FR3064620B1

FR3064620B1 - Systeme de transfert de fluide a actionneurs munis de reducteurs de vitesse reversibles

Info

Publication number: FR3064620B1
Application number: FR1752823A
Authority: FR
Inventors: Karim Yousfi; Adrien Vannesson; Pierre-Eric Bauwens
Original assignee: FMC Technologies SAS
Current assignee: FMC Technologies SAS
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2019-06-14
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: WO2018178368A1; US11591207B2; JP2020512245A; KR102595031B1; CA3057943A1; JP7161488B2; PL3601152T3; RU2754250C2; RU2019134381A3; US20210147216A1; CN110461763B; AU2018242161A1; AU2018242161B2; CN110461763A; BR112019020409A2; RU2019134381A; KR20190131091A; SG11201907979PA; EP3601152B1; FR3064620A1

Abstract

Le système pour le transfert de fluide (10) comporte une ligne de transfert tubulaire de fluide (2) comportant à l'une de ses extrémités un système de couplage (32) adapté à être raccordé à une tubulure cible (33) pour le transfert de fluide, et des actionneurs électriques (11-13) pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l'espace, chacun par l'intermédiaire d'un arbre d'actionnement, caractérisé en ce que chacun des actionneurs pour la commande du mouvement de la ligne de transfert comporte un moteur électrique avec un arbre de sortie, un réducteur de vitesse, l'arbre d'actionnement étant entraîné en rotation par l'arbre de sortie moteur au moyen du réducteur de vitesse, qui est réversible, de manière à permettre à l'arbre d'actionnement de tourner lorsqu'un couple d'actionnement lui est directement appliqué, et des moyens de freinage pour verrouiller en position l'actionneur lorsqu'une commande de mouvement est en cours et que cet actionneur n'est pas activé pour cette commande.

Description

La présente invention concerne, d’une manière générale, les systèmes de transfert de fluide et, plus particulièrement, les systèmes de chargement marine, tels que notamment des bras articulés de chargement pour le transfert d’un fluide d’un emplacement à un autre (chargement et/ou déchargement).

On entend par fluide, un produit liquide ou gazeux, tel qu’un produit pétrolier, gazier ou chimique.

Ce type de produit est destiné à être transféré, par exemple, entre un navire et un quai ou une jetée ou entre deux navires. En pratique, le système de transfert est donc fixé au sol, sur un véhicule ou une embarcation.

Pour les systèmes de chargement marine, il peut s’agir : - De bras de chargement marine classiques tels que définis par exemple dans les demandes de brevet FR2813872, FR2854156, FR2931451 ; - De bras de chargement marine sans embase permettent d’atteindre des points de connexion bas tels que définis par exemple dans la demande de brevet FR2964093 ; - De bras bunkering ou hybrides (une partie rigide et une partie flexible) tels que définis par exemple dans la demande de brevet FR3003855.

Ces systèmes de chargement marine peuvent fonctionner avec des actionneurs électriques. L’utilisation de tels actionneurs a déjà été proposée dans la demande de brevet précitée FR2931451.

Lorsque le coupleur du bras de chargement décrit dans cette demande de brevet FR2931451 est raccordé à une tubulure cible, un calculateur envoie à tous les actionneurs une instruction de débrayage de manière à rendre les mouvements du système libres pour permettre au coupleur de suivre les mouvements de la tubulure cible (mode « roue libre >>).

Cela présente l’avantage de ne pas avoir à piloter le bras de façon active de façon à lui faire suivre les mouvements des structures portant le bras et la tubulure cible et, partant, de ne pas consommer d’électricité pendant la phase de transfert.

Lorsqu’il s’agit d’un actionneur électrique, le débrayage se traduit par la nécessité de mettre en oeuvre un embrayage entre le réducteur et le pignon d’actionnement de l’actionneur, au détriment de la compacité de cet actionneur. La présente invention a plus particulièrement pour but de supprimer cet inconvénient. Elle vise plus généralement un système de transfert de fluide entièrement électrique, aux performances améliorées.

La présente invention propose, à cet effet, un système de transfert de fluide d’une position de stockage vers une tubulure cible ou de cette tubulure cible vers la position de stockage, le système comportant une ligne de transfert tubulaire de fluide comportant à l’une de ses extrémités un système de couplage adapté à être raccordé à la tubulure cible pour le transfert de fluide, et des actionneurs électriques pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace, chacun par l’intermédiaire d’un arbre d’actionnement, caractérisé en ce que chacun des actionneurs pour la commande du mouvement de la ligne de transfert comporte un moteur électrique avec un arbre de sortie, un réducteur de vitesse, l’arbre d’actionnement étant entraîné en rotation par l’arbre de sortie moteur au moyen du réducteur de vitesse, qui est réversible, de manière à permettre à l’arbre d’actionnement de tourner lorsqu’un couple d’actionnement lui est directement appliqué, et des moyens de freinage pour verrouiller en position l’actionneur lorsqu’une commande de mouvement est en cours et que cet actionneur n’est pas activé pour cette commande.

Contre toute attente, des réducteurs de vitesse réversibles du marché se sont avérés pouvoir fonctionner en mode réversible avec les rapports de réductions très élevés requis dans le domaine des systèmes de transfert de fluide à ligne de transfert tubulaire (pouvant aller jusqu’à 700 en pratique) et, partant, permettre d’atteindre l’objectif recherché de compacité, avec des couples de réversibilité acceptables.

En outre, l’actionneur en résultant requiert peu de maintenance. II en requiert déjà moins qu’un actionneur hydraulique classique et l’absence d’embrayage réduit encore ce besoin de maintenance.

Les dispositions précitées permettent par ailleurs d’atteindre, lorsque cela est souhaité, d’autres objectifs.

