FR2980253A1

FR2980253A1 - Device for providing relative angular movement and/or torque between oil tube connectors in sea-bed, has laminated elements having external reinforcements provided at one end of each set of arches of nested links

Info

Publication number: FR2980253A1
Application number: FR1158232A
Authority: FR
Inventors: Baptiste Beaumert; Sylvain Thuet
Original assignee: Techlam SAS
Current assignee: Techlam SAS
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-03-22
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: FR2980253B1

Abstract

The device has a pair of nested links (1, 2) having respective sets of arches (11, 12, 21, 22), where locking elements (14, 24) are provided at one end of each set of arches. Laminated elements (27) forming a portion of sphere and having external reinforcements (15, 25) are provided at the other end of each set of arches, where internal reinforcements (16, 26) of the laminated elements are integral with each other, and each laminated element includes a frustoconical or cylindrical outer contour.

Description

DISPOSITIF DESTINE A ASSURER UN MOUVEMENT ROTATIF ANGULAIRE ET/OU DE TORSION ENTRE DEUX STRUCTURES La présente invention a pour objet un dispositif destiné à 5 assurer un mouvement rotatif angulaire et/ou de torsion entre deux structures. Il est bien connu d'assurer une telle fonction à l'aide d'une articulation de type Cardan. Ces dispositifs présentent des inconvénients liés à la présence de frottements mécaniques, à des à-coups lors de brusques changements de direction d'inclinaisons, à une usure prématurée en cas 10 d'environnement agressif et enfin à la nécessité d'une maintenance (graissage régulier, remplacement des pièces d'usure). On connait du Brevet US 5,529,012 (RYTAND) une articulation semi-flexible qui permet une articulation entre des éléments flottants, mais ce dispositif ne permet pas de remplir les fonctions d'une 15 rotule. Dans le domaine des applications pétrolières en milieu marin, on connaît des articulations notamment des documents suivants : - GB 2132 297 (KRAMER) qui s'apparente à un dispositif à la cardan 20 - US 4,012,060 (RENEAU) qui s'apparente à une rotule. - GB 2 313 889 (ROED) qui s'apparente également à une rotule. Il existe également des rotules lamifiées qui sont intégrées à des connecteurs destinés à des connexions pétrolières sous marines. Une 25 telle rotule est connue du Brevet US 4,907,914 (GUNDERSON). De telles rotules ne permettent qu'un débattement limité propice à corriger des désalignements entre deux tubes lors de leur connexion. La présente invention concerne une articulation apte à permettre notamment des arrimages sous marins articulés et autorisant des 30 débattements importants tout en restant apte à supporter de fortes charges. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de liaison destiné à assurer un mouvement relatif angulaire et/ou de torsion entre deux structures, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de maillons imbriqués, chaque maillon comportant d'une part un arceau qui présente à une première extrémité un élément de solidarisation à une dite structure et d'autre part un élément lamifié formant une portion de sphère de contour extérieur par exemple cylindrique ou tronconique ayant une armature externe solidaire d'une deuxième extrémité d'un arceau opposée à la première extrémité, les armatures internes desdits éléments lamifiés sphériques étant solidaires entre elles. Un arceau peut comporter deux jambes ou plus. The present invention relates to a device for providing angular rotary and / or torsional movement between two structures. BACKGROUND OF THE INVENTION It is well known to provide such a function using a cardan type joint. These devices have drawbacks related to the presence of mechanical friction, jerks during abrupt changes of inclination direction, premature wear in an aggressive environment and finally the need for maintenance (lubrication). regular, replacement of wear parts). Patent US Pat. No. 5,529,012 (RYTAND) discloses a semi-flexible articulation that allows articulation between floating elements, but this device does not make it possible to fulfill the functions of a ball joint. In the field of petroleum applications in the marine environment, articulations are known, in particular the following documents: GB 2132 297 (KRAMER) which is similar to a gimbal device 20 - US 4,012,060 (RENEAU) which is similar to a ball joint . GB 2 313 889 (ROED) which is also similar to a ball joint. There are also laminated hinges that are integrated into connectors for underwater oil connections. Such a ball joint is known from US Patent 4,907,914 (GUNDERSON). Such ball joints only allow a limited clearance suitable for correcting misalignments between two tubes during their connection. The present invention relates to a hinge adapted to allow in particular articulated underwater docking and allowing large deflections while remaining able to withstand heavy loads. For this purpose, the subject of the invention is a connecting device intended to ensure relative angular and / or torsional movement between two structures, characterized in that it comprises at least one pair of nested links, each link comprising firstly a hoop which has at a first end a securing element to a said structure and secondly a laminated element forming a portion of an outer contour sphere for example cylindrical or frustoconical having an outer reinforcement integral with a second end of a hoop opposite the first end, the inner armatures of said spherical laminated elements being integral with each other. A hoop may have two or more legs.

