FR2964441A1 - Device of tensioning and tightening elongated element i.e. tubular conduit, deployed in water body from ship installation, has bearing support forming crown in which rollers move around structure support by recirculation of rollers - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de mise sous tension de conduites tubulaires Device for tensioning tubular conduits
L'invention se rapporte à un dispositif de retenue et de mise sous tension d'un élément allongé, particulièrement une conduite tubulaire afin de la déployer dans le fonds de la 5 mer à partir d'un navire de pose. The invention relates to a device for retaining and energizing an elongated element, particularly a tubular pipe, in order to deploy it in the sea bed from a laying ship.
Ces dispositifs de retenue et de mise sous tension sont montés sur des châssis métalliques fixés à la tour inclinable d'un bateau de pose. L'élément allongé est alors immergé dans l'eau en passant au travers d'un passage ménagé dans la coque du 10 bateau et passe au travers de la tour de pose. Le poids d'un tel élément allongé peut représenter plusieurs centaines de tonnes et requière donc des moyens de retenue et de serrage fiables pour éviter que l'élément allongé ne tombe sans contrôle au fonds de la mer. Aussi, l'élément allongé doit être descendu dans le fonds de la mer de façon contrôlé. Ceci nécessite des moyens de mise sous tension capable de déployer des 15 charges importantes représentant plusieurs centaines de tonnes. These retaining and energizing devices are mounted on metal frames attached to the tilting tower of a laying boat. The elongate member is then immersed in the water by passing through a passage in the hull of the boat and passing through the laying tower. The weight of such an elongated element can be several hundred tons and therefore requires reliable retaining and clamping means to prevent the elongated element from falling uncontrolled to the sea bed. Also, the elongated element must be descended into the seabed in a controlled manner. This requires energizing means capable of deploying large loads of several hundred tons.
Des navires de ce type sont connus et on pourra se référer aux brevets US6371694 et US5348423 qui décrivent des navires de pose de conduites tubulaires comprenant une tour de pose munie de moyens de retenue et de mise sous tension. 20 Dans tout ce qui suit, un élément allongé peut comprendre par exemple, une conduite rigide à simple ou à double enveloppe, une conduite flexible liée ou non liée tel que définit dans les documents normatif de l'american petroleum Institute (API) API 17J et API RP 17B, un ombilical, des câbles de manutention de charges. 25 Ces dispositifs de retenue et de serrage largement utilisés dans l'industrie sont des ensembles de chenilles, type bi chenille ou quadri chenille. Ils comprennent généralement un ensemble de chenilles de traction, au moins deux qui viennent enserrées l'élément allongé. Ce chenilles sont montées sur un châssis et des vérins 30 ajustent la position des chenilles sur l'élément allongé pour appliquer la force de serrage prédéterminé requise. Chaque chenille est constituée d'une chaine sur laquelle sont fixés des patins qui vont venir s'appuyer sur la paroi externe de l'élément allongé. Un système de motorisation dédié et une roue dentée entraine le déplacement de la chaine sur les galets de roulements entrainant par la même la tension nécessaire sur l'élément allongé pour le déployer dans la mer à travers un passage ménagé dans la coque du bateau. Ships of this type are known and it will be possible to refer to the patents US6371694 and US5348423 which describe tubular pipe laying vessels comprising a laying tower provided with means for retaining and energizing. In all that follows, an elongate member may comprise, for example, a single or double jacketed rigid pipe, a bound or unbonded flexible pipe as defined in the API 17J American Petroleum Institute (API) standard documents. and API RP 17B, an umbilical, load handling cables. These retaining and clamping devices widely used in the industry are sets of caterpillar, bi-caterpillar or quadri-caterpillar type. They generally comprise a set of traction tracks, at least two which are enclosed in the elongated element. These tracks are mounted on a frame and jacks 30 adjust the position of the tracks on the elongate member to apply the predetermined clamping force required. Each track consists of a chain on which are fixed pads which will come to bear on the outer wall of the elongated element. A dedicated drive system and a toothed wheel causes the chain to move on the rollers of bearings thereby causing the necessary tension on the elongated element to deploy it in the sea through a passage in the hull of the boat.