En particulier, la réversibilité de l’actionneur peut permettre, en mode roue libre, de produire du courant, en fonctionnement en générateur de courant. II en résulte un système de transfert de fluide particulièrement économe car, en mode roue libre, celui-ci non seulement ne consomme pas d’énergie mais en produit. Cet actionneur peut également fonctionner en mode générateur de courant en cas de freinage du bras en particulier lors d’une déconnexion d’urgence.

La présente invention propose également un bras articulé de transfert de fluide comportant un système de transfert tel que défini supra, le système de transfert comportant une tuyauterie articulée montée sur un support ayant trois degrés de liberté en rotation dans l’espace par rapport au support, les mouvements suivant chacun des degrés de liberté étant commandés par au moins un des actionneurs électriques de commande du mouvement de la ligne de transfert dans l’espace. D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront encore dans la description ci-après.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Aux dessins annexés, donnés à titre d’exemple non limitatifs : - La figure 1 est un schéma de principe d’un bras articulé de transfert de fluide sur quai avec une implantation de la partie électrique selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - La figure 2 illustre un vue en perspective de deux actionneurs électriques entraînant une roue dentée selon le premier mode de réalisation de l’invention; - La figure 3a illustre une vue en perspective d’une branche du coupleur selon le premier mode de réalisation de l’invention ; - La figure 3b illustre une vue en perspective du coupleur précédemment illustré en position de montage ; - La figure 3c illustre un diagramme de fonctionnement de la vérification de la fermeture du coupleur lorsque la vérification est effectuée à l’aide d’un capteur de force de serrage ; - La figure 3d est un diagramme de fonctionnement de la vérification de la fermeture du coupleur lorsque la vérification est effectuée à l’aide d’un capteur de couple de serrage ; - La figure 4 est un schéma d’une variante d’architecture électrique selon l’invention ; - La figure 5 illustre un schéma électrique du principe de récupération d’énergie.

DESCRIPTION DETAILLEE

On va décrire à présent en référence à la figure 1, un exemple de système pour le transfert de fluide 10 d’une position de stockage vers une tubulure cible 33 se trouvant sur un navire 3 et de cette tubulure cible 33 vers la position de stockage, le système pour le transfert de fluide 10 comportant une ligne de transfert de fluide comportant à l’une de ses extrémités un coupleur ici du type « QCDC >> 31 pour « Quick Connect Disconnect Coupling >> pour « coupleur à connexion/déconnexion rapide >> adapté à être raccordé à la tubulure cible 33 pour le transfert de fluide, et des actionneurs électriques 11,12,13 pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace, chacun par l’intermédiaire d’un arbre d’actionnement.

Ici le système pour le transfert de fluide 10 est un bras de chargement marine.

Par ailleurs, le système pour le transfert de fluide 10 est relié à un réservoir pour le fluide non représenté sur les figures.

Il en résulte que le système pour le transfert de fluide 10 comporte une structure électrique et une structure mécanique.

La structure mécanique comporte une structure de circulation du fluide et une structure de manipulation. La structure électrique sera décrite plus loin dans la description.

La structure de manipulation comporte une embase 21, un tube intérieur 22, un tube extérieur 23 et un système de couplage 32, formant ensemble un bras articulé 2.

Le bras articulé 2 est ici un bras articulé équilibré au moyen de contrepoids 19a et 19b, notamment au moyen d’un contrepoids 19a disposé à une extrémité du tube intérieur 22 et un autre contrepoids 19b disposé sur le pantographe 15. L’embase 21 est fixée sur la jetée 5. L’embase 21 aurait aussi pu être fixée sur un véhicule ou une embarcation.

Le tube intérieur 22 est relié par une première extrémité à l’embase 21 et par une deuxième extrémité à une première extrémité du tube extérieur 23 par l’intermédiaire d’un joint tournant. Le tube extérieur 23 est relié par une deuxième extrémité à une première extrémité du système de couplage 32 par l’intermédiaire d’un joint tournant.

Les actionneurs électriques de manoeuvre 11, 12, 13 permettent d’articuler le système pour le transfert de fluide.

En effet, le système pour le transfert de fluide est actionné notamment par un système à pantographe 15. Le système à pantographe 15 est typiquement situé au-dessus de l’embase 21, sur le tube intérieur 22.

La rotation autour d’un axe vertical du compas formé par les tubes 22 et 23 est commandée par la rotation de l’actionneur électrique de manoeuvre 12. L’actionnement du pantographe 15 est commandée par la rotation du second actionneur électrique de manoeuvre 13 et permet le déploiement de tube extérieur 23.

Par ailleurs, la rotation du tube intérieur 22 autour d’un axe horizontal, parallèle à l’axe de rotation horizontal du tube extérieur 23, est assuré au moyen de l’actionneur électrique de manoeuvre 11.

Par ailleurs, le système de couplage 32 comporte un actionneur électrique 14 pour un système de déconnexion d’urgence 14’ (en anglais « ERS >> pour « Emergency Release System »). Le système de déconnexion d’urgence 14’ comporte de manière connue en soi deux vannes accolées à l’aide d’un collier à ouverture commandée par au moins l’actionneur électrique 14.

Le système de couplage 32 présente en pratique trois joints tournants notés 32a, 32b et 32c et est muni à son extrémité libre du coupleur 31 et comporte aussi le système de déconnexion d’urgence 14’.

Le système de déconnexion d’urgence 14’ est situé entre le joint tournant 32b et le joint tournant 32c.

En outre, le coupleur 32 comporte quatre actionneurs électriques de coupleur 31a, 31b, 31c, 31 d (voir plus bas description des Figures 3a-3d).

La structure mécanique complète est ici disposée dans une zone ATEX.

La structure électrique est, elle répartie sur deux zones : la zone ATEX et une zone saine.

La zone ATEX correspond à une zone en atmosphère explosive. Dans cette atmosphère, il y a un mélange d’air et de substances inflammables sous forme de gaz, de vapeur ou de poussières. Cette atmosphère présente des risques d’explosion en présence d’étincelles ou d’échauffements trop importants. La structure électrique doit ainsi être aménagée pour éviter la formation d’arcs électriques dans la zone ATEX. C’est pourquoi dans la zone ATEX, certains dispositifs sont isolés électriquement pour éviter les arcs électriques, lors de la phase de connexion, due à une différence de potentielle trop élevée entre la tubulure cible 33 du navire 3 et le système de couplage 32.

