WO2010089463A1 - Device and method for damping movements of a liquid in a vessel, such as a tank of a liquid natural gas tanker, and such a vessel - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device and a method of damping the movements of a liquid in a closed vessel to preserve its wall of the potentially harmful consequences of these movements, and such a tank containing this liquid and equipped with this device.
- the invention applies in particular to large land tanks or LNG tankers containing a cryogenic liquid, such as liquid methane at a temperature of about -162 ° C, and in particular under conditions of partial filling of these tanks.
- the currently known technical solutions are few and can be summarized as follows: the size of the vessels and therefore the vessels, in particular their length, so that the critical frequency of the liquid mass is statistically significantly shifted from the excitation frequencies, limiting the free surface of the liquid, for example by imposing tanks with blanks cut larger, or prohibit partial fillings, which is undesirable and would not solve the problem for current ships, and solutions with creation of "bubble curtains" that have shown their effectiveness in other cases , but are subjected for the application to the LNG carriers to the same hazards and disadvantages as the damping partitions voiced above, namely anchor points of the "bubbler" pipes in the very expensive structure and delicate to achieve, causing very large thermal leakage doubled in this case of energy input into the tank by the compressed gas (nitrogen for example); moreover, the anchors and the compressed gas would lead to significant evaporation of the liquid, which is difficult to accept for the operation of the ships.
- the compressed gas nitrogen for example
- cryotemperatures ie less than about -160 ° C.
- viscous liquids at ambient temperature and elastomers which at these cryotemperatures are respectively solid and brittle.
- JP-A-2007 191183 and JP-A-2007 191174 disclose the use in oil tanks anti-sloshing devices ("anti-sloshing" in English) in the event of an earthquake. These devices consist of a perforated wall which is arranged under a floating cover of the tank and which limits the amplitude of the movements of the oil. Mention may also be made of document KR-A-2003 0050314 which teaches the use of perforated partitions carried by a lattice anchored in the wall of the tank. It should be noted that such partitions are difficult to use in LNG tanks whose wall is of membrane type, given the extremely strong anchoring points that should be implanted in the insulation, the difficulty of anchoring these partitions. without creating thermal bridges detrimental to the energy balance of the tank and the very high additional cost inherent in the installation of these partitions.
- An object of the present invention is to provide a damping device intended to be at least partly immersed in a liquid contained in a closed vessel to preserve the wall of the tank by damping the movements of this liquid (for example by protecting locally the wall of a direct jet at high speed of the liquid against this wall), this device comprising a three-dimensional arrangement of freely movable elements on and / or in this liquid whose lost volume for the cargo remains extremely low and overcomes the aforementioned drawbacks .
- a device according to the invention is such that these elements are delimited externally, or each of them in a first case where they are separated from each other or with each other in a second case where they are interconnected , by a partition which defines a closed internal volume and which is permeable to the liquid so as to dissipate in heat all or part of the kinetic energy of the liquid flowing through this partition, these elements being able to withstand cryotemperatures, for example about -162 ° C for liquid methane.
- the device according to the invention comprises in the first case as many permeable external partitions as moving elements and, in the second case, a single permeable external partition which connects the movable elements between them.
- these mobile elements of the device according to the invention may be identical or different (for example according to sizes and / or different geometries), and they are devoid of any means of attachment to the wall of the tank, unlike the straight partitions of the aforementioned prior art, in particular.
- the or each permeable partition is deformable by said movements and can advantageously define a mesh (ie a perforated structure) which has a multitude of orifices preferably capable of rolling the liquid and which is formed by at least one layer of a flexible fabric or knit fabric, preferably a glass, carbon or metal fabric (eg stainless steel, aluminum alloy or titanium).
- this mesh may be obtained by a glass fabric comprising metal wires, for example made of stainless steel that are stubborn with the aforementioned cryotemperatures.
- said separated elements are intended to form one or more superimposed layers on and / or in the liquid while being substantially in contact with each other so that the mutual friction between these elements contribute to the heat dissipation of the kinetic energy of the liquid, the partition of each element having a symmetry of revolution and surrounding at least one float which is formed by a metal or composite shell optionally filled with a filling material, such as that a material of the cellular polyurethane type.
- the porosity or size of the orifices of this mesh may vary according to the locations of the or each partition, with, for example, wider openings on the bases or ends of the partition than on the sides, in the case of a cylindrical or ovoid partition. , as shown below.
- each element may have a substantially cylindrical geometry with rounded ends (ie for example hemispherical) or an ovoid geometry, so as to have a minimized drag coefficient in the liquid, the or each float each element being then substantially tubular and arranged in relation to the center of gravity of the element so that the latter has a free floating position:
- each element may for example each have a partition diameter of between 10 cm and 200 cm and a slenderness factor of between 1 and 10.
- each element may have a spherical or substantially spherical external geometry (eg in an ellipsoid of revolution or inscribed in a sphere), with for example a partition diameter of between 10 cm and 200 cm.
- the or each float of each element may be mounted integral with the corresponding partition by resilient and resiliently flexible connecting means, such as sheets or sheaths of fabric and / or cables for example provided with metal springs, these connecting means being able, on the one hand, to deform without breaking during impacts on the wall of the vessel, for example at a speed of 20 m / s and, on the other hand, to dampen these shocks by reducing the maximum impact force of the or each float projected with the corresponding element against said wall.
- resilient and resiliently flexible connecting means such as sheets or sheaths of fabric and / or cables for example provided with metal springs
- These connecting means may advantageously comprise substantially radial cables connecting the partition to said or each float at regular intervals over the height of the latter, the or each float being centered on a longitudinal axis of symmetry of each corresponding element and being formed of said shell which has a tubular shape and is filled with said filling material.
- the total volume of a damping device according to the invention is greater than 50 times and preferably 100 times the volume of said floats, which are dimensionally stable and impervious to liquid and each have a mass preferably of less than 200 g for a mass of each element less than 5 kg, so as to maximize the dissipation of energy while minimizing the volume and the mass of these floats to preserve said wall (ie not to damage it during impacts).
- the closed geometry defined by the partition associated with each float or group of floats defines a much larger volume (in a factor of up to 1000) than the volume of the floats themselves. This characteristic is very important for increasing the efficiency of the energy damping because it allows, without penalizing the cargo capacity carried, considerably increase the rolling and friction surfaces. Incidentally, the additional cost related to these partitions is reduced compared to the amortization performance obtained.
- the device according to the invention is interposed in the manner of a screen between the membrane of the wall and the direct flow of the liquid which must pass through the permeable partitions of said elements before reaching the membrane, allowing to "spread" the energy and avoid a destructive shock too concentrated.
- the partition of each element may comprise said reinforced fabric or knitted fabric on its internal and / or external face by elastic reinforcing means at said cryotemperatures (for example formed of blades or metal springs in stubborn materials, small diameter fibers or cables, without limitation), so as to protect the or each float shocks on the tank wall by damping the kinetic energy transmitted by the liquid while allowing the partition to resume its original shape after deformation, which reinforcement means may further contribute by internal friction to their structure to the heat dissipation of the kinetic energy of the liquid.
- These elastic reinforcing means may comprise longitudinal stiffeners regularly spaced around the perimeter of this partition and, optionally, transverse stiffeners preferably annular regularly spaced along the height of the partition.
- each partition can be stiffened by such flexible multilayer stiffeners (non-brittle steel at these cryotemperatures or composite for example carbon-epoxy) which maintain the geometry of the corresponding element by damping the shocks against the wall and which also dissipate the energy by rubbing the layers together during the deformation of each partition and its return to its original shape.
- these partitions can dissipate energy by their friction between adjacent elements and / or by the rupture of magnetic bonds integral with these partitions.
- said connecting means and / or said elastic reinforcing means can be made, in particular for elements generally in the form of oblong cylinders: - A hardened stainless steel with high elastic limit (“HLE” abbreviated, preferably characterized by an elastic limit exceeding 700 MPa), a titanium or aluminum alloy preferably assembled in several thin layers advantageously separated from each other by friction interfaces (or provided with these interfaces, which are for example formed by pins or embossings of their surfaces or by glass or carbon fabrics) stuck on the inside of the thin layers, contributing to increase the damping during friction between elements, or - a composite material with several thin layers for example based on an epoxy resin reinforced with carbon fibers or glass.
- HLE high elastic limit
- titanium or aluminum alloy preferably assembled in several thin layers advantageously separated from each other by friction interfaces (or provided with these interfaces, which are for example formed by pins or embossings of their surfaces or by glass or carbon fabrics) stuck on the inside of the thin layers, contributing to increase the damping during friction between elements,
- each partition could advantageously be obtained by winding a composite of threads at an angle of approximately 54 ° with the axis of symmetry of the corresponding element, which makes it possible to obtain a state optimum balance of this winding, particularly resistant to the pressure to which the partition is subjected.
- said elements can be connected to one another in a spaced manner by flexible means of preferably elastic connection, such as cables, and being intended to form a three-dimensional network of floats and weights having respectively lower and higher densities than those of the liquid, each float being formed by a metal shell optionally filled with a filling material, such as a cellular polyurethane.
- these elements may alternatively be interconnected spaced apart by magnetic bonds intended to be broken by the movements of the liquid, each element being previously magnetized or incorporating magnetic means preferably located on the inner face said permeable partition delimiting externally each element or in floats contained therein.
- a closed vessel according to the invention which contains a liquid and is capable of being subjected to multidirectional displacements, in particular a terrestrial storage tank or a tank of a vessel which is at least partially filled with the liquid and whose wall is formed by the double hull of the ship, such as a methane vessel containing liquid methane at a temperature of about -162 ° C, is characterized in that at least partly immersed in this liquid a damping device as defined above, which preferably has an immersed volume equal to or greater than 85%.
- the mobile elements that comprise this device have, in whole or in part, a positive buoyancy in this liquid defined by a relative density of these elements which is preferably between 0.7 and 0.95 relative to that of the liquid (these elements may, in the preferential case where they are substantially cylindrical, ovoid or more generally oblong, have a natural position of floating either horizontal or vertical).
- the mobile elements that comprise this device have, in whole or in part, a negative buoyancy in this liquid defined by a relative density of these elements which is greater than 1 relative to that of the liquid (these elements can then rest on the bottom of the tank).
- a damping method according to the invention of the movements of a liquid contained in a closed vessel, in particular a cryogenic liquid contained in a vessel tank, to preserve the wall of the tank from the harmful effects of these movements comprises a dissipation in heat of all or part of the kinetic energy of the liquid moving in the tank by a permanent circulation of this liquid through at least one partition of a three-dimensional arrangement of freely movable elements on and / or in this liquid, these elements being delimited externally, or each of them in a first case where they are separated from each other or with each other in a second case where they are interconnected, by this partition which defines a closed internal volume being permeable to the liquid and which is preferably deformable by these movements to achieve this circulation by capture and expulsion of the latter under deformation.
- this heat dissipation of the energy of the liquid can be further achieved:
- FIG. 1 is a diagrammatic view in vertical section of a LNG tank equipped with a positive buoyancy damping device according to an example embodiment of said first case of the invention
- FIG. 2 is a schematic vertical sectional view.
- Figure 3 is a schematic view from above of this tank equipped with a damping device according to this first case, illustrating the movable elements constituting it according to one embodiment of the invention
- Figure 4 is a schematic vertical sectional view of this tank equipped with a negative buoyancy damping device according to another embodiment of the invention Referring to the first case and the elements of Figure 3,
- Figure 5 is a schematic vertical cross-sectional view of a positive buoyant movable element.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of a float according to the invention used in each of the movable elements according to this first case, in particular in relation to that of Figure 5
- FIG. 7 is a cross-sectional view of a movable element that can be used in a damping device according to this first case
- FIG. 8 is a detailed schematic view illustrating the multilayer structure of said elastic reinforcement means used to reinforce each movable element according to this first case of the invention, in particular with reference to FIGS. 7 and 9 to 13
- FIG. 9 is a diagrammatic view in vertical longitudinal section showing a mobile element of oblong shape and with positive buoyancy, according to this first case of the invention as illustrated in FIG. 3, FIGS.
- FIG. 10 schematically illustrate in longitudinal section three respective embodiments of FIG. the arrangement of the floats and elastic reinforcing means of FIG. 9,
- FIG. 13 schematically illustrates in longitudinal section another alternative embodiment of the element of FIG. 9 with several floats connected to each other
- FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the element of FIG. 13 according to plane XIV.
- FIG. 15 is a partial schematic view in vertical section of a positive buoyancy damping device according to an exemplary embodiment of said second case of the invention
- FIG. 16 is a partial diagrammatic sectional view.
- FIG. 17 is a medallion illustrating in section a detail of the device of Figure 16
- Figure 18 is a schematic perspective view of a damping device according to this second case, corresponding to a variant of FIG. 16
- FIG. 19 is a schematic sectional view of a part of a damping device according to a another embodiment showing one of its floats provided with means attached to the surface of the float which increase the frictional forces between floats and which can be magnetized to create magnetic bonding forces between floats
- FIG. 19 is a schematic sectional view of a part of a damping device according to a another embodiment showing one of its floats provided with means attached to the surface of the float which increase the frictional forces between floats and which can be magnetized to create magnetic bonding forces between floats
- FIG. 20 is a view schematic sectional view of a portion of a damping device according to another embodiment of said first case, showing the internal structure of a movable element with a spherical shell forming a partition and associated floats, the shell being provided with means for increase the frictional forces between elements and which can be magnetized to create magnetic bonding forces between them.
- damping devices 1 and 101 according to the first case of the invention, which are respectively illustrated in FIGS. 1 and 2, each form a three-dimensional arrangement with n layers of moving elements 2 and
- a cryogenic liquid partially filling a tank 4, such as a tank of a LNG tanker whose wall 4a, formed by the double hull of the vessel coated with its insulation system, is filled with liquid methane at a temperature of -162 ° C.
- a tank 4 such as a tank of a LNG tanker whose wall 4a, formed by the double hull of the vessel coated with its insulation system, is filled with liquid methane at a temperature of -162 ° C.
- Each element 2, 102 is delimited externally by a partition or perforated wall 5, 105, which is formed by a flexible fabric (eg metal or a glass or carbon fabric) of spherical shape in the examples of FIGS. 2, and which surrounds at least one internal float 6, 106 connected to this partition 5, 105 via flexible and sturdy cables 7 (preferably metal, only visible in Figure 1).
- a flexible fabric eg metal or a glass or carbon fabric
- each perforated partition 5, 105 the circulation of the liquid in motion through each perforated partition 5, 105, combined with the mutual friction of the elements 2, 102 provided by the permanent contact between these resiliently deformable partitions 5, 105 makes it possible to dissipate a significant part of the heat. of the kinetic energy of the liquid and thus to minimize the impact forces of the latter on the wall 4a of the tank 4.
- each perforated and deformable partition 5, 105 may advantageously have a plurality of thin layers of fabric (preferably of the single-ply type for each thin layer), the passage through which two directions by the liquid preferably promotes by rolling the dissipation of this kinetic energy and which further increase this dissipation by the friction provided at the mutual interfaces of these thin layers.
- these elements 2, 102 float in contact with each other not only on the liquid surface, but also and especially below the free surface 3 of the liquid, thus being mainly immersed in the latter.
- the overall buoyancy of the device 1, 101 ie its difference in density with the liquid
- this excess buoyancy representing only a small part (20% maximum of the total weight) of so that the thrust of the floats 6, 106 immersed from the lower plies does not cause the elements 2, 102 to come out of the upper plies out of the liquid.
- each of the mobile elements 202 that it comprises has a cylindrical shape with rounded ends delimited externally by a perforated partition 205 similar to that mentioned above, to which is connected at least one float 206 by radial cables 207 such as those mentioned above.
- the elements 202 also have a slightly positive buoyancy and float in a substantially vertical position on the surface 3 of the liquid.
- FIG. 3 represents only one layer of elements 202 but, depending on the chosen length of the mobile elements 202, one or more layers of elements may be present on the surface of the liquid. For example with a length of 1.5 m and a diameter of 0.7 m, one could have three layers of moving elements 202 is a total height of about 4 m.
- the device 201 'of FIG. 4 differs essentially from that of FIG. 3 in that its mobile elements 202' have a negative buoyancy, resting substantially on the bottom 4b of the tank 4 by weighting means 208 ' .
- the movable elements of a damping device according to the invention each have a geometry capable of preventing any accumulation by interlocking, winding, agglomeration or stacking of elements in a zone of the tank at detrimental to other areas thereof, so that substantially the entire free surface of the liquid and / or a whole horizontal section of the tank below this surface is occupied by these movable elements.
- FIGS. 5 and 6 illustrate an embodiment of each spherical element 302 similar to those of the device 1 of FIG.
- Each float 306 which is as light as possible, is advantageously composed of an aluminum or aluminum-magnesium alloy shell or, as illustrated in FIG. 6, a composite structure comprising a thin metal strip 306a (for example an aluminum foil approximately equal to 500 ⁇ m thick) applied to a central body 306b of rigid cellular foam such as a polyurethane foam of 80 kg / m 3 density.
