constituée par les surfaces 37

des corps suiveurs 32 Etant donné que les segments 25 ne peuvent pas se dé-

placer vers le bas, étant immobilisés axialement par la bague 13, la surface 41, les éléments antifriction 50 et les surfaces 37 coopèrent pour repousser simultanément les segments 25 radialement vers l'intérieur Ce mouvement amène l'épaulement tronconique constitué par les parties 30 à s'appliquer à plat contre la paroi latérale tronconique 7 de la gorge 6 Pendant que l'épaulement et la paroi latérale s'appliquent initialement l'un contre l'autre, on continue à fournir le fluide sous pression aux moteurs 43 jusqu'à ce que l'action de coincement entre les parties 30 de l'épaulement et la paroi latérale 7 développe la grande force de serrage désirée sur les faces 3 et 5 Quand on veut récupérer la cheminée antiéruption, on fournit simultanément le fluide sous pression aux moteurs 43 de façon à entraîner les tiges de piston 45

vers le haut, ramenant ainsi la bague d'entraînement 40 à la position supé-

rieure représentée sur la figure 2 Le mouvement d'ascension de la bague d'en-

traînement fait que les surfaces de came 55 des parties 54 de la bague de rétraction 53 viennent en contact avec les surfaces de came 52 Etant donné que les segments 25 sont empêch 6 S de se déplacer axialement par la bague 13, le mouvement d'ascension de la bague de rétraction provoque la coopération des surfaces 52 et 55 ayant pour effet de repousser les segments 25 vers l'extérieur, en rétractant les parties périphériques intérieures des corps 26 des segments de la gorge 6 de sorte que l'ensemble formé de la partie de corps 1 et du corps 12 du connecteur est libre de s'écarter vers le haut de la partie de corps 2, après quoi on récupère la cheminée anti-éruption, incluant la partie de corps 1 et le corps 12 du connecteur, en manoeuvrant le train de manutention. En considérant la figure 3, on voit que quand le dispositif de blocage annulaire est complètement contracté, de sorte que les segments 25 sont dans leurs positions intérieures, de petits espaces subsistent entre les faces

d'extrémité adjacentes des corps suiveurs 32 Il est clair que quand le dis-

positif de blocage est complètement expansé, à la position représentée sur la figure 2, les espaces entre les faces d'extrémit 6 adjacentes des corps suiveurs augmentent nécessairement, de sorte que leurs dimensions deviennent appréciables par rapport au diamètre des billes 50 Toutefois, les billes 50 sont emplchées

par des lèvres 37 a de venir en contact avec les bords qui délimitent ces es-

paces, étant retenues par les lèvres 37 a dans des positions dans lesquelles les surfaces 37 sont directement opposées à la surface de came ininterrompue 41 De préférence, les lèvres 37 a ont des parois intérieures présentant une

section transversale arquée, comme représenté.

En variante, comme représenté sur la figure 5 A, les surfaces 37 pour-

raient être interrompues par un certain nombre de rainures axiales 37 b, un certain nombre de billes 50 étant disposées dans chaque rainure 37 b dont les parois latérales enrayent les mouvements circonf 6 rentielsdes billes par rapport aux corps suiveurs Il est clair que dans cette variante de réalisation du dispositif de blocage, les parois intérieures des rainures 37 b sont situées

dans un même plan tronconique et constituent la surface de suite.

L'efficacité des connecteurs de ce type général dépend de l'amplifica-

tion mécanique offerte par les surfaces inclinées utilisées pour convertir la force d'actionnement en force de serrage et cette amplification mécanique est fortement dépendante du coefficient de friction entre les diverses surfaces

glissantes Lorsque l'angle de la paroi latérale 7 et des parties 30 de l'épau-

lement est de 250 et lorsque l'angle des surfaces de came 37 et 41 est, par exemple, 4,750, le calcul indique une amplification mécanique théorique supérieure à 25 lorsque le coefficient de friction est considéré comme étant nul L'efficacité globale du connecteur peut être considérée comme le résultat de l'amplification mécanique réelle divisée par l'amplification mécanique théorique, en multipliant le résultat par 100 pour exprimer l'efficacité en pourcent En supposant, pour simplifier, que les coefficients de friction de tous les groupes de surfaces de glissement du dispositif sont égaux, le calcul montre que quand le coefficient de friction de glissement augmente de 0 à 0,1, l'efficacité tombe de 100 % à 30 % Dans le connecteur représenté

