WO2013030486A1 - Vérin d'actionnement - Google Patents

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Publication number
WO2013030486A1
WO2013030486A1 PCT/FR2012/051867 FR2012051867W WO2013030486A1 WO 2013030486 A1 WO2013030486 A1 WO 2013030486A1 FR 2012051867 W FR2012051867 W FR 2012051867W WO 2013030486 A1 WO2013030486 A1 WO 2013030486A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
envelope
casing
actuating cylinder
pressure
actuating
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/051867
Other languages
English (en)
Inventor
Joseph Toupin
Original Assignee
Borrelly
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Borrelly filed Critical Borrelly
Publication of WO2013030486A1 publication Critical patent/WO2013030486A1/fr

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type

Definitions

  • the present invention comprises a number of actuating cylinders, and more particularly the field of actuating cylinders for subsea installations of the oil well, gas, oil pipeline, gas pipeline or aqueduct type. submarines or equipment for intervention on such facilities.
  • This type of actuating jack can in particular be used for driving or controlling various types of effector members, in particular mobile equipment, for example a manipulator arm or a mechanical shovel, or still a tool, for example a tool for clamping, cutting, punching or stamping, or a ballast type device or a safety valve, and in a general manner , all actions performed at the aerial level by the devices called cylinders comprising a piston cylinder system using a fluid under pressure.
  • actuating cylinders are of two types whose operation is different.
  • the screw jacks whose thrust and / or traction are provided by a screw system penetrating a nut that is driven manually or by motor of a rotational movement.
  • the hydraulic or pneumatic cylinders in which the thrust and / or the traction are obtained by the pressure of a fluid acting on one or on both sides of a piston sliding in a cylindrical chamber, which piston, called piston engine is secured to an actuating rod fixed at its center.
  • the object of the present invention is to solve in a simplifying manner all or part of the disadvantages of existing systems by making them more reliable, particularly in the areas of security.
  • the present invention has a pneumatic cylinder and an actuating cylinder intended for underwater use, comprising a closed casing which is elastically deformable and connected on the one hand to a movable actuating member and on the other hand at a fixed point, said envelope being arranged to take a first position when the pressures between the inside and the outside of the envelope are substantially equal, and said envelope being able to retract to a second position when the pressure outside the envelope corresponds to the pressure of the water below sea level and is greater than a threshold value, the envelope being arranged to store mechanical energy during its deformation of the first position in the second position, said actuating cylinder further comprising means for increasing on command the pressure inside the casing allowing passage of the envelope of the second pos ition at the first position by restoring all or part of the emmaganized mechanical energy.
  • the closed envelope is waterproof and defines a sealed volume.
  • the envelope takes a first position. In this first position, the envelope is "at rest” and has a minimum elastic deformation and the sealed volume is maximum. At this first position, corresponds a position of the actuating member which will be called "initial position”.
  • a threshold value being itself greater than the pressure inside the envelope (ie inside the sealed volume)
  • the latter elastically deforms along an axis and tends to a second position.
  • the envelope compresses along the axis and tends to take an "activated" position where the elastic deformation in compression of the envelope is maximum and the sealed volume is minimum.
  • This deformation from the first position to the second position drives the actuating member in motion. It is understood that a first end of the envelope is connected to the actuating member while a second end of the envelope is connected to a fixed point relative to the controlled member. Subsequently, when the envelope is in the second position, we will name the associated position of the actuator "final position".
  • the envelope is deformed elastically, that is to say that the deformations that the envelope undergoes are reversible.
  • the material or materials constituting the envelope store by their deformation a certain amount of mechanical energy, said deformation does not fall within the field of plasticity, this amount of energy can take into account the conditions to be returned as needed in full and on order.
  • the pressure outside the envelope elastically deforms the envelope so that the envelope retracts or compresses (in other words the sealed volume is reduced ), and keeps it in this deformed state.
  • the pressure inside the casing and the rigidity of the casing are not sufficient to oppose the thrust of the pressure outside the casing.
  • the envelope is constrained and its elasticity tends, by reaction, to bring it back to the first position.
  • the pressure difference between the inside and the outside of the envelope blocks the latter in the second position.
  • the envelope is ma held immobilized by the difference in pressure between the inside and the outside of the envelope in the second position.
  • the means for increasing the pressure inside the casing make it possible to reduce the pressure inside the casing to a pressure substantially equal to the pressure outside the casing. Indeed, when the pressure inside the envelope is increased and becomes substantially equal to the pressure outside the sealed volume, the envelope is no longer locked in the deformed position (ie the second position), so that the elasticity of the envelope returns, by reaction, the envelope to the first position.