L'armature interne des éléments lamifiés d'une paire de maillons imbriqués est par exemple une pièce cylindrique. Le dispositif peut comporter au moins deux paires de maillons imbriqués qui sont disposés en série par solidarisation entre deux éléments de solidarisation. The internal reinforcement of the laminated elements of a pair of interlocking links is for example a cylindrical part. The device may comprise at least two pairs of interlocking links which are arranged in series by joining between two fastening elements.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins dans lesquels : - La figure la est un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention, dont un mode de réalisation est représenté en vue de profil à la 20 figure lb, la figure lc étant une vue en coupe d'un élément lamifié ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 3 est une vue de profil d'un maillon selon l'invention ; 25 - la figure 4 est une vue de profil d'un dispositif comportant une paire de maillons selon la figure 3 qui sont montés de manière à être imbriqués ; - la figure 5 illustre une mise en oeuvre de l'invention dans laquelle des dispositifs individuels comportant chacun une paire de maillons 30 imbriqués sont montés en série, - et la figure 6 illustre des applications sous marines de l'invention. Other features and advantages of the invention will appear better on reading the following description given by way of non-limiting example, in conjunction with the drawings in which: - Figure la is a block diagram of a device according to the invention, an embodiment of which is shown in profile view in FIG. 1b, FIG. 1c being a sectional view of a laminated element; FIG. 2 is a perspective view of a device according to the invention; - Figure 3 is a side view of a link according to the invention; FIG. 4 is a side view of a device comprising a pair of links according to FIG. 3 which are mounted so as to be interleaved; FIG. 5 illustrates an implementation of the invention in which individual devices each having a pair of nested links 30 are connected in series, and FIG. 6 illustrates underwater applications of the invention.