sur les figures 1 à 5, la friction de glissement intervient à toutè les sur-

faces glissantes, mais en faisant appel aux lois de la statique, on peut dé-

montrer que la friction de glissement entre la surface de came et la surface de suite réduit l'efficacité du connecteur plus que ne le fait la friction

de glissement aux autres points.

En comparant les figures 1 et 2, on voit que la surface de -came 41 et les parties 37 des surfaces de suite ont une longueur axiale appréciable, comparativement au nombre des billes 50 disposées entre elles et que, de ce fait, ces billes sont libres de rouler pratiquement sans glissement pendant que

la bague 40 se déplace de l'unede ses positions extrêmes à l'autre.

Le mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 1 à utilise un dispositif de blocage annulaire composé d'une certain nombre de segments arqués, mais d'autres formes de dispositifs de blocage annulairesexpansibles et contractables peuvent être utilisés C'est ainsi que les figures 6 à 8 représentent un dispositif de blocage sous la forme d'une bague fendue métallique élastique 75 supportée par un corps 76 fixé à un 6 lément de puits supérieur 77, la bague fendue étant actionnée par une bague d'entraînement

à moteur 78 pour relier l'élément supérieur 77 à un élément inférieur 77 a.

L'élément supérieur 77 comporte une face d'extrémité 79 orientée vers le bas et une bordure inférieure annulaire transversale 80 s'avançant vers l'extérieur L'élément inférieur 77 a a une face d'extrémité 81 orientée vers

le haut, qui est dimensionnée pour correspondre à la face 79 L'élément infé-

rieur possède aussi une gorge de blocage transversale 82, s'ouvrant vers l'extg-

rieur, dont la paroi latérale supérieure 83 est tronconique et concourt vers l'intérieur et vers le bas Le-corps de connecteur 76 comprend une plaque

supérieure annulaire plate 84 fixée, par exemple, par des goujons espacés cir-

conférentiellement à la bordure 80 et ayant une bordure cylindrique intérieure

s'avançant vers le bas dont la surface intérieure cylindrique 86 est dimen-

sionnée pour entourer étroitement la surface extérieure de l'élément 77 a, au-

dessus de la gorge de blocage Le corps 76 comporte également une plaque infé-

rieure annulaire plate 87 présentant, à son pourtour intérieur, une bordure annulaire 88 s'avançant vers le haut, la surface intérieure cylindrique de la bordure 88 étant dans le même plan que la surface intérieure de la bordure 85. La plaque 87 est fixée à la plaque supérieure 84 par un fort élément de paroi

extérieur cylindrique 89, comme représenté.

La bordure 85 comporte une partie supérieure 90 dont l'épaisseur radiale est relativement grande et une partie inférieure 91 d'épaisseur réduite, ces deux parties étant reliées par un épaulement annulaire transversal plat 92 De même, la bordure 88 comporte une partie supérieure 93 ayant une épaisseur

radiale réduite reliée au corps principal de la bordure par un épaulement 94.

Les deux bordures présentent des faces d'extrémité opposées 95 et 96 qui sont

respectivement opposées à des surfaces annulaires transversales plates -

La bague fendue 75 comporte une partie intérieure définie par des faces supérieure et inférieure plates 97 et 98, une surface intérieure cylindrique 99, un épaulement de blocage tronconique 100 reliant les surfaces 97 et 99 et une surface tronconique inférieure 101 joignant les surfaces 98 et 99 La bague comporte aussi une partie extérieure axialement plus longue définie par des surfaces supérieure et inférieure plates 102 et 103, une surface intérieure cylindrique 104 qui joint la surface supérieure 102 et la face 97, une surface

intérieure cylindrique 105 qui joint la face 98 à la surface 103 et une sur-

face de suite extérieure 106 qui est tronconique et qui concourt vers l'intérieur et vers le haut La surface 106 est en retrait, ses bords supérieur, inférieur

et d'extrémité étant définis par des lèvres 106 a s'avançant vers l'extérieur.