- This float 306 may be externally protected by one or more tissue layers 306c.
- Each float 306 is thus extremely light (about 450 g for a float 1 m long and 50 mm in diameter), and the kinetic energy acquired by each element 302 remains relatively small, even at 25 m / s, and can be absorbed by the device incorporating these elements 302.
- the movable elements 402 with positive buoyancy which are in this spherical contour example contain, inside the perforated partition 405 and elastically deformable, several floats 406 housed in an upper compartment of each element 402 separated from the rest of the latter by a net or diaphragm 409 for example made of reinforced glass fabric or stainless steel mesh.
- the partition 405 is reinforced by elastic reinforcing means 410 and 411, so as to protect the element 402 (and in particular its floats 406) from impacts on the tank wall 4a by damping the kinetic energy transmitted by the liquid while allowing the partition 405 to return to its original shape after deformation.
- partition reinforcing means 410 and 411 comprise, on the one hand, two flexible rings 410 fixed to the outer face of the partition 405 in parallel and symmetrically relative to each other with respect to each other. at the equatorial plane of this partition 405 and, secondly, by several (for example six) evenly spaced circumferential reinforcements 411 in contact with the internal face of the partition 405 and preferably connected to the rings 410 at the crossing points of the reinforcement 411 with the latter, such that these reinforcing means 410, 411 are held in position on the partition 405.
- the outer rings 410 and the internal armature 411 are each constituted by very thin multilayer structures 412 made of steel "HLE” that are stubborn at very low temperatures or in composite, for example carbon-epoxy (for example with respective orientations of 80% and 20% of the fibers), which are designed to prevent these reinforcing means 410, 411 from plastically deforming or even breaking under very small radii of curvature.
- the internal reinforcement 411 may consist of strips (of section 15 mm ⁇ 0.5 mm for example) which are individually integral and which each have a length equal to for example three times the circumference of the partition 406, about 7.5 m.
- each strip is advantageously introduced inside the partition 406 by sliding it through an opening thereof in a closed fabric duct sewn into this partition 405 and which is all around it (at the end of the winding, this strip is in three thicknesses in the example above).
- the internal armatures 411 may be constituted directly of a multilayer assembly of strips introduced in the same way into the wall 405 and "spliced" by a suitable connection system placed at each end.
- the external reinforcing rings 410 may also be constituted by a simple fabric reinforcement sewn on the partition 405, itself made of fabric, or knitted with this partition 405 during its manufacture.
- the spherical elements 402 of FIG. 7 may for example be divided into 4 or 5 layers on the surface 3 of the liquid, and their respective partitions 405 may have a diameter of 0.5 m and advantageously be made of glass fabrics.
- the floats 406 they can be formed of ten cylinders or closed alloy spheres of aluminum, stainless steel or titanium alloy (in the horizontal position in the example of FIG. 7, each float 406 being for example 50 mm in diameter, 150 mm in length and 0.5 mm in 1 mm d 'thickness).
- FIGS. 9 to 12 show, in a nonlimiting manner, several variants that can be combined with one another.
- the reinforcement means 510 to 710 and 211, 511 to 711 may be predominantly longitudinal, such as those 211 of FIG. 9 or longitudinal members 511 to 711 and transverse members 510 to 710 in FIGS. 10, 11 and 12.
- the reinforcement means 211 of FIG. element 202 "according to Figure 9 are preferably preformed in a shape that resembles that of an arc As previously described for Figure 7, they are regularly spaced and preferably multilayered and introduced into the partition 205" in conduits reserved for this purpose.
- These reinforcing means 510 to 710, 511 to 711 comprise, in the example of FIGS. 10, 11 and 12:
- reinforcing means 510 to 710 and 211, 511 to 711 made of "HLE” steel, aluminum alloy, titanium alloy or a composite (carbon-epoxy for example), are designed to impart an elastic stiffness of shape to the partition 205 ", 505 to 705, allowing it to regain its original shape after having been deformed and to dampen the energy kinetics taken by the floats 206 ", 506, 606, 706, 706a so as to minimize the impacts on the tank wall 4a.
- floats 206 ", 506 to 706a are preferably cylindrical or spherical, numerous (about ten for example) with very small individual masses of the order of a few tens of grams.They are held together and connected to the partition 205" 505 to 705 by a sock or a kind of elastic fabric bag 209 in the case of Figure 9, or mechanically linked to the wall 505 in the example of Figure 10 or trapped in a compartment limited by a diaphragm in fabric 609 closing transversely the upper end of the cylindrical portion of the partition 605 (the case of FIG.
- each diaphragm 609, 709a, 709b of separation of this upper compartment is advantageously made of a metal fabric, glass or carbon, like the corresponding partition 605, 705.
- the internal flexible stiffeners 211 are arranged along generatrices of the generally cylindrical surface of the partition 205 "and are preferably made of” HLE "or carbon or glass composite multilayers. These stiffeners 211 are slid into “passers” or “sliding” sewn into the fabric partition 205 "so as to maintain the shape of each element 202" despite shocks and to dampen shocks on the vessel wall 4a.
- the floats 206 "housed in each element 202" may be spherical, for example being made of stainless steel, aluminum or foam / stainless steel or aluminum composite, while the ends 212a and 212b of each element 202 "are used to fixing the stiffeners 211 on the partition 205 ", the upper end 212a being closed to receive the floats 206" while the lower end 212b is open e.
- These two ends 212a and 212b may be made of a material similar to that of the floats 206 "(for example stainless steel or aluminum), it being specified that the end 212a is preferably made of a shock-absorbing material such as for example a cellular polyurethane coated with a stainless steel strip.
- the elastic reinforcing means 510 to 710, 511 to 711 are similar to those mentioned above in relation to FIGS. 7 or 9.
- the float 706a of Figure 12 may advantageously comprise in its lower part a ballast which will give it a better vertical stability.
- This float 706a is connected to its wall 705 perforated and deformable by thin flexible and sturdy connecting cables 707, this wall 705 of cylindrical type with rounded ends (shaped substantially hemispherical caps) being provided on its outer and inner faces with means
- the cables 707 extend transversely between the float 706a and the partition 705 forming two broken lines in zigzags at angles close to 45 °.
- the cables 707 between the float 706a and the partition 705 pass for example in guides or cable glands (not shown) which are integral with the float 706 or resilient reinforcing means 710, 711. Springs (not shown) can be interposed in series in these cables 707 to give them some elasticity.
- volume occupied by the device approximately 21,000 m 3 (more than 15% of the total liquid volume for a partial filling rate of the LNG tanker of 70% and 52% for a filling of 20% - these are very high rates which guarantee to oppose considerably the development of resonances of excessive liquid movements;
- the floats 206 ", 506 to 706a in each oblong element 202", 502 to 702 are, for example, spheres 70 mm in diameter and 14 floats per element, the individual weight of which is a few tens of grams, which is also very important not to damage the structure of the wall 4a;
- the friction surfaces are very large: approximately 30,000 m 2 of the contact surface of the elements 202 ", 502 to 702 between them and more than 200,000 m 2 of frictional contact between the layers of the stiffeners 510 to 710 and 211, 511 at 711 partitions 205 ", 505 to 705 therebetween; and
- the permeable partitions according to the invention make it possible to delimit a very important space around each group of floats which thus makes it possible to imprison a considerable volume of the liquid (21,000 m 3 ) for a minimum loss of capacity (the loss of capacity being the volume of the damping device which is not permeable to the liquid, namely essentially the volume of the floats (less than 100 m 3 in total here, less than one hundredth of the volume occupied by the entire apparatus and less than 1/2 000th the volume of the cargo).
- the permeable partitions according to the invention therefore make it possible to enormously increase the rolling surfaces of the liquid and friction without penalizing the loss of capacity.
- the permeable partitions according to the invention therefore make it possible to enormously increase the rolling surfaces of the liquid and friction without penalizing the loss of capacity.
- FIGS. 13 and 14 only illustrates, in addition to that of FIG. 9, the fact that it is possible to use several floats 806 aligned within the same mobile element 802 that is elongated and intended to float. in a substantially horizontal position.
- These floats 806 are connected, on the one hand, to the partition 805 (which is reinforced by resilient reinforcing means 810, 811 in the form of longitudinal stiffeners and transverse rings similar to those mentioned above) by the flexible connecting cables 807 and, on the other hand, two by two between them by these same cables 807 which are fixed to these reinforcing means 810.
- each element 802 can have high dimensions, for example 1 m diameter D over 10 m of length L or more, so that the velocity field of the liquid is different from one end of the element 802 to the other, thus creating shear of the liquid related to the velocity gradient in the length and a more high efficiency in the dissipation of the kinetic energy of the liquid.
- the transverse stiffeners 210 to 810 (optional) and longitudinal stiffeners 211 to 811 comprise, as previously mentioned, an assembly of several thin layers (for example three layers "HLE” steel strip or equivalent material 0.7 mm thick or five layers of 80/20 single-ply carbon-epoxy composite 0.25 mm thick) which have the advantage of being less fragile with respect to shocks and severe flexures.
- the surfaces of the different layers of strip or composite are able to "rub" against each other during the deformation of these stiffeners under the effect of the movements of the liquid, which still dissipates energy by friction and contributes additionally to the damping of these movements.
- metal strips for these longitudinal stiffeners 211 to 811 and optionally transverse
- the perforated fabrics forming their respective partitions 205 to 805 which emerge out of the liquid advantageously make it possible to "trap" micro-bubbles of gas, which contributes still to dampen the movements of this liquid.
- FIGS. 15 to 18 illustrate exemplary embodiments of said second case according to the invention, where the damping device 901 (FIG. 15),
- 901 '(FIG. 16), 1001 (FIG. 18) comprises a multitude of moving elements
- the device 902, 1002 consisting of small floats 1006 and possibly 1008 weights which are interconnected by elastic cables 907, 1007 for example of steel or composite, themselves joined by a same deformable outer partition and openwork 1005 (not visible in Figures 18 and 19) for the entire device 901, 1001
- This partition 1005 is made of a fabric such as the one mentioned above with reference to the partitions 5 to 805 of said first case.
- the elements 902, 1002 they may comprise (see medallion of FIG. 17) friction amplification means 912 in the form of "metal barbs", spikes, or surface corrugations.
- the device 1001 preferably comprises a plurality of floats 1006 located on at least its highest row, and a greater number of ballasts 1008 located on the rest of its lower rows.
- the spherical floats 1106 forming the moving elements 1102 are each provided at their periphery with a multitude of metal cables 1107 protecting them (for example about twenty cables 1107 in float stainless steel 1106) which can be magnetized at their ends with + and - poles thereby creating magnetic bonds with adjacent floats 1106 to be broken by the movements of the liquid.
- each float 1106 may have a diameter of 100 mm and a thickness of 0.5 mm, and each cable 1107 may have a length of 10 cm to 30 cm and a diameter of 1.5 mm.
- the movements of the floats 1106 are thwarted by the mutual friction of the cables 1107, which dissipate heat and thus contribute to damping part of the kinetic energy of the moving liquid.
- the or each partition of a damping device according to the invention may not be permeable and then be designed to dispel the kinetic energy of the liquid not by rolling, but by friction and / or by magnetization breaks.
- the spherical hulls 1205 associated with the floats 1206 form the partitions of the movable elements 1202 which have a slightly positive buoyancy.
- the shells 1205 are made of ferritic steel "HLE" or aluminum or composite carbon or glass.
- shells 1205 are made of ferritic steel, they comprise magnets in the form of inserts 1213 (about ten for example) associated with as many "patches" 1214 of stainless steel which are welded or fixed on each shell 1205 and on which magnets 1213 are attached.
- the hulls 1205 are made of aluminum or composite, they comprise, as in the previous case, magnets in the form of inserts 1213 associated with aluminum "patches” 1214 alternating with "patches” (not shown) that are identical. to the previous magnet + "patch” assembly, but made of ferritic steel.
- the magnets 1213 of a movable member 1202 will attract the ferritic steel "patches" 1214 from the adjacent movable member 1202, if the shells 1205 are of aluminum or composite, or the ferritic structure of this adjacent element 1202, if the shells 1205 are made of ferritic steel.
- these shells 1205 have numerous recesses 1205a (for example 80% of recesses 1205a) which allow the liquid to flow through the permeable partitions 1205 thus formed for the moving elements 1202.
- the energy of the movements of liquid will be dissipated by the friction shells 1205 between them, by the rupture of the magnetic bonds between hulls 1205 and the turbulence of the liquid passing through them.
- the magnets 1213 are not essential and that one could have on the same principle spherical shells for example aluminum with a bumpy outer surface, pins or "brushes" to increase the friction between the elements and therefore the dissipation of energy.
- the most external of the or each partition could be advantageously interchangeable, in the manner of a bag mounted removably.
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Abstract
The invention relates to a device and to a method for damping movements of a liquid in a closed vessel in order to protect the wall thereof from potentially harmful consequences of said movements, and such a vessel containing said liquid and provided with said device. Said damping device (201) is intended for being at least partially submerged in a liquid contained in a closed vessel (4) in order to protect the wall (4a) of the vessel by damping the movements of said liquid, said device comprising a three-dimensional arrangement of elements (202) freely mobile on and/or in said liquid. According to the invention, said elements are externally defined, either individually in a first case in which said elements are separated, or together with one another in a second case in which said elements are connected, by a partition (205) which is deformable by said movements, which defines a sealed inner space and which is pervious to the liquid so as to dissipate part of the kinetic energy of the liquid flowing through said partition as heat, said elements withstanding cryotemperatures, for example of around -162°C for liquid methane.
Description
DISPOSITIF ET PROCEDE D'AMORTISSEMENT DE MOUVEMENTS D'UN LIQUIDE DANS UNE CUVE, TELLE QU'UN RESERVOIR DE METHANIER, DEVICE AND METHOD FOR DAMPING MOVEMENTS OF A LIQUID IN A TANK, SUCH AS A METHANIER TANK,
ET UNE TELLE CUVE.AND SUCH A TANK.
La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'amortissement des mouvements d'un liquide dans une cuve fermée pour préserver sa paroi des conséquences potentiellement néfastes de ces mouvements, et une telle cuve contenant ce liquide et équipée de ce dispositif. L'invention s'applique en particulier à de grands réservoirs terrestres ou de navires méthaniers contenant un liquide cryogénique, tel que du méthane liquide à une température d'environ -162° C, et notamment dans des conditions de remplissage partiel de ces réservoirs.The present invention relates to a device and a method of damping the movements of a liquid in a closed vessel to preserve its wall of the potentially harmful consequences of these movements, and such a tank containing this liquid and equipped with this device. The invention applies in particular to large land tanks or LNG tankers containing a cryogenic liquid, such as liquid methane at a temperature of about -162 ° C, and in particular under conditions of partial filling of these tanks.
Diverses techniques existent pour concevoir les cuves de méthaniers qui sont le siège de contraintes très particulières par rapport aux cuves utilisées pour transporter d'autres liquides. La très basse température du liquide transporté est le paramètre déterminant dans la conception de ces cuves. Avec l'augmentation de la taille des navires méthaniers (typiquement de 150 000 m3 à 260 000 m3), la technique dite « à membrane » est la plus utilisée pour protéger la paroi du réservoir, laquelle est formée par la double coque du navire et est pourvue d'une couche d'isolation et de deux barrières d'étanchéité au liquide cryogénique respectivement primaire et secondaire. La barrière primaire en contact avec le liquide est métallique, étant usuellement soit en tôle d'acier inoxydable gaufrée pour absorber les contractions thermique entre + 20° C et - 162° C, soit en alliage d'Invar qui est un alliage stable en dilatation à ces températures. Dans les deux cas, la membrane est de faible épaisseur (autour du mm) et est donc relativement fragile vis-à-vis des chocs.Various techniques exist to design the tanks of LNG carriers which are the seat of very particular constraints compared to the tanks used to transport other liquids. The very low temperature of the transported liquid is the determining parameter in the design of these tanks. With the increase of the size of the LNG carriers (typically from 150,000 m 3 to 260,000 m 3 ), the so-called "membrane" technique is the most used to protect the tank wall, which is formed by the double hull of the vessel and is provided with an insulation layer and two cryogenic liquid sealing barriers respectively primary and secondary. The primary barrier in contact with the liquid is metallic, usually being made of embossed stainless steel sheet to absorb the thermal contractions between + 20 ° C and -162 ° C, or of Invar alloy which is a stable alloy in expansion at these temperatures. In both cases, the membrane is thin (around the mm) and is therefore relatively fragile vis-à-vis shocks.
Cependant, un inconvénient de cette technique à membrane réside dans la difficulté à prévenir ou au moins à amortir les mouvements de liquide dans les cuves dans des situations de remplissage partiel. Il est en effet très difficile avec cette technique de concevoir des points d'ancrage
solides pour y accrocher des cloisons amortissantes de ces mouvements, et cet ancrage est encore plus difficile à réaliser pour les navires déjà construits.However, a disadvantage of this membrane technique lies in the difficulty of preventing or at least damping the movements of liquid in the tanks in partial filling situations. It is indeed very difficult with this technique to design anchor points the anchorages are even more difficult to mount for ships already built.
