WO2011036406A1 - Installation notamment pour la production et le traitement de fluides comprenant une unité flottante pourvue d'un système d'amarrage rotatif à point unique par l'intermédiaire d'une tourelle montée en pivot dans un puits et l'unité flottante - Google Patents

Installation notamment pour la production et le traitement de fluides comprenant une unité flottante pourvue d'un système d'amarrage rotatif à point unique par l'intermédiaire d'une tourelle montée en pivot dans un puits et l'unité flottante Download PDF

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WO2011036406A1
WO2011036406A1 PCT/FR2010/051986 FR2010051986W WO2011036406A1 WO 2011036406 A1 WO2011036406 A1 WO 2011036406A1 FR 2010051986 W FR2010051986 W FR 2010051986W WO 2011036406 A1 WO2011036406 A1 WO 2011036406A1
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WO
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turret
ring
installation according
floating unit
modules
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/051986
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English (en)
Inventor
Cyrille Dechiron
Philippe François ESPINASSE
Marc Cahay
Original Assignee
Technip France
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B63B21/507—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers with mooring turrets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/50—Other types of ball or roller bearings
    • F16C19/502—Other types of ball or roller bearings with rolling elements in rows not forming a full circle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings

Definitions

  • Installation especially for the production and treatment of fluids comprising a floating unit provided with a single-point rotary mooring system via a turret pivoted in a well and the floating unit.
  • the invention relates to an installation, particularly for the production, storage and treatment of fluids, such as petroleum, of the type comprising a floating unit such as a boat, provided with a single-point rotary mooring system by means of a intermediate turret pivotally mounted in an opening in the form of a well traversing integrally vertically the hull of the floating unit, moored on the seabed and traversed by a multitude of fluid transfer conduits of the seabed to equipment provided on the floating unit, the mooring system comprising guide devices for the turret in the well, which comprises rotation elements arranged between the turret and the floating unit running tracks, and means of deformation absorption, in particular of the floating unit.
  • the invention particularly relates to floating units with turrets of large diameter. Indeed, for optimal extraction and exploitation of oil fields and gases on the seabed, particularly at great depth, floating units with a large diameter turret are necessary to allow the passage of the large number of transfer conduits which connect the many wellheads on the seabed to the equipment of the floating unit and which must pass through the turret, in the first place the rotary fluid transfer system or rotary joint multi-fluid and multi-passages.
  • the guide arrangements of the turret rotating in the well of the floating unit must withstand very high loads, such as static and dynamic anchoring loads, the loads transmitted by the transfer pipes, the static loads resulting from the weight of the turret and the on-board equipment, in particular the rotary joint, as well as dynamic loads due to the mass of the rotating turret, and its equipment, subject to accelerations produced by the movements of the floating unit, particularly under the effect of waves and wind.
  • the object of the invention is to propose a solution to the problem of docking systems, which overcomes the disadvantages of known solutions.
  • the invention is characterized in that the rotation elements are rigid elements which are arranged in the form of a ring and regularly distributed around the axis of the well and in that the absorption means of the deformations are associated with the rotating elements and interposed between them and the turret or the floating unit.
  • the rolling elements are replaceable by part.
  • the installation is characterized in that the means for absorbing the deformations are interposed between the rotation elements and the floating unit.
  • the installation is characterized in that the rotation elements are arranged in the form of recirculating roller modules and form a ring in which the modules succeed one another in the peripheral direction of the turret.
  • the installation is characterized in that the recirculating roller modules are fixed on the turret and fixed on the boat by interposition of bearings preferably of fretted elastomer.
  • the installation is characterized in that the guiding devices comprise an axial abutment comprising modules for recirculating tapered rollers for guiding axial revolution.
  • the installation is characterized in that the guiding devices comprise a radial bearing provided with recirculating rollers for guiding radial revolution to allow movement on a cylindrical rolling track secured to the outer surface of the turret. .
  • the installation is characterized in that the guiding devices comprise a ring which is mounted floating on the structure of the boat around the axis of the turret and in that the rotation elements are interposed between the surface outer cylindrical turret and 1 'ring.
  • the installation is characterized in that the ring is connected to the structure of the boat by a hinge in the form of a ball joint, with vertical sliding, and comprises at the location diametrically opposed to the articulation of the means for stopping the rotation of the ring.
  • the installation is characterized in that the rotation stop means are made in the form of fretted elastomer blocks.
  • the installation is characterized in that the ring is supported in a plurality of points on the structure of the boat.
  • the installation is characterized in that the supports are made in the form of fretted elastomeric block.
  • the installation is characterized in that the stop means and the bearing points are made in the form of swiveling and sliding pads.
  • the installation is characterized in that the ring is made in the form of a flexible and deformable ring, configured to ensure a pressed application of the rotation elements against the cylindrical outer surface of the turret.
  • the installation is characterized in that the ring comprises a device of traction bars articulated to each other, around the axis of the well, and intended to maintain a device for applying the rotation elements. against the outer cylindrical surface of the turret.
  • the installation is characterized in that the device for applying the rotary elements is in the shape of a circular chain.
  • the installation is characterized in that the device for applying the rotation elements against the cylindrical outer surface of the turret comprises a plurality of pedals arranged around the axis of the well and articulated to the annular device of the arms. traction.
  • the installation is characterized in that the rotation elements are rollers or bogies, which are in rolling contact with the turret and fixed through supports on the ring.
  • the installation is characterized in that the rotation elements are balls or rollers arranged between guide rails secured respectively to the turret and the ring.
  • FIG. 1 is a schematic view of a floating unit provided with a single-point rotary mooring system through a turret moored to the sea floor;
  • Fig. 2A is a broken view of the turret guide devices in the well of the floating unit
  • Figure 2B is a view in the direction of the arrow IIB of Figure 2A and shows the axial stop
  • Figure 2C is a view in the direction of the arrow IIC of Figure 2A and shows a portion of the radial bearing
  • Figure 2D is a view of a roller recirculation module of the axial stop
  • Figure 2E is a view similar to Figure 2B but shows in addition to the cylinders for the replacement of the recirculation modules of rollers;
  • Figure 2F is a view similar to Figure 2A but shows only the axial stop in the case of deformation of the shear direction;
  • Figures 3A and 3B are similar views respectively of Figures 2A and 2C, but show another embodiment of a radial bearing; - Figures 4A and 4B are views respectively from above and in vertical section of another embodiment of the turret guide devices whose particularity lies in the use of a relatively rigid ring and "floating";
  • FIGS. 4C and 4D are top and side views of the floating rigid ring of FIG. 4B;
  • Figures 5 and 6 show two other embodiments of the guide device of the turret in the floating unit, provided with a ring for absorbing the deformations of the floating unit;
  • FIG. 7A illustrates the articulation of the ring to the boat with a sliding ball joint
  • Figure 7B illustrates a swiveling and sliding pad to interpose between the ring and the boat
  • FIGS. 8A, 8B and 9A and 9B and 10 illustrate three other embodiments of rotation elements that can be interposed between the ring and the turret.
  • the invention relates to an installation as shown in FIG. 1.
  • This installation essentially comprises a floating unit 1 for producing, storing and discharging a fluid such as oil or gas, which is moored by a hydraulic system.