Par référence aux figures la et 1b, un dispositif selon l'invention comporte un module élémentaire 4 qui présente deux maillons imbriqués montés tête-bêche et qui sont solidaires par l'extrémité interne (la plus proche de son centre) d'un élément lamifié formant une portion de sphère. Le maillon fermé 1 comporte des arceaux qui, aux figures 1 a et lb, sont au nombre de deux et sont référencés 11 et 12. Ils s'étendent entre une plaque 14 qui sert à solidariser les arceaux 11 et 12 à une première structure et une armature externe 15 d'un élément lamifié 17 qui comporte un 10 empilement de lames 18 formant des coupelles et de couches élastomériques 19. Les arceaux 11 et 12, ainsi que l'élément de solidarisation (plaque 14) forment de préférence une pièce unique, assemblée par exemple par soudure. On voit à la figure 1c que les lames 18 et les couches élastomériques ont en coupe par tout plan vertical une forme en arc de cercle, 15 qui permet un débattement angulaire de rotation selon deux axes x et y (rotulage) et de torsion autour de l'axe z, ainsi qu'une possibilité de débattement en traction selon l'axe z. Le maillon fermé 2 comporte des arceaux 21 et 22 qui s'étendent entre une plaque 24 qui sert à solidariser les arceaux 21 et 22 à 20 une deuxième structure, ici une structure fixe 3, et une armature externe 25 d'un élément lamifié 27 qui comporte une empilement de lames 18 et 19. Les deux maillons imbriqués à la manière d'une chaîne sont solidarisés ensemble au niveau d'une armature interne 16 et 26 de l'élément lamifié 17, 27. 25 A la figure 1 b, les arceaux sont au nombre de deux pour chaque maillon et ils sont formés de deux demi-arceaux 111, 112, 121, 122, 211, 212, 221, 222 qui sont vissés ensemble en leur partie médiane 23. Cette fixation peut être mise en oeuvre quelque soit le nombre des arceaux. A la figure 2, les arceaux de chaque maillon sont au nombre 30 de trois (11, 12, 13 ; 21, 22, 23) et ils sont fixés à leurs extrémités, plutôt qu'en leur partie médiane. Cette fixation peut être également mise en oeuvre quelque soit le nombre des arceaux. With reference to FIGS. 1a and 1b, a device according to the invention comprises an elementary module 4 which has two nested links mounted head to tail and which are secured by the inner end (closest to its center) of a laminated element. forming a portion of sphere. The closed link 1 comprises arches which, in FIGS. 1a and 1b, are two in number and are referenced 11 and 12. They extend between a plate 14 which serves to secure the arches 11 and 12 to a first structure and an outer armature 15 of a laminated element 17 which comprises a stack of blades 18 forming cups and elastomeric layers 19. The arches 11 and 12, as well as the securing element (plate 14) preferably form a single piece , assembled for example by welding. FIG. 1c shows that the blades 18 and the elastomeric layers have a cross-sectional shape in all vertical planes, 15 which allows an angular displacement of rotation along two axes x and y (swiveling) and torsion around the z axis, as well as a possibility of travel in tension along the z axis. The closed link 2 comprises hoops 21 and 22 which extend between a plate 24 which serves to secure the hoops 21 and 22 to a second structure, here a fixed structure 3, and an external reinforcement 25 of a laminated element 27 which comprises a stack of blades 18 and 19. The two links nested in the manner of a chain are secured together at an inner armature 16 and 26 of the laminated element 17, 27. In Figure 1b, the arches are two in number for each link and they are formed of two half-arches 111, 112, 121, 122, 211, 212, 221, 222 which are screwed together in their middle part 23. This attachment can be set whatever the number of arches. In FIG. 2, the arches of each link are three in number (11, 12, 13, 21, 22, 23) and are fixed at their ends, rather than in their middle part. This attachment can also be implemented regardless of the number of arches.

Les figures 3 et 4 montrent plus en détail une variante dans laquelle les arceaux sont au nombre de deux. A la figure 3, l'armature 16 est représentée en traits pleins en position de repos et en pointillés en position inclinée par rotation autour des axes x et/ou y. Le lamifié élastomère 17 a une raideur suffisamment faible pour permettre l'inclinaison entre le plan de la pièce 16 et celui de la pièce 14. L'architecture de type maillon de chaîne permet un fonctionnement sous charge angulaire et/ou en torsion tout en acceptant un effort de traction important. Figures 3 and 4 show in more detail a variant in which the arches are two in number. In Figure 3, the armature 16 is shown in solid lines in the rest position and dotted in an inclined position by rotation about the x and / or y axes. The elastomeric laminate 17 has a sufficiently low stiffness to allow the inclination between the plane of the part 16 and that of the part 14. The chain link architecture allows operation under angular load and / or torsion while accepting a significant traction force.

Les éléments lamifiés 17, 27 servent d'interface entre les deux maillons, ce qui permet un mouvement relatif sans frottement. En effet, tout mouvement angulaire et, ou de torsion se traduit par une déformation élastique de l'élastomère. Le système peut ainsi fonctionner sans maintenance (pas de lubrification par exemple) et sans à-coups jusqu'à des angles (rotulage ou torsion) de plus de 45° sous fortes charges. L'utilisation d'un élastomère ajoute une fonction ressort qui permet un rappel élastique du mécanisme. La présence d'élastomère apporte des performances en terme d'absorption des chocs en cas de forte variation de tension. The laminated elements 17, 27 serve as an interface between the two links, which allows relative movement without friction. Indeed, any angular movement and or torsion is reflected in an elastic deformation of the elastomer. The system can operate without maintenance (no lubrication for example) and smoothly to angles (swiveling or torsion) of more than 45 ° under heavy loads. The use of an elastomer adds a spring function which allows an elastic return of the mechanism. The presence of elastomer provides performance in terms of shock absorption in case of high voltage variation.