  • the bellows that is to say during the passage of the first to the second position, it contains a gas or a compressible hydropneumatic fluid inside the envelope allowing its compression. If an incompressible fluid is present, it is removed from the envelope during this phase.
  • the actuating cylinder forms a jack of an installation or underwater equipment.
  • the casing When the actuating cylinder is out of the water, for example at sea level - zero level, the casing is in the first position and the actuating cylinder in its initial position.
  • the envelope By lowering the actuating cylinder on site, thanks to the environmental pressure at the bottom of the water, for example at least 2000 m (two thousand meters) bottom, the envelope retracts and moves from the first position to the second position. The actuating cylinder is then in its final position.
  • the jack is a hydraulic cylinder without a piston engine.
  • the characteristics of the cylinder according to the present invention are distinguished from the two types mentioned above by the fact that it does not require a piston engine system sliding in a cylinder on the one hand, and secondly that it does not require not the use of a motor fluid routed from the zero level on the sites in the deep seabed.
  • the means for increasing the pressure make it possible to place the inside of the envelope in communication with the outside of the envelope (the volume inside the envelope is therefore no longer watertight) so that the pressure inside the envelope equilibrates with the pressure outside the sealed volume.
  • the first position of the envelope is an equilibrium position of the envelope, which is mechanically stable.
  • the envelope tends to come into the first position and thus to bring the actuating cylinder back into the initial position.
  • the actuating cylinder automatically passes, when the pressure inside the envelope is increased, of the final position towards the initial position, without the need for external energy supply.
  • the actuating member is movable in translation along an axis.
  • the envelope comprises a bellows.
  • a bellows is an elastic structure defining an elastically deformable envelope.
  • Such a bellows constitutes an envelope whose rigidity is adapted to provide a reaction force sufficient to ensure the displacement of the actuating member and to deform under the effect of the external pressure to the envelope.
  • a bellows has good fatigue resistance and forms a reliable and robust envelope. It replaces the action of hydraulic or pneumatic cylinders characterized by a "piston engine-cylinder" system likely to be at the origin of malfunctions by leaks or jamming or seizing for example.
  • the actuating cylinder comprises two coaxial telescopic rods, a first rod among the two telescopic rods forms the actuating member while the second rod among the two telescopic rods is linked to a fixed point relative to the first rod. .
  • the first rod is connected to a first end of the envelope.
  • the second rod is connected to a fixed point, just like a second end of the envelope.
  • the second rod and the second end of the envelope are attached to the same fixed point.
  • the first telescopic rod cooperates in abutment with the second telescopic rod when the casing is in the second position.
  • the stop between the two telescopic rods serves in particular to limit the stroke of the actuating member so as not to generate unnecessary residual forces in the closure member, and more generally in the cylinder body.
  • the envelope is disposed in a rigid structure, said envelope cooperating in abutment with said structure when the envelope is in the first position.
  • the term "rigid" means that the element in question is not able to deform under the same conditions as the envelope.
  • a rigid element does not deform while the envelope deforms elastically.
  • the rigid structure may be formed for example by a perforated housing so as to be in communication with the external environment.
  • the rigid structure surrounds, at least in part, the envelope. In the first position, the envelope cooperates in abutment with the rigid structure. This allows to pre-constrain the envelope.
  • the rigid structure and the stop serve as external guide to the deformation of the envelope.
  • the second end of the envelope and / or the second rod are attached to the rigid structure which then serves as a fixed point.
  • the means for increasing the pressure comprise a breakable member for putting the inside of the envelope in fluid communication with the outside of the envelope.
  • the breakable member By breaking the breakable member, communicating the inside and outside of the envelope, so as to balance the pressures between the inside and outside of the envelope.
  • just break the breakable element when we want to bring the envelope of the second to the first position, just break the breakable element.
  • the breakage of the breakable element makes it possible to automatically return a controlled valve comprising the actuating jack from the open position to the closed position.
  • the leaktightness of the fluidic connection between the frangible member and the inside of the envelope is achieved by a dynamometric seal comprising a clamping force indicator, in particular a dye-emitting element.
  • the actuating cylinder further comprises pumping means placed in communication, selectively, with the inside of the casing to lower the pressure inside the casing to bring it from the first position to the second position.
  • pumping means placed in communication, selectively, with the inside of the casing to lower the pressure inside the casing to bring it from the first position to the second position.
  • a three-position intermediate valve is arranged in fluid communication between the pumping means and the envelope.