Des dispositifs de retenue et de serrage sont connus et proposés notamment par 5 Huisman. On pourra se reporter aux brevets WO2009/088287et US2010034592 qui décrivent des dispositifs de ce type. Restraint and clamping devices are known and proposed in particular by Huisman. Reference can be made to the patents WO2009 / 088287 and US2010034592 which describe devices of this type.
Ces dispositifs sont très fiables même pour des tensions de plusieurs centaines de tonnes. 10 A l'heure où les champs pétrolifères sont de plus en plus profonds, les bateaux de pose doivent augmenter leur capacité pour permettre de déployer des charges de plus en plus lourdes, tout en respectant des contraintes d'encombrements et de stabilité des navires de poses. These devices are very reliable even for voltages of several hundred tons. At a time when the oil fields are becoming deeper and deeper, the laying boats must increase their capacity to allow the deployment of heavier and heavier loads, while respecting the constraints of congestion and stability of ships. poses.
15 Sans multiplier le nombre de dispositifs de serrage, une voie pour augmenter la capacité de serrage est d'augmenter le nombre de chenilles pour un même dispositif. Cependant, les divers équipements constitutifs de ces dispositifs sont volumineux, il est difficile d'agencer plus de 4 chenilles en étoile autour d'un élément allongé, particulièrement pour les faibles diamètres et en tenant compte des contraintes 20 d'encombrement. Without multiplying the number of clamps, one way to increase the clamping capacity is to increase the number of tracks for the same device. However, the various equipment constituting these devices are bulky, it is difficult to arrange more than 4 star tracks around an elongated element, particularly for small diameters and taking into account the constraints of congestion.
Pour pallier ce problème, la demanderesse propose de remplacer les galets de roulements volumineux et encombrants par un système de bande à recirculation de rouleaux. 25 Selon l'invention le dispositif de mise sous tension et de serrage d'un élément allongé destiné à être déployé dans une étendue d'eau à partir d'une installation de surface comprend un châssis et au moins 2 chenilles opposées ménageant un espace pour le passage de l'élément allongé, chaque chenille comporte une chaine destinée à venir en 30 appui sur la surface externe de l'élément allongé, ladite chaine peut se déplacer sur une support de roulement pour exercer une traction sur l'élément allongé et est caractérisé en ce que le support de roulement est constitué par un grand nombre de rouleaux reliés formant une couronne dans laquelle les rouleaux se déplacent autour d'un support de soutènement en provoquant une recirculation intégrée des rouleaux. 35 D'autres détails caractéristiques de l'invention apparaitront dans la description qui va suivre et illustrée par les figures suivantes : To alleviate this problem, the Applicant proposes to replace bulky and bulky roller bearings by a system of reel circulation tape. According to the invention the device for tensioning and clamping an elongated element intended to be deployed in a body of water from a surface installation comprises a frame and at least 2 opposed tracks providing space for the passage of the elongated element, each track comprises a chain intended to bear on the outer surface of the elongated element, said chain can move on a rolling support to exert traction on the elongated element and is characterized in that the bearing support is constituted by a large number of connected rollers forming a ring in which the rollers move around a support support causing an integrated recirculation of the rollers. Other characteristic details of the invention will appear in the description which follows and is illustrated by the following figures:
La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de mise sous tension de l'art 5 antérieur. Les Figures 2 et 3 sont des vues de détails des chenilles de l'art antérieur en coupe axiale et transversale respectivement. Les figures 4 et 5 sont des vues de détails des chenilles selon un premier mode de réalisation de l'invention en coupe axiale et transversale respectivement. 10 La figure 6 est une vue en perspective d'un module à recirculation de rouleaux selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 7 est une vue de détail en coupe transversale d'une chaine sur son support roulant selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 8 est une vue de détail en coupe transversale d'une chaine sur son 15 support roulant selon un second mode de réalisation de l'invention. Figure 1 is a sectional view of a prior art tensioning device. Figures 2 and 3 are detail views of the prior art tracks in axial and cross section respectively. Figures 4 and 5 are detailed views of the tracks according to a first embodiment of the invention in axial and transverse section respectively. Figure 6 is a perspective view of a recirculating roller module according to a first embodiment of the invention. Figure 7 is a detail view in cross section of a chain on its rolling medium according to a first embodiment of the invention. FIG. 8 is a detailed cross-sectional view of a chain on its rolling support according to a second embodiment of the invention.