De plus, la liaison reste maintenue en cas d'endommagement de l'élastomère, ce qui rend la liaison sécuritaire. La figure 5 montre un ensemble résultant de la mise en cascade de plusieurs dispositifs élémentaires 4 ici au nombre de quatre, référencés 41, 42, 43, 44, qui sont composés chacun d'une paire de maillons 1, 2, ce qui permet d'augmenter les débattements angulaires maximaux. Ils sont mis en série en solidarisant entre elles les plaques de solidarisation intermédiaires 14 et 24. A une extrémité de l'ensemble, la plaque d'extrémité 24 est solidaire d'une première structure, par exemple la structure fixe 3, et à l'autre extrémité de l'ensemble, la plaque d'extrémité 14 est solidarisée à une autre structure. In addition, the connection remains maintained in case of damage to the elastomer, which makes the connection safe. FIG. 5 shows an assembly resulting from the cascading of a plurality of four elementary devices 4, here four in number, referenced 41, 42, 43, 44, which are each composed of a pair of links 1, 2, which allows increase the maximum angular deflections. They are put in series by joining together the intermediate securing plates 14 and 24. At one end of the assembly, the end plate 24 is secured to a first structure, for example the fixed structure 3, and to the At the other end of the assembly, the end plate 14 is secured to another structure.

La figure 6 illustre trois applications possibles, mettant en oeuvre un dispositif élémentaire 4 ou bien plusieurs dispositifs élémentaires (41, 42, 43, 44) en cascade, à savoir : - l'arrimage d'une structure flottante 5 au fond de la mer en un 5 point d'ancrage 6, - l'articulation inférieure en 6' d'un tube 7 ("riser") destiné à la production pétrolière, qui est suspendu à une bouée sous marine 7' et qui est relié à une plateforme pétrolière 9 par une liaison 8, - l'articulation d'un appareil 50 de mesure océanographique 10 ou de transformation d'énergie marine éventuellement supporté par une bouée sous marine 51, et qui est ancré au fond de la mer en 6. FIG. 6 illustrates three possible applications, implementing an elementary device 4 or several cascade elementary devices (41, 42, 43, 44), namely: the docking of a floating structure 5 at the bottom of the sea in an anchoring point 6, - the lower hinge 6 'of a tube 7 ("riser") for oil production, which is suspended from a submarine buoy 7' and which is connected to a platform oil 9 by a connection 8, - the articulation of an apparatus 50 for oceanographic measurement 10 or marine energy transformation possibly supported by a submarine buoy 51, and which is anchored to the seabed at 6.

Claims

REVENDICATIONS1. Device for providing relative movement CLAIMS1. Device for ensuring relative angular and / or torsional movement between two structures, characterized in that it comprises at least one pair of links (1,

2) nested, each link 5 comprising on the one hand a bow (11, 12; 21, 22) which has at one end a fastening element (14, 24) to a said structure and secondly a laminated element (17, 27) forming a sphere portion and having an outer armature (15, 25) integral with a second end of a bow (11, 12; 21, 22) opposite the first end, the inner armatures ( 16, 26) of said laminated elements (17, 27) being integral with each other. 2. Device according to claim 1, characterized in that at least one laminated element (17, 27) has a cylindrical or frustoconical outer contour.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least one hoop comprises two legs (11, 12; 21, 22).

4. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least one arch comprises more than two legs (11,

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner armature (16, 26) of said laminated elements (17, 27) of a pair of nested links (1, 2) is a cylindrical piece.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the securing element (14, 24) and the arches (11, 12; 21, 22) of a link form a single piece.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least two pairs of links (1, 2) imbricated arranged in series by securing between two fastening elements.