Par contre, une zone saine est une zone ne présentant pas en principe d’atmosphère à risque d’explosion.

Dans la zone ATEX se trouvent la structure mécanique munie des actionneurs électriques 11,12, 13, 14, 31a, 31b, 31c, 31 d.

Toujours dans la zone ATEX se trouvent également une armoire électrique 43 établissant la liaison entre d’une part une armoire de contrôle 42 et d’autre part les actionneurs électriques 11, 12, 13,14, 31 a, 31 b, 31c, 31 d. L’armoire électrique 43 est une armoire antidéflagrante contenant des bornes de connexion. Elle possède une enveloppe dite « Ex d >>. Cela veut dire que l’enveloppe résiste à la pression développée lors d’une explosion interne d’un mélange explosif et empêche ainsi la transmission de l’explosion à l’atmosphère environnante de l’enveloppe.

En variante, l’armoire électrique 43 est une armoire possédant une enveloppe dite « Ex e >>. Cela veut dire que l’enveloppe est à sécurité augmenté.

En zone ATEX se trouve également une armoire de contrôle 42. L’armoire de contrôle 42 comporte un contrôleur par actionneur électrique (en pratique un variateur). L’armoire de contrôle 42 est d’une part alimentée par l’intermédiaire d’un transformateur d’isolement 46 et communique avec le pupitre de commande 41. D’autre part l’armoire de contrôle 42 envoie des informations aux actionneurs électriques 11, 12, 13,14, 31a, 31b, 31c, 31 d par l’intermédiaire de l’armoire électrique 43. L’armoire de contrôle 42 possède une enveloppe dite « Ex p >>. Cela veut dire que l’atmosphère environnante est empêchée de pénétrer à l’intérieur de l’enveloppe de la cabine de contrôle 42 par le maintien à l’intérieur de l’enveloppe d’un gaz de protection à une pression supérieure à celle de l’atmosphère environnante.

En zone ATEX se trouve également le pupitre de commande LCP 41 grâce auquel l’opérateur peut envoyer des consignes aux actionneurs électriques 11, 12, 13,14, 31a, 31b, 31c, 31 d. Le pupitre de commande LCP 41 est également protégé.

En zone saine se trouvent un automate programmable industriel (PLC en anglais pour Programmable Logic Controller) 44 et une alimentation de secours 45. L’alimentation de secours 45 intervient lorsque l’alimentation principale n’est plus en mesure d’assurer l’alimentation électrique, notamment l’alimentation électrique des actionneurs électriques 11, 12, 13,14, 31a, 31b, 31c, 31 d. L’alimentation de secours 45 permet de manoeuvrer les actionneurs électriques 11, 12, 13,14, 31a, 31b, 31c, 31 d sur une courte durée permettant la déconnexion d’urgence accompagnée de la rétractation d’urgence sur quelques mètres et éventuellement de la rétractation totale du bras articulé 2.

On va décrire à présent en référence à la figure 2, un actionneur électrique 200 comportant un moteur électrique 201 avec un arbre de sortie non représenté, un réducteur de vitesse 202, l’arbre d’actionnement 205 étant entraîné en rotation par l’arbre de sortie moteur au moyen du réducteur de vitesse 202, qui est réversible, de manière à permettre à l’arbre d’actionnement 205 de tourner lorsqu’un couple d’actionnement lui est directement appliquée, et un frein non représenté pour verrouiller en position l’actionneur électrique 200 lorsqu’une commande de mouvement est en cours et que cet actionneur électrique 200 n’est pas activé pour cette commande.

Par ailleurs, la figure 2 représente plus précisément deux actionneurs électriques 200 entraînant chacun une roue dentée segmentée 204 par l’intermédiaire d’un pignon 203 solidaire de l’arbre d’actionnement 205. D’une manière générale, un seul actionneur électrique 200 peut entraîner une roue dentée 204. Toutefois, lorsqu’un seul actionneur électrique 200 n’a pas assez de puissance pour entraîner une roue dentée 204 en rotation, deux actionneurs électriques 200 pourront être montés.

En pratique, le rapport de réduction obtenu avec le réducteur de vitesse 202 se situe entre 25 et 700 pour l’actionneur électrique 200. II s’agit de valeurs non limitatives. II faut rajouter le rapport entre la roue denté 204 et le pignon 203 qui peut varier entre 2 et 20.

Le moteur électrique 201 employé ici est un moteur sans balais.

Le réducteur de vitesse 202 est ici un réducteur à train épicycloïdal. Un tel réducteur de vitesse 202 peut fonctionner de manière réversible car peu de friction est réalisée et le rendement du réducteur de vitesse 202 est élevé, de l’ordre de plus de 90%. Le fonctionnement réversible sera détaillé plus loin.

Le frein non représenté est ici un frein mécanique activé électriquement équipé de garnitures de friction. Il est monté avant le moteur électrique 201 .Autrement dit, nous avons la configuration suivante : le frein est relié au moteur électrique 201 qui est relié au réducteur de vitesse 202 qui est lui-même relié au pignon 203.

En variante, le frein peut également être intégré au moteur électrique 200.

Un tel ensemble formé des deux actionneurs 200 et de la roue dentée 204 peut être mis en oeuvre au niveau du système de transfert de la figure 1 à l’emplacement de chacun des ensembles constitués des actionnaires électriques 11, 12, 13 en prise avec une roue dentée.

Comme bien illustrés aux figures 3a et 3b, le système de couplage 32 est équipé pour la liaison avec la tubulure cible 33 d’un coupleur 31 muni de quatre actionneurs électriques 31a, 31b, 31c et 31 d. Le but est d’assurer un serrage optimal au niveau de la liaison. Le coupleur 31 comporte à cet effet quatre mâchoires de serrage 404 permettant d’assurer la fixation à la tubulure cible 33.