Ainsi, l'amortissement des mouvements de liquide dans les cuves de méthaniers représente un problème critique et toujours non résolu malgré les études considérables effectuées sur ce sujet par les Sociétés deThus, the damping of the movements of liquid in the tanks of LNG tankers represents a critical and still unsolved problem despite the considerable studies carried out on this subject by the shipping companies.
Classification, les chantiers navals ou les Sociétés conceptrices de navires méthaniers. Il est probable que la non-résolution de ce problème pourrait un jour entraîner des avaries graves dans ces navires liées à l'endommagement, voire à la rupture de la barrière primaire de ces cuves, avec mise en contact de manière massive de méthane liquide avec la barrière secondaire de confinement avec également, en cas d'avarie même mineure dans cette barrière secondaire, une éventualité de mise en froid de la double coque du navire avec des conséquences imprévisibles et potentiellement très graves.Classification, shipyards or shipbuilding companies LNG carriers. It is probable that the non-resolution of this problem could one day lead to serious damage in these ships related to the damage, or even the breakage of the primary barrier of these tanks, with massive contact of liquid methane with the secondary containment barrier and, in the event of even minor damage in this secondary barrier, also the possibility of cold-setting the vessel's double hull with unforeseeable and potentially very serious consequences.
Compte tenu de l'échec de la prédiction expérimentale des impacts violents et singuliers de liquides cryogéniques sur les parois de réservoirs et de l'absence de simulation numérique fiable, les solutions techniques actuellement connues sont peu nombreuses et peuvent être résumées comme suit : limiter la taille des cuves et donc des navires, en particulier leur longueur, de telle sorte que la fréquence critique de la masse liquide soit statistiquement nettement décalée des fréquences d'excitation, limiter la surface libre du liquide, par exemple en imposant des cuves avec des pans coupés supérieurs plus importants, ou interdire les remplissages partiels, ce qui n'est pas souhaitable et ne résoudrait pas le problème pour les navires actuels, et des solutions avec création de « rideaux de bulles » qui ont montré leur efficacité dans d'autres cas, mais sont soumises pour l'application aux méthaniers aux même aléas et inconvénients que les cloisons amortissantes évoquées ci-dessus, à savoir des points d'ancrage des tuyaux « bulleurs » dans la structure très coûteux et délicats à réaliser, occasionnant des fuites thermiques très importantes doublées dans ce cas d'apports d'énergie dans la cuve par le gaz comprimé (azote par exemple) ;
de plus, les ancrages et le gaz comprimé entraîneraient une évaporation importante du liquide, difficilement acceptable pour l'exploitation des navires.Given the failure of the experimental prediction of the violent and singular impacts of cryogenic liquids on the tank walls and the lack of reliable numerical simulation, the currently known technical solutions are few and can be summarized as follows: the size of the vessels and therefore the vessels, in particular their length, so that the critical frequency of the liquid mass is statistically significantly shifted from the excitation frequencies, limiting the free surface of the liquid, for example by imposing tanks with blanks cut larger, or prohibit partial fillings, which is undesirable and would not solve the problem for current ships, and solutions with creation of "bubble curtains" that have shown their effectiveness in other cases , but are subjected for the application to the LNG carriers to the same hazards and disadvantages as the damping partitions voiced above, namely anchor points of the "bubbler" pipes in the very expensive structure and delicate to achieve, causing very large thermal leakage doubled in this case of energy input into the tank by the compressed gas (nitrogen for example); moreover, the anchors and the compressed gas would lead to significant evaporation of the liquid, which is difficult to accept for the operation of the ships.
On sait par ailleurs que les dispositifs connus pour absorber de l'énergie à température ambiante sont pour la plupart inopérants à des cryotempératures (i.e. inférieures à environ -160° C), comme cela est le cas des liquides visqueux à température ambiante et des élastomères qui, à ces cryotempératures, sont respectivement solides et cassants.It is also known that the known devices for absorbing energy at ambient temperature are for the most part inoperative at cryotemperatures (ie less than about -160 ° C.), as is the case for viscous liquids at ambient temperature and elastomers. which at these cryotemperatures are respectively solid and brittle.
Les documents JP-A-2007 191183 et JP-A-2007 191174 divulguent l'utilisation dans des réservoirs de pétrole de dispositifs anti- ballottement (« anti-sloshing » en anglais) en cas de tremblement de terre. Ces dispositifs sont constitués d'une paroi ajourée qui est disposée sous une couverture flottante du réservoir et qui limite l'amplitude des mouvements du pétrole. On peut également citer le document KR-A-2003 0050314 qui enseigne d'utiliser des cloisons ajourées portées par un treillis ancré dans la paroi du réservoir. On notera que de telles cloisons sont difficilement utilisables dans des réservoirs de méthanier dont la paroi est de type à membrane, compte tenu des points d'ancrage extrêmement résistants qu'il faudrait implanter dans l'isolation, de la difficulté d'ancrer ces cloisons sans créer des ponts thermiques préjudiciables au bilan énergétique du réservoir et du coût supplémentaire très élevé inhérent à l'installation de ces cloisons.JP-A-2007 191183 and JP-A-2007 191174 disclose the use in oil tanks anti-sloshing devices ("anti-sloshing" in English) in the event of an earthquake. These devices consist of a perforated wall which is arranged under a floating cover of the tank and which limits the amplitude of the movements of the oil. Mention may also be made of document KR-A-2003 0050314 which teaches the use of perforated partitions carried by a lattice anchored in the wall of the tank. It should be noted that such partitions are difficult to use in LNG tanks whose wall is of membrane type, given the extremely strong anchoring points that should be implanted in the insulation, the difficulty of anchoring these partitions. without creating thermal bridges detrimental to the energy balance of the tank and the very high additional cost inherent in the installation of these partitions.
Il est par ailleurs connu du document JP-A-03 000684, toujours pour des réservoirs de pétrole anti-ballottement en cas de tremblement de terre, de faire flotter sur la totalité de la surface du pétrole plusieurs couches de granulats par exemple en matière plastique ou en bois qui dissipent de l'énergie en frottant les uns sur les autres. Ces couches de granulats ne sont pas adaptées pour préserver de manière satisfaisante la paroi d'un réservoir de méthanier naviguant par mer agitée ou forte, les mouvements du méthane liquide pouvant être extrêmement violents avec des vitesses de liquide allant jusqu'à 25 m/s, de tels mouvements étant difficiles à amortir via cette seule dissipation d'énergie par frottement. D'autre part, les granulats projetés sur la paroi d'un tel réservoir l'endommageraient à coup sûr
et le volume important occupé par ces granulats serait perdu pour la cargaison, ce qui est inacceptable pour l'exploitation d'un méthanier.It is also known from JP-A-03 000684, still for oil tanks anti-sloshing in the event of an earthquake, to float on the entire surface of the oil several layers of aggregates for example plastic or wood that dissipates energy by rubbing on each other. These layers of aggregates are not suitable for satisfactorily preserving the wall of a LNG tank operating in rough or rough seas, liquid methane movements being extremely violent with liquid velocities of up to 25 m / s such movements being difficult to absorb through this single dissipation of energy by friction. On the other hand, the aggregates projected on the wall of such a tank would damage it for sure and the large volume occupied by these aggregates would be lost for the cargo, which is unacceptable for the operation of an LNG carrier.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'amortissement destiné à être au moins en partie immergé dans un liquide contenu dans une cuve fermée pour préserver la paroi de la cuve en amortissant les mouvements de ce liquide (par exemple en protégeant localement la paroi d'un jet direct à haute vitesse du liquide contre cette paroi), ce dispositif comportant un agencement tridimensionnel d'éléments mobiles librement sur et/ou dans ce liquide dont le volume perdu pour la cargaison reste extrêmement faible et remédiant aux inconvénients précités.An object of the present invention is to provide a damping device intended to be at least partly immersed in a liquid contained in a closed vessel to preserve the wall of the tank by damping the movements of this liquid (for example by protecting locally the wall of a direct jet at high speed of the liquid against this wall), this device comprising a three-dimensional arrangement of freely movable elements on and / or in this liquid whose lost volume for the cargo remains extremely low and overcomes the aforementioned drawbacks .
A cet effet, un dispositif selon l'invention est tel que ces éléments sont délimités extérieurement, soit chacun d'eux dans un premier cas où ils sont séparés entre eux soit les uns avec les autres dans un second cas où ils sont reliés entre eux, par une cloison qui définit un volume interne fermé et qui est perméable au liquide de sorte à dissiper en chaleur tout ou partie de l'énergie cinétique du liquide circulant à travers cette cloison, ces éléments étant aptes à résister à des cryotempératures par exemple d'environ -162° C pour du méthane liquide. En d'autres termes, le dispositif selon l'invention comporte dans le premier cas autant de cloisons externes perméables que d'éléments mobiles et, dans le second cas, une unique cloison externe perméable qui relie les éléments mobiles entre eux. Dans ces deux cas, il convient de noter que la ou chaque cloison considérée présente ainsi une géométrie tridimensionnelle fermée, de préférence au moins en partie convexe, et est apte à recevoir le liquide pour en quelque sorte en être remplie en l'emprisonnant, et à l'expulser par la déformation de cette cloison suite à un choc contre la cloison d'un autre élément ou contre la paroi de la cuve, permettant ainsi une circulation permanente du liquide dans les deux sens de de son franchissement de cette cloison.For this purpose, a device according to the invention is such that these elements are delimited externally, or each of them in a first case where they are separated from each other or with each other in a second case where they are interconnected , by a partition which defines a closed internal volume and which is permeable to the liquid so as to dissipate in heat all or part of the kinetic energy of the liquid flowing through this partition, these elements being able to withstand cryotemperatures, for example about -162 ° C for liquid methane. In other words, the device according to the invention comprises in the first case as many permeable external partitions as moving elements and, in the second case, a single permeable external partition which connects the movable elements between them. In both cases, it should be noted that the or each partition considered and has a closed three-dimensional geometry, preferably at least partly convex, and is adapted to receive the liquid to somehow be filled by imprisoning, and to expel the deformation of the partition following a shock against the wall of another element or against the wall of the tank, thus permitting permanent circulation of the liquid in both directions from its crossing of this partition.
On notera en outre que ces éléments mobiles du dispositif selon l'invention peuvent être identiques ou différents (par exemple selon des
tailles et/ou des géométries différentes), et qu'ils sont dépourvus de tout moyen de fixation à la paroi de la cuve, contrairement aux cloisons droites de l'art antérieur précité, notamment.It will further be noted that these mobile elements of the device according to the invention may be identical or different (for example according to sizes and / or different geometries), and they are devoid of any means of attachment to the wall of the tank, unlike the straight partitions of the aforementioned prior art, in particular.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la ou chaque cloison perméable est déformable par lesdits mouvements et peut avantageusement définir un maillage (i.e. une structure ajourée) qui présente une multitude d'orifices de préférence aptes à laminer le liquide et qui est formé par au moins une couche d'un tissu ou un tricot souple, de préférence un tissu de verre, de carbone ou un tissu métallique (e.g. en acier inoxydable, alliage d'aluminium ou en titane). En variante, ce maillage peut être obtenu par un tissu de verre comportant des fils métalliques par exemple en acier inoxydable tenaces aux cryotempératures précitées.According to another characteristic of the invention, the or each permeable partition is deformable by said movements and can advantageously define a mesh (ie a perforated structure) which has a multitude of orifices preferably capable of rolling the liquid and which is formed by at least one layer of a flexible fabric or knit fabric, preferably a glass, carbon or metal fabric (eg stainless steel, aluminum alloy or titanium). As a variant, this mesh may be obtained by a glass fabric comprising metal wires, for example made of stainless steel that are stubborn with the aforementioned cryotemperatures.
Lorsque le dispositif selon l'invention est conforme audit premier cas, lesdits éléments séparés sont destinés à former une ou plusieurs couches superposées sur et/ou dans le liquide en étant sensiblement en contact les uns avec les autres de sorte que les frottements mutuels entre ces éléments contribuent à la dissipation en chaleur de l'énergie cinétique du liquide, la cloison de chaque élément présentant une symétrie de révolution et entourant au moins un flotteur qui est formé par une coque métallique ou composite optionnellement remplie d'une matière de remplissage, tel qu'un matériau du type polyuréthanne cellulaire.When the device according to the invention conforms to said first case, said separated elements are intended to form one or more superimposed layers on and / or in the liquid while being substantially in contact with each other so that the mutual friction between these elements contribute to the heat dissipation of the kinetic energy of the liquid, the partition of each element having a symmetry of revolution and surrounding at least one float which is formed by a metal or composite shell optionally filled with a filling material, such as that a material of the cellular polyurethane type.
La porosité ou taille des orifices de ce maillage peut varier selon les endroits de la ou de chaque cloison, avec par exemple des orifices plus larges sur les bases ou extrémités de cloison que sur les côtés, dans le cas d'une cloison cylindrique ou ovoïde, comme indiqué ci-dessous.The porosity or size of the orifices of this mesh may vary according to the locations of the or each partition, with, for example, wider openings on the bases or ends of the partition than on the sides, in the case of a cylindrical or ovoid partition. , as shown below.
De plus, on peut avantageusement pourvoir la surface externe de la cloison de chaque élément mobile d'un revêtement frictionnel de type « brosse » pour accroître encore les frottements entre éléments.In addition, it is advantageous to provide the outer surface of the partition of each movable member of a friction type friction coating to further increase the friction between elements.
Ladite coque de flotteur peut être avantageusement réalisée en aluminium ou en tout autre matériau métallique de faible densité, et la matière de remplissage est choisie peu dense, comme par exemple de la mousse de polyuréthanne.
Conformément à ce premier cas de l'invention, chaque élément peut présenter une géométrie sensiblement cylindrique à extrémités arrondies (i.e. par exemple hémisphériques) ou bien une géométrie ovoïde, de sorte à présenter un coefficient de traînée minimisé dans le liquide, le ou chaque flotteur de chaque élément étant alors sensiblement tubulaire et agencé en relation avec le centre de gravité de l'élément de sorte que ce dernier ait une position libre de flottaison :Said float shell may advantageously be made of aluminum or of any other low density metal material, and the filling material is chosen to be of low density, such as, for example, polyurethane foam. According to this first case of the invention, each element may have a substantially cylindrical geometry with rounded ends (ie for example hemispherical) or an ovoid geometry, so as to have a minimized drag coefficient in the liquid, the or each float each element being then substantially tubular and arranged in relation to the center of gravity of the element so that the latter has a free floating position:
- sensiblement verticale, ce ou ces flotteurs étant de préférence agencés au-dessus dudit centre de gravité, ou bien - sensiblement horizontale.substantially vertical, this or these floats being preferably arranged above said center of gravity, or substantially horizontal.
Dans l'exemple d'une géométrie externe cylindrique (ou s'inscrivant dans un cylindre) pour ces éléments, ces derniers peuvent par exemple présenter chacun un diamètre de cloison compris entre 10 cm et 200 cm et un facteur d'élancement compris entre 1 et 10. En variante, chaque élément peut présenter une géométrie externe sphérique ou sensiblement sphérique (e.g. en ellipsoïde de révolution ou bien inscrite dans une sphère), avec par exemple un diamètre de cloison compris entre 10 cm et 200 cm.In the example of an external cylindrical geometry (or forming part of a cylinder) for these elements, the latter may for example each have a partition diameter of between 10 cm and 200 cm and a slenderness factor of between 1 and 10. Alternatively, each element may have a spherical or substantially spherical external geometry (eg in an ellipsoid of revolution or inscribed in a sphere), with for example a partition diameter of between 10 cm and 200 cm.
On notera que les géométries précitées pour chaque élément mobile du dispositif de l'invention permettent de favoriser les frottements latéraux entre cloisons de ces éléments.It will be noted that the above-mentioned geometries for each mobile element of the device of the invention make it possible to promote lateral friction between the partitions of these elements.
Selon une autre caractéristique de ce premier cas de l'invention, le ou chaque flotteur de chaque élément peut être monté solidaire de la cloison correspondante par des moyens souples de liaison de préférence élastiques et tenaces, tels que des nappes ou des gaines en tissu et/ou des câbles par exemple pourvus de ressorts métalliques, ces moyens de liaison étant aptes, d'une part, à se déformer sans se rompre lors de chocs sur la paroi de la cuve par exemple à une vitesse de 20 m/s et, d'autre part, à amortir ces chocs en réduisant l'effort maximal d'impact du ou de chaque flotteur projeté avec l'élément correspondant contre ladite paroi.According to another characteristic of this first case of the invention, the or each float of each element may be mounted integral with the corresponding partition by resilient and resiliently flexible connecting means, such as sheets or sheaths of fabric and / or cables for example provided with metal springs, these connecting means being able, on the one hand, to deform without breaking during impacts on the wall of the vessel, for example at a speed of 20 m / s and, on the other hand, to dampen these shocks by reducing the maximum impact force of the or each float projected with the corresponding element against said wall.