La bague d'entraînement 78 est un élément continu d'une pièce comprenant

une partie annulaire plate relativement épaisse 107 s'étendant perpendiculaire-

ment à l'axe du connecteur, et une bordure annulaire descendante 108 qui, con-

jointement avec la partie périphérique intérieure 107 présentent une surface

de came tronconique 109 concourant vers l'intérieur et vers le haut qui s'in-

cline suivant le meme angle que la surface de suite 106 et qui est concentrique à et espacée vers l'extérieur de la surface 106 Un certain nombre de moteurs rectilignes à fluide sous pression 110 sont disposés en cercle sous la partie 107 de la bague d'entraînement, les corps des cylindres de ces moteurs étant fixés à la face supérieure de la plaque inférieure 87 du corps du connecteur, les corps des cylindres et les tiges des pistons 111 se dressant verticalement, les tiges des pistons étant respectivement reliées à une partie 107 de la bague

d'entraînement par une chape 112.

L'espace compris entre la surface de came 109 et la surface de suite 106 est occupé par un certain nombre de billes métalliques 113, ces billes étant identiques et chacune d'elles étant en contact direct avec les deux surfaces 106 et 109 La surface de came 109 est légèrement plus longue dans le sens axial que la surface de suite 106 et la surface axiale effective de chacune des surfaces 106, 109 est nettement plus grande que l'espace axial nécessaire pour loger toutes les billes 113 Les dimensions des bagues 75 et 78 sont telles que, quand les billes 113 sont disposées entre les surfaces 106 et 109 et que la bague 78 est dans sa position supérieure, la bague 75 peut encore revenir à son état complètement détendu-et non déformé, de sorte que la

force élastique de la bague 75 continue de maintenir les billes 113 en compres-

sion entre les surfaces 106 et 109.

Le fonctionnement du connecteur des figures 6 et 8 est pratiquement le même que celui décrit à propos du connecteur des figures 1-5 C'est ainsi que quand la bague d'entraînement 78 occupe sa position supérieure, comme représenté

sur la figure 7, la surface de came 109 est espacée vers l'extérieur du pour-

-tour intérieur du corps 76 du connecteur suffisamment pour permettre à la bague fendue élastique 75 de se détendre vers son état non déformé et de se dilater dans une mesure telle que son diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur de l'élément inférieur 77 a, de sorte que le corps 76 du connecteur peut être enfilé sur l'extrémité supérieure de l'élément inférieur 77 a afin

d'amener la bague 75 en alignement transversal avec la gorge de blocage 82.

Quand on actionne les moteurs 110 pour faire descendre la bague 78 à la position

représentée sur la figure 6, la surface de came 109, les billes 113 et la sur-

face de suite 106 coopèrent pour contracter la bague fendue 75 jusqu'à ce que

son pourtour intérieur s'étende à l'intérieur de la gorge 82 et que l'épaule-

ment de blocage 101 vienne s'appliquer à plat contré la paroi latérale supérieure de la gorge En continuant l'application du fluide sous pression aux moteurs , l'épaulement 100 et la paroi latérale 83 de la gorge 82 coopèrent pour serrer l'un contre l'autre les éléments 77 et 77 a, la force de serrage étant

appliquée aux faces d'extrémités 79 et 81.

Il est à noter que les billes 113 sont pratiquement libres de rouler sur les surfaces 106 et 109 pendant toute la course de la bague 78 C'est ainsi que le déplacement de la bague 78 de la position représentée sur la figure 6 a celle que l'on voit sur la figure 7 a pour effet de faire rouler les billes

113 vers les positions représentées sur la figure 7, pratiquement sans glisse-

ment entre les billes et les surfaces 106 et/ou 109 De même, quand on actionne le connecteur pour déplacer la bague 78 de la position de la figure 7 à celle de la figure 6, les billes 113 peuvent également rouler vers les positions

représentées sur la figure 6.