  • rotary mooring single anchor point through a turret 2 which is pivotally mounted in an opening in the form of a well 3 through vertically the entire floating unit.
  • the turret is moored to the seabed 4 by cables, chains or any other appropriate means 5, the other end is attached to the base 6 of the turret.
  • the figure shows two lines 7 of fluid transfer among the large number provided for optimum exploitation of oil fields or gas.
  • the lower ends of these pipes go to unrepresented wellheads while the upper part of the pipes pass through the turret 2 to transport the fluid via the rotary fluid transfer system 9 to the various equipment schematically represented by the reference 8 of the floating unit.
  • the turret 2 is guided in the well 3 by guide arrangements which comprise an axial abutment device and a radial bearing, the configurations of which constitute the essential objective of the invention.
  • FIGS. 2A to 2F illustrate a first embodiment of an axial abutment marked 10 and a radial bearing marked 12.
  • the axial abutment 10 is interposed between a horizontal upper plate 14 of the turret 2 and the zone of the bridge 13 of the Boat 1, around the edge of the well 3.
  • the radial bearing 12 is disposed between the outer peripheral surface 18 of the turret 2 and the surface 19 of the boat, which delimits the well 3, near the bridge 13.
  • the character is represented on Figure 2A to give an idea of the dimensions of the constituent components of the stop and the bearing.
  • both the axial stop 10 and the bearing 12 are based on the use of roller recirculation modules.
  • These modules associated in the context of the invention with specific interfaces provide a very effective solution to the problem of transferring heavy loads between the turret and the boat.
  • These modules are known per se and used, in general, for the displacement of heavy loads.
  • a succession of such modules designated by the reference 22 is disposed in the form of a ring around the edge of the well in the axial abutment (FIG. 2B) and around the turret (FIG. 2C).
  • Each module comprises a large number of rolling elements for example cylindrical or conical rollers which are connected at their ends to chains so as to be able to move around a retaining plate thus causing an integrated recirculation.
  • the last retracted roll is routed by pulling the chain link members to the front of the plate where it turns around and finds itself introduced again between the track and the plate.
  • raceway both axial abutment and radial bearing, anchored turret side that deforms little and segmented modules on the ship side that is subject to deformations.
  • raceway is segmented to facilitate the replacement of worn track segments.
  • the proposed arrangements are sufficiently compact, because of the small size of the modules, compared to known solutions with rollers, to allow insulating the tracks and groups of modules of the surrounding medium by creating a relatively tight confined enclosure (not shown in the figures ), limiting exposure to aggressive external agents (especially dust pollution, spray, mechanical obstacles, ...) and advantageously to create an environment conducive to the sustainability of the system (air lubricated or lubricant type oil or high pressure grease, ).
  • the recirculating roller modules that are used in the axial abutment and the radial bearing are similar, but adapted to the displacements that the rollers must make, which are different in both cases. Their association forms a kind of modular roller crown.
  • the modules are adapted to guide the loads in a plane on a circular path located in this same plane, around the axis of the well. It is therefore a module for guiding axial revolution for the rotation with fixed radius under axial loads that is used.
  • the rollers may not be cylindrical but advantageously conical, their conicity being adapted to the radius of gyration and the generatrices competing at a central point 33 on the axis of the well.
  • the axial revolution guide module has the reference 22a.
  • the retaining plate is flat, but its cut is not rectangular. It describes an arc whose radius is also that of the gyration of the displaced load.
  • the module is presented mounted on the well and the track on the turret, but the realization of the inverted disposition, module on turret and track on well, is possible.
  • the axial modules can be mounted on a device of hydraulic cylinders which will be detailed in more detail with reference to FIG. 3A.
  • the recirculating module that is used in the radial bearing requires the use of a concave radial revolution guide module to allow movement on the outer cylindrical surface of the turret.
  • the module is referenced 22b.
  • the plate of this module is concave, which is clear from Figure 2C. This arrangement requires the presence of the cylindrical track opposite the module to press the rollers on the side of the turret. But a convex module can also be mounted on the turret, facing a convex track connected to the well.
  • interpose setting devices such as multiple wedges, wedge wedges or the like and / or flat or rotated elastomeric pads, in order to be able to adjust the play during assembly and to accommodate small relative displacements.
  • the modular roller crowns thus formed still have the advantage that a change could be made simply by locally relieving the module to go out,
  • the axial stop must be able to absorb a vertical displacement of the order of +/- 10 mm and the radial bearing an excursion of the order of +/- 20 mm, for example.
  • the axial modules 22a with tapered rollers 24 are mounted on the side of the deck of the boat against a circular rail 26 formed by an H profile, which is fixed on the inner face of the platform 14 of the turret.
  • this circular rail 26 consists of several segments to facilitate the possible replacement of one of them in case of wear.
  • an interface is arranged between each module and the surface of the boat, which essentially comprises a swivel and shear support piece 28, advantageously made of shrink-wrapped elastomer, and a rigid support formed by two conical wedges 29, 30 , with the interposition of attachment planes 31.
  • the hold 30 is fixed to the boat while the hold 29 is movable with its own attachment plane, to ensure proper adjustment of the height of the hold device 29, 30.
  • the modules 22b of the radial bearing 12 are mounted in essentially the same manner on the cylindrical outer surface 18 of the turret via a rigid rail 26 in the form of an H-shaped profile and, next to the boat via an interface comprising a swiveling and shearing abutment of fretted elastomer 28, an attachment plane 31 and a wedge device 29, 30.
  • the elastomeric bearings 28 provide charge transfer while allowing transverse displacement with a very low level of shear strength of the elastomeric layers, as illustrated in FIG. 2F.
  • the blocks of elastomer 28 also provide by pinching or by the configuration of the hoop the spindle support of the module, thus conforming to the relative rotations of the faces 13 and 14 facing one another.
  • FIG. 2E illustrates one of the possible means for replacing an assembly formed by a module and its interface.
  • the means comprise two jacks 45 which are placed on either side of the assembly to cause sufficient spacing of the bearing surfaces to be able to get out this set.
  • the cylinder head is equipped with a sliding pad 46, which can also be one or more rollers or a recirculating roller module.
  • FIG. 3A Another possibility of producing the support interface of the module which accommodates the relative remoteness or approximation of the surfaces 13 and 14 and which also allows easy replacement of the module of the axial abutment is shown in FIG. 3A.
  • each of the modules is mounted on a hydraulic cylinder 45 in place of wedges 29, 30. For replacement, it will be sufficient to retract the cylinder to release the module of any load. It may also be envisaged to simply compress the fretted interface 28, in order to cause sufficient spacing of the bearing surfaces.
  • the hydraulic chambers of each of the jacks of the modules are connected communicating.
  • the load applied to the axial roll recirculation modules is homogeneously distributed over each of the recirculating roller modules, in particular in the case of a purely axial force exerted on the axial abutment.
  • the roll recirculation modules can be grouped together to form at least two sets of roller recirculation modules, and advantageously three sets of recirculating roller modules.
  • each of the recirculating roller modules is then mounted on a hydraulic cylinder.
  • the hydraulic chambers of the cylinders of the recirculating roller modules forming a set of modules are connected.
  • each of the sets of modules undergoes an isostatic load, particularly in the case where a tilting moment can be added to the axial force.