Ces moyens de liaison peuvent avantageusement comprendre des câbles sensiblement radiaux reliant la cloison audit ou à
chaque flotteur à intervalles réguliers sur la hauteur de ce dernier, le ou chaque flotteur étant centré sur un axe de symétrie longitudinal de chaque élément correspondant et étant formé de ladite coque qui présente une forme tubulaire et est remplie de ladite matière de remplissage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le volume total d'un dispositif d'amortissement selon l'invention est supérieur à 50 fois et de préférence à 100 fois le volume desdits flotteurs, lesquels sont indéformables et imperméables au liquide et présentent chacun une masse de préférence inférieure à 200 g pour une masse de chaque élément inférieure à 5 kg, de sorte à maximiser la dissipation d'énergie tout en minimisant le volume et la masse de ces flotteurs pour préserver ladite paroi (i.e. pour ne pas l'endommager lors d'impacts).These connecting means may advantageously comprise substantially radial cables connecting the partition to said or each float at regular intervals over the height of the latter, the or each float being centered on a longitudinal axis of symmetry of each corresponding element and being formed of said shell which has a tubular shape and is filled with said filling material. According to another characteristic of the invention, the total volume of a damping device according to the invention is greater than 50 times and preferably 100 times the volume of said floats, which are dimensionally stable and impervious to liquid and each have a mass preferably of less than 200 g for a mass of each element less than 5 kg, so as to maximize the dissipation of energy while minimizing the volume and the mass of these floats to preserve said wall (ie not to damage it during impacts).
Il convient de noter que la géométrie fermée définie par la cloison associée à chaque flotteur ou groupe de flotteurs définit un volume beaucoup plus important (dans un facteur pouvant aller jusqu'à 1000) que le volume des flotteurs eux-mêmes. Cette caractéristique est très importante pour augmenter l'efficacité de l'amortissement de l'énergie car elle permet, sans pénaliser la capacité de cargaison transportée, d'augmenter considérablement les surfaces de laminage et de frottement. Accessoirement, le surcoût lié à ces cloisons est réduit au regard de la performance d'amortissement obtenue.It should be noted that the closed geometry defined by the partition associated with each float or group of floats defines a much larger volume (in a factor of up to 1000) than the volume of the floats themselves. This characteristic is very important for increasing the efficiency of the energy damping because it allows, without penalizing the cargo capacity carried, considerably increase the rolling and friction surfaces. Incidentally, the additional cost related to these partitions is reduced compared to the amortization performance obtained.
Enfin, il faut noter que ces moyens qui augmentent l'efficacité de la dissipation d'énergie sont aussi utilisés - c'est particulièrement important dans le cas des méthaniers pourvus d'une paroi de réservoir à membrane - pour amortir les chocs desdits éléments du dispositif contre la paroi pour ne pas l'endommager. En effet, dans l'hypothèse à retenir par précaution d'un mouvement violent local non amorti, les vitesses les plus élevées (qui peuvent dépasser 20 m/s) se situent en général dans les angles ou les coins (par focalisation des énergies) et pourraient endommager la membrane, ce qui ne serait pas le cas avec les déplacements d'un dispositif d'amortissement selon l'invention du fait qu'il occupe sur plusieurs épaisseurs toute la surface libre du liquide (d'où l'intérêt d'une masse très faible et des moyens
d'amortissement des chocs). En d'autres termes, le dispositif selon l'invention s'interpose à la manière d'un écran entre la membrane de la paroi et le flux direct du liquide qui devra traverser les cloisons perméables desdits éléments avant d'atteindre la membrane, permettant ainsi de « diffuser » l'énergie et d'éviter un choc destructeur trop concentré.Finally, it should be noted that these means that increase the efficiency of the energy dissipation are also used - this is particularly important in the case of LNG tankers equipped with a diaphragm tank wall - for damping the shocks of said elements of the tank. device against the wall so as not to damage it. Indeed, in the hypothesis to be chosen as a precaution of an unmortized local violent movement, the highest speeds (which may exceed 20 m / s) are usually in the corners or corners (by focusing energies) and could damage the membrane, which would not be the case with the displacements of a damping device according to the invention because it occupies on several thicknesses all the free surface of the liquid (hence the interest of 'a very small mass and means shock absorption). In other words, the device according to the invention is interposed in the manner of a screen between the membrane of the wall and the direct flow of the liquid which must pass through the permeable partitions of said elements before reaching the membrane, allowing to "spread" the energy and avoid a destructive shock too concentrated.
Selon une autre caractéristique de ce premier cas de l'invention, la cloison de chaque élément peut comprendre ledit tissu ou tricot renforcé sur sa face interne et/ou externe par des moyens de renforcement élastiques auxdites cryotempératures (par exemple formés de lames ou ressorts métalliques en des matériaux tenaces, de fibres de faible diamètre ou de câbles, à titre non limitatif), de sorte à protéger le ou chaque flotteur des chocs sur la paroi de cuve en amortissant l'énergie cinétique transmise par le liquide tout en permettant à la cloison de reprendre sa forme initiale après déformation, lesquels moyens de renforcement peuvent en outre contribuer par des frottements internes à leur structure à la dissipation en chaleur de l'énergie cinétique du liquide. Ces moyens de renforcement élastiques peuvent comprendre des raidisseurs longitudinaux régulièrement espacés sur le pourtour de cette cloison et, optionnellement, des raidisseurs transversaux de préférence annulaires régulièrement espacés sur la hauteur de la cloison. Comme cela sera détaillé ci-après, chaque cloison peut être rigidifiée par de tels raidisseurs souples multicouches (en acier non fragile à ces cryotempératures ou en composite par exemple carbone-époxy) qui maintiennent la géométrie de l'élément correspondant en amortissant les chocs contre la paroi et qui dissipent aussi l'énergie par frottement des couches entre elles pendant la déformation de chaque cloison et son retour à sa forme initiale. Enfin, ces cloisons peuvent dissiper de l'énergie par leur frottement entre éléments adjacents et/ou par la rupture de liaisons magnétiques solidaires de ces cloisons.According to another characteristic of this first case of the invention, the partition of each element may comprise said reinforced fabric or knitted fabric on its internal and / or external face by elastic reinforcing means at said cryotemperatures (for example formed of blades or metal springs in stubborn materials, small diameter fibers or cables, without limitation), so as to protect the or each float shocks on the tank wall by damping the kinetic energy transmitted by the liquid while allowing the partition to resume its original shape after deformation, which reinforcement means may further contribute by internal friction to their structure to the heat dissipation of the kinetic energy of the liquid. These elastic reinforcing means may comprise longitudinal stiffeners regularly spaced around the perimeter of this partition and, optionally, transverse stiffeners preferably annular regularly spaced along the height of the partition. As will be detailed below, each partition can be stiffened by such flexible multilayer stiffeners (non-brittle steel at these cryotemperatures or composite for example carbon-epoxy) which maintain the geometry of the corresponding element by damping the shocks against the wall and which also dissipate the energy by rubbing the layers together during the deformation of each partition and its return to its original shape. Finally, these partitions can dissipate energy by their friction between adjacent elements and / or by the rupture of magnetic bonds integral with these partitions.
Avantageusement, lesdits moyens de liaison et/ou lesdits moyens de renforcement élastiques (tant pour les raidisseurs transversaux que longitudinaux) peuvent être réalisés, en particulier pour des éléments globalement en forme de cylindres oblongs :
- en un acier inoxydable écroui à haute limite élastique (« HLE » en abrégé, caractérisé de préférence par une limite élastique pouvant dépasser 700 MPa), en un alliage de titane ou d'aluminium de préférence assemblé en plusieurs couches minces avantageusement séparées entre elles par des interfaces frictionnelles (ou pourvues de ces interfaces, lesquelles sont par exemple formées par des picots ou gaufrages de leurs surfaces ou par des tissus de verre ou de carbone) collées sur l'intérieur des couches minces, contribuant à augmenter l'amortissement lors des frottements entre éléments, ou - en un matériau composite à plusieurs couches minces par exemple à base d'une résine époxy renforcée par des fibres de carbone ou de verre.Advantageously, said connecting means and / or said elastic reinforcing means (both for the transverse and longitudinal stiffeners) can be made, in particular for elements generally in the form of oblong cylinders: - A hardened stainless steel with high elastic limit ("HLE" abbreviated, preferably characterized by an elastic limit exceeding 700 MPa), a titanium or aluminum alloy preferably assembled in several thin layers advantageously separated from each other by friction interfaces (or provided with these interfaces, which are for example formed by pins or embossings of their surfaces or by glass or carbon fabrics) stuck on the inside of the thin layers, contributing to increase the damping during friction between elements, or - a composite material with several thin layers for example based on an epoxy resin reinforced with carbon fibers or glass.
On notera toutefois que l'on pourrait utiliser à titre de moyens de renforcement élastiques des raidisseurs uniquement longitudinaux préformés et ayant une forme adaptée (par exemple équivalente à une demi- ellipse ou en forme d'arc) glissés et fixés à l'intérieur de chaque cloison cylindrique par une ouverture ménagée dans un conduit formé dans cette cloison (par exemple un conduit cousu dans le tissu de verre ou tissu métallique de celle-ci). On notera en outre que le tissu ou tricot formant chaque cloison pourrait être avantageusement obtenu par un enroulement de composite de fils suivant un angle de 54° environ avec l'axe de symétrie de l'élément correspondant, ce qui permet d'obtenir un état d'équilibre optimal de cet enroulement, résistant notamment à la pression à laquelle est soumise la cloison.It will be noted, however, that only preformed longitudinal stiffeners having a suitable shape (for example equivalent to a half-ellipse or an arc-shaped shape) slid and fixed inside each cylindrical partition through an opening in a duct formed in this partition (for example a duct sewn into the glass fabric or metal fabric thereof). It will be further noted that the fabric or knit forming each partition could advantageously be obtained by winding a composite of threads at an angle of approximately 54 ° with the axis of symmetry of the corresponding element, which makes it possible to obtain a state optimum balance of this winding, particularly resistant to the pressure to which the partition is subjected.
Lorsque le dispositif selon l'invention est conforme audit second cas, lesdits éléments peuvent être reliés entre eux de manière espacée par des moyens souples de liaison de préférence élastiques, tels que des câbles, et étant destinés à former un réseau tridimensionnel de flotteurs et de lests présentant respectivement des densités inférieures et supérieures à celles du liquide, chaque flotteur étant formé par une coque métallique
optionnellement remplie d'une matière de remplissage, telle qu'un polyuréthanne cellulaire.When the device according to the invention conforms to said second case, said elements can be connected to one another in a spaced manner by flexible means of preferably elastic connection, such as cables, and being intended to form a three-dimensional network of floats and weights having respectively lower and higher densities than those of the liquid, each float being formed by a metal shell optionally filled with a filling material, such as a cellular polyurethane.
Conformément à ce second cas, ces éléments peuvent en variante être reliés entre eux de manière espacée par des liaisons magnétiques prévues pour être rompues par les mouvements du liquide, chaque élément étant préalablement aimanté ou bien incorporant des moyens magnétiques situés de préférence sur la face interne de ladite cloison perméable délimitant extérieurement chaque élément ou bien dans des flotteurs contenus dans ce dernier.According to this second case, these elements may alternatively be interconnected spaced apart by magnetic bonds intended to be broken by the movements of the liquid, each element being previously magnetized or incorporating magnetic means preferably located on the inner face said permeable partition delimiting externally each element or in floats contained therein.
Une cuve fermée selon l'invention, qui contient un liquide et est susceptible d'être soumise à des déplacements multidirectionnels, en particulier une cuve de stockage terrestre ou un réservoir d'un navire qui est au moins partiellement rempli du liquide et dont la paroi est formée par la double coque du navire, tel qu'un navire méthanier contenant du méthane liquide à une température d'environ -162° C, est caractérisée en ce qu'est au moins en partie immergé dans ce liquide un dispositif d'amortissement tel que défini ci-dessus, qui présente de préférence un volume immergé égal ou supérieur à 85 %. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les éléments mobiles que comprend ce dispositif présentent, en totalité ou en partie, une flottabilité positive dans ce liquide définie par une densité relative de ces éléments qui est de préférence comprise entre 0,7 et 0,95 par rapport à celle du liquide (ces éléments pouvant, dans le cas préférentiel où ils sont sensiblement cylindriques, ovoïdes ou plus généralement oblongs, avoir une position naturelle de flottaison indifféremment horizontale ou verticale).A closed vessel according to the invention, which contains a liquid and is capable of being subjected to multidirectional displacements, in particular a terrestrial storage tank or a tank of a vessel which is at least partially filled with the liquid and whose wall is formed by the double hull of the ship, such as a methane vessel containing liquid methane at a temperature of about -162 ° C, is characterized in that at least partly immersed in this liquid a damping device as defined above, which preferably has an immersed volume equal to or greater than 85%. According to a first embodiment of the invention, the mobile elements that comprise this device have, in whole or in part, a positive buoyancy in this liquid defined by a relative density of these elements which is preferably between 0.7 and 0.95 relative to that of the liquid (these elements may, in the preferential case where they are substantially cylindrical, ovoid or more generally oblong, have a natural position of floating either horizontal or vertical).
Selon un second mode de réalisation de l'invention, les éléments mobiles que comprend ce dispositif présentent, en totalité ou en partie, une flottabilité négative dans ce liquide définie par une densité relative de ces éléments qui est supérieure à 1 par rapport à celle du liquide (ces éléments pouvant alors reposer sur le fond de la cuve).
Un procédé d'amortissement selon l'invention des mouvements d'un liquide contenu dans une cuve fermée, en particulier un liquide cryogénique contenu dans un réservoir de navire, pour préserver la paroi de la cuve des effets néfastes de ces mouvements, comprend une dissipation en chaleur de tout ou partie de l'énergie cinétique du liquide en mouvement dans la cuve par une circulation permanente de ce liquide à travers au moins une cloison d'un agencement tridimensionnel d'éléments mobiles librement sur et/ou dans ce liquide, ces éléments étant délimités extérieurement, soit chacun d'eux dans un premier cas où ils sont séparés entre eux soit les uns avec les autres dans un second cas où ils sont reliés entre eux, par cette cloison qui définit un volume interne fermé en étant perméable au liquide et qui est de préférence déformable par ces mouvements pour réaliser cette circulation par capture et expulsion de ce dernier sous déformation. Selon une autre caractéristique de l'invention, cette dissipation en chaleur de l'énergie du liquide peut être en outre réalisée :According to a second embodiment of the invention, the mobile elements that comprise this device have, in whole or in part, a negative buoyancy in this liquid defined by a relative density of these elements which is greater than 1 relative to that of the liquid (these elements can then rest on the bottom of the tank). A damping method according to the invention of the movements of a liquid contained in a closed vessel, in particular a cryogenic liquid contained in a vessel tank, to preserve the wall of the tank from the harmful effects of these movements, comprises a dissipation in heat of all or part of the kinetic energy of the liquid moving in the tank by a permanent circulation of this liquid through at least one partition of a three-dimensional arrangement of freely movable elements on and / or in this liquid, these elements being delimited externally, or each of them in a first case where they are separated from each other or with each other in a second case where they are interconnected, by this partition which defines a closed internal volume being permeable to the liquid and which is preferably deformable by these movements to achieve this circulation by capture and expulsion of the latter under deformation. According to another characteristic of the invention, this heat dissipation of the energy of the liquid can be further achieved:
- par des frottements mutuels entre lesdits éléments qui sont sensiblement en contact les uns avec les autres, et/ouby mutual friction between said elements which are substantially in contact with each other, and / or
- par des tourbillons hydrodynamiques générés dans le liquide par la rotation sur eux mêmes des éléments, par exemple du fait de leur géométrie asymétrique ou hélicoïdale (en particulier par une forme adaptée desdits moyens de liaison ou de renforcement ou bien du flotteur lui-même), créant ainsi une dissipation d'énergie améliorée par ces tourbillons et par les frottements accrus sur les autres éléments.by hydrodynamic vortices generated in the liquid by the rotation of the elements themselves, for example because of their asymmetrical or helical geometry (in particular by a suitable shape of said connecting or reinforcing means or the float itself) , thus creating an improved energy dissipation by these vortices and increased friction on the other elements.