Au lieu des billes sphériques représentées sur les figures 1 à 8, les connecteurs conformes à l'invention peuvent également utiliser d'autres formes

d'éléments antifriction, dont un exemple est représenté sur les figures 911.

Comme on le voit, le dispositif de blocage annulaire comprend un certain nombre de segments 105 disposés en anneau comportant des corps suiveurs 106 de forme spéciale, mais pour le reste identiques aux segments 25 du mode de réalisation des figures 1-5 Les corps suiveurs 106 sont usinés dans un flan ayant une surface extérieure tronconique qui concourt vers l'intérieur et vers le haut

dans l'ensemble fini pour chaque corps suiveur, la surface extérieure tronconi-

que du flan est usinée de façon à produire un certain nombre de rainures axiales

définies par une paroi intérieure plate 108 et par deux étroites parois laté-

rales 109 Chaque paroi latérale 108 est située dans un plan orienté suivant une corde par rapport à la surface tronconique initiale, à tous les points situés le long de la longueur de la paroi Les parois latérales 109 convergent vers le haut, comme on le voit que la figure 11, conformément à l'angle de la

pente de la surface tronconique initiale.

La bague d'entrainement 110 est usinée dans une pièce de métal ayant

une surface intérieure tronconique concourant dans la même direction et sui-

vant le même angle que les parois 108, la surface intérieure de la bague 110 étant découpée pour produire un certain nombre de surfaces plates 1111, dont le nombre est égal à celui des parois 108 de l'ensemble de corps suiveurs 106,

chaque surface 111 étant située dans un plan orienté suivant une corde par rap-

port à la surface intérieure tronconique initiale de la pièce, à tous les points situés le long de la longueur de la surface 111 En considérant que les parois 108 forment une surface pratiquement tronconique et que les surfaces 111 en

forment une autre,on voit que le diamètre intérieur de la surfac e de came consti-

tuée par les surfaces 111 est sensiblement plus grand que le diamètre de la surface de suite constituée par les parois 108 Comme on le voit clairement sur les figures 9 et 10, il en résulte que quand la bague d'entra nement 110 est disposée dans une certaine position angulaire, concentriquement autour de

la série annulaire de corps suiveurs 106, chacune des surfaces 111 est paral-

lèle à et est espacée à l'extérieur d'une paroi 108 différente.

Un certain nombre de galets métalliques rigides 112 sont disposés en groupes égaux, chaque groupe étant logé dans une gorge différente des corps suiveurs 106 Les galets 112 ont une surface extérieure cylindrique dont le diamètre est-sensiblement supérieur à la dimension radiale maximale des parois latérales des gorges Tous les galets sont identiques et ont une longueur légèrement inférieure à l'intervalle le plus étroit entre les parois latérales 109 Les extrémités des galets sont sphériques Dans le connecteur assemblé,

1776 6

chaque groupe de galets 112 est disposé entre une paire différente de surfaces

opposées 108 et 111.

Sauf en ce qui concerne sa face intérieure, la bague d'entraînement est identique à la bague d'entraînement 40, figures 1-4, et elle est actionnée par un certain nombre de moteurs rectilignes à fluide sous pression

113, comme il a été décrit plus haut.

Il est clair que le connecteur des figures 9-11 utilise un dispositif de blocage annulaire, constitué par un certain nombre de segments 105, et que les corps suiveurs des segments présentent une surface de suite pratiquement tronconique constituée par les parois intérieures 108 des rainures De même, la bague d'entraînement 110 présente une surface de came intérieure constituée

par les surfaces 111 Les galets 112 constituent des éléments antifriction dis-

posés entre et en contact avec les paires opposées de surfaces 108 et 111 dans toutes les positions de fonctionnement de la bague d'entraînement Sauf que les galets 112 ont une aire de contact sensiblement plus grande avec les surfaces de came et de suite, le fonctionnement de ce mode de réalisation est le même

que celui décrit en regard des figures 1 à 5.