Comme illustré à la figure 3b, les quatre mâchoires de serrage 404 sont actionnées au moyen de quatre actionneurs électriques 31a, 31b, 31c et 31 d. Un mode alternatif serait de mettre en oeuvre un actionneur électrique pour actionner les quatre mâchoires de serrage 404.

Chaque actionneur électrique 31a, 31b, 31c et 31 d, comprenant un réducteur de vitesse 400 et un moteur électrique 401, est relié à un système d’entraînement et un capteur de position. Le capteur de position n’est pas représenté, il peut s’agir d’un encodeur.

Le système d’entraînement comporte une vis d’entraînement 402 et un écrou d’entraînement 403.

Aux caractéristiques techniques de l’actionneur électrique 31a, 31b, 31c et 31 d précédemment citées s’ajoute une mesure de couple de serrage ou de force au moyen d’un variateur.

En référence aux figures 3c et 3d, la mâchoire de serrage 404 est actionnée par le moteur électrique 401 qui génère un couple moteur. Le couple moteur est transmis à la mâchoire de serrage 404 par l’intermédiaire du réducteur de vitesse et du système d’entraînement.

En pratique le capteur de position indique le déplacement linéaire du système d’entraînement. Avantageusement le capteur de position peut aussi être un capteur du nombre de tours du moteur électrique 401.

Dans le but de vérifier le couple de serrage de la mâchoire de serrage 404, une mesure indirecte du couple de serrage est réalisée par une mesure de l’intensité consommée.

Dans une première alternative dont le principe de fonctionnement est illustré à la figure 3c, le capteur de force est un capteur de l’intensité consommée par le moteur électrique 401.

Dans une deuxième alternative dont le principe de fonctionnement est illustré à la figure 3d, le capteur de force est un capteur de l’intensité consommée pour générer le couple rotatif.

Comme illustré à la figure 3c, le moteur électrique 401 génère un couple moteur qui entraîne le serrage de la mâchoire de serrage 404. Plus précisément, lorsque le moteur électrique 401 génère un couple moteur, le moteur électrique 401 entraîne la vis d’entraînement 402. Le capteur de position envoie une valeur mesurée de la position à ΓΑΡΙ 44. L’API 44 communique la valeur mesurée de la position au pupitre de commande 41. L’opérateur peut émettre une valeur de consigne qui est envoyée à ΓΑΡΙ 44. En fonction de la valeur de consigne, de la valeur mesurée et de la valeur du couple de serrage de la mâchoire de serrage 404 mesuré indirectement, ΓΑΡΙ 44 envoie une consigne au moteur électrique par l’intermédiaire de l’armoire de contrôle 42.

Le principe de vérification du serrage illustré à la figure 3d est le même que précédemment présenté. La mesure de la valeur du couple de serrage a été remplacée par une mesure du couple rotatif au niveau du moteur électrique 401. Ce couple rotatif est mesuré au moyen d’une mesure du courant consommé à l’aide d’un variateur.

Dans une variante de fonctionnement, la valeur de consigne peut automatiquement être transmise par ΓΑΡΙ 44 à l’armoire de contrôle 42.

Dans tous les cas, le but de la vérification du serrage est d’obtenir une force de serrage optimale et homogène au niveau des mâchoires de serrage 404.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention présenté à la figure 4, un schéma électrique de l’ensemble du système est illustré.

Les composants électriques sont répartis dans deux zones, séparées par des tirets sur le schéma de la figure 4.

Les actionneurs électriques 11, 12, 13, 14, 31a à 31 d sont présents dans une zone de travail.

Les actionneurs électriques de manoeuvre 11, 12, 13 comportent en particulier un frein 17a à 17e.

Les actionneurs électriques 31a, 31b, 31c, 31 d comportent en particulier un déconnecteur d’urgence 20a, 20b, 20c et 20d. Le déconnecteur d’urgence 20a, 20b, 20c et 20d permet de déconnecter électriquement les moteurs 31a, 31b, 31c et 31 d lorsque le système de déconnexion d’urgence 14’ est actionné.

Tous les actionneurs électriques 11, 12, 13, 14, 31 comportent ici un encodeur 16a-16j. Les encodeurs 16a-16j permettent de déterminer en temps réel la position de la structure mécanique 2, et plus précisément du tube intérieur 22 et du tube extérieur 23 ainsi que des mâchoires de serrage 404 et du système de déconnexion d’urgence 14. Basé sur ces informations, il sera notamment possible de déduire la position de l’extrémité de la structure mécanique 2 qui réalise la liaison avec la tubulure cible 33.

Les informations provenant des différents codeurs 16a-16e peuvent aussi permettre de remplir la fonction de PMS, c’est-à-dire « Position Monitoring System» (système de surveillance de position) et ainsi la détection de l’entrée de la structure mécanique 2 dans les zones critiques de l’enveloppe de travail et partant de déclencher des alarmes. Les informations provenant des différents codeurs 16a-16e permettent aussi de lancer en automatique les séquences de déconnection d’urgence de l’ERS par l’intermédiaire de l’actionneur électrique 14.

Plus particulièrement concernant les actionneurs électriques 31a, 31b, 31c, 31 d, la présence d’un codeur 16f-16i sur chaque actionneur électrique présente des avantages aussi bien lors d’une connexion que lors d’une déconnexion.

Lors d’une connexion au sol, sur un véhicule ou une embarcation notamment un navire 3, le coupleur 31 va s’accoupler en trois étapes.

Lors de la première étape, le coupleur 31 doit vaincre le couple de friction des différents éléments du coupleur 31, notamment des mâchoires de serrage 404. Lors de la première étape, le couple moteur nécessaire est important mais la vitesse est faible.

La deuxième étape correspond à une phase d’approche des différents éléments du coupleur 31. Lors de la deuxième étape, le couple moteur est faible mais la vitesse est importante.