D'autres caractéristiques, avantages et détails de la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif, cette description étant réalisée en référence avec les dessins joints, parmi lesquels :
la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un réservoir de méthanier équipé d'un dispositif d'amortissement à flottabilité positive selon un exemple de réalisation dudit premier cas de l'invention, la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale de ce réservoir équipé d'un dispositif d'amortissement à flottabilité positive correspondant à une variante selon l'invention de ce premier cas, la figure 3 est une vue schématique de dessus de ce réservoir équipé d'un dispositif d'amortissement suivant ce premier cas, illustrant les éléments mobiles le constituant selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est une vue schématique en coupe verticale de ce réservoir équipé d'un dispositif d'amortissement à flottabilité négative selon un autre mode de l'invention relatif au premier cas et aux éléments de la figure 3, la figure 5 est une vue schématique en coupe transversale verticale d'un élément mobile à flottabilité positive selon un autre exemple de l'invention relatif à ce premier cas, la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un flotteur selon l'invention utilisable dans chacun des éléments mobiles selon ce premier cas, notamment en relation avec celui de la figure 5, la figure 7 est une vue en coupe transversale d'un élément mobile utilisable dans un dispositif d'amortissement selon ce premier cas, la figure 8 est une vue schématique de détail illustrant la structure multicouches desdits moyens de renforcement élastiques utilisés pour renforcer chaque élément mobile selon ce premier cas de l'invention, notamment en référence aux figures 7 et 9 à 13, la figure 9 est une vue schématique en coupe longitudinale verticale montrant un élément mobile de forme oblongue et à flottabilité positive, selon ce premier cas de l'invention tel qu'illustré à la figure 3, les figures 10,11 et 12 illustrent schématiquement en coupe longitudinale trois variantes de réalisation respectives de l'agencement des flotteurs et des moyens de renforcement élastiques de la figure 9,
la figure 13 illustre schématiquement en coupe longitudinale une autre variante de réalisation de l'élément de la figure 9 avec plusieurs flotteurs reliés entre eux, la figure 14 est une vue schématique en coupe transversale de l'élément de la figure 13 suivant le plan XIV-XIV de cette figure, la figure 15 est une vue schématique partielle en coupe verticale d'un dispositif d'amortissement à flottabilité positive selon un exemple de réalisation dudit second cas de l'invention, la figure 16 est une vue schématique partielle en coupe verticale d'un dispositif d'amortissement selon une variante de la figure 15, selon ce second cas, la figure 17 est un médaillon illustrant en coupe un détail du dispositif de la figure 16, la figure 18 est une vue schématique en perspective d'un dispositif d'amortissement selon ce second cas, correspondant à une variante de la figure 16, et la figure 19 est une vue schématique en coupe d'une partie d'un dispositif d'amortissement selon un autre exemple de réalisation montrant l'un de ses flotteurs pourvu de moyens fixés à la surface du flotteur qui augmentent les forces de friction entre flotteurs et qui peuvent être aimantés pour créer des forces de liaison magnétiques entre flotteurs, et la figure 20 est une vue schématique en coupe d'une partie d'un dispositif d'amortissement selon un autre exemple de réalisation dudit premier cas, montrant la structure interne d'un élément mobile à coque sphérique formant cloison et à flotteurs associés, la coque étant pourvue de moyens pour augmenter les forces de friction entre éléments et qui peuvent être aimantés pour créer des forces de liaison magnétiques entre eux.Other characteristics, advantages and details of the present invention will emerge on reading the following description of several examples of embodiment of the invention, given by way of nonlimiting illustration, this description being made with reference to the accompanying drawings, among which : FIG. 1 is a diagrammatic view in vertical section of a LNG tank equipped with a positive buoyancy damping device according to an example embodiment of said first case of the invention, FIG. 2 is a schematic vertical sectional view. of this reservoir equipped with a positive buoyancy damping device corresponding to a variant according to the invention of this first case, Figure 3 is a schematic view from above of this tank equipped with a damping device according to this first case, illustrating the movable elements constituting it according to one embodiment of the invention, Figure 4 is a schematic vertical sectional view of this tank equipped with a negative buoyancy damping device according to another embodiment of the invention Referring to the first case and the elements of Figure 3, Figure 5 is a schematic vertical cross-sectional view of a positive buoyant movable element. according to another example of the invention relating to this first case, Figure 6 is a cross-sectional view of a float according to the invention used in each of the movable elements according to this first case, in particular in relation to that of Figure 5, FIG. 7 is a cross-sectional view of a movable element that can be used in a damping device according to this first case; FIG. 8 is a detailed schematic view illustrating the multilayer structure of said elastic reinforcement means used to reinforce each movable element according to this first case of the invention, in particular with reference to FIGS. 7 and 9 to 13, FIG. 9 is a diagrammatic view in vertical longitudinal section showing a mobile element of oblong shape and with positive buoyancy, according to this first case of the invention as illustrated in FIG. 3, FIGS. 10, 11 and 12 schematically illustrate in longitudinal section three respective embodiments of FIG. the arrangement of the floats and elastic reinforcing means of FIG. 9, FIG. 13 schematically illustrates in longitudinal section another alternative embodiment of the element of FIG. 9 with several floats connected to each other, FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the element of FIG. 13 according to plane XIV. FIG. 15 is a partial schematic view in vertical section of a positive buoyancy damping device according to an exemplary embodiment of said second case of the invention, FIG. 16 is a partial diagrammatic sectional view. vertical line of a damping device according to a variant of Figure 15, according to this second case, Figure 17 is a medallion illustrating in section a detail of the device of Figure 16, Figure 18 is a schematic perspective view of a damping device according to this second case, corresponding to a variant of FIG. 16, and FIG. 19 is a schematic sectional view of a part of a damping device according to a another embodiment showing one of its floats provided with means attached to the surface of the float which increase the frictional forces between floats and which can be magnetized to create magnetic bonding forces between floats, and FIG. 20 is a view schematic sectional view of a portion of a damping device according to another embodiment of said first case, showing the internal structure of a movable element with a spherical shell forming a partition and associated floats, the shell being provided with means for increase the frictional forces between elements and which can be magnetized to create magnetic bonding forces between them.
Les dispositifs d'amortissement 1 et 101 selon le premier cas de l'invention qui sont respectivement illustrés aux figures 1 et 2 forment chacun un agencement tridimensionnel à n nappes d'éléments mobiles 2 etThe damping devices 1 and 101 according to the first case of the invention, which are respectively illustrated in FIGS. 1 and 2, each form a three-dimensional arrangement with n layers of moving elements 2 and
102 (n étant par exemple compris entre 2 et 10) flottant à la surface libre 3
d'un liquide cryogénique remplissant partiellement une cuve 4, tel qu'un réservoir de méthanier dont la paroi 4a, formée par la double coque du navire revêtue de son système d'isolation, est remplie de méthane liquide à une température de -162° C. Chaque élément 2, 102 est délimité extérieurement par une cloison ou paroi ajourée 5, 105, qui est formée par un tissu souple (e.g. métallique ou bien un tissu de verre ou de carbone) de forme sphérique dans les exemples des figures 1 et 2, et qui entoure au moins un flotteur interne 6, 106 relié à cette cloison 5, 105 via des câbles souples et tenaces 7 (de préférence métalliques, seulement visibles à la figure 1). Selon l'invention, la circulation du liquide en mouvement à travers chaque cloison ajourée 5, 105, combinée aux frottements mutuels des éléments 2, 102 procurés par le contact permanent entre ces cloisons 5, 105 élastiquement déformables permet de dissiper en chaleur une partie significative de l'énergie cinétique du liquide et donc de minimiser les forces d'impact de celui-ci sur la paroi 4a de la cuve 4.102 (n being for example between 2 and 10) floating at the free surface 3 a cryogenic liquid partially filling a tank 4, such as a tank of a LNG tanker whose wall 4a, formed by the double hull of the vessel coated with its insulation system, is filled with liquid methane at a temperature of -162 ° C. Each element 2, 102 is delimited externally by a partition or perforated wall 5, 105, which is formed by a flexible fabric (eg metal or a glass or carbon fabric) of spherical shape in the examples of FIGS. 2, and which surrounds at least one internal float 6, 106 connected to this partition 5, 105 via flexible and sturdy cables 7 (preferably metal, only visible in Figure 1). According to the invention, the circulation of the liquid in motion through each perforated partition 5, 105, combined with the mutual friction of the elements 2, 102 provided by the permanent contact between these resiliently deformable partitions 5, 105 makes it possible to dissipate a significant part of the heat. of the kinetic energy of the liquid and thus to minimize the impact forces of the latter on the wall 4a of the tank 4.
Comme cela sera expliqué plus en détail par la suite, on notera que chaque cloison ajourée et déformable 5, 105 peut présenter avantageusement une pluralité de couches minces de tissu (de préférence de type mono-pli pour chaque couche mince) dont la traversée dans les deux sens par le liquide favorise de préférence par laminage la dissipation de cette énergie cinétique et qui augmentent en outre cette dissipation par les frottements prévus aux interfaces mutuelles de ces couches minces.As will be explained in more detail below, it will be noted that each perforated and deformable partition 5, 105 may advantageously have a plurality of thin layers of fabric (preferably of the single-ply type for each thin layer), the passage through which two directions by the liquid preferably promotes by rolling the dissipation of this kinetic energy and which further increase this dissipation by the friction provided at the mutual interfaces of these thin layers.
Comme visible sur ces figures, ces éléments 2, 102 flottent en contact les uns avec les autres non seulement à la surface de liquide, mais en outre et surtout en dessous de la surface libre 3 du liquide, étant ainsi majoritairement immergés dans ce dernier. A cet effet, la flottabilité globale du dispositif 1 , 101 (i.e. sa différence de densité avec le liquide) est dans ces exemples choisie légèrement positive, cet excédent de flottabilité ne représentant qu'une faible part (20 % maximum du poids total) de façon que la poussée des flotteurs 6, 106 immergés des nappes inférieures ne fasse pas sortir les éléments 2, 102 des nappes supérieures hors du liquide. Par exemple pour de tels éléments 2, 102 sphériques pesant dans l'air selon une
force de 5 daN, il faut que la poussée nette des flotteurs 6, 106 immergés dans le méthane liquide (de masse volumique sensiblement voisine de 500 kg/m3) soit par exemple de 5,15 daN, pour qu'avec n=4 nappes d'éléments mobiles 2, 102, ceux de la nappe supérieure présentent une hauteur émergeant hors du liquide égale à environ 40 % de leur diamètre. Le dispositifAs visible in these figures, these elements 2, 102 float in contact with each other not only on the liquid surface, but also and especially below the free surface 3 of the liquid, thus being mainly immersed in the latter. For this purpose, the overall buoyancy of the device 1, 101 (ie its difference in density with the liquid) is in these examples chosen slightly positive, this excess buoyancy representing only a small part (20% maximum of the total weight) of so that the thrust of the floats 6, 106 immersed from the lower plies does not cause the elements 2, 102 to come out of the upper plies out of the liquid. For example for such elements 2, 102 spherical weighing in the air according to a force of 5 daN, it is necessary that the net thrust of the floats 6, 106 immersed in the liquid methane (density close to 500 kg / m 3 ) is for example 5.15 daN, so that with n = 4 webs of movable elements 2, 102, those of the upper web have a height emerging out of the liquid equal to about 40% of their diameter. The device
1 , 101 se retrouve ainsi immergé sensiblement à plus de 80 % dans le liquide.1, 101 is thus immersed substantially more than 80% in the liquid.
Le dispositif 201 de la figure 3, illustré dans une situation de roulis pour le navire méthanier l'incorporant dans son réservoir 4, se distingue de ceux des figures 1 et 2, en ce que chacun des éléments mobiles 202 qu'il comprend présente une forme cylindrique aux extrémités arrondies délimitée extérieurement par une cloison ajourée 205 analogue à celle précitée, à laquelle est relié au moins un flotteur 206 par des câbles radiaux 207 tels que ceux précités. Dans l'exemple de la figure 3, les éléments 202 ont également une flottabilité légèrement positive et flottent en position sensiblement verticale à la surface 3 du liquide. La figure 3 ne représente qu'une couche d'éléments 202 mais, selon la longueur choisie des éléments mobiles 202, on peut avoir une ou plusieurs couches d'éléments à la surface du liquide. Par exemple avec une longueur de 1 ,5 m et un diamètre de 0,7 m, on pourrait avoir trois couches d'éléments mobiles 202 soit une hauteur totale de l'ordre de 4 m.The device 201 of FIG. 3, illustrated in a rolling situation for the LNG vessel incorporating it in its tank 4, differs from those of FIGS. 1 and 2, in that each of the mobile elements 202 that it comprises has a cylindrical shape with rounded ends delimited externally by a perforated partition 205 similar to that mentioned above, to which is connected at least one float 206 by radial cables 207 such as those mentioned above. In the example of FIG. 3, the elements 202 also have a slightly positive buoyancy and float in a substantially vertical position on the surface 3 of the liquid. FIG. 3 represents only one layer of elements 202 but, depending on the chosen length of the mobile elements 202, one or more layers of elements may be present on the surface of the liquid. For example with a length of 1.5 m and a diameter of 0.7 m, one could have three layers of moving elements 202 is a total height of about 4 m.
Quant au dispositif 201' de la figure 4, il se différencie essentiellement de celui de la figure 3 en ce que ses éléments mobiles 202' ont une flottabilité négative, reposant sensiblement sur le fond 4b de la cuve 4 par des moyens de lestage 208'. D'une manière générale, on notera que les éléments mobiles d'un dispositif d'amortissement selon l'invention présentent chacun une géométrie apte à éviter toute accumulation par emboîtement, enroulement, agglomération ou empilement d'éléments en une zone de la cuve au détriment d'autres zones de celle-ci, de sorte que sensiblement toute la surface libre du liquide et/ou toute une section horizontale de la cuve située sous cette surface soit occupée par ces éléments mobiles.
Les figures 5 et 6 illustrent un mode de réalisation de chaque élément sphérique 302 analogue à ceux du dispositif 1 de la figure 1 , avec de fins câbles élastiques de liaison 307 qui relient à la manière de ressorts le flotteur 306 à la cloison ajourée et déformable 305 (on notera que cette élasticité intrinsèque des câbles 307 pourrait être remplacée par des ressorts intercalés entre les câbles de liaison et la cloison 305). Chaque flotteur 306, qui est le plus léger possible, est avantageusement composé d'une coque en aluminium ou en alliage aluminium-magnésium ou bien, comme illustré en figure 6, en une structure composite comprenant un feuillard métallique 306a de faible épaisseur (par exemple une feuille d'aluminium d'épaisseur environ égale à 500 μm) appliqué sur un corps central 306b en mousse cellulaire rigide telle qu'une mousse de polyuréthanne de 80 kg/m3 de masse volumique. Ce flotteur 306 peut être protégé extérieurement par une ou plusieurs couches de tissus 306c. Chaque flotteur 306 est ainsi extrêmement léger (environ 450 g pour un flotteur de 1 m de long et de 50 mm de diamètre), et l'énergie cinétique acquise par chaque élément 302 reste relativement réduite, même à 25 m/s, et peut être absorbée par le dispositif incorporant ces éléments 302.As for the device 201 'of FIG. 4, it differs essentially from that of FIG. 3 in that its mobile elements 202' have a negative buoyancy, resting substantially on the bottom 4b of the tank 4 by weighting means 208 ' . In general, it will be noted that the movable elements of a damping device according to the invention each have a geometry capable of preventing any accumulation by interlocking, winding, agglomeration or stacking of elements in a zone of the tank at detrimental to other areas thereof, so that substantially the entire free surface of the liquid and / or a whole horizontal section of the tank below this surface is occupied by these movable elements. FIGS. 5 and 6 illustrate an embodiment of each spherical element 302 similar to those of the device 1 of FIG. 1, with thin elastic connecting cables 307 which connect in the manner of springs the float 306 to the perforated and deformable partition 305 (it will be noted that this intrinsic elasticity of the cables 307 could be replaced by springs interposed between the connecting cables and the partition 305). Each float 306, which is as light as possible, is advantageously composed of an aluminum or aluminum-magnesium alloy shell or, as illustrated in FIG. 6, a composite structure comprising a thin metal strip 306a (for example an aluminum foil approximately equal to 500 μm thick) applied to a central body 306b of rigid cellular foam such as a polyurethane foam of 80 kg / m 3 density. This float 306 may be externally protected by one or more tissue layers 306c. Each float 306 is thus extremely light (about 450 g for a float 1 m long and 50 mm in diameter), and the kinetic energy acquired by each element 302 remains relatively small, even at 25 m / s, and can be absorbed by the device incorporating these elements 302.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 7, les éléments mobiles 402 à flottabilité positive qui sont dans cet exemple de contour sphérique contiennent, à l'intérieur de la cloison ajourée 405 et élastiquement déformable, plusieurs flotteurs 406 logés dans un compartiment supérieur de chaque élément 402 séparé du reste de ce dernier par un filet ou diaphragme 409 par exemple en tissu de verre renforcé ou de maille en acier inoxydable. La cloison 405 est renforcée par des moyens de renforcement élastiques 410 et 411 , de sorte à protéger l'élément 402 (et notamment ses flotteurs 406) des chocs sur la paroi de cuve 4a en amortissant l'énergie cinétique transmise par le liquide tout en permettant à la cloison 405 de reprendre sa forme initiale après déformation. Ces moyens de renforcement de cloison 410 et 411 comprennent, d'une part, deux anneaux souples 410 fixés à la face externe de la cloison 405 parallèlement et symétriquement l'un de l'autre par rapport
au plan équatorial de cette cloison 405 et, d'autre part, par plusieurs (par exemple six) armatures circonférentielles régulièrement espacées 411 en contact avec la face interne de la cloison 405 et de préférence reliée aux anneaux 410 aux points de croisement de l'armature 411 avec ces derniers, de telles sorte que ces moyens de renforcement 410, 411 soient maintenus en position sur la cloison 405.In the embodiment illustrated in FIG. 7, the movable elements 402 with positive buoyancy which are in this spherical contour example contain, inside the perforated partition 405 and elastically deformable, several floats 406 housed in an upper compartment of each element 402 separated from the rest of the latter by a net or diaphragm 409 for example made of reinforced glass fabric or stainless steel mesh. The partition 405 is reinforced by elastic reinforcing means 410 and 411, so as to protect the element 402 (and in particular its floats 406) from impacts on the tank wall 4a by damping the kinetic energy transmitted by the liquid while allowing the partition 405 to return to its original shape after deformation. These partition reinforcing means 410 and 411 comprise, on the one hand, two flexible rings 410 fixed to the outer face of the partition 405 in parallel and symmetrically relative to each other with respect to each other. at the equatorial plane of this partition 405 and, secondly, by several (for example six) evenly spaced circumferential reinforcements 411 in contact with the internal face of the partition 405 and preferably connected to the rings 410 at the crossing points of the reinforcement 411 with the latter, such that these reinforcing means 410, 411 are held in position on the partition 405.