Dans tous les modes de réalisation de l'invention, le métal utilisé pour le ou les éléments présentant la surface de suite et ceux présentant la surface de came doit être similaire afin de réduire la corrosion, et il doit avoir pratiquement la même dureté Les traitements de durcissement de surface pour la surface de suite et la surface de came doivent être identiques ou

semblables Lorsqu'on utilise une bague fendue ou divisée comme élément pré-

sentant la surface de suite, la bague doit être faite d'un alliage d'acier

ayant une très grande résistance.

Les connecteurs représentés et décrits pour illustrer l'invention comportent une gorge de blocage s'ouvrant vers l'extérieur et des moyens de blocage qui se contractent pour bloquer, mais il est à noter que ces connecteurs pourraient également opérer à l'opposé, les moyens de blocage se dilatant pour venir en contact avec une gorge s'ouvrant vers l'intérieur D'autres formes de dispositifs de puissance que ceux représentés pourraient également être utilisés et lorsqu'on utilise de simples moteurs rectilignes, ceux-ci peuvent être aussi

bien disposés au-dessus qu'au-dessous de la bague de blocage.

En conséquence, il va de soi que-de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples de réalisation représentés et décrits, sans sortir

pour autant du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 Connecteur pour relier ensemble deux éléments avec une grande force de serrage, caractérisé en ce qu'il comprend un corps adapté à _tre fixé à l'un des deux organes ou éléments; un dispositif de blocage pratiquement annulaire ayant un épaulement de blocage tronconique-et une surface de suite de came annulaire concentrique à l'axe du corps du connecteur et qui est in- clinée axialement par rapport au corps du connecteur, le dispositif de blocage étant supporté sur le corps du connecteur de façon à pouvoir se déplacer

radialement entre une position inactive, dans laquelle le diamètre du disposi-

tif de blocage permet au corps du connecteur de se déplacer axialement par rapport à l'autre élément ou organe devant être fixé de façon à placer le dispositif de blocage dans une position active par rapport à l'autre élément ou organe, et une position active, dans laquelle le diamètre du dispositif de

blocage est tel que ledit épaulement de blocage vient en contact avec une sur-

face de blocage coopérante située sur l'autre élément devant être fixé; une

bague d'entraînement ayant une surface de came annulaire s'inclinant axiale-

ment parallèle à ladite surface de suite et concentrique à celle-ci, ladite surface de came et ladite surface de suite étant espacées radialement; un certain nombre d'éléments antifriction rigides disposés entre ladite surface de came et ladite surface de suite et en contact avec celle-ci et un mécanisme porté par le corps du connecteur et supportant la bague d'entraînement à mouvement axial entre une première position, dans laquelle la surface de came permet au dispositif de blocage d'occuper ladite position inactive et une seconde position dans laquelle le dispositif de blocage est obligé, par la

coopération avec ladite surface de came, lesdits éléments antifriction et la-

dite surface de suite, à venir occuper ladite position active.

2 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com-

prend également, au moins un dispositif de puissance porté par ledit corps de connecteur pour déplacer ladite bague d'entraînement entre lesdites première

et seconde positions.

3 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit épaulement de blocage tronconique est situé au pourtour intérieur du dispositif

de blocage et en ce que la bague d'entraînement entoure le dispositif de blocage.

4 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface de suite et ladite surface de came s'étendent dans les plans tronconiques

parallèles, et en ce que lesdits éléments antifriction sont sphériques.

Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface de came et ladite surface de suite comprennent chacune un certain nombre de parties plates dont chacune est disposée suivant un certain angle

par rapport à l'axe du corps du connecteur, chaque partie plate de ladite sur-

face de suite étant opposée à une partie plate de ladite surface de came; et en ce que lesdits éléments antifriction sont des galets cylindriques dont

chacun est interposé entre une paire opposée desdites parties plates.