La troisième étape correspond à une phase de serrage. Lors de la troisième étape, le couple moteur est important mais la vitesse est faible.

Un encodeur 16f-16i par actionneur électrique 31a, 31b, 31c, 31 d permet en outre de connaître la position des différents éléments du coupleur 31 et d’adapter le couple moteur et la vitesse délivrée par ΓΑΡΙ 44.

Un encodeur 16f-16i par actionneur électrique 31a, 31b, 31c, 31 d permet aussi de transmettre l’information sur l’état connecté ou non connecté du coupleur 31 et d’assurer un verrouillage optimal et homogène au niveau de chacune des mâchoires de serrage 404 à partir des informations en consommation de courant relevées au niveau de chaque encodeur 16f-16i.

Lors d’une déconnexion au sol, sur un véhicule ou une embarcation notamment un navire 3, le coupleur 31 se désolidarise en trois étapes.

Lors de la première étape, le coupleur 31 doit vaincre le couple de friction des différents éléments connectés du coupleur 31, notamment des mâchoires de serrage 404. Lors de la première étape, le couple moteur nécessaire est important mais la vitesse est faible.

La deuxième étape correspond à une phase de rétractation des différents éléments du coupleur 31. Lors de la deuxième étape, le couple moteur est faible mais la vitesse est importante.

La troisième étape correspond à une phase de mise en butée. Lors de la troisième étape, le couple moteur est important mais la vitesse est faible.

La présente invention présente l’avantage de l’installation d’un codeur sur chaque actionneur électrique 31a, 31b, 31c, 31 d.

Un encodeur 16f-16i par actionneur électrique 31a, 31b, 31c, 31 d permet de connaître la position des différents éléments du coupleur 31 et d’adapter le couple moteur et la vitesse délivrée par ΓΑΡΙ 44.

Un encodeur 16f-16i par actionneur électrique 31a, 31b, 31c, 31 d permet aussi de transmettre l’information sur l’état connecté ou non connecté du coupleur 31.

De plus, grâce au relevé en temps réel de la position des mâchoires de serrage 404 via les encodeurs 16f-16i, tout risque de fuite au niveau de la zone d’accouplement due à une ouverture intempestive d’une ou de plusieurs mâchoires de serrage 404 lors d’un chargement ou d’un déchargement sera détectée. Le niveau de sécurité est ainsi augmenté.

Par ailleurs, pour revenir au schéma électrique de la figure 4, chaque actionneur électrique 31a, 31b, 31c, 31 d est relié électriquement à la cabine de contrôle 42 par l’intermédiaire des déconnecteurs 20a à 20d.

En outre, chaque actionneur électrique de manoeuvre 11, 12, 13 comporte un frein. Ces freins 17a-17e permettent de bloquer en position l’actionneur correspondant lorsqu’il n’est pas utilisé lors de la manipulation du bras de chargement.

Les freins 17a-17e servent aussi de frein de parking pour bloquer le bras en position de repos. Les freins permettent ainsi de sécuriser le matériel ou les individus situés autour du bras de chargement.

Tous les actionneurs électriques 11, 12, 13,14, 31a, 31b, 31c, 31 d sont reliés électriquement et également par un bus de terrain de type EtherCAT à l’armoire de contrôle 43. Chaque actionneur électrique 11, 12, 13,14, 31a, 31b, 31c, 31 d est par ailleurs relié à un moyen de commande spécifique 18a-18j. Les moyens de commande 18a-18j comportent l’équipement électrique nécessaire à la commande des actionnaires électriques, tels que des variateurs et des filtres.

Les moyens de commande 18f-18j sont reliés à l’alimentation électrique 45 par l’intermédiaire d’un transformateur d’isolement 46 détaillé plus loin.

Dans le mode de réalisation de la figure 4, l’armoire de contrôle 42 contient des moyens de commande pour la gestion des encodeurs 16a-16j. Tandis que les moyens de commande précédemment mentionnés se trouvent dans la zone de sécurité.

Pour gérer les encodeurs 16a-16j, l’armoire de commande 43 est positionnée directement dans la zone de travail mais ne sert que de relais. Pour des raisons de fiabilité de transmission du signal, l’armoire de commande 43 ne peut être placé en zone saine. Toutefois, ΓΑΡΙ 44 est positionné en zone de sécurité. Ainsi, l’encombrement en zone saine est diminué et les conditions de confinement des éléments électriques sont moins importantes.

Différents modes de fonctionnement de la structure mécanique sont possibles, notamment un mode pilotage, un mode bloqué et un mode roue libre.

Dans le mode pilotage, les mouvements de la structure mécanique sont assurés par les actionneurs électriques 11, 12, 13,14, 31a, 31b, 31c, 31 d. Le mode pilotage est utilisé lors de la connexion, de la déconnexion et de la maintenance.

Dans le mode bloqué, les actionneurs électriques de manoeuvre 11, 12, 13 sont bloqués par l’intermédiaire du frein mécanique 17a-17d intégré à l’actionneur.

Dans le mode roue libre, une fois connectée la structure mécanique suit les mouvements du navire 3 pendant le chargement et le déchargement. Par conséquent, pour le mode roue libre les actionneurs électriques de manoeuvre 11, 12, 13 suivent les mouvements qui leur sont imposés tout en minimisant les couples résistifs et/ou efforts résistifs grâce aux réducteurs réversibles. Dans ce mode roue libre, le bras de chargement applique directement un couple sur l’arbre d’actionnement de chaque actionneur, le faisant tourner dans un sens de rotation inverse de celui observé durant la phase de connexion.

Ce mode roue libre peut s’appliquer également en mode de déconnexion d’urgence. Les freins doivent être desserrés dans le cas de ce mode roue libre.

Le mode roue libre, notamment, permet aussi d’introduire le principe de récupération d’énergie. La figure 5 illustre un schéma électrique du principe de récupération d’énergie, dans lequel les moteurs électriques des actionneurs 11, 12, 13 peuvent être transformés en générateurs de courant pour ce faire.