  • the load is then homogeneously distributed over each of the modules of a set of modules.
  • the invention advantageously proposes to ensure the non-displacement of the rollers relative to their track by means of lateral guide rollers 34 which are rotatably mounted on the module, a roller on each lateral side and rolling in contact on the two lateral faces 35 of the branch 36 of the rail 26, which is adjacent to the module.
  • the rollers 34 are advantageously mounted on eccentric axes to easily adjust the game to its minimum required and thus preserve the maximum rollers of inadvertent transverse displacement when the shaft is ovalized.
  • the eccentric axis rollers also compensate for the weight of the module which would otherwise shear the fretted elastomeric bearing.
  • FIGs 3A and 3B also show an embodiment of the radial bearing 12 which allows the absorption of large deformations, thanks to a particular interface between the modules 22b and the surface of the boat.
  • This interface comprises a fretted elastomer swivel block 38, the inner plates 39 are slightly bent in the vertical direction, as seen in Figure 3A.
  • the block 38 bears against a spring element 42 which is disposed in a cavity 43 made in the face of the well.
  • This spring may be a hydraulic or mechanical spring or any other suitable.
  • the rear face of the module 22b bears against the swivel block 38 on the rear face of which the spring 42 acts. This spring arrangement can be retained also for the axial abutment.
  • two hydraulic jacks 41 are arranged on either side of the block 38, the rods of which bear at their ends hats 41 which bear against the block in order to be able to push it against the spring 42. It is thus possible to release the module by actuating the cylinder.
  • the modules are mounted directly on the turret which constitutes the member which undergoes less deformation than the boat and the boat which is subject to relatively large deformations.
  • FIGS. 4A to 4E illustrate another embodiment of the means capable of absorbing significant deformations and which ensure the rotundity of the track and at the same time that of the turret which supports the radial recirculating roll modules.
  • this solution is made possible by the interposition between the edge of the well in the boat and the turret of an independent rigid ring 50.
  • this ring 50 which is not infinitely rigid, can also be designed with a device for adjusting the length by half (as the indexes 73 shown in Figure 5), which allows to press the radial modules on the turret to adjust the perimeter and remove the radial clearance.
  • This ring is pivotally mounted on an axis 52 of the ship which is configured to perform the function of a vertically sliding ball as shown in FIG. 7A.
  • the axis 52 is axially sliding in an annular piece with spherical outer surface 80 engaged in a complementary concave pad 81, the parts 80 and 81 performing the function of a ball joint.
  • This patella represented in the example can be made of bronze and steel or other pair of materials with controlled friction coefficient) can also be made of fretted elastomer and thus ensure the rotation by distortion or pinching and release the translation by shear along the vertical axis.
  • the ring For the reception of the pivot axis 52, the ring has a suitable outward radial outgrowth 53. Diametrically opposed to the swiveling-sliding axis 52, the ring comprises a tab extending radially outwardly. 55 which cooperates with two supports 57, 58 disposed on either side of the tab and which constitute rotational stop supports. The supports 57, 58 have a degree of freedom in the direction of the axis 52-55, or at least some elasticity.
  • the ring is sandwiched in its portion radially opposite the pivot 52 between the two supports, for example elastomer 57, 58, which leave the ring free to keep its circular shape while the well 3 in the boat is deforms in the direction of elongation or radial narrowing.
  • the ring also rests on three supports 60 advantageously elastomeric fretted able to follow the movements of the ring in its plane and to accept a slight inclination by pinching. These supports are evenly distributed around the ring, a support being located at the leg 55. It could also be used for this purpose supports patches rotated perpendicularly to the horizontal plane and sliding in the same horizontal plane.
  • Such a slidable sliding pad 60 may comprise, as shown in FIG. 7B, a flat piece 82 which is integral with the structure of the boat, a piece 83 whose outer surface is spherically curved and a piece of bearing 84 complementary which is integral with the ring 50.
  • the piece patella 83 is slippery in the direction of the double arrow on the boat and allows, cooperating with the bearing 84 a swiveling movement of the ring.
  • the advantage of the supports 60 is that they also accommodate very well the very low rotations caused by the vertical deformation of the structure of the boat.
  • the sliding and simultaneously swiveling supports can also be chosen for the directional stops 57 and 58.
  • the invention proposes another embodiment of the ring.
  • this embodiment is based on the use of a flexible ring.
  • the mode comprises for example a strap or a relatively thick and curved sheet or a set of successive elements rigid but articulated to each other, as in the principle of a chain.
  • Figure 5 shows a chain type arrangement. It is designated by the reference 65. It coaxially surrounds the axis of the turret 2.
  • the recirculating roller modules 22b are interposed between the elements 67 of the chain and the peripheral face of the turret.
  • the chain is held by four pull bars 69 which are hinged to each other at by means of angular gear pieces 71 thus forming a frame-like structure encircling the flexible ring which is connected to the boat by a swivel pivot pivot-type pivot 52.
  • This pivot is received by a four corner pieces 71.
  • the corner piece 71 diametrically opposite has a tab having the function of the lug 55 of the rigid ring 50 and sandwiched between two rotational stop supports designated by the references 57 and 58 stops ring 50.
  • the chain is provided with two elements 73 for adjusting the half-length of the chain, to adjust the perimeter and remove any radial play, which are arranged on both sides. other of the return piece 71, which carries the rotational locking tab 52.
  • the turret has a tubular shape whose rotundity under load is provided by a plurality of spokes 77 disposed between a central hub 78 and the annular body of the turret.
  • An embodiment of the diaphragm type is also possible to perform this function (not shown).
  • FIG. 6 shows another embodiment of the ring, which is based on the principle of the use of tension or traction bars 69 articulated to each other by return parts 71 of the embodiment according to FIG.
  • the recirculating roller modules 22b which, however, could be replaced by other rotating elements are pressed against the surface external device of the turret by pedals 80 which are articulated to the return parts 71.
  • roller recirculation modules may be replaced by any other rotation element.
  • FIGS. 8A, 8B, 9A, 9B and 10 illustrate by way of example the use of a ring such as the rigid ring 50 or multi-articulated 65 or hinged 80 with other rotating elements.
  • FIGS. 8A and 8B show as rotation elements interposed between the ring 50 and the turret 2 of the rollers 87 which are mounted on the surface of the well of the boat, via a support 88 and are in contact of bearings on the outer cylindrical surface of the turret 2.
  • the rotation elements are formed by bogies 90.
  • Each bogie is in bearing contact by at least two rollers, and ideally four rollers 91 on the outer cylindrical face of the turret, which are fixed on the ring by means of a fretted elastomeric block 92 whose frets may, if necessary, be bent parallel and, or perpendicular to the axis of the turret.
  • FIG. 10 shows the use, as rotational elements interposed between the turret and the ring, of the rollers 95.
  • the rollers 95 are arranged in the form of three rings 96, 97 and 87, which are coaxial with the axis of the turret and spaced in the direction of this axis.
  • Each ring 96, 97 of rollers 95 with horizontal axis (for the axial forces) and the ring 87 of roller with vertical axis (for the radial forces) is arranged in contact bearings between two tracks of bearings 98 and 99, of which the one is provided on a part 100 secured to the turret and the other 101 secured to the ring.