6 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sur-

face de came est plus longue axialement que ladite surface de suite. 7 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de blocage est sollicité élastiquement vers la bague d'entraînement afin de maintenir lesdits éléments antifriction appliqués entre ladite surface de came et ladite surface de suite quand le dispositif de blocage occupe ladite

position inactive et que la bague d'entraînement occupe ladite première posi-

tion. 8 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une desdites surfaces de suite et desdites sur-faces de came présente un certain nombre de rainures axiales et en ce que lesdits éléments antifriction sont

respectivement disposés dans l'une desdites rainures.

9 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de blocage comprend un certain nombre de segments arqués disposés en une série annulaire, ledit épaulement de blocage étant composé d'un certain nombre de parties arquées dont chacune est située sur l'un desdits segments, et un certain nombre de parties de suite arquées dont chacune est fixée à un autre desdits segments, ladite surface de suite du dispositif de blocage étant composée d'un certain nombre de parties dont chacune constitue-l'une

desdites parties de suite.

Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de blocage est une bague fendue métallique élastique, les surfaces

de came faisant partie de ladite bague.

11 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bague d'entraînement comprend une partie annulaire plate située dans un plan perpendiculaire à l'axe du connecteur, et en ce qu'une bordure annulaire fait saillie de ladite partie annulaire plate, à son pourtour intérieur; et en ce

que la surface de came s'étend au-dessus du pourtour intérieur de ladite bor-

dure.

12 Connecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague.

d'entraînement comprend une partie annulaire plate située dans un plan perpen-

diculaire à l'axe du connecteur, et une bordure annulaire s'avançant axialement du pourtour intérieur de la partie annulaire plate, la surface de came de la

bague d'entraînement s'étendant au-dessus du pourtour intérieur de ladite bor-

dure; et en ce que la combinaison comprend un certain nombre de moteurs recti-

lignes arrangés en une série annulaire, les moteurs étant placés sur le c 8 té de la bordure de la bague d'entraînement qui est opposé à la surface de came, les éléments entraînés des moteurs étant reliés à la partie annulaire plate

de la bague d'entraînement.

13 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre et les dimensions des éléments antifriction sont tels que, a toutes les positions de la bague d'entraînement, lesdits éléments antifriction n'occupent qu'une partie de l'étendue axiale de la surface de suite et de la

surface de came, l'étendue axiale des surfaces de suite et de came étant suf-

fisamment grandes pour permettre un mouvement de roulement libre desdits élé-

ments antifriction tout au long de la course de la bague d'entraînement de sa

première à sa seconde positions.

14 Connecteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif de blocage est sollicité élastiquement vers sa position inactive et en ce que les éléments antifriction sont positivement en contact avec les surfaces de suite et de came du fait de la sollicitation élastique à laquelle

le dispositif de blocage est soumis quand il est dans sa position inactive.

Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des deux éléments à relier est l'élément supérieur d'une installation de forage sous-marine, l'autre élément étant un élément inférieur, ledit élément inférieur étant percé d'un trou vertical, qui est entouré d'une surface d'extrémité annulaire orientée vers le haut, et qui présente une gorge tranversale s'ouvrant vers l'extérieur, la paroi latérale de ladite gorge voisine de ladite surface d'extrémité ayant une forme tronconique et concourant vers l'intérieur et vers le bas, ledit dément supérieur ayant une surface annulaire orientée vers le

bas, venant reposer sur la surface d'extrémité orientée vers le haut de l'élé-

ment inférieur; ledit corps de connecteur s'abaissant dudit élément supérieur et venant entourer l'extrémité supérieure dudit élément inférieur; la longueur axiale de ladite surface de came, l'inclinaison desdites surfaces de came et de suite, les dimensions radiales dudit dispositif de blocage et l'espacement axial entre la paroi latérale de la gorge transversale dudit élément inférieur et ladite surface d'extrémité orientée vers le haut étant tels que le mouvement de la bague d'entraînement à sa position inférieur fait coopérer ladite surface de came, ladite surface de suite et lesdits éléments antifriction pour entraîner le dispositif de blocage radialement vers l'intérieur dans une mesure telle que la coopération de Poincement entre ledit épaulement et ladite paroi latérale de ladite gorge serre ladite surface d'extrémité contre ladite surface orientée

vers le bas.