  • the inside of the envelope In a first position of the intermediate valve, the inside of the envelope is isolated from the outside and forms a sealed volume.
  • the inside of the casing In a second position of the intermediate valve, the inside of the casing is in fluid communication with the environment outside the casing, for example seawater.
  • the intermediate valve In the third position of the intermediate valve, the inside of the casing the casing is in fluid communication with the pumping means.
  • the intermediate valve is positioned in its third position.
  • the intermediate valve To return the envelope of the second to the first position, the intermediate valve is positioned in the second position.
  • the intermediate valve When one does not want to maneuver the actuating cylinder, one leaves the cylinder of actuation in its first position.
  • the intermediate valve is electrically controlled from a remote control station of the actuating cylinder.
  • the control station can for example be in the water or out of the water.
  • the pumping means comprise a reservoir capable of being depressurized, selectively placed in communication with the inside of the envelope.
  • a low pressure reservoir that is to say a reservoir whose interior volume has been depressurized relative to the external environment, is, for example in an underwater environment, a low pressure source.
  • a tank makes it autonomous from an energy point of view the operation of the jack actuating.
  • this tank will be spherical in shape so as to have a high resistance to crushing.
  • the pumping means further comprise a venturi duct adapted to be traversed by a fluid to create a vacuum in the tank.
  • venturi duct makes it possible to be able to generate or regenerate a certain level of low pressure in the tank.
  • the actuating cylinder remains autonomous and does not require intervention to reload the tank at low pressure, or place a new one.
  • the envelope or an assembly formed by the envelope and / or at least one additional elastic element associated with the envelope and exhibiting an elastic behavior tending to bring the envelope back to its first position has a stiffness greater than 40000 N / mm, and preferably greater than 70000 N / mm.
  • the at least one additional elastic element comprises at least one spring washer, for example of the Belleville type.
  • the envelope comprises a bellows and at least one stop is disposed between two adjacent corrugations of the bellows, said stop being configured to limit the axial deformation of the bellows.
  • Such an abutment makes it possible to imitate the deformation between two adjacent corrugations of the bellows.
  • the pressure difference between the inside and the outside of the bellows is very large, for example when the controlled valve is placed at least 5000 m (five thousand meters) below the sea level, the latter is prevented from being excessively deformed, and thus from entering the plastic or material breaking field, thanks to the stop which limits and blocks the deformations to a certain predetermined degree.
  • the at least one stop has an elastic behavior tending to bring the casing back to its first position.
  • These provisions allow to increase the force exerted by the cylinder during its passage from the second to the first position.
  • frustoconical washers for example corresponding to Belleville washers may be used.
  • the at least one stop forms the at least one additional elastic element.
  • the actuating member is movable between a first position, referred to as the initial position, in which the envelope is in its first position and a second position, called the final position, in which the envelope is in its second position.
  • actuation comprising a return member arranged to urge the actuating member to its second position.
  • the stiffness of the return member is less than the stiffness of the at least one stop having an elastic behavior.
  • the breakable member has a shoulder cooperating in abutment with a bearing portion, the breakable member being held integral and in abutment with the support portion by a pressure difference between the inside and the outside of the envelope.
  • the shoulder of the breakable member cooperates in abutment directly with a fixed portion of the envelope, or with a plate supporting the breakable member to which is connected a tube fluidly connecting the latter with the inside of the envelope .
  • the replacement of such a breakable member has the advantage of being easy to implement. Indeed, when the breakable member has been broken, it requires to be replaced to be able to use the valve controlled in normal regime. Thus, when the actuating cylinder is placed at the bottom of the water, it is possible thanks to a tool arm of a ROV ("RemotlyOperatedVehicle" or remote-controlled vehicle) intervening on site, to easily remove the used breakable member , and replace it with a new one by positioning it instead of the old one.
  • ROV RemoteOperatedVehicle
  • the present invention also has a controlled valve comprising an actuating cylinder according to the invention and a shutter member, the actuating member being coupled to said shutter member, the first being cylinder position corresponding to a first open or closed position of the closure member, and the second position of the cylinder respectively corresponding to the other position among the open or closed position of the closure member.
  • the first position of the envelope corresponds to the closed position of the shutter member while the second position of the envelope corresponds to the open position of the shutter member
  • the controlled valve further comprises a feeler fluidly arranged in series with the valve body and cooperating mechanically with the breakable member, said probe adopting a first position when the pressure and / or the velocity of the fluid passing through the body of the valve are less than a pressure and / or a predetermined speed, while the probe adopts a second position, different from the first one, when the pressure and / or the velocity of the fluid passing through the body of the valve are greater than or equal to the predetermined pressure and / or velocity, the passing from the first to the second position of the probe breaking the breakable member.