  • the two pieces are shaped circular rails and coaxial with the axis of the turret.
  • balls or any other suitable small rolling element in place of the rollers.

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Abstract

L'invention concerne une installation notamment pour la production, le stockage et le traitement de fluides, du type comprenant une unité flottante (1), pourvu d'un système d'amarrage rotatif à point unique par l'intermédiaire d'une tourelle (2) montée en pivot dans un puits de l'unité flottante et amarrée sur le fond marin, le système d'amarrage comprenant des dispositifs de guidage (10,12) de la tourelle (2) dans le puits (3), qui comporte des éléments de rotation disposés entre des pistes de roulements de la tourelle et de l'unité flottante. L'installation est caractérisée en ce que les éléments de rotation sont des éléments rigides (22a, 22b) qui sont arrangés en forme d'une couronne et répartis régulièrement autour de l'axe du puits et en ce que les moyens d'absorption des déformations sont associés aux éléments de rotation et interposés entre ceux-ci et la tourelle ou l'unité flottante. L'installation est utilisable dans le domaine des installations offshores de production de pétrole ou de gaz.

Description

Installation notamment pour la production et le traitement de fluides comprenant une unité flottante pourvue d'un système d'amarrage rotatif à point unique par l'intermédiaire d'une tourelle montée en pivot dans un puits et l'unité flottante.
L'invention concerne une installation notamment pour la production, le stockage et le traitement de fluides, tel que du pétrole, du type comprenant une unité flottante telle qu'un bateau, pourvu d'un système d'amarrage rotatif à point unique par l'intermédiaire d'une tourelle montée en pivot dans une ouverture en forme d'un puits traversant intégralement verticalement la coque de l'unité flottante, amarrée sur le fond marin et traversé par une multitude de conduits de transfert de fluide du fond marin à des équipements prévus sur l'unité flottante, le système d'amarrage comprenant des dispositifs de guidage de la tourelle dans le puits, qui comporte des éléments de rotation disposés entre des pistes de roulement de la tourelle et de l'unité flottante, et des moyens d' absorption des déformations notamment de l'unité flottante.
L' invention concerne particulièrement les unités flottantes pourvues de tourelles d'un grand diamètre. En effet, pour une extraction et une exploitation optimales des champs pétroliers et de gaz sur le fond marin, notamment en grande profondeur, des unités flottantes à tourelle d'un grand diamètre sont nécessaires pour permettre le passage du grand nombre de conduits de transfert qui relient les nombreuses têtes de puits au fond marin aux équipements de l'unité flottante et qui doivent passer par la tourelle, en premier lieu le système rotatif de transfert des fluides ou joint tournant multi-fluides et multi-passages .
Dans ces conditions les agencements de guidage de la tourelle tournant dans le puits de l'unité flottante doivent supporter de très fortes charges, telles que les charges d'ancrage statiques et dynamiques, les charges transmises par les conduites de transfert, les charges statiques résultant des poids de la tourelle et des équipements embarqués, notamment le joint tournant, ainsi que des charges dynamiques dues à la masse de la tourelle tournante, et de ses équipements, soumis à des accélérations produites par les mouvements de l'unité flottante notamment sous l'effet des vagues et du vent.
Les systèmes d'amarrage à point unique et tourelle, actuellement connus, ne sont pas satisfaisants, notamment en termes de répartition homogène des charges et de déformation admissible. Les éléments extérieurs, provoquent des déformations non négligeables de la coque de l'unité flottante. La plupart des systèmes d'amarrage ont donc pour objectif de rendre les fondations des dispositifs de roulement indépendantes des déformations du bateau, par des aménagements structuraux en acier complexes et monumentaux et éventuellement de dispositifs élastomériques coûteux, la fondation devant présenter une précision de fabrication très contraignante, voir impossible pour les chantiers navales.
L'invention a pour but de proposer une solution au problème des systèmes d'amarrage, qui pallient les inconvénients des solutions connues.
Pour atteindre ce but, l'invention est caractérisée en ce que les éléments de rotation sont des éléments rigides qui sont arrangés en forme d'une couronne et répartis régulièrement autour de l'axe du puits et en ce que les moyens d'absorption des déformations sont associés aux éléments de rotation et interposés entre ceux-ci et la tourelle ou l'unité flottante. Les éléments de roulement sont remplaçables par partie.
Selon une caractéristique de l'invention, l'installation est caractérisée en ce que les moyens d'absorptions des déformations sont interposés entre les éléments de rotation et l'unité flottante. Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les éléments de rotation sont agencés sous forme de modules à recirculation de rouleaux et forment une couronne dans laquelle les modules se succèdent dans la direction périphérique de la tourelle.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les modules à recirculation de rouleaux sont fixés sur la tourelle et fixés sur le bateau par interposition d'appuis de rotulage avantageusement en élastomère fretté.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les dispositifs de guidage comportent une butée axiale comprenant des modules à recirculation de rouleaux coniques de guidage de révolution axiale.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les dispositifs de guidage comportent un palier radial pourvu de modules à recirculation rouleaux de guidage de révolution radiale pour permettre le mouvement sur une piste de roulement cylindrique solidaire de la surface extérieure de la tourelle .
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les dispositifs de guidage comporte un anneau qui est monté flottant sur la structure du bateau autour de l'axe de la tourelle et en ce que les éléments de rotation sont interposés entre la surface extérieure cylindrique de la tourelle et 1 ' anneau .
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que l'anneau est relié à la structure du bateau par une articulation en forme d'une rotule, avec glissement vertical, et comporte à l'endroit diamétralement opposé à l'articulation des moyens d'arrêt en rotation de l'anneau. Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que le moyen d'arrêt en rotation sont réalisés sous forme de blocs en élastomère fretté.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que l'anneau prend appui en une pluralité de points sur la structure du bateau.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les appuis sont réalisés sous forme de bloc en élastomère fretté.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les moyens d'arrêt et les points d'appui sont réalisés sous forme de patins rotulants et glissants .
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que l'anneau est réalisé sous forme d'un anneau souple et déformable, configuré pour assurer une application pressée des éléments de rotation contre la surface extérieure cylindrique de la tourelle.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que l'anneau comprend un dispositif de barres de traction articulées les unes aux autres, autour de l'axe du puits, et destiné à maintenir un dispositif d'application des éléments de rotation contre la surface cylindrique extérieure de la tourelle.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que le dispositif d'application des éléments rotatifs est en forme d'une chaîne circulaire.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que le dispositif d'application des éléments de rotation contre la surface extérieure cylindrique de la tourelle comporte une pluralité de palonniers disposés autour de l'axe du puits et articulés au dispositif annulaire des bras de traction.
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les éléments de rotation sont des galets ou boggies, qui sont en contact de roulement avec la tourelle et fixés par l'intermédiaire de supports sur 1 ' anneau .