La figure 5 présente les différentes possibilités d’alimentation électrique des actionneurs électriques 11, 12, 13,14, 31 a, 31 b, 31 c, 31 d.

En mode pilotage, l’alimentation électrique peut être réalisée soit par l’alimentation électrique principale 52, soit par l’alimentation de secours 45.

Lorsque l’alimentation électrique de l’alimentation de secours 45 fonctionne, les interrupteurs Kb et Kl sont fermés et l’interrupteur Ks est ouvert.

Lorsque l’alimentation de l’alimentation de secours 45 ne fonctionne pas, les interrupteurs Kl et Ks sont fermés et l’interrupteur Kb est ouvert. Autrement dit, l’alimentation électrique est assurée par l’alimentation électrique principale 52.

Lorsque l’alimentation de secours 45 récupère l’énergie électrique des actionneurs électriques de manoeuvre 11, 12, 13, les interrupteurs Kl et Ks sont ouverts et l’interrupteur Kb est fermé.

En variante, le courant généré peut également être réinjecté dans l’alimentation électrique principale 52, moyennant les opérations de conversion électriques requises en matière électrique.

Lorsque le moteur utilisé est un moteur brushless (sans balais), la récupération d’énergie est possible en mode roue libre ou de déconnexion d’urgence, tandis que lorsque le moteur utilisé est un moteur asynchrone, la récupération d’énergie n’est possible qu’en mode de déconnexion d’urgence. En effet, en mode roue libre, les actionneurs ne sont pas alimentés.

En pratique, l’un ou l’autre de ces moteurs fonctionne en génération de courant selon des principes classiques.

Le réducteur de vitesse étant réversible, chaque mouvement non commandé de la structure mécanique permet de générer du courant électrique et d’alimenter le récupérateur d’énergie par une rotation de l’arbre d’actionnement supérieure à la vitesse de synchronisme. D’une manière plus générale, les points suivants méritent encore d’être relevés au sujet des modes de réalisation décrits ci-dessus et d’éventuelles variantes de ceux-ci. Le système de transfert de fluide décrit en référence aux dessins est un bras articulé dont les tubes intérieur et extérieur sont autoportants. En variante, ceux-ci peuvent être portés par une structure support. D’une manière plus générale, il peut s’agir d’un type de système de transfert de fluide du genre de ceux décrits dans les demandes de brevet mentionnées supra.

Dans le cas des modes de réalisation décrits supra, le réducteur réversible est en prise avec une roue dentée attelée en rotation à la ligne de transfert ou est accouplée à un système d’entraînement de celle-ci. Elle est plus précisément fixée à un joint tournant d’un ensemble de coudes et joint tournants accordant, typiquement, deux tronçons de conduite de la ligne de transfert ou au système de pantographe servant à l’entrainement en rotation d’un tronçon de conduite de la ligne de transfert. Lorsqu’une structure de support est mise en oeuvre, la roue dentée peut, bien entendu, être accouplée à cette structure de support.

Le réducteur réversible décrit supra en référence aux figures est un réducteur à train épicycloïdal. En variante, il peut s’agir d’un réducteur à arbres parallèles ou un réducteur à arbres perpendiculaires, pour autant qu’ils soient réversibles. En variante, le réducteur réversible peut être également accouplé à la ligne de transfert ou à une structure de support de celle-ci, par l’intermédiaire d’une chaîne, d’une courroie crantée, ou d’un système de transmission de mouvement comprenant au moins une poulie, un câble enroulé sur celle(s)-ci, et au moins un actionneur linéaire réversible relié au câble et en prise avec l’un des actionneurs à réducteur réversible. La poulie peut, par exemple, être une poulie du système à pantographe à poulies et câble décrit en référence aux dessins, auquel cas la roue dentée attelée à la poulie serait remplacée par un tel système de transmission.

On entend ici par actionneur linéaire réversible, un actionneur non hydraulique ou non électrique. En pratique, il forme avec l’actionneur réducteur réversible un vérin électrique. L’actionneur linéaire en-soi peut être, par exemple, un vérin à billes ou à rouleaux.

Le moteur et le réducteur peuvent également se présenter sous la forme d’un motoréducteur. Par ailleurs, le moteur électrique peut être synchrone ou asynchrone.

Dans le cas des modes de réalisation décrits supra en référence aux dessins, les moyens de freinage se présentent sous la forme d’un frein mécanique intégré à l’actionneur. En variante, ces moyens de freinage peuvent, par exemple, être aptes à assurer le freinage au moyen du moteur lui-même et d’un asservissement en position.

Le système de couplage décrit supra comporte un coupleur articulé à l’extrémité de la ligne de transfert avec trois degrés de liberté en rotation, grâce aux joints tournants mis en oeuvre. Eventuellement, au moins une des trois rotations peut être commandée par un actionneur électrique. II s’agit, en pratique, en partant de la ligne de transfert, de la deuxième des trois rotations. D’une manière générale, le coupleur peut être un coupleur à serrage manuel ou électrique sur la tubulure cible et comporte, dans le cas du serrage électrique, au moins un actionneur électrique adapté à entraîner un système d’actionnement d’une ou de plusieurs mâchoires de serrage du coupleur.

Comme indiqué supra, le système de couplage est équipé d’un système de déconnexion d’urgence comportant deux vannes accolées à l’aide d’un collier à ouverture commandée par au moins un actionneur électrique, ledit au moins un actionneur électrique commandant également au moins la fermeture des vannes. En pratique, cette commande peut par exemple être obtenue par le déplacement en translation d’une tige, telle que décrite par exemple dans la demande de brevet W02007/017559.