La figure 1 montre une vue en perspective d'un dispositif de mise sous tension (1) encore appelé « tensioner ou caterpillar track » en langue anglaise. II comprend un ensemble de chenilles (10). Deux chenilles opposées sont 20 représentées sur la figure. Un passage de circulation (25) de l'élément allongé est ménagé entre les chenilles. Chacune de ces chenilles est montée sur un châssis de renfort (13) et chacun de ces châssis est monté sur une même structure support (20) fixé sur la tour de pose d'un navire non représenté. Chaque châssis portant les chenilles est relié à la structure support (20) au 25 moyen de vérins (26) de manière à pouvoir ajuster la pression de serrage sur l'élément allongé. Figure 1 shows a perspective view of a power device (1) also called "tensioner or caterpillar track" in English. It comprises a set of tracks (10). Two opposite caterpillars are shown in the figure. A flow passage (25) of the elongate member is provided between the tracks. Each of these tracks is mounted on a reinforcing frame (13) and each of these frames is mounted on the same support structure (20) fixed on the laying tower of a ship not shown. Each frame carrying the tracks is connected to the support structure (20) by means of jacks (26) so as to adjust the clamping pressure on the elongate member.
Alors que l'élément allongé est enserré entre les patins des chenilles du dispositif de mise sous tension, les chenilles sont entrainées en rotation autour d'au moins 30 une roue dentée motorisée dont les dents s'engagent avec les maillons de chaine, par le moyen d'un moteur électrique ou hydraulique (15) exerçant ainsi une traction dans l'axe de l'élément allongé enserré entre les patins de la chenille et engendrant son immersion progressive dans l'eau de mer. While the elongate element is sandwiched between the pads of the crawlers of the tensioning device, the caterpillars are rotated about at least one motorized toothed wheel whose teeth engage with the chain links, by the means of an electric or hydraulic motor (15) thus exerting traction in the axis of the elongated element sandwiched between the pads of the track and causing its gradual immersion in seawater.
En référence aux figures 2 et 3 montrant des vues de détail en coupe axiale et transversale respectivement d'une chenille (10) de l'art antérieur selon la figure 1, une chenille comprend classiquement de l'intérieur vers l'extérieur, un support de roulement (35), une chaine (38) constituée de maillons de chaine, des patins (41) fixés sur les maillons de chaine et comprenant une surface externe à haut coefficient de friction tel que du polyuréthane et destinés à venir en contact avec la surface externe de l'élément allongé. Cet ensemble constituant la chenille est incorporé dans un châssis de renfort (13). Referring to Figures 2 and 3 showing detail views in axial and cross section respectively of a crawler (10) of the prior art according to Figure 1, a caterpillar conventionally comprises from inside to outside, a support (35), a chain (38) consisting of chain links, pads (41) fixed on the chain links and comprising an external surface having a high coefficient of friction such as polyurethane and intended to come into contact with the chain. outer surface of the elongated element. This assembly constituting the track is incorporated in a reinforcing frame (13).
Chaque chaine (38) forme une boucle présentant au moins une portion rectiligne où la chenille (10) est en contact avec l'élément allongé à retenir et des zones courbées (52). Aux extrémités opposées dans les zones les plus courbes de la boucle, se trouvent des roues dentées (31), (32) dont l'une au moins (31) est motorisée. Elles présentent des dents qui s'engagement avec les maillons de chaines. Ainsi, lorsque que la roue motorisée est actionnée, elle entraine le déplacement de la chenille autour de la roue dentée (31) motorisé et de la roue (32) libre qui assure la transmission du mouvement. Sur les trajectoires rectilignes de la chaine (50) (50'), la chaine se déplace sur des roulements (35) qui forment un support rigide pour la chaine. Each chain (38) forms a loop having at least one rectilinear portion where the track (10) is in contact with the elongated member to be retained and curved areas (52). At the opposite ends in the curved areas of the loop, there are toothed wheels (31), (32) at least one of which (31) is motorized. They have teeth that engage with the chain links. Thus, when the motorized wheel is actuated, it causes the movement of the track around the motorized gear wheel (31) and the free wheel (32) which ensures the transmission of the movement. On the straight paths of the chain (50) (50 '), the chain moves on bearings (35) which form a rigid support for the chain.