Selon une autre caractéristique, l'installation est caractérisée en ce que les éléments de rotation sont des billes ou rouleaux disposés entre des rails de guidage solidaires respectivement de la tourelle et de l'anneau.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une unité flottante pourvue d'un système à amarrage rotatif à point unique par l'intermédiaire d'une tourelle amarrée au sol marin ;
la figure 2A est une vue avec arrachement des dispositifs de guidage de la tourelle dans le puits de l'unité flottante ;
la figure 2B est une vue en direction de la flèche IIB de la figure 2A et montre la butée axiale ;
la figure 2C est une vue en direction de la flèche IIC de la figure 2A et montre une partie du palier radial ;
la figure 2D est une vue sur un module de recirculation de rouleaux de la butée axiale ;
- la figure 2E est une vue similaire à la figure 2B mais montre en plus des vérins permettant le remplacement des modules à recirculation de rouleaux ;
- la figure 2F est une vue similaire à la figure 2A mais ne montre que la butée axiale dans le cas de déformation de la direction de cisaillement ;
les figures 3A et 3B sont des vues similaires respectivement des figures 2A et 2C, mais montrent une autre version de réalisation d'un palier radial ; - les figures 4A et 4B sont des vues respectivement de dessus et en coupe verticale d'un autre mode de réalisation des dispositifs de guidage de la tourelle dont la particularité réside dans l'utilisation d'un anneau relativement rigide et « flottant » ;
- les figures 4C et 4D sont des vues de dessus et latérale de l'anneau rigide flottant de la figure 4B ;
les figures 5 et 6 montrent deux autres réalisations du dispositif de guidage de la tourelle dans l'unité flottante, pourvu d'un anneau d'absorption des déformations de l'unité flottante ;
- la figure 7A illustre l'articulation de l'anneau au bateau à l'aide d'une rotule à glissement ;
la figure 7B illustre un patin rotulant et glissant à interposer entre l'anneau et le bateau ;
les figures 8A, 8B et 9A et 9B ainsi que 10 illustrent trois autres modes de réalisation des éléments de rotation susceptibles d'être interposés entre l'anneau et la tourelle.
L'invention concerne une installation telle que représentée à la figure 1. Cette installation comprend essentiellement une unité flottante 1 de production, de stockage et de déchargement d'un fluide tel que du pétrole ou du gaz, qui est amarrée par un système d'amarrage rotatif à point d'amarrage unique, par l'intermédiaire d'une tourelle 2 qui est montée en pivot dans une ouverture en forme d'un puits 3 traversant verticalement entièrement l'unité flottante. La tourelle est amarrée au fond marin 4 par des câbles, de chaînes ou tout autre moyen approprié 5, dont l'autre extrémité est fixée a la base 6 de la tourelle. La figure montre deux conduites 7 de transfert du fluide parmi le grand nombre prévu pour une exploitation optimale des champs pétroliers ou de gaz. Les extrémités inférieures de ces conduites vont vers des têtes de puits non représentés tandis que la partie supérieure des conduites passent à travers la tourelle 2 pour transporter le fluide via le système rotatif de transfert de fluide 9 aux différents équipements schématiquement représentés par la référence 8 de l'unité flottante.
La tourelle 2 est guidée dans le puits 3 par des agencements de guidage qui comportent un dispositif de butée axiale et un palier radial, dont les configurations constituent l'objectif essentiel de l'invention.
Les figures 2A à 2F illustrent un premier mode de réalisation d'une butée axiale notée 10 et d'un palier radial noté 12. La butée axiale 10 est interposée entre un plateau supérieur horizontal 14 de la tourelle 2 et la zone du pont 13 du bateau 1, autour du bord du puits 3. Le palier radial 12 est disposé entre la surface périphérique extérieure 18 de la tourelle 2 et la surface 19 du bateau, qui délimite le puits 3, à proximité du pont 13. Le personnage est représenté sur la figure 2A pour donner une idée des dimensions des composants constitutifs de la butée et du palier.
Les figures montrent qu'aussi bien la butée axiale 10 que le palier 12 sont basés sur l'utilisation de modules à recirculation de rouleaux. Ces modules, associés dans le cadre de l'invention à des interfaces spécifiques apportent une solution très efficace au problème du transfert de fortes charges entre la tourelle et le bateau. Ces modules sont connus en soi et utilisés, de façon générale, pour le déplacement de fortes charges.
Comme on le voit sur les figures 2B et 2C, une succession de tels modules désignés par la référence 22 est disposée sous forme d'une couronne autour du bord du puits dans la butée axiale (figure 2B) et autour de la tourelle (figure 2C) . Chaque module comporte un grand nombre d'éléments roulants par exemple de rouleaux cylindriques ou coniques qui sont reliés à leurs extrémités à des chaînes de façon à pouvoir se déplacer autour d'une plaque de soutènement en provoquant ainsi une recirculation intégrée. Une fois arrivé à la fin de la plaque de soutènement, le dernier rouleau escamoté est acheminé par la traction des éléments de maillon de chaîne jusqu'à l'avant de la plaque où il fait demi-tour et se retrouve introduit de nouveau entre la piste et la plaque .
L'utilisation de tels modules à recirculation de rouleaux recyclés présentent les avantages que les éléments indépendants sont peu volumineux et légers relativement à la charge qu'ils supportent, en comparaison à des roues et boggies par exemple et sont ainsi notamment plus aisément remplaçables . Ils permettent de bien distribuer la charge sur de très nombreux petits rouleaux aussi petits que nécessaire. Ainsi la structure de fondation peut présenter une résistance homogène et supporter cette charge quasi continue. Les petits rouleaux sont néanmoins regroupés en modules afin de ne pas multiplier les composants. La segmentation de la butée ou du palier, issue de la juxtaposition des modules permet de ne pas rendre obligatoire une fondation rigide ou indéformable, les modules ayant une mobilité relative autorisée par rapport aux modules suivants et précédents.
Il est avantageux de placer la piste de roulement, tant de la butée axiale que du palier radial, côté tourelle ancrée qui se déforme peu et les modules segmentés côté navire qui est sujet à des déformations. Avantageusement, la piste de roulement est segmentée afin de faciliter le remplacement des segments de piste usés.
Les agencements proposés sont suffisamment compacts, de part la taille réduite des modules, comparativement aux solutions connues à galets, pour permettre d'isoler les pistes et les groupes de modules du milieu environnant en créant une enceinte confinée relativement étanche (non représentée sur les figures), limitant l'exposition aux agents extérieurs agressifs (notamment poussières pollution, embruns, obstacles mécaniques, ...) et permettant avantageusement de créer un environnement propice à la durabilité du système (air lubrifié ou lubrifiant type huile ou graisse haute pression, ...) .
Les modules à recirculation de rouleaux qui sont utilisés dans la butée axiale et le palier radial sont similaires, mais adaptés aux déplacements que les rouleaux doivent faire, qui sont différents dans les deux cas. Leur association forme une sorte de couronne à rouleaux modulaire.
Dans la butée axiale, les modules sont adaptés au guidage des charges dans un plan sur un chemin circulaire situé dans ce même plan, autour de l'axe du puits. C'est donc un module de guidage de révolution axiale, pour la rotation à rayon fixe sous charges axiales que l'on utilise. Dans ce module les rouleaux peuvent ne pas être cylindriques mais avantageusement coniques, leur conicité étant adaptée au rayon de giration et les génératrices étant concurrentes à un point central 33 sur l'axe du puits. Le module de guidage de révolution axial porte la référence 22a.
La plaque de soutènement est plane, mais sa découpe n'est pas rectangulaire. Elle décrit un arc dont le rayon est également celui de la giration de la charge déplacée.