Comme également décrit supra, le ou les actionneurs électriques du système de couplage sont avantageusement reliés à une source d’alimentation en énergie électrique par l’intermédiaire d’un transformateur d’isolement. En variante, ce ou ces actionneurs électriques peuvent présenter des éléments d’isolation électrique entre l’arbre du moteur et le réducteur de vitesse et sur le moteur. Par ailleurs, le système de couplage comporte, de préférence, outre les moyens précités, une barrière d’isolation électrique de nature mécanique sur un joint tournant de celui-ci. Il s’agit, en pratique, du deuxième joint sur trois mentionnés supra.

Un certain nombre de capteurs et moyens de mesure ont été décrits supra à l’appui des dessins. D’une manière plus générale, les dispositions suivantes peuvent être mises en oeuvre : - les actionneurs électriques pour la commande du mouvement de la ligne de transfert peuvent être équipés de capteurs aptes à permettre de déterminer la configuration de la ligne de transfert ; et/ou - le ou chaque actionneur électrique du coupleur à serrage électrique peut être pourvu d’un moyen de mesure apte à permettre de prendre connaissance de la position de l’ensemble formé d’une mâchoire de serrage et de son système d’actionnement ; et/ou - le système de transfert peut comporter plusieurs actionneurs électriques de coupleur et un variateur est associé à chaque actionneur électrique du coupleur et comporte un moyen de mesure du courant consommé par l’actionneur de manière à pouvoir assurer, à partir des informations de consommation de courant, un serrage identique au niveau de chacune des mâchoires associées et à permettre un raccordement étanche du coupleur à la tubulure cible, le variateur pouvant également comprendre un moyen de mesure qui permet de savoir si le coupleur est en position serrée sur la tubulure cible ou non, l’adaptation de la vitesse et/ou du couple de l’ensemble formé par la mâchoire de serrage et son système d’actionnement selon sa position, ou le variateur peut comprendre également des moyens permettant d’adapter la vitesse et/ou le couple de l’actionneur électrique associés au système de déconnexion d’urgence en fonction de la position des vannes de ce système ; et/ou - l’actionneur électrique du système de déconnexion d’urgence peut être pourvu d’un moyen de mesure apte à permettre de prendre connaissance de la position des vannes du système de déconnexion d’urgence.

Les moyens de mesure prévus sur les actionneurs sont de préférence des encodeurs. Ces capteurs et / ou moyens de mesure s’avèrent particulièrement utiles dans le cadre d’une procédure de connexion automatique ou semi-automatique (l’opérateur est assisté dans la procédure de connexion). Dans le cadre d’une connexion manuelle, on peut notamment néanmoins prévoir des capteurs, tels que des inclinomètres, afin de disposer d’un retour d’informations au sujet de la configuration de la ligne de transfert.

Dans le cas des modes de réalisation décrits à l’appui des figures, le moteur électrique d’un ou plusieurs des actionneurs électriques pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace est un moteur dont le fonctionnement est apte à être transformé en mode générateur de courant lorsqu’un couple d’actionnement est directement appliqué à l’arbre d’actionnement du ou des actionneurs électriques correspondants.

En variante, l’arbre d’actionnement d’un ou plusieurs des actionneurs électriques pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace peut être associé à un générateur de courant pour produire de l’électricité à partir d’un couple d’actionnement qui lui est directement appliqué.

Ainsi, d’une manière générale, un ou plusieurs des actionneurs électriques pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace peut être associé à des moyens de génération de courant pour produire de l’électricité.

Le courant généré peut être récupéré dans une batterie ou dans une alimentation de secours réversible, voire on peut le réinjecter dans le circuit ou lui trouver un consommateur, tel qu’une résistance de freinage. D’une manière plus générale également, et selon une disposition originale en soi, le système de transfert peut comporter des premiers moyens de commande des actionneurs électriques associés à la ligne de transfert, situés à distance de cette ligne de transfert et des seconds moyens de commande du ou des moyens de mesure associés aux actionneurs électriques, les seconds moyens de commande étant installés dans une enveloppe antidéflagrante à proximité de la ligne de transfert.

Ces dispositions ont été décrites supra pour le mode de réalisation particulier de la figure 4. Il convient de relever, à cet égard, que celles-ci peuvent être mises en oeuvre sans qu’il soit besoin de mettre en oeuvre des actionneurs électriques spécifiques tels que décrits supra, mais peuvent être mises en oeuvre avec des actionneurs électriques classiques.

Par ailleurs, les moyens de mesure définis supra peuvent, dans ce cas, également être remplacés par un ou des moyens de mesure de tout type, habituellement associés à des actionneurs électriques.

De nombreuses autres variantes sont possibles en fonction des circonstances, et l’on rappelle à cet égard que l’invention ne se limite aux exemples représentés et décrits.