Comme illustré à la figure 8, les anneaux externes 410 et l'armature interne 411 sont chacun constitués par des structures multicouches 412 très fines en acier « HLE » tenaces à très basses températures ou en composite par exemple carbone-époxy (par exemple avec des orientations respectives de 80 % et 20 % des fibres), qui sont conçues pour éviter que ces moyens de renforcement 410, 411 ne se déforment plastiquement voire cassent sous des rayons de courbure très faibles. L'armature interne 411 peut être constituée de feuillards (de section 15 mm x 0,5 mm par exemple) qui sont individuellement d'un seul tenant et qui présentent chacun une longueur égale à par exemple trois fois la circonférence de la cloison 406, soit 7,5 m environ. Chaque feuillard est avantageusement introduit à l'intérieur de la cloison 406 en le faisant glisser par une ouverture de celle-ci dans un conduit fermé en tissu cousu dans cette cloison 405 et qui fait tout le tour de celle-ci (à la fin de l'enroulement, ce feuillard est en trois épaisseurs dans l'exemple ci-dessus). En alternative, les armatures internes 411 peuvent être constituées directement d'un assemblage multicouches de feuillards introduit de la même façon dans la cloison 405 puis « raboutées » par un système de connexion adapté placé à chaque extrémité. Les anneaux externes de renfort 410 peuvent être aussi constitués par un simple renfort en tissu cousu sur la cloison 405, elle-même en tissu, ou bien tricotés avec cette cloison 405 lors de sa confection.As illustrated in FIG. 8, the outer rings 410 and the internal armature 411 are each constituted by very thin multilayer structures 412 made of steel "HLE" that are stubborn at very low temperatures or in composite, for example carbon-epoxy (for example with respective orientations of 80% and 20% of the fibers), which are designed to prevent these reinforcing means 410, 411 from plastically deforming or even breaking under very small radii of curvature. The internal reinforcement 411 may consist of strips (of section 15 mm × 0.5 mm for example) which are individually integral and which each have a length equal to for example three times the circumference of the partition 406, about 7.5 m. Each strip is advantageously introduced inside the partition 406 by sliding it through an opening thereof in a closed fabric duct sewn into this partition 405 and which is all around it (at the end of the winding, this strip is in three thicknesses in the example above). Alternatively, the internal armatures 411 may be constituted directly of a multilayer assembly of strips introduced in the same way into the wall 405 and "spliced" by a suitable connection system placed at each end. The external reinforcing rings 410 may also be constituted by a simple fabric reinforcement sewn on the partition 405, itself made of fabric, or knitted with this partition 405 during its manufacture.
Les éléments sphériques 402 de la figure 7 peuvent par exemple être répartis en 4 ou 5 nappes à la surface 3 du liquide, et leurs cloisons 405 respectives peuvent présenter un diamètre de 0,5 m et être avantageusement réalisées en tissus de verre. Quant aux flotteurs 406, ils peuvent être formés d'une dizaine de cylindres ou sphères fermés en alliage
d'aluminium, acier inoxydable ou alliage de titane (en position horizontale dans l'exemple de la figure 7, chaque flotteur 406 étant par exemple de 50 mm de diamètre, de 150 mm de longueur et de 0,5 mm à 1 mm d'épaisseur).The spherical elements 402 of FIG. 7 may for example be divided into 4 or 5 layers on the surface 3 of the liquid, and their respective partitions 405 may have a diameter of 0.5 m and advantageously be made of glass fabrics. As for the floats 406, they can be formed of ten cylinders or closed alloy spheres of aluminum, stainless steel or titanium alloy (in the horizontal position in the example of FIG. 7, each float 406 being for example 50 mm in diameter, 150 mm in length and 0.5 mm in 1 mm d 'thickness).
L'élément mobile 202 globalement cylindrique de la figure 3 est illustré en détail aux figures 9 à 12 qui représentent de façon non limitative plusieurs variantes de réalisation pouvant être combinées entre elles.The generally cylindrical movable member 202 of FIG. 3 is illustrated in detail in FIGS. 9 to 12 which show, in a nonlimiting manner, several variants that can be combined with one another.
Les moyens de renforcement 510 à 710 et 211 , 511 à 711 peuvent être majoritairement longitudinaux comme ceux 211 de la figure 9 ou bien longitudinaux 511 à 711 et transversaux 510 à 710 aux figures 10,11 et 12. Les moyens de renforcement 211 de l'élément 202" selon la figure 9 sont de préférence préformés selon une forme qui ressemble à celle d'un arc. Comme décrit précédemment pour la figure 7, ils sont régulièrement espacés et de préférence multicouches et introduits dans la cloison 205" dans des conduits réservés à cet effet. Ces moyens de renforcement 510 à 710, 511 à 711 comportent, dans l'exemple des figures 10, 11 et 12 :The reinforcement means 510 to 710 and 211, 511 to 711 may be predominantly longitudinal, such as those 211 of FIG. 9 or longitudinal members 511 to 711 and transverse members 510 to 710 in FIGS. 10, 11 and 12. The reinforcement means 211 of FIG. element 202 "according to Figure 9 are preferably preformed in a shape that resembles that of an arc As previously described for Figure 7, they are regularly spaced and preferably multilayered and introduced into the partition 205" in conduits reserved for this purpose. These reinforcing means 510 to 710, 511 to 711 comprise, in the example of FIGS. 10, 11 and 12:
- optionnellement des anneaux transversaux de raidissement- optionally transverse stiffening rings
510 à 710 montés à intervalles réguliers sur la hauteur de la face externe et/ou interne de la cloison 505 à 705 suivant des directrices du cylindre formé par celle-ci, et510 to 710 mounted at regular intervals on the height of the external and / or internal face of the partition 505 to 705 according to the direction of the cylinder formed by it, and
- nécessairement une armature de raidisseurs longitudinaux- necessarily a reinforcement of longitudinal stiffeners
511 à 711 montés sur toute la hauteur de la face interne et/ou externe de la cloison 505 à 705 suivant des génératrices régulièrement espacées du cylindre formé par celle-ci, et de préférence complétée par un anneau transversal interne fixé à proximité immédiate de l'extrémité supérieure de la cloison 505 à 705 (sur la face interne de la calotte formée par cette extrémité).511 to 711 mounted on the entire height of the internal and / or external face of the partition 505 to 705 according generatrices regularly spaced from the cylinder formed by it, and preferably completed by an internal transverse ring fixed in the immediate vicinity of the upper end of the partition 505 to 705 (on the inner face of the cap formed by this end).
Ces moyens de renforcement 510 à 710 et 211 , 511 à 711 réalisés en acier « HLE », alliage d'aluminium, alliage de titane ou en un composite (carbone-époxy par exemple), sont conçus pour conférer une raideur élastique de forme à la cloison 205", 505 à 705, lui permettant de retrouver sa forme initiale après avoir été déformée et d'amortir l'énergie
cinétique prise par les flotteurs 206", 506, 606, 706, 706a de sorte à minimiser les impacts sur la paroi de cuve 4a.These reinforcing means 510 to 710 and 211, 511 to 711 made of "HLE" steel, aluminum alloy, titanium alloy or a composite (carbon-epoxy for example), are designed to impart an elastic stiffness of shape to the partition 205 ", 505 to 705, allowing it to regain its original shape after having been deformed and to dampen the energy kinetics taken by the floats 206 ", 506, 606, 706, 706a so as to minimize the impacts on the tank wall 4a.
Ces flotteurs 206", 506 à 706a sont de préférence cylindriques ou sphériques, nombreux (une dizaine par exemple) avec des masses individuelles très faibles de l'ordre de quelques dizaines de grammes. Ils sont tenus entre eux et reliés à la cloison 205", 505 à 705 par une chaussette ou une espèce de sac élastique en tissu 209 dans le cas de la figure 9, ou liés mécaniquement à la cloison 505 dans l'exemple de la figure 10 ou bien emprisonnés dans un compartiment limité par un diaphragme en tissu 609 obturant transversalement l'extrémité supérieure de la partie cylindrique de la cloison 605 (cas de la figure 11), ou encore répartis entre une partie de flotteurs 706 emprisonnés dans un compartiment limité par deux diaphragmes 709a et 709b et un flotteur cylindrique vertical 706a (cas de la figure 12). Le ou chaque diaphragme 609, 709a, 709b de séparation de ce compartiment supérieur est avantageusement réalisé en un tissu métallique, de verre ou de carbone, à l'instar de la cloison correspondante 605, 705.These floats 206 ", 506 to 706a are preferably cylindrical or spherical, numerous (about ten for example) with very small individual masses of the order of a few tens of grams.They are held together and connected to the partition 205" 505 to 705 by a sock or a kind of elastic fabric bag 209 in the case of Figure 9, or mechanically linked to the wall 505 in the example of Figure 10 or trapped in a compartment limited by a diaphragm in fabric 609 closing transversely the upper end of the cylindrical portion of the partition 605 (the case of FIG. 11), or else distributed between a portion of floats 706 trapped in a compartment limited by two diaphragms 709a and 709b and a vertical cylindrical float 706a (case of Figure 12). The or each diaphragm 609, 709a, 709b of separation of this upper compartment is advantageously made of a metal fabric, glass or carbon, like the corresponding partition 605, 705.
Plus précisément en relation avec l'exemple de la figure 9, les raidisseurs souples internes 211 sont disposés selon des génératrices de la surface globalement cylindrique de la cloison 205" et sont de préférence réalisés en multicouches acier « HLE » ou composite carbone ou verre. Ces raidisseurs 211 sont glissés dans des « passants » ou « glissants » cousus dans la cloison 205" en tissu, de sorte à maintenir la forme de chaque élément 202" en dépit des chocs et à amortir les chocs sur la paroi de cuve 4a. Les flotteurs 206" logés dans chaque élément 202" peuvent être sphériques en étant par exemple réalisés en acier inoxydable, en aluminium ou en un composite mousse/ acier inoxydable ou aluminium. Quant aux extrémités 212a et 212b de chaque élément 202", elles servent à la fixation des raidisseurs 211 sur la cloison 205", l'extrémité supérieure 212a étant fermée pour recevoir les flotteurs 206" alors que l'extrémité inférieure 212b est ouverte. Ces deux extrémités 212a et 212b peuvent être réalisées en un matériau analogue à celui des flotteurs 206" (par exemple en acier inoxydable ou en aluminium), étant précisé que l'extrémité 212a est de préférence
réalisée en un matériau apte à amortir les chocs comme par exemple un polyuréthanne cellulaire revêtu d'un feuillard en acier inoxydable.More specifically, in connection with the example of FIG. 9, the internal flexible stiffeners 211 are arranged along generatrices of the generally cylindrical surface of the partition 205 "and are preferably made of" HLE "or carbon or glass composite multilayers. These stiffeners 211 are slid into "passers" or "sliding" sewn into the fabric partition 205 "so as to maintain the shape of each element 202" despite shocks and to dampen shocks on the vessel wall 4a. The floats 206 "housed in each element 202" may be spherical, for example being made of stainless steel, aluminum or foam / stainless steel or aluminum composite, while the ends 212a and 212b of each element 202 "are used to fixing the stiffeners 211 on the partition 205 ", the upper end 212a being closed to receive the floats 206" while the lower end 212b is open e. These two ends 212a and 212b may be made of a material similar to that of the floats 206 "(for example stainless steel or aluminum), it being specified that the end 212a is preferably made of a shock-absorbing material such as for example a cellular polyurethane coated with a stainless steel strip.
Par ailleurs, les moyens de renforcement élastiques 510 à 710, 511 à 711 sont analogues à ceux précités en relation avec les figures 7 ou 9.Moreover, the elastic reinforcing means 510 to 710, 511 to 711 are similar to those mentioned above in relation to FIGS. 7 or 9.
Le flotteur 706a de la figure 12 peut avantageusement comporter dans sa partie basse un lest qui lui donnera une meilleure stabilité verticale. Ce flotteur 706a est relié à sa cloison 705 ajourée et déformable par de fins câbles souples et tenaces de liaison 707, cette cloison 705 de type cylindrique à extrémités arrondies (en forme de calottes sensiblement hémisphériques) étant pourvue sur ses faces externe et interne de moyens de renforcement élastiques 710 et 711 analogues aux moyens 410 et 411 présentés en référence à la figure 7. Les câbles 707 s'étendent transversalement entre le flotteur 706a et la cloison 705 en formant deux lignes brisées en zigzags selon des angles proches de 45°.The float 706a of Figure 12 may advantageously comprise in its lower part a ballast which will give it a better vertical stability. This float 706a is connected to its wall 705 perforated and deformable by thin flexible and sturdy connecting cables 707, this wall 705 of cylindrical type with rounded ends (shaped substantially hemispherical caps) being provided on its outer and inner faces with means The cables 707 extend transversely between the float 706a and the partition 705 forming two broken lines in zigzags at angles close to 45 °.
Les câbles 707 entre le flotteur 706a et la cloison 705 passent par exemple dans des guides ou passe-câbles (non illustrés) qui sont solidaires du flotteur 706 ou des moyens de renforcement élastiques 710, 711. Des ressorts (non illustrés) peuvent être interposés en série dans ces câbles 707 pour leur conférer une certaine élasticité.The cables 707 between the float 706a and the partition 705 pass for example in guides or cable glands (not shown) which are integral with the float 706 or resilient reinforcing means 710, 711. Springs (not shown) can be interposed in series in these cables 707 to give them some elasticity.