Typiquement, ces roulements sont volumineux car ils doivent reprendre des efforts importants. Ceci est apparent sur la figure 3 qui montre une représentation à l'échelle des différents éléments d'une chenille et d'un élément allongé 11 en appui sur un patin. Typically, these bearings are bulky because they must resume significant efforts. This is apparent in Figure 3 which shows a scaled representation of the different elements of a caterpillar and an elongated element 11 resting on a pad.
Le montage du dispositif de mise sous tension selon l'invention est semblable à celui de l'art antérieur. Il diffère simplement en ce que le support de roulement sur lequel se déplace la chaine n'est pas constitué de galets mais d'un ensemble de bande à recirculation de rouleaux que l'on décrira plus en détail dans les paragraphes qui suivent. The mounting of the power device according to the invention is similar to that of the prior art. It differs simply in that the bearing support on which the chain moves is not made of rollers but a set of reel circulation tape which will be described in more detail in the following paragraphs.
Les figures 4 et 5 montrent ainsi les chenilles selon l'invention. Elles sont montées sur la tour de manière identique à celles de l'art antérieur. On retrouve sur la figure 4, la chaine (138), un support de roulement (200), un châssis de support, (113) l'ensemble étant monté sur une structure support (non représenté) et fixé sur la tour d'un navire de pose (non représentée). Figures 4 and 5 thus show the tracks according to the invention. They are mounted on the tower in a manner identical to those of the prior art. FIG. 4 shows the chain (138), a bearing support (200), a support frame, (113) the assembly being mounted on a support structure (not shown) and fixed on the tower of a laying ship (not shown).
Le support de roulement est une bande à recirculation de rouleaux. Un tel support peut-être fourni par exemple par la société HILMAN. The bearing support is a recirculating strip of rollers. Such a support can be provided for example by the company HILMAN.
Sur la figure 4 sont représentés plusieurs modules 200 de dimensions variables 5 sur la trajectoire rectiligne (150) (150') de la chenille. La figure 6 montre une vue de détail d'un module à recirculation de rouleaux (200) selon l'invention. In Figure 4 are shown several modules 200 of variable dimensions 5 on the rectilinear trajectory (150) (150 ') of the crawler. Figure 6 shows a detail view of a recirculating roller module (200) according to the invention.
Un module (200) comprend une structure métallique (210) présentant un fonds 10 plat (220) et deux bords latéraux (221) et (222) définissant une gouttière destinée à recevoir une bande à recirculation de rouleaux (202). La bande à recirculation de rouleaux 205 est constituée par plusieurs rouleaux (231,232, 233, 236, 237) reliés ensemble au moyen par exemple d'une chaine (234) fixée sur l'extrémité de l'axe de chaque rouleau. 15 Sur la figure 6, la bande présente une série de rouleaux supérieurs (231-233) et une série de rouleaux inférieurs dont l'un (236) est apparent sur les figures 6 et 7. A module (200) comprises a metal structure (210) having a flat bottom (220) and two side edges (221) and (222) defining a gutter for receiving a roll recirculating strip (202). The recirculating strip of rollers 205 is constituted by a plurality of rollers (231, 232, 233, 236, 237) connected together by means for example of a chain (234) fixed on the end of the axis of each roll. In Fig. 6, the strip has a series of upper rollers (231-233) and a series of lower rollers, one of which (236) is visible in Figs. 6 and 7.