Le module est présenté monté sur le puit et la piste sur la tourelle, mais la réalisation de la disposition inversée, module sur tourelle et piste sur puit, est possible.
Avantageusement, les modules axiaux peuvent être montés sur un dispositif de vérins hydrauliques que l'on détaillera plus en détail en référence à la figure 3A.
Le module à recirculation qui est utilisé dans le palier radial nécessite l'utilisation d'un module de guidage de révolution radial concave pour permettre le mouvement sur la surface cylindrique extérieure de la tourelle. Le module porte la référence 22b. La plaque de ce module est concave, ce qui ressort clairement de la figure 2C. Cet arrangement nécessite la présence de la piste cylindrique en regard du module pour plaquer les rouleaux du côté de la tourelle. Mais un module convexe peut aussi être monté sur la tourelle, en regard d'une piste convexe liée au puits.
Afin d'améliorer le comportement sous charge, à savoir l'acceptation des déformées structurels, et de réduire les contraintes de précision à la fabrication des fondations et de la surface de la tourelle, il est avantageux d'interposer des dispositifs de calage tels que des cales multiples, des cales en forme de coins ou analogue et/ou des patins élastomériques plans ou rotulés, afin de pouvoir régler le jeu au montage et d'accommoder les petits déplacements relatifs.
Les couronnes à rouleaux modulaires ainsi constituées présentent encore l'avantage qu'un changement pourrait être effectué simplement en soulageant localement le module à sortir,
Les différentes mesures qui viennent d'être énoncées seront décrites plus en détail, à titre d'exemple, en se référant aux figures 2A à 2F. Comme cela est indiqué à la figure 2A, la butée axiale doit pouvoir absorber un déplacement vertical de l'ordre de +/- 10 mm et le palier radial une excursion de l'ordre de +/- 20 mm, par exemple.
A cette fin les modules axiaux 22a à rouleaux coniques 24 sont montés du côté du pont du bateau contre un rail circulaire 26 formé par un profilé en H, qui est fixé sur la face interne de la plateforme 14 de la tourelle. Avantageusement, ce rail circulaire 26 est constitué de plusieurs segments pour faciliter le remplacement éventuel de l'un d'eux en cas d'usure. Du côté du bateau, une interface est disposée entre chaque module et la surface du bateau, qui comporte essentiellement une pièce d'appui de rotulage et de cisaillement 28, avantageusement en élastomère fretté, et un appui rigide formé par deux cales coniques 29, 30, avec interposition de plans de fixation 31. La cale 30 est fixée au bateau tandis que la cale 29 est déplaçable avec son plan de fixation propre, pour assurer un réglage approprié de la hauteur du dispositif de cale 29, 30.
Le montage des modules 22b du palier radial 12 se fait essentiellement de la même manière, du côté de la surface extérieure cylindrique 18 de la tourelle par l'intermédiaire d'un rail rigide 26 en forme d'un profilé en H et, côté du bateau par l'intermédiaire d'une interface comprenant un appui rotulant et cisaillant en élastomère fretté 28, un plan de fixation 31 et un dispositif de cale 29, 30.
Les appuis élastomériques 28 assurent le transfert de la charge tout en autorisant le déplacement transversal avec un très faible niveau de résistance par cisaillement des couches élastomères, comme l'illustre la figure 2F.
Les blocs en élastomère 28 assurent aussi par pincement ou par la configuration des frettes le rotulage de l'appui du module, se conformant ainsi aux rotations relatives des faces 13 et 14 en regard l'une de l'autre.
La figure 2E illustre un des moyens envisageable permettant le remplacement d'un ensemble formé par un module et son interface. Dans l'exemple représenté, les moyens comportent deux vérins 45 que l'on place de part et d'autre de l'ensemble pour provoquer un écartement suffisant des surfaces d'appui afin de pouvoir sortir cet ensemble. Pour la continuité du fonctionnement de la couronne modulaire, la tête de tige de vérin est équipée d'un patin glissant 46, qui peut aussi être un ou plusieurs galets ou un module à recirculation de rouleaux.
Une autre possibilité de la réalisation de l'interface d'appui du module qui accommode les éloignement ou rapprochement relatifs des surfaces 13 et 14 et qui permet en plus un remplacement aisé du module de la butée axiale est représentée à la figure 3A. Dans ce cas, chacun des modules est monté sur un vérin hydraulique 45 à la place de cales 29, 30. Pour le remplacement, il suffira alors de rétracter le vérin pour libérer le module de toute charge. Il peut aussi être envisagé de simplement compresser l'interface fretté 28, afin de provoquer un écartement suffisant des surfaces d'appui.
Selon encore une variante avantageuse de réalisation, les chambres hydrauliques de chacun des vérins des modules sont reliées communicantes. De la sorte la charge s' appliquant sur les modules à recirculation de rouleaux axiaux est répartie de façon homogène sur chacun des modules à recirculation de rouleaux, notamment dans le cas d'un effort purement axial s' exerçant sur la butée axiale.
Selon encore une alternative avantageuse, les modules à recirculation de rouleaux peuvent être regroupés pour former au moins deux ensembles de modules à recirculation de rouleaux, et avantageusement trois ensembles de modules à recirculation de rouleaux. Comme précédemment, chacun des modules à recirculation de rouleaux est alors monté sur un vérin hydraulique. De plus, les chambres hydrauliques des vérins des modules à recirculation de rouleaux formant un ensemble de modules sont reliées. De la sorte, chacun des ensembles de modules subit une charge isostatique, notamment dans le cas ou un moment de basculement peut venir s'ajouter à l'effort axial. La charge est alors répartie de façon homogène sur chacun des modules d'un ensemble de modules.
Pour éviter un déplacement transversal, donc perpendiculaire à la direction des efforts et à celle du déplacement, l'invention propose avantageusement d'assurer le non-déplacement des rouleaux relativement à leur piste grâce à des galets de guidage latéraux 34 qui sont montés rotatifs sur le module, un galet sur chaque côté latéral et roulant en contact sur les deux faces latérales 35 de la branche 36 du rail 26, qui est adjacente au module. Pour une plus grande facilité de montage, les galets 34 sont avantageusement montés sur des axes excentrés afin de régler facilement le jeu à son minimum requis et ainsi préserver au maximum les galets de déplacement intempestifs transversaux lorsque le puits s'ovalise. Pour les modules radiaux, les galets à axes excentriques compensent également le poids du module qui sinon, cisaillerait l'appui d'élastomère fretté.
Il est à noter que dans le cas de la charge axiale, c'est-à-dire dans la direction verticale, il n'existe habituellement pas d'inversion des efforts. On peut considérer que le montage est d'une certaine manière précontraint durant toute la durée de service de l'installation, et, sous réserve de disposer une souplesse structurelle adéquate, le montage suivra sans choc les déformations résiduelles de la structure au niveau de la surface d'appui axiale.
Par contre, dans le cas des modules radiaux, on peut avoir des inversions d'effort et des déformations non négligeables de la structure porteuse dans la même direction, c'est-à-dire une ovalisation alternative en rétrécissement puis en allongement du puits et un jeu mécanique .