Pour bien comprendre l'intérêt des cloisons 205", 505 à 705 attachées aux flotteurs 206", 506 à 706, 706a, considérons par exemple le cas des éléments mobiles 202", 502 à 702 tels que ceux des figures 9 à 12 qui sont des cylindres oblongs verticaux. Dans cette géométrie, pour fixer les ordres de grandeur, on envisage de mettre pour un méthanier de 200 000 m3, des éléments individuels oblongs 202", 502 à 702 par exemple de 0,7 m de diamètre et de 1 ,5 m de long sur trois couches soit environ 4 m de haut (la hauteur totale dépend de l'imbrication verticale des cylindres entre eux). La surface projetée horizontale du liquide dans un méthanier étant de l'ordre de
5300 m2, les caractéristiques d'un dispositif selon l'invention incorporant ces éléments 202", 502 à 702 sont :To understand the advantage of the partitions 205 ", 505 to 705 attached to the floats 206", 506 to 706, 706a, consider for example the case of the movable elements 202 ", 502 to 702 such as those of FIGS. 9 to 12 which are In this geometry, in order to set the orders of magnitude, it is envisaged to set for a 200,000 m 3 LNG carrier, individual oblong elements 202 ", 502 to 702, for example 0.7 m in diameter, and 1.5 m long over three layers, ie about 4 m high (the total height depends on the vertical imbrication of the cylinders between them). The horizontal projected surface of the liquid in a LNG tanker being of the order of 5300 m 2 , the characteristics of a device according to the invention incorporating these elements 202 ", 502 to 702 are:
• volume occupé par le dispositif : 21 000 m3 environ (plus de 15 % du volume de liquide total pour un taux de remplissage partiel du méthanier de 70 % et 52 % pour un remplissage de 20 % - ce sont des taux très élevés qui garantissent de s'opposer considérablement au développement de résonances de mouvements de liquide trop importantes ;• volume occupied by the device: approximately 21,000 m 3 (more than 15% of the total liquid volume for a partial filling rate of the LNG tanker of 70% and 52% for a filling of 20% - these are very high rates which guarantee to oppose considerably the development of resonances of excessive liquid movements;
• nombre d'éléments 202", 502 à 702 : 36 000 environ ;Number of elements 202 ", 502 to 702: about 36,000;
• masse d'un élément 202", 502 à 702 : 1 ,5 kg soit une « densité » apparente de 3 kg/m3 qui est extrêmement faible (en comparaison, une isolation thermique pour le bâtiment a typiquement une masse volumique de l'ordre de 20 kg/m3), ce qui représente une donnée très importante pour ne pas risquer d'endommager la paroi fragile 4a des cuves 4 ;• mass of an element 202 ", 502 to 702: 1, 5 kg or an apparent" density "of 3 kg / m 3 which is extremely low (in comparison, a thermal insulation for the building typically has a density of order of 20 kg / m 3 ), which is a very important data to avoid damaging the fragile wall 4a of the tanks 4;
• les flotteurs 206", 506 à 706a dans chaque élément oblong 202", 502 à 702 sont par exemple des sphères de 70 mm de diamètre et au nombre de 14 flotteurs par élément, dont le poids individuel est de quelques dizaines de grammes, ce qui est là aussi très important pour ne pas endommager la structure de la paroi 4a ;The floats 206 ", 506 to 706a in each oblong element 202", 502 to 702 are, for example, spheres 70 mm in diameter and 14 floats per element, the individual weight of which is a few tens of grams, which is also very important not to damage the structure of the wall 4a;
• les surfaces de frottements sont très importantes : environ 30 000 m2 de surface de contact des éléments 202", 502 à 702 entre eux et plus de 200 000 m2 de contact de frottement des couches des raidisseurs 510 à 710 et 211 , 511 à 711 des cloisons 205", 505 à 705 entre elles ; etThe friction surfaces are very large: approximately 30,000 m 2 of the contact surface of the elements 202 ", 502 to 702 between them and more than 200,000 m 2 of frictional contact between the layers of the stiffeners 510 to 710 and 211, 511 at 711 partitions 205 ", 505 to 705 therebetween; and
• Les surfaces de laminage du liquide à travers les orifices des tissus des cloisons 205", 505 à 705 sont aussi très importantes (plus de 150 000 m2).• The rolling surfaces of the liquid through the openings of the fabrics of partitions 205 ", 505 to 705 are also very important (more than 150,000 m 2 ).
En conclusion, les cloisons perméables selon l'invention permettent de délimiter un espace très important autour de chaque groupe de flotteurs qui permet ainsi au total d'emprisonner un volume considérable du liquide (21 000 m3) pour une perte de capacité minimale (la perte de capacité étant le volume du dispositif d'amortissement qui est non perméable au liquide à savoir essentiellement le volume des flotteurs (moins de 100 m3 au total ici,
soit moins d'un centième du volume occupé par l'ensemble du dispositif et moins de 1/ 2 000eme du volume de la cargaison).In conclusion, the permeable partitions according to the invention make it possible to delimit a very important space around each group of floats which thus makes it possible to imprison a considerable volume of the liquid (21,000 m 3 ) for a minimum loss of capacity (the loss of capacity being the volume of the damping device which is not permeable to the liquid, namely essentially the volume of the floats (less than 100 m 3 in total here, less than one hundredth of the volume occupied by the entire apparatus and less than 1/2 000th the volume of the cargo).
Les cloisons perméables selon l'invention permettent donc d'augmenter énormément les surfaces de laminage du liquide et de frottement sans pénaliser la perte de capacité. Ainsi, en partant d'environ 70 000 flotteurs individuels de 70 mm de diamètre qui occuperaient 65 % de la surface totale du liquide s'ils étaient seuls et donc ne provoqueraient aucun amortissement des mouvements, on atteint des volumes occupés supérieurs à 21 000 m3, des surfaces de frottement supérieure à 150 000 m2 et des surfaces de laminage du liquide supérieures aussi à 150 000 m2.The permeable partitions according to the invention therefore make it possible to enormously increase the rolling surfaces of the liquid and friction without penalizing the loss of capacity. Thus, starting from about 70 000 individual floats of 70 mm in diameter which would occupy 65% of the total surface of the liquid if they were alone and thus would not cause any damping of the movements, one reaches occupied volumes higher than 21 000 m 3 , friction surfaces greater than 150,000 m 2 and liquid rolling surfaces also greater than 150,000 m 2 .
L'exemple de réalisation des figures 13 et 14 illustre uniquement, en plus de celui de la figure 9, le fait que l'on peut utiliser plusieurs flotteurs 806 alignés à l'intérieur d'un même élément mobile 802 allongé et destiné à flotter en position sensiblement horizontale. Ces flotteurs 806 sont reliés, d'une part, à la cloison 805 (qui est renforcée par des moyens de renforcement élastiques 810, 811 en forme de raidisseurs longitudinaux et d'anneaux transversaux analogues à ceux précités) par les câbles souples de liaison 807 et, d'autre part, deux à deux entre eux par ces mêmes câbles 807 qui sont fixés à ces moyens de renforcement 810. Dans cette version, chaque élément 802 peut avoir des dimensions élevées, par exemple 1 m de diamètre D sur 10 m de longueur L voire plus, de façon à ce que le champ de vitesses du liquide soit différent d'une extrémité de l'élément 802 à l'autre, créant ainsi un cisaillement du liquide lié au gradient de vitesse dans la longueur et une plus grande efficacité dans la dissipation de l'énergie cinétique du liquide.The embodiment of FIGS. 13 and 14 only illustrates, in addition to that of FIG. 9, the fact that it is possible to use several floats 806 aligned within the same mobile element 802 that is elongated and intended to float. in a substantially horizontal position. These floats 806 are connected, on the one hand, to the partition 805 (which is reinforced by resilient reinforcing means 810, 811 in the form of longitudinal stiffeners and transverse rings similar to those mentioned above) by the flexible connecting cables 807 and, on the other hand, two by two between them by these same cables 807 which are fixed to these reinforcing means 810. In this version, each element 802 can have high dimensions, for example 1 m diameter D over 10 m of length L or more, so that the velocity field of the liquid is different from one end of the element 802 to the other, thus creating shear of the liquid related to the velocity gradient in the length and a more high efficiency in the dissipation of the kinetic energy of the liquid.
D'une manière générale en référence aux éléments mobiles 202 à 802 des figures 7 à 14, les raidisseurs transversaux 210 à 810 (optionnels) et longitudinaux 211 à 811 comprennent, comme dit précédemment, un assemblage de plusieurs couches minces (par exemple trois couches de feuillard acier « HLE » ou matériau équivalent de 0,7 mm d'épaisseur ou cinq couches de composite carbone-époxy mono-plis 80/20 de
0,25 mm d'épaisseur) qui présentent l'avantage d'être moins fragiles vis-à-vis de chocs et de flexions sévères. En outre, les surfaces des différentes couches de feuillard ou de composite sont aptes à « frotter » les unes contre les autres lors de la déformation de ces raidisseurs sous l'effet des mouvements du liquide, ce qui dissipe encore de l'énergie par friction et contribue de manière supplémentaire à l'amortissement de ces mouvements. Dans le cas particulier de l'utilisation de feuillards métalliques pour ces raidisseurs longitudinaux 211 à 811 et optionnellement transversauxIn general, with reference to the mobile elements 202 to 802 of FIGS. 7 to 14, the transverse stiffeners 210 to 810 (optional) and longitudinal stiffeners 211 to 811 comprise, as previously mentioned, an assembly of several thin layers (for example three layers "HLE" steel strip or equivalent material 0.7 mm thick or five layers of 80/20 single-ply carbon-epoxy composite 0.25 mm thick) which have the advantage of being less fragile with respect to shocks and severe flexures. In addition, the surfaces of the different layers of strip or composite are able to "rub" against each other during the deformation of these stiffeners under the effect of the movements of the liquid, which still dissipates energy by friction and contributes additionally to the damping of these movements. In the particular case of the use of metal strips for these longitudinal stiffeners 211 to 811 and optionally transverse
210 à 810, on peut en outre: - « grainer » les surfaces respectives de ces feuillards pour augmenter la dissipation d'énergie générée par contact frictionnel, ou bien210 to 810, one can furthermore: - "to graining" the respective surfaces of these strips to increase the dissipation of energy generated by frictional contact, or else
- coller un tissu de verre ou de carbone sur chaque face de ces couches minces de feuillards ayant été préalablement perforés pour que les couches d'adhésifs utilisés pour le collage des tissus soient intimement liées, les deux tissus en vis-à-vis à l'interface d'assemblage entre couches minces frottant l'un sur l'autre (étant précisé que l'aire de frottement aux interfaces des raidisseurs est considérable, supérieure à celle des éléments mobiles 202 à 802 entre eux).glue a glass or carbon fabric on each side of these thin layers of strips that have been previously perforated so that the adhesive layers used for the bonding of the tissues are intimately bonded, the two tissues facing each other; assembly interface between thin layers rubbing against each other (it being specified that the friction area at the interfaces of the stiffeners is considerable, greater than that of the moving elements 202 to 802 between them).
On notera également que l'on peut avantageusement augmenter les frottements des éléments mobiles 202 à 802 entre eux en équipant la surface externe de leurs cloisons 205 à 805 de « brosses » par exemple métalliques ou en fibres de verre.Note also that one can advantageously increase the friction of the movable elements 202 to 802 between them by equipping the outer surface of their partitions 205 to 805 of "brushes" for example metal or fiberglass.
Toujours en référence aux éléments mobiles 202 à 802 selon l'invention, on notera en outre que les tissus ajourés formant leurs cloisons respectives 205 à 805 qui émergent hors du liquide permettent avantageusement de « piéger » des micro-bulles de gaz, ce qui contribue encore à amortir les mouvements de ce liquide.Still with reference to the movable elements 202 to 802 according to the invention, it will be further noted that the perforated fabrics forming their respective partitions 205 to 805 which emerge out of the liquid advantageously make it possible to "trap" micro-bubbles of gas, which contributes still to dampen the movements of this liquid.
Les figures 15 à 18 illustrent des exemples de réalisation dudit second cas selon l'invention, où le dispositif d'amortissement 901 (figure 15),FIGS. 15 to 18 illustrate exemplary embodiments of said second case according to the invention, where the damping device 901 (FIG. 15),
901' (figure 16), 1001 (figure 18) comporte une multitude d'élément mobiles901 '(FIG. 16), 1001 (FIG. 18) comprises a multitude of moving elements
902, 1002 constitués de petits flotteurs 1006 et éventuellement de lests 1008
qui sont reliés entre eux par des câbles élastiques 907, 1007 par exemple en acier ou composite, eux-mêmes réunis par une même cloison externe déformable et ajourée 1005 (non visible aux figures 18 et 19) pour l'ensemble du dispositif 901 , 1001. Cette cloison 1005 est réalisée en un tissu tel que celui précité en référence aux cloisons 5 à 805 dudit premier cas. Quant aux éléments 902, 1002, ils peuvent comporter (voir médaillon de la figure 17) des moyens d'amplification du frottement 912 sous forme de « barbes métalliques », de picots, ou d'ondulations de surface. Comme visible à la figure 18, le dispositif 1001 comporte de préférence une pluralité de flotteurs 1006 localisés sur au moins sa rangée la plus supérieure, et un nombre plus élevé de lests 1008 localisés sur le reste de ses rangées inférieures.902, 1002 consisting of small floats 1006 and possibly 1008 weights which are interconnected by elastic cables 907, 1007 for example of steel or composite, themselves joined by a same deformable outer partition and openwork 1005 (not visible in Figures 18 and 19) for the entire device 901, 1001 This partition 1005 is made of a fabric such as the one mentioned above with reference to the partitions 5 to 805 of said first case. As for the elements 902, 1002, they may comprise (see medallion of FIG. 17) friction amplification means 912 in the form of "metal barbs", spikes, or surface corrugations. As can be seen in FIG. 18, the device 1001 preferably comprises a plurality of floats 1006 located on at least its highest row, and a greater number of ballasts 1008 located on the rest of its lower rows.
Dans l'exemple de la figure 19, les flotteurs sphériques 1106 formant les éléments mobiles 1102, par exemple en acier inoxydable, sont chacun pourvus à leur périphérie d'une multitude de câbles métalliques 1107 les protégeant (par exemple une vingtaine de câbles 1107 en acier inoxydable par flotteur 1106) qui peuvent être aimantés à leurs extrémités avec des pôles + et - créant ainsi des liaisons magnétiques avec les flotteurs 1106 adjacents destinées à être rompues par les mouvements du liquide. A titre simplement indicatif, chaque flotteur 1106 peut présenter un diamètre de 100 mm et une épaisseur de 0,5 mm, et chaque câble 1107 peut présenter une longueur de 10 cm à 30 cm et un diamètre de 1 ,5 mm. Les mouvements des flotteurs 1106 sont contrariés par les frottements mutuels des câbles 1107, qui dissipent de la chaleur et contribuent ainsi à amortir une partie de l'énergie cinétique du liquide en mouvement.In the example of FIG. 19, the spherical floats 1106 forming the moving elements 1102, for example made of stainless steel, are each provided at their periphery with a multitude of metal cables 1107 protecting them (for example about twenty cables 1107 in float stainless steel 1106) which can be magnetized at their ends with + and - poles thereby creating magnetic bonds with adjacent floats 1106 to be broken by the movements of the liquid. By way of indication, each float 1106 may have a diameter of 100 mm and a thickness of 0.5 mm, and each cable 1107 may have a length of 10 cm to 30 cm and a diameter of 1.5 mm. The movements of the floats 1106 are thwarted by the mutual friction of the cables 1107, which dissipate heat and thus contribute to damping part of the kinetic energy of the moving liquid.
Notamment en référence aux figures 15, 16, 17 et 19 précitées, on notera d'une manière générale que la ou chaque cloison d'un dispositif d'amortissement selon l'invention pourrait ne pas être perméable et être alors conçue pour dissiper l'énergie cinétique du liquide non pas par laminage, mais par frottements et/ou par ruptures d'aimantation.
Dans l'exemple de la figure 20, les coques sphériques 1205 associées aux flotteurs 1206 forment les cloisons des éléments mobiles 1202 qui possèdent une flottabilité légèrement positive. Les coques 1205 sont réalisées soit en acier ferritique « HLE » soit en aluminium ou en composite carbone ou verre. Dans le cas où les coques 1205 sont en acier ferritique, elles comportent des aimants sous forme d'inserts 1213 (une dizaine par exemple) associés à autant de « patchs » 1214 en acier inoxydable qui sont soudés ou fixés sur chaque coque 1205 et sur lesquels les aimants 1213 sont fixés. Dans le cas où les coques 1205 sont en aluminium ou en composite, elles comportent comme dans le cas précédent des aimants sous forme d'inserts 1213 associés à des « patchs » 1214 en aluminium en alternance avec des « patchs » (non représentés) identiques à l'assemblage aimant + « patch » précédent, mais réalisé en acier ferritique. De cette façon, les aimants 1213 d'un élément mobile 1202 vont attirer les « patchs » 1214 en acier ferritique de l'élément mobile adjacent 1202, si les coques 1205 sont en aluminium ou composite, ou bien la structure ferritique de cet élément adjacent 1202, si les coques 1205 sont réalisées en acier ferritique.In particular with reference to Figures 15, 16, 17 and 19 above, it will be noted in general that the or each partition of a damping device according to the invention may not be permeable and then be designed to dispel the kinetic energy of the liquid not by rolling, but by friction and / or by magnetization breaks. In the example of FIG. 20, the spherical hulls 1205 associated with the floats 1206 form the partitions of the movable elements 1202 which have a slightly positive buoyancy. The shells 1205 are made of ferritic steel "HLE" or aluminum or composite carbon or glass. In the case where shells 1205 are made of ferritic steel, they comprise magnets in the form of inserts 1213 (about ten for example) associated with as many "patches" 1214 of stainless steel which are welded or fixed on each shell 1205 and on which magnets 1213 are attached. In the case where the hulls 1205 are made of aluminum or composite, they comprise, as in the previous case, magnets in the form of inserts 1213 associated with aluminum "patches" 1214 alternating with "patches" (not shown) that are identical. to the previous magnet + "patch" assembly, but made of ferritic steel. In this way, the magnets 1213 of a movable member 1202 will attract the ferritic steel "patches" 1214 from the adjacent movable member 1202, if the shells 1205 are of aluminum or composite, or the ferritic structure of this adjacent element 1202, if the shells 1205 are made of ferritic steel.
En outre, ces coques 1205 comportent de nombreux évidements 1205a (par exemple 80 % d'évidements 1205a) qui permettent au liquide de circuler à travers les cloisons perméables 1205 ainsi formées pour les éléments mobiles 1202. Ainsi, l'énergie des mouvements de liquide sera dissipée par le frottement des coques 1205 entre elles, par la rupture des liaisons magnétiques entre coques 1205 et par les turbulences du liquide traversant celles-ci. On notera que les aimants 1213 ne sont pas indispensables et que l'on pourrait avoir sur le même principe des coques sphériques par exemple en aluminium avec une surface extérieure bosselée, des picots ou des « brosses » métalliques pour augmenter le frottement entre les éléments et donc la dissipation d'énergie. D'une manière générale pour l'ensemble des dispositifs d'amortissement selon l'invention, on notera également que la couche la plus
extérieure de la ou chaque cloison pourrait être avantageusement interchangeable, à la manière d'un sac monté de manière amovible.