20 Sur la figure 7, on peut voir que la chaine (138) vient en appui sur les rouleaux supérieurs (231-233, 237) de la bande à recirculation de rouleaux, tandis que les rouleaux inférieurs (236) sont escamotés sous une plaque de support (223) visible sur la figure 7. En fonctionnement, lorsque la chaine (138) est entrainée en mouvement, elle se déplace sur la bande à recirculation de rouleaux 25 entrainant une rotation des rouleaux autour de la plaque support (223) et une circulation des rouleaux. Ainsi, le dernier rouleau supérieur (237) est escamoté sous la plaque support (223), libéré de toute charge tandis que le premier rouleau inférieur (236) va venir le remplacer pour contribuer à reprendre la charge axiale. 30 Le module (200) est dimensionné en fonction de la géométrie de la chaine (138) de sorte que tous les maillons en regard du module se trouvent en appui sur les rouleaux supérieurs (231,232, 233, 237) de la bande (201, 202). Par exemple, le module (200) représenté sur les figures 6 et 7 est constitué de 35 deux bandes à recirculation de rouleaux (201 et 202) agencés parallèlement dans une même structure métallique (200) pour s'intégrer à la géométrie d'une chaine de type RAFER. In FIG. 7, it can be seen that the chain (138) abuts on the upper rollers (231-233, 237) of the roll recirculating strip, while the lower rollers (236) are retracted under a plate. in operation, when the chain (138) is driven in motion, it moves on the recirculating strip of rollers 25 causing a rotation of the rollers around the support plate (223) and a circulation of the rollers. Thus, the last upper roller (237) is retracted under the support plate (223), freed of any load while the first lower roller (236) will replace it to help resume the axial load. The module (200) is dimensioned according to the geometry of the chain (138) so that all links facing the module are supported on the upper rollers (231, 232, 233, 237) of the belt (201, 202). For example, the module (200) shown in FIGS. 6 and 7 consists of two recirculating roll strips (201 and 202) arranged in parallel in the same metal structure (200) to integrate with the geometry of a RAFER chain.
Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 8, le module (200) est constitué par trois bandes à recirculation de rouleaux (201'-203') disposés dans leur logement dédié et présente une surface de contact complémentaire adapté pour une chaine de type KETTENWULF. According to another embodiment shown in FIG. 8, the module (200) is constituted by three recirculating roll strips (201'-203 ') arranged in their dedicated housing and has a complementary contact surface adapted for a chain of type KETTENWULF.
Sur la figure 4, six modules de trois longueurs selon l'axe A-A' différentes sont représentés pour couvrir la portion rectiligne (150'). Le nombre et la longueur de ces modules peut être variable. Cependant, il est préférable de multiplier le nombre de ces modules de petites longueurs pour faciliter leur remplacement éventuel en cas d'usure des rouleaux ou d'endommagement. In Figure 4, six modules of three lengths along the axis A-A 'are represented to cover the straight portion (150'). The number and length of these modules can be variable. However, it is preferable to multiply the number of these modules of small lengths to facilitate their possible replacement in case of wear of the rollers or damage.
Ces rouleaux sont très fiables et sont déjà utilisés pour déplacer des charges très lourdes. Leur intégration dans un dispositif de mise sous tension selon l'invention assure une résistance au moins équivalente voir supérieure aux galets utilisés avec les dispositifs de mise sous tension de l'art antérieur tout en offrant une meilleure compacité. Si l'on compare les figures 4 et 5 à I échelle montrant respectivement une chenille avec des galets selon l'art antérieur et une chenille avec des modules à recirculation de rouleaux selon l'invention, on peut voir que le support de roulement constitué par des rouleaux à recirculation de rouleaux est moins volumineux que celui constitué par des galets de l'art antérieur. A capacité équivalente ou même supérieure, on pourrait ainsi intégrer plus de chenilles dans un même dispositif de mise sous tension et passer de bi-chenilles à des qadri-chenilles ou hexa-chenilles.30 These rollers are very reliable and are already used to move very heavy loads. Their integration into a power device according to the invention ensures a resistance at least equivalent to or better than the rollers used with the prior art tensioning devices while providing a better compactness. If FIGS. 4 and 5 are compared with the scale respectively showing a crawler with rollers according to the prior art and a crawler with recirculating roller modules according to the invention, it can be seen that the bearing support consisting of Roller recirculating rollers are less bulky than those consisting of rollers of the prior art. With equivalent or even greater capacity, it would be possible to integrate more caterpillars into the same powering device and to move from dual-tracks to qadri-caterpillars or hexa-caterpillars.
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