Claims

Revendications

1. Système pour le transfert de fluide (10) d’une position de stockage vers une tubulure cible (33) ou de cette tubulure cible (33) vers la position de stockage, le système comportant une ligne de transfert tubulaire (22, 23) de fluide comportant à l’une de ses extrémités un système de couplage (32) adapté à être raccordé à la tubulure cible (33) pour le transfert de fluide, et des actionneurs électriques pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace, chacun par l’intermédiaire d’un arbre d’actionnement (205), caractérisé en ce que chacun des actionneurs (11-13, 200) pour la commande du mouvement de la ligne de transfert comporte un moteur électrique (201) avec un arbre de sortie, un réducteur de vitesse (202), l’arbre d’actionnement étant entraîné en rotation par l’arbre de sortie moteur au moyen du réducteur de vitesse (202), qui est réversible, de manière à permettre à l’arbre d’actionnement (205) de tourner lorsqu’un couple d’actionnement lui est directement appliqué, et des moyens de freinage (17a-17e) pour verrouiller en position l’actionneur (11-13, 200) lorsqu’une commande de mouvement est en cours et que cet actionneur (11-13, 200) n’est pas activé pour cette commande.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réducteur réversible (202) est un réducteur à train épicycloïdal, un réducteur à arbres parallèles ou un réducteur à arbres perpendiculaires.
3. Système selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le réducteur réversible est en prise avec une roue dentée (204) attelée en rotation à la ligne de transfert ou est accouplé à une structure support de celle-ci ou à un système d’entraînement de celle-ci.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la roue dentée (204) est fixée à un joint tournant d’un ensemble de coudes et joint tournant raccordant deux tronçons de conduite de la ligne de transfert ou à un système de pantographe servant à l’entraînement en rotation d’un tronçon de conduite de la ligne de transfert.
5. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le réducteur réversible est accouplé à la ligne de transfert ou à une structure support de celle-ci, par l’intermédiaire d’une chaîne, d’une courroie crantée ou d’un système de transmission de mouvement (15) comprenant au moins une poulie, un câble enroulé sur celle(s)-ci et au moins un actionneur linéaire réversible relié au câble et en prise avec l’un des actionneurs à réducteur réversible.
6. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les moyens de freinage (17a-17e) sont aptes à assurer le freinage au moyen d’un frein mécanique intégré à l’actionneur ou au moyen du moteur et d’un asservissement en position.
7. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le système de couplage comporte un coupleur articulé (31) à l’extrémité de la ligne de transfert avec trois degrés de liberté en rotation et, éventuellement, au moins une des trois rotations est commandée par un actionneur électrique.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le coupleur (31) est un coupleur à serrage manuel ou électrique sur la tubulure cible et comporte, dans le cas du serrage électrique, au moins un actionneur électrique adapté à entraîner un système d’actionnement d’une ou de plusieurs mâchoires de serrage du coupleur.
9. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le système de couplage est équipé d’un système de déconnexion d’urgence (14’) comportant deux vannes accolées à l’aide d’un collier à ouverture commandée par au moins un actionneur électrique, ledit au moins un actionneur électrique commandant également au moins la fermeture des vannes.
10. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le ou les actionneurs électriques du système de couplage sont reliés à une source d’alimentation en énergie électrique (52) par l’intermédiaire d’un transformateur d’isolement (46) ou présentent des éléments d’isolation électrique entre l’arbre du moteur et le réducteur de vitesse et sur le moteur, et le système de couplage comporte une barrière d’isolation électrique de nature mécanique sur un joint tournant de celui-ci.
11. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les actionneurs électriques pour la commande du mouvement de la ligne de transfert sont équipés de capteurs (16a-16e) aptes à permettre de déterminer la configuration de la ligne de transfert.
12. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le ou chaque actionneur électrique (31a-31d) du coupleur à serrage électrique est pourvu d’un moyen de mesure (16f-16i) apte à permettre de prendre connaissance de la position de l’ensemble formé d’une mâchoire de serrage et de son système d’actionnement.
13. Système selon l’une quelconque des revendication 1 à 12, caractérisé par le fait que le système de transfert comporte plusieurs actionneurs électriques (31a-31d) de coupleur et un variateur associé à chaque actionneur électrique du coupleur et comportant (i) un moyen de mesure du courant consommé par l’actionneur de manière à pouvoir assurer, à partir des informations en consommation de courant, un serrage identique au niveau de chacune des mâchoires associées et à permettre un raccordement étanche du coupleur à la tubulure cible, (ii) un moyen de mesure permettant de savoir si le coupleur est en position serrée sur la tubulure cible ou non, (iii) un moyen de mesure permettant l’adaptation de la vitesse et / ou du couple de l’ensemble formé par la mâchoire de serrage et son système d’actionnement selon sa position, ou (iv) un moyen de mesure permettant d’adapter la vitesse et / ou le couple de l’actionneur électrique associé au système de déconnexion d’urgence en fonction de la position des vannes de ce système.
14. Système selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l’actionneur électrique (14) du système de déconnexion d’urgence (14’) est pourvu d’un moyen de mesure (16j) apte à permettre de prendre connaissance de la position des vannes du système de déconnexion d’urgence.
15. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu’un ou plusieurs des actionneurs électriques (11-13, 200) pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace est associé à des moyens de génération de courant pour produire de l’électricité.
16. Système selon la revendication 15, caractérisé par le fait que l’arbre d’actionnement d’un ou plusieurs des actionneurs électriques (11-13, 200) pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace est associé à un générateur de courant pour produire de l’électricité à partir d’un couple d’actionnement qui lui est directement appliqué.
17. Système selon la revendication 15, caractérisé par le fait que le moteur électrique d’un ou plusieurs des actionneurs électriques (11-13, 200) pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace est un moteur dont le fonctionnement est apte à être transformé en mode générateur de courant lorsqu’un couple d’actionnement est directement appliqué à l’arbre d’actionnement du ou des actionneurs électriques correspondants.
18. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que le système de transfert comporte au moins un système de mesure (16a-16j) propre à enregistrer des paramètres prédéterminés de la ligne de transfert (22,23) et des actionneurs électriques (11-13, 200) pour commander le mouvement de la ligne de transfert dans l’espace et / ou du ou des actionneurs électriques (31a-31d) associés au système de couplage, et des moyens de commande (44) reliés au(x) système(s) de mesure, aptes à détecter d’éventuels dysfonctionnements en vue de procéder à une opération de maintenance ou de maintenance préventive.
19. Système selon l’une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé par le fait que le système de transfert comporte des premiers moyens de commande (44) des actionneurs électriques associés à la ligne de transfert, situés à distance de cette ligne de transfert et des seconds moyens de commande (43) du ou des moyens de mesure associés aux actionneurs électriques, les seconds moyens de commande étant installés dans une enveloppe antidéflagrante à proximité de la ligne de transfert.
20. Bras articulé de transfert de fluide comportant un système de transfert selon une quelconque des revendications précédentes, le système de transfert comportant une tuyauterie articulée (22, 23) montée sur un support ayant trois degrés de liberté en rotation dans l’espace par rapport au support, les mouvements suivant chacun des degrés de liberté étant commandés par au moins un des actionneurs électriques de commande du mouvement de la ligne de transfert dans l’espace.