In addition, these shells 1205 have numerous recesses 1205a (for example 80% of recesses 1205a) which allow the liquid to flow through the permeable partitions 1205 thus formed for the moving elements 1202. Thus, the energy of the movements of liquid will be dissipated by the friction shells 1205 between them, by the rupture of the magnetic bonds between hulls 1205 and the turbulence of the liquid passing through them. Note that the magnets 1213 are not essential and that one could have on the same principle spherical shells for example aluminum with a bumpy outer surface, pins or "brushes" to increase the friction between the elements and therefore the dissipation of energy. In general, for all the damping devices according to the invention, it will also be noted that the most external of the or each partition could be advantageously interchangeable, in the manner of a bag mounted removably.
Claims
REVENDICATIONS
1) Dispositif d'amortissement (1 à 1001) destiné à être au moins en partie immergé dans un liquide contenu dans une cuve fermée (4) pour préserver la paroi (4a) de la cuve en amortissant les mouvements de ce liquide, ce dispositif comportant un agencement tridimensionnel d'éléments mobiles (2 à 1202) librement sur et/ou dans ce liquide, caractérisé en ce que ces éléments sont délimités extérieurement, soit chacun d'eux dans un premier cas où ils sont séparés entre eux soit les uns avec les autres dans un second cas où ils sont reliés entre eux, par une cloison (5 à 1205) qui définit un volume interne fermé et qui est perméable au liquide de sorte à dissiper en chaleur tout ou partie de l'énergie cinétique du liquide circulant à travers cette cloison, ces éléments étant aptes à résister à des cryotempératures par exemple d'environ -162° C pour du méthane liquide.1) damping device (1 to 1001) intended to be at least partly immersed in a liquid contained in a closed vessel (4) to preserve the wall (4a) of the tank by damping the movements of this liquid, this device comprising a three-dimensional arrangement of movable elements (2 to 1202) freely on and / or in this liquid, characterized in that these elements are delimited externally, or each of them in a first case where they are separated from each other or with the others in a second case where they are interconnected by a partition (5 to 1205) which defines a closed internal volume and which is permeable to the liquid so as to dissipate all or part of the kinetic energy of the liquid into heat circulating through this partition, these elements being able to withstand cryotemperature for example of about -162 ° C for liquid methane.
2) Dispositif d'amortissement (1 à 1001) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite ou chaque cloison perméable (5 à 1005) est déformable par lesdits mouvements et définit un maillage qui présente une multitude d'orifices aptes à laminer le liquide et qui est formé par au moins une couche d'un tissu ou un tricot souple, de préférence un tissu de verre, de carbone, un tissu métallique ou un tissu de verre comportant des fils métalliques.2) damping device (1 to 1001) according to claim 1, characterized in that said or each permeable partition (5 to 1005) is deformable by said movements and defines a mesh which has a plurality of orifices capable of rolling the liquid and which is formed by at least one layer of a flexible fabric or knit, preferably a glass fabric, carbon fabric, a metal fabric or a glass fabric having metal wires.
3) Dispositif d'amortissement (1 à 801) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est conforme audit premier cas, lesdits éléments (2 à 802) séparés étant destinés à former une ou plusieurs couches superposées sur et/ou dans le liquide en étant sensiblement en contact les uns avec les autres de sorte que les frottements mutuels entre ces éléments contribuent à la dissipation en chaleur de l'énergie cinétique du liquide, ladite cloison (5 à 805) de chaque élément présentant une symétrie de révolution et entourant au moins un flotteur (6 à 806) qui est formé par une coque
métallique ou composite (306a) optionnellement remplie d'une matière de remplissage (306b), telle qu'un polyuréthanne cellulaire.3) damping device (1 to 801) according to claim 1 or 2, characterized in that it conforms to said first case, said elements (2 to 802) separated being intended to form one or more layers superimposed on and / or in the liquid being substantially in contact with each other so that the mutual friction between these elements contributes to the heat dissipation of the kinetic energy of the liquid, said partition (5 to 805) of each element having a symmetry of revolution and surrounding at least one float (6 to 806) which is formed by a hull metal or composite (306a) optionally filled with a filler (306b), such as a cellular polyurethane.
4) Dispositif d'amortissement (1 à 801) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque élément (2 à 802) présente une géométrie sensiblement cylindrique à extrémités arrondies ou bien une géométrie ovoïde, de sorte à présenter un coefficient de traînée minimisé dans le liquide, ledit ou lesdits flotteurs (6 à 806) de chaque élément étant agencés en relation avec le centre de gravité de cet élément de telle sorte que ce dernier ait une position libre de flottaison :4) damping device (1 to 801) according to claim 3, characterized in that each element (2 to 802) has a substantially cylindrical geometry with rounded ends or an ovoid geometry, so as to have a drag coefficient minimized in the liquid, said one or more floats (6 to 806) of each element being arranged in relation to the center of gravity of this element so that the latter has a free float position:
- sensiblement verticale, ce ou ces flotteurs étant de préférence agencés au-dessus dudit centre de gravité, ou biensubstantially vertical, this or these floats being preferably arranged above said center of gravity, or else
- sensiblement horizontale.- substantially horizontal.
5) Dispositif d'amortissement (1 à 801) selon la revendication5) damping device (1 to 801) according to the claim
3 ou 4, caractérisé en ce que le ou chaque flotteur (6 à 806) de chaque élément (2 à 802) est monté solidaire de ladite cloison (5 à 805) correspondante par des moyens souples de liaison (409 à 709a, 709b et 7 à 807) de préférence élastiques, tels que des nappes ou des gaines en tissu et/ou des câbles par exemple pourvus de ressorts métalliques, ces moyens de liaison étant aptes, d'une part, à se déformer sans se rompre lors de chocs sur ladite paroi (4a) de cuve (4) par exemple à une vitesse de 20 m/s et, d'autre part, à amortir ces chocs en réduisant l'effort maximal d'impact du ou de chaque flotteur projeté avec l'élément correspondant contre ladite paroi3 or 4, characterized in that the or each float (6 to 806) of each element (2 to 802) is mounted integral with said corresponding partition (5 to 805) by flexible connection means (409 to 709a, 709b and 7 to 807) preferably elastic, such as webs or fabric sheaths and / or cables for example provided with metal springs, these connecting means being able, on the one hand, to deform without breaking during shocks on said wall (4a) tank (4) for example at a speed of 20 m / s and, secondly, to dampen these shocks by reducing the maximum force of impact of the or each float projected with the corresponding element against said wall
6) Dispositif d'amortissement (1 à 801) selon une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que son volume total est supérieur à 50 fois et de préférence à 100 fois le volume desdits flotteurs (6 à 806), lesquels sont indéformables et présentent chacun de préférence une masse inférieure à 200 g pour une masse de chaque élément (2 à 802) inférieure à 5 kg, de sorte à maximiser la dissipation d'énergie tout en minimisant le volume et la masse de ces flotteurs de sorte à préserver ladite paroi.
7) Dispositif d'amortissement (1 à 801) selon la revendication 2 et l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ladite cloison (5 à 805) de chaque élément (2 à 802) comprend ledit tissu ou tricot renforcé sur sa face interne et/ou externe par des moyens de renforcement élastiques auxdites cryotempératures (210, 211 à 810, 811) de sorte à protéger le ou chaque flotteur (6 à 806) des chocs sur ladite paroi (4a) de cuve (4) en amortissant l'énergie cinétique transmise par le liquide tout en permettant à la cloison de reprendre sa forme initiale après déformation, lesquels moyens de renforcement contribuent par des frottements internes à leur structure à la dissipation en chaleur de l'énergie cinétique du liquide.6) damping device (1 to 801) according to one of claims 3 to 5, characterized in that its total volume is greater than 50 times and preferably 100 times the volume of said floats (6 to 806), which are indeformable and each preferably has a mass less than 200 g for a mass of each element (2 to 802) less than 5 kg, so as to maximize the energy dissipation while minimizing the volume and mass of these floats so as to preserve said wall. 7) A damping device (1 to 801) according to claim 2 and one of claims 3 to 6, characterized in that said partition (5 to 805) of each element (2 to 802) comprises said reinforced fabric or knit on its inner and / or outer face by resilient reinforcing means to said cryotemperatures (210, 211 to 810, 811) so as to protect the or each float (6 to 806) against shocks on said vessel wall (4a) (4 ) by damping the kinetic energy transmitted by the liquid while allowing the partition to resume its original shape after deformation, which reinforcement means contribute by internal friction to their structure to the heat dissipation of the kinetic energy of the liquid.
8) Dispositif d'amortissement (1 à 801) selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de renforcement élastiques (210, 211 à 810, 811) comprennent des raidisseurs longitudinaux (211 à 811) régulièrement espacés sur le pourtour de cette cloison (5 à 805) et, optionnellement, des raidisseurs transversaux (210 à 810) de préférence annulaires régulièrement espacés sur la hauteur de ladite cloison.8) damping device (1 to 801) according to claims 5 and 7, characterized in that said elastic reinforcing means (210, 211 to 810, 811) comprise longitudinal stiffeners (211 to 811) regularly spaced around the periphery of this partition (5 to 805) and, optionally, transverse stiffeners (210 to 810) preferably annular regularly spaced along the height of said partition.
9) Dispositif d'amortissement (1 à 801) selon la revendication9) damping device (1 to 801) according to the claim
7 ou 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison (7 à 807) et/ou lesdits moyens de renforcement élastiques (210, 211 à 810, 811) sont réalisés :7 or 8, characterized in that said connecting means (7 to 807) and / or said elastic reinforcing means (210, 211 to 810, 811) are made:
- en un acier inoxydable écroui à haute limite élastique, en un alliage de titane ou d'aluminium à plusieurs couches minces (412) de préférence séparées entre elles par des interfaces friction nelles collées sur l'intérieur des couches minces, contribuant ainsi à augmenter l'amortissement lors des déformations desdits éléments (2 à 802), ou- a hardened stainless steel with a high elastic limit, in a titanium or aluminum alloy with several thin layers (412) preferably separated from each other by frictional interfaces bonded to the inside of the thin layers, thus contributing to increasing the damping during the deformations of said elements (2 to 802), or
- en un matériau composite à plusieurs couches minces (412) par exemple à base d'une résine époxy renforcée par des fibres de carbone ou de verre.
10) Dispositif (901 , 1001) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est conforme audit second cas, lesdits éléments (902, 1002) étant reliés entre eux de manière espacée par des moyens souples de liaison (907, 1007) de préférence élastiques, tels que des câbles, et étant destinés à former un réseau tridimensionnel de flotteurs (1006) et de lests (1008) présentant respectivement des densités inférieures et supérieures à celles du liquide, chaque flotteur étant formé par une coque métallique (306a) optionnellement remplie d'une matière de remplissage (306b), telle qu'un polyuréthanne cellulaire.- A composite material with several thin layers (412) for example based on an epoxy resin reinforced with carbon fibers or glass. 10) Device (901, 1001) according to claim 1 or 2, characterized in that it conforms to said second case, said elements (902, 1002) being connected together spaced by flexible connecting means (907, 1007) preferably elastic, such as cables, and being intended to form a three-dimensional network of floats (1006) and weights (1008) respectively presenting densities lower and higher than those of the liquid, each float being formed by a metal shell (306a) optionally filled with a filler (306b), such as a cellular polyurethane.
11) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est conforme audit second cas, lesdits éléments (1102, 1202) étant reliés entre eux de manière espacée par des liaisons magnétiques prévues pour être rompues par les mouvements du liquide, chaque élément étant préalablement aimanté ou bien incorporant des moyens magnétiques (1107) situés de préférence sur la face interne de ladite cloison perméable (1205) délimitant extérieurement chaque élément ou bien dans des flotteurs (1206) contenus dans ce dernier.11) Device according to claim 1 or 2, characterized in that it conforms to said second case, said elements (1102, 1202) being interconnected spaced apart by magnetic connections provided to be broken by the movements of the liquid, each element being previously magnetized or incorporating magnetic means (1107) preferably located on the inner face of said permeable partition (1205) delimiting externally each element or in floats (1206) contained therein.
12) Cuve fermée (4) contenant un liquide et susceptible d'être soumise à des déplacements multidirectionnels, en particulier une cuve de stockage terrestre ou un réservoir d'un navire qui est au moins partiellement rempli du liquide et dont la paroi (4a) est formée par la double coque du navire, tel qu'un navire méthanier contenant du méthane liquide à une température d'environ. -162° C, caractérisée en ce qu'est au moins en partie immergé dans ce liquide un dispositif (1 à 1001) selon une des revendications précédentes, qui présente de préférence un volume immergé égal ou supérieur à 85 %.12) Closed vessel (4) containing a liquid and capable of being subjected to multidirectional displacements, in particular an earth storage tank or a tank of a ship which is at least partially filled with the liquid and whose wall (4a) is formed by the double hull of the ship, such as a LNG tanker containing liquid methane at a temperature of approx. -162 ° C, characterized in that is at least partially immersed in the liquid a device (1 to 1001) according to one of the preceding claims, which preferably has a submerged volume equal to or greater than 85%.
13) Cuve (4) selon la revendication 12, caractérisée en ce que lesdits éléments mobiles (2 à 1002) que comprend ce dispositif (1 à 1001) présentent, en totalité ou en partie, une flottabilité positive dans ce liquide
définie par une densité relative de ces éléments qui est de préférence comprise entre 0,7 et 0,95 par rapport à celle du liquide.13) tank (4) according to claim 12, characterized in that said movable elements (2 to 1002) that comprises this device (1 to 1001) have, in whole or in part, a positive buoyancy in this liquid defined by a relative density of these elements which is preferably between 0.7 and 0.95 relative to that of the liquid.
14) Cuve (4) selon la revendication 12, caractérisée en ce que lesdits éléments mobiles (2 à 1002) que comprend ce dispositif (1 à 1001) présentent, en totalité ou en partie, une flottabilité négative dans ce liquide définie par une densité relative de ces éléments qui est supérieure à 1 par rapport à celle du liquide.14) tank (4) according to claim 12, characterized in that said movable elements (2 to 1002) that comprises this device (1 to 1001) have, in whole or in part, a negative buoyancy in the liquid defined by a density relative of these elements which is greater than 1 with respect to that of the liquid.
15) Procédé d'amortissement des mouvements d'un liquide contenu dans une cuve fermée (4), en particulier un liquide cryogénique contenu dans un réservoir de navire, pour préserver la paroi (4a) de la cuve des effets néfastes de ces mouvements, caractérisé en ce qu'il comprend une dissipation en chaleur de tout ou partie de l'énergie cinétique du liquide en mouvement dans la cuve par une circulation permanente de ce liquide à travers au moins une cloison (5 à 1005) d'un agencement tridimensionnel d'éléments (2 à 1002) mobiles librement sur et/ou dans ce liquide, ces éléments étant délimités extérieurement, soit chacun d'eux dans un premier cas où ils sont séparés entre eux soit les uns avec les autres dans un second cas où ils sont reliés entre eux, par cette cloison qui définit un volume interne fermé en étant perméable au liquide et qui est de préférence déformable par ces mouvements pour réaliser cette circulation par capture et expulsion du liquide sous déformation.15) A method of damping the movements of a liquid contained in a closed vessel (4), in particular a cryogenic liquid contained in a vessel tank, to preserve the wall (4a) of the tank from the harmful effects of these movements, characterized in that it comprises a dissipation in heat of all or part of the kinetic energy of the liquid moving in the tank by a permanent circulation of this liquid through at least one partition (5 to 1005) of a three-dimensional arrangement elements (2 to 1002) freely movable on and / or in this liquid, these elements being delimited externally, or each of them in a first case where they are separated from each other or with each other in a second case where they are interconnected by this partition which defines a closed internal volume being permeable to the liquid and which is preferably deformable by these movements to achieve this circulation by capture and expulsion of the liquid under deformation.
16) Procédé d'amortissement selon la revendication 15, caractérisé en ce que cette dissipation en chaleur de l'énergie cinétique du liquide est en outre réalisée :16) damping method according to claim 15, characterized in that this heat dissipation of the kinetic energy of the liquid is further achieved:
- par des frottements mutuels entre lesdits éléments (2 àby mutual friction between said elements (2 to
1002) qui sont sensiblement en contact les uns avec les autres, et/ou - par des tourbillons hydrodynamiques générés dans le liquide par la rotation sur eux-mêmes desdits éléments, par exemple du fait de leur géométrie asymétrique ou hélicoïdale.
1002) which are substantially in contact with one another, and / or - by hydrodynamic vortices generated in the liquid by the rotation on themselves of said elements, for example because of their asymmetric or helical geometry.
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