  • the body of the valve comprises the closure member and the portion of the controlled valve connected to a pipe and forming a pipe section in which the closure member is disposed.
  • the position of the probe reflects the regime of the fluid flow through the controlled valve.
  • the first position of the probe reflects a stable flow in normal regime while the second position reflects a flow in overspeed and / or overpressure under abnormal conditions.
  • This abnormal regime is for example the consequence of a pipe break downstream of the controlled valve.
  • the passage from the first to the second position of the probe breaks the breakable organ.
  • the pressure within the envelope is then balanced with the pressure outside the envelope which passes from its second to its first position causing the closing of the closure member.
  • the probe autonomously detects a leak or a rupture of the pipe downstream of the valve controlled, and controls the automatic closing of the controlled valve.
  • the shutter member is a rotary plug coupled to the actuating member via an operating mechanism comprising a transmission pinion / rack type.
  • the closure member is a guillotine coupled to the actuating member.
  • the controlled valve is for example a flow control valve comprising a venturi system in which is intended to flow a fluid whose flow rate is to be regulated, the venturi system being fluidly connected to the internal volume of the casing of the jack and arranged to vary, during the flow of the fluid in the venturi system, the pressure inside the envelope.
  • the pressure outside the envelope preferably corresponds to the hydrostatic pressure.
  • FIG. 1 represents a first embodiment of an actuating cylinder according to the invention, the actuating rod being in its initial position
  • FIG. 2 represents the jack of FIG. 1, the actuating rod being in the final position
  • FIG. 3 represents a diagram of use of a jack according to the invention for the actuation of an effector member
  • FIG. 4 represents a first embodiment of the valve controlled according to the invention in initial position
  • FIG. 5 represents the controlled valve of FIG. 4 in final position
  • FIG. 6 represents the controlled valve seen according to the sectional plane III of FIG. 5,
  • FIGS. 7A, 7B and 7C show the probe / breakable member coupling of the controlled valve, seen according to the sectional plane IV of FIG. 6,
  • FIG. 8 represents in detail the breakable organ
  • FIGS. 9A and 9B show a dynamometric seal disposed at the interface between the breakable member and a tube intended to increase the pressure in the bellows of the jack, in two positions before and after setting up a new member breakable,
  • FIG. 10 represents the controlled valve of FIG. 5 installed on an underwater wellhead
  • FIGS. 11A and 11B show a second embodiment of an actuating cylinder comprising a bellows modified with respect to the actuating jack of FIG. 1, in the second and in the first position of the bellows respectively, and
  • FIGS. 12A and 12B show a second embodiment of a valve according to the invention comprising a jack according to the second embodiment shown in FIGS. 11A and 11B.
  • FIG. 13A shows a third embodiment of an actuating cylinder according to the invention.
  • Figure 13B shows a fourth embodiment of an actuating cylinder according to the invention.
  • FIG. 14 represents a fifth embodiment of an actuating cylinder according to the invention.
  • FIG. 1 represents a first embodiment of a jack according to the invention in its initial position while FIG. 2 represents the same jack in its final position, resulting here from the immersion of the cylinder 1 at the bottom of the sea.
  • the jack 1 1 comprises a bellows 14 forming a casing closed on the one hand by an actuating rod 16, and on the other hand by a rigid bottom 17 intended to remain fixed with respect to a support on which the cylinder is attached.
  • the bellows 14 and the rod 16 are coaxial and extend along the axis X defining the axial direction X.
  • FIG. 1 represents the bellows 14 in its first position, where the pressure inside the bellows 14 is equal to the pressure outside the bellows 14.
  • Figure 2 shows the bellows 14 retracted in its second position, where the pressure outside the bellows 14 is greater than a threshold value, the actuating cylinder 1 1 is immersed but the interior of the bellows 14 being isolated from the environmental pressure.
  • the bellows 14 is disposed in a casing 18 forming a rigid structure.
  • the housing 18 has days 18a so that the pressure inside and outside the housing is the same. Therefore, the outside of the bellows 14 is subjected to the surrounding pressure in the vicinity of the outer walls of the casing 18, and therefore to the pressure of the water within which said bellows is immersed.
  • the assembly formed by the housing 18 and the bellows 14 has a symmetry of revolution relative to the axis X.
  • the housing 18 forms an outer guide for the deformation of the bellows 14 along the axis X.