Les figures 3A et 3B montrent aussi un mode de réalisation du palier radial 12 qui permet l'absorption des déformations importantes, grâce à une interface particulière entre les modules 22b et la surface du bateau. Cette interface comporte un bloc de rotulage en élastomère fretté 38 dont les plaques internes 39 sont légèrement cintrées dans la direction verticale, comme on le voit sur la figure 3A.
Sur la figure 3A, le bloc 38 est en appui contre un élément de ressort 42 qui est disposé dans une cavité 43 pratiquée dans la face du puits. Ce ressort peut être un ressort hydraulique ou mécanique ou tout autre approprié. La face arrière du module 22b est en appui contre le bloc de rotulage 38 sur la face arrière duquel agit le ressort 42. Cette disposition de ressort peut être retenue aussi pour la butée axiale.
Dans l'exemple représenté, en figure 3B, deux vérins hydrauliques 41 sont disposés de part et d'autre du bloc 38 dont les tiges portent à leurs extrémités des chapeaux 41 qui viennent en appui sur le bloc pour être en mesure de le repousser contre le ressort 42. Il est ainsi possible de libérer le module en actionnant le vérin .
Dans les butées axiales et les paliers radiaux, qui viennent d'être décrits en se référant aux figures 2 et 3, les modules sont montés directement sur la tourelle qui constitue l'organe qui subit moins de déformation que le bateau et le bateau qui est soumis à des déformations relativement importantes.
Les figures 4A à 4E illustrent un autre mode de réalisation des moyens pouvant absorber des déformations non négligeables et qui assurent la rotondité de la piste et en même temps celle de la tourelle qui supporte les modules radiaux à recirculation de rouleaux.
Cette solution est rendue possible par l'interposition entre le bord du puits dans le bateau et la tourelle d'un anneau rigide indépendant 50. En figure 4D, cet anneau 50 non infiniment rigide, peut aussi se concevoir avec un dispositif de réglage de la longueur par moitié (comme les index 73 représentés en figure 5), ce qui permet de presser les modules radiaux sur la tourelle pour l'ajuster en périmètre et supprimer le jeu radial .
Cet anneau est monté pivotant sur un axe 52 du navire qui est configuré pour accomplir la fonction d'une rotule glissante verticalement, comme le montre la figure 7A. Dans l'exemple représenté, l'axe 52 est axialement coulissant dans une pièce annulaire à surface extérieure sphérique 80 engagée dans un coussinet concave complémentaire 81, les pièces 80 et 81 accomplissant la fonction d'une rotule. Cette rotule représentée métallique dans l'exemple (pouvant être en bronze et acier ou autre couple de matériaux à coefficient de frottement maîtrisé) peut aussi être constituée en élastomère fretté et assurer ainsi la rotation par distorsion ou pincement et libérer la translation par cisaillement le long de l'axe vertical.
Le pivot est ainsi adapté pour reprendre les efforts radiaux maximum de l'installation par exemple produits lors d'une tempête. Pour la réception de l'axe de pivotement 52, l'anneau comporte une excroissance radiale vers l'extérieur appropriée 53. Diamétralement opposé à l'axe rotulant-glissant 52, l'anneau comporte une patte s' étendant radialement vers l'extérieur 55 qui coopère avec deux appuis 57, 58 disposés de part et d'autre de la patte et qui constituent des appuis d'arrêt en rotation. Les appuis 57, 58 possèdent un degré de liberté dans la direction de l'axe 52-55, ou au moins une certaine élasticité. Ainsi l'anneau est pris en sandwich, dans sa partie radialement opposée au pivot 52 entre les deux appuis, par exemple en élastomère 57, 58, qui laissent l'anneau libre de garder sa forme circulaire alors que le puits 3 dans le bateau se déforme dans le sens de l'allongement ou de rétrécissement radial.
L'anneau repose en outre sur trois appuis 60 avantageusement en élastomère fretté apte à suivre les déplacements de l'anneau dans son plan et à accepter une légère inclinaison par pincement. Ces appuis sont régulièrement répartis autour de l'anneau, un appui étant situé au niveau de la patte 55. On pourrait également utiliser à cette fin des appuis à patins rotulés perpendiculairement au plan horizontal et glissants dans ce même plan horizontal. Un tel patin rotulant glissant 60 peut comporter, comme le montre la figure 7B, une pièce plane 82 qui est solidaire de la structure du bateau, une pièce 83 dont la surface extérieure est sphériquement bombée et une pièce de coussinet 84 complémentaire qui est solidaire de l'anneau 50. La pièce de rotule 83 est glissante dans la direction de la double flèche sur le bateau et permet, en coopérant avec le coussinet 84 un mouvement rotulant de l'anneau. L'avantage des appuis 60 est qu'ils accommodent également très bien les rotations très faibles engendrées par la déformation verticale de la structure du bateau.
Les appuis glissants et simultanément rotulants peuvent également être choisit pour les butées directionnelles 57 et 58.
On peut indifféremment choisir entre un placement des trois appuis avec deux appuis plutôt du côté de la rotule 52 si on veut limiter le déplacement parasite en rotation dans le plan à cet endroit, où au contraire, un placement de deux appuis plutôt du côté de l'arrêt en rotation 55, 57, 58 et, le cas échéant, un appui très près de la rotule 52 si bien qu'il n'y a quasiment plus de déplacement axial pour celle-ci. La disposition des deux appuis côté arrêt doit avoir la préférence si l'anneau supporte aussi les efforts axiaux, car dans ce cas les mouvements verticaux peuvent être nettement majorés. On peut aussi se placer sur un principe hyper- statique si les efforts sont très élevés et multipliés à loisir les appuis « glissant/cisaillant » axiaux.
L'invention propose un autre mode de réalisation de l'anneau. A la place de l'anneau rigide 50, ce mode de réalisation est fondé sur l'utilisation d'un anneau souple. Le mode comporte par exemple une sangle ou une tôle relativement épaisse et cintrée ou encore un ensemble d'éléments successifs rigides mais articulés les uns aux autres, comme dans le principe d'une chaîne. La figure 5 montre un arrangement du type à chaîne. Celle-ci est désignée par la référence 65. Elle entoure coaxialement l'axe de la tourelle 2. Les modules à recirculation de rouleau 22b sont interposés entre des éléments 67 de la chaîne et la face périphérique de la tourelle. La chaîne est maintenue par quatre barres de traction 69 qui sont articulées les unes aux autres à l'aide de pièces de renvoi d'angle 71 en formant ainsi une structure en forme de cadre encerclant l'anneau souple qui est relié au bateau par un pivot glissant en forme de rotule du type du pivot 52. Ce pivot est reçu par une des quatre pièces d'angle 71. La pièce d'angle 71 diamétralement opposée comporte une patte ayant la fonction de la patte 55 de l'anneau rigide 50 et, prise en sandwich entre deux appuis d'arrêt en rotation désignés par les références 57 et 58 des appuis d'arrêt de l'anneau 50. La chaîne est pourvue de deux éléments 73 de réglage de la demi-longueur de la chaîne, pour ajuster le périmètre et supprimer tout jeu radial, qui sont disposés de part et d'autre de la pièce de renvoi 71, qui porte la patte d'arrêt en rotation 52.
La tourelle présente une forme tubulaire dont la rotondité en charge est assurée par une pluralité de rayons 77 disposés entre un moyeu central 78 et le corps annulaire de la tourelle. Une réalisation de type diaphragme est également possible pour réaliser cette fonction (non représentée) .
La possibilité de pouvoir tendre le système à l'aide des éléments de serrage 73 permet de prévoir une précontrainte raisonnable, sans pour autant exiger une précision trop élevée de réalisation tant en dimensions qu'en géométrie de la tourelle. Ceci constitue un avantage décisif en termes de coût de réalisation de la fonction de découplage entre la structure du bateau et la structure porteuse du système de palier, notamment de paliers radiaux.
La figure 6 représente un autre mode de réalisation de l'anneau, qui est basé sur le principe de l'utilisation de barre de tension ou traction 69 articulés les uns aux autres par des pièces de renvoi 71 du mode de réalisation selon la figure 5. Conformément à la figure 5, les modules à recirculation de rouleaux 22b qui cependant pourraient être remplacés par autres éléments rotatifs sont pressés contre la surface extérieure périphérique de la tourelle par des palonniers 80 qui sont articulés aux pièces de renvoi 71.
Bien entendu des multiples modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite par plusieurs modes de réalisation. Dans les modes de réalisation utilisant les anneaux rigides et souples, les modules à recirculation de rouleaux peuvent être remplacés par tout autre élément de rotation.
Les figures 8A, 8B, 9A, 9B et 10 illustrent à titre d'exemple l'utilisation d'un anneau tel que l'anneau rigide 50 ou multiarticulé 65 ou palonné 80 avec d'autres éléments de rotation.
Les figures 8A et 8B montrent à titre d'éléments de rotation interposés entre l'anneau 50 et la tourelle 2 des galets 87 qui sont montés sur la surface du puits du bateau, par l'intermédiaire d'un support 88 et sont en contact de roulements sur la surface cylindrique extérieure de la tourelle 2.
Sur les figures 9A et 9B, les éléments de rotation sont formés par des boggies 90. Chaque boggie est en contact de roulements par deux galet au moins, et idéalement quatre galets 91 sur la face cylindrique extérieure de la tourelle, qui sont fixés sur l'anneau par l'intermédiaire d'un bloc en élastomère fretté 92 dont les frettes peuvent au besoin être cintrés parallèlement et, ou perpendiculairement à l'axe de la tourelle .
La figure 10 montre l'utilisation, à titre d'éléments de rotation interposés entre la tourelle et l'anneau, des rouleaux 95. A cette fin, les rouleaux 95 sont rangés sous forme de trois couronnes 96, 97 et 87, qui sont coaxiales à l'axe de la tourelle et espacées dans la direction de cet axe. Chaque couronne 96, 97 de rouleaux 95 à axe horizontal (pour les efforts axiaux) et la couronne 87 de rouleau à axe vertical (pour les efforts radiaux) est disposée en contact de roulements entre deux pistes de roulements 98 et 99, dont l'une est prévue sur une pièce 100 solidaire de la tourelle et l'autre 101 solidaire de l'anneau. Les deux pièces sont en forme de rails circulaire et coaxial à l'axe de la tourelle. Bien entendu on pourrait aussi utiliser des billes ou tout autre petit élément roulant approprié à la place des rouleaux.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Installation notamment pour la production, le stockage et le traitement de fluides, tel que du pétrole, du type comprenant une unité flottante (1) tel qu'un bateau, pourvu d'un système d'amarrage rotatif à point unique par l'intermédiaire d'une tourelle (2) montée en pivot dans une ouverture en forme d'un puits (3) traversant intégralement verticalement la coque de l'unité flottante, amarrée sur le fond marin, le système d'amarrage comprenant des dispositifs de guidage de la tourelle dans le puits, qui comporte des éléments de rotation disposés entre des pistes de roulements de la tourelle et de l'unité flottante, et des moyens d'absorption des déformations notamment de l'unité flottante, caractérisée en ce que les éléments de rotation (24, 45) sont des éléments rigides qui sont arrangés en forme d'une couronne et répartis régulièrement autour de l'axe du puits et en ce que les moyens d'absorption des déformations sont associés aux éléments de rotation et interposés entre ceux-ci et la tourelle (2) ou l'unité flottante (1).
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'absorptions des déformations sont interposés entre les éléments de rotation et l'unité flottante.
3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les éléments de rotation sont agencés sous forme de modules (22) à recirculation de rouleaux et forment une couronne dans laquelle les modules se succèdent dans la direction périphérique de la tourelle .
4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les modules à recirculation de rouleaux (22) sont fixés sur la tourelle (2) et fixés sur le bateau (1) par interposition d'appuis de rotulage (28) avantageusement en élastomère fretté.
5. Installation selon une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que les dispositifs de guidage comportent une butée axiale (10) comprenant des modules (22a) à recirculation de rouleaux coniques (24) de guidage de révolution axiale.
6. Installation selon une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les dispositifs de guidage comportent un palier radial (12) pourvu de modules à recirculation (22b) rouleaux de guidage de révolution radiale pour permettre le mouvement sur une piste de roulement cylindrique solidaire de la surface extérieure de la tourelle.
7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les dispositifs de guidage comporte un anneau (50) qui est monté flottant sur la structure du bateau (1) autour de l'axe de la tourelle (2) et en ce que les éléments de rotation sont interposés entre la surface extérieure cylindrique de la tourelle (2) et l'anneau (50).
8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'anneau (50) est relié à la structure du bateau par une articulation (52) en forme d'une rotule, avec glissement vertical, et comporte à l'endroit diamétralement opposé à l'articulation des moyens d'arrêt (55, 57, 58) en rotation de l'anneau.
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le moyen d'arrêt (57, 58) en rotation sont réalisés sous forme de blocs en élastomère fretté .
10. Installation selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que l'anneau (50) prend appui en une pluralité de points (60) sur la structure du bateau (4) .
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les appuis (60) sont réalisés sous forme de bloc en élastomère fretté.
12. Installation selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que les moyens d'arrêt (57, 58, 60) et les points d'appui sont réalisés sous forme de patins rotulants et glissants.
13. Installation selon l'une des revendications 7 à
11, caractérisée en ce que l'anneau (50) est réalisé sous forme d'un anneau souple et déformable, configuré pour assurer une application pressée des éléments de rotation contre la surface extérieure cylindrique de la tourelle.
14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'anneau comprend un dispositif de barres de traction (69) articulées les unes aux autres, autour de l'axe du puits (3), et destiné à maintenir un dispositif d'application des éléments de rotation contre la surface cylindrique extérieure de la tourelle.
15 Installation selon la revendication 14 caractérisée en ce que le dispositif d'application des éléments rotatifs est en forme d'une chaîne circulaire (65) .
16. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que le dispositif d'application des éléments de rotation contre la surface extérieure cylindrique de la tourelle comporte une pluralité de palonniers (80) disposés autour de l'axe du puits et articulés au dispositif annulaire des bras de traction.
17. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2 et 7 à 16, caractérisée en ce que les éléments de rotation sont des galets ou boggies, qui sont en contact de roulement avec la tourelle et fixés par l'intermédiaire de supports sur l'anneau.
18. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2 et 7 à 16, caractérisée en ce que les éléments de rotation sont des billes ou rouleaux (95) disposés entre des rails de guidage solidaires respectivement de la tourelle et de l'anneau.
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