  • the bellows 14 is made from an elastic multilayer composite material, for example resin and reinforcing fibers or several layers of metal sheets embedded in a resin or an elastomeric material.
  • a flange 20 forming a stop is placed between each undulation of the bellows 14. As shown in FIG. 2, when the bellows 1 4 is in its second position, each flange 20 cooperates in support by complementarity. of shape with the internal walls of the bellows 14.
  • each flange 20 extends axially on either side of the body of the flange 20 so that each flange 20 bears, in the direction axial X, with the adjacent flange.
  • the flanges 20 limit the axial deformation of the bellows 14.
  • the flanges 20 have holes (not shown) putting in fluidic communication the zones, inside the bellows. 14, extending on either side of each flange 20.
  • the flanges 20 extend radially over the entire radial extent of the inner walls of each corrugation of the bellows 14.
  • each flange 20 cooperates radially with the bellows 14 so as to limit any radial deformations of the bellows 14.
  • a first axial end 141 of the bellows 14 is integral with the rod 16 while the second axial end 142 of the bellows 14 is integral with the casing 18 which forms a fixed point with respect to the bellows 14. Consequently, the first end 141 of the bellows is movable along the axis X relative to the housing 18 and can drive the rod 16 in translation along the axis X.
  • the bellows 14 and the flanges 20 slide in the axial direction
  • the hollow rod 28 serves as axial guide for the bellows 1 4 and the flanges 20 during the passage of the first to the second position of the bellows 14, and vice versa.
  • This hollow rod 28 has orifices 28a so that the volume inside the hollow rod 28 communicates with the volume defined between the hollow rod 28 and the bellows 14 and that the pressures in these different volumes are the same.
  • the hollow rod 28 is secured to the end 142 of the bellows by screwing. Thus, the hollow rod 28 is connected to the casing 18 as a fixed point via the end 142 of the bellows 14.
  • the actuating rod 16 has a proximal portion 16a (relative to the bellows 14) engaged coaxially inside the hollow rod 28 and cooperating in sliding with the hollow rod 28.
  • the actuating rod 16 and the hollow rod 28 form two coaxial telescopic rods.
  • the proximal portion 16a cooperates in abutment, in the first position of the bellows 14, with the casing 18.
  • the housing 18 has a cylindrical wall 18b extending axially and defining a cylindrical housing slidably receiving a portion of the portion
  • the cylindrical wall 18b forms an external guide for sliding in the axial direction X of the actuating rod 16.
  • the proximal portion 16a of the rod 16 has a shoulder 164 extending radially.
  • the annular flange 161 extending radially outwardly of the rod 1 6 relative to the axis X cooperates in abutment by complementarity of shape with the cylindrical wall 18b, and more particularly with the free axial end of the cylindrical wall 18b, when the bellows 14 is in its first position.
  • the bellows 14 is attached to the proximal portion 16a of the rod 16 via a groove in the flange 161.
  • the proximal portion 16a has an axially extending blind annular space 163 which receives, in the second position of the bellows 14, the axial end of the hollow rod 28 facing the actuating rod 16.
  • the actuating rod 16 In the second position of the bellows 14, the actuating rod 16 cooperates in abutment with the hollow rod 28 via the bottom of the blind annular space 163.
  • the end of the actuating rod 16 engaged in the hollow stem 28 cooperates in abutment with the housing 18, with the rigid bottom 17, or with a bottom of the hollow rod 28.
  • the jack according to the invention can be used for actuating a wide variety of effector members E directly or via a transmission arrangement and / or or transformation of the T.
  • FIG. 4 shows a first embodiment of the valve controlled according to the invention in its initial position whereas FIG. 5 represents the same valve in its final position, resulting here from the immersion of the valve at the bottom of the sea.
  • the controlled valve 10 comprises a plug 12 forming a movable shutter member in the valve body 22, the valve being actuated by an actuating cylinder 11 comprising an actuating rod 16 driving the plug 12.
  • the casing 1 8 of the cylinder 1 1 is integral with the body 22 of the valve 10 via a frame 24 in which is disposed an operating mechanism 26 described in more detail below.
  • the body 22 of the valve 10 is attached to a pipe.
  • the distal portion 16b (relative to the bellows 14) of the rod 16 has a rack 26a rotating a pinion 26b.
  • This pinion 26b rotates a directly connected shaft 26c and directly driving the plug 1 2.
  • the rack 26a, the pinion 26b and the shaft 26c form the operating mechanism 26.
  • a pallet 30 forming a probe is disposed downstream of the body 22 of the valve 10.
  • the pallet 30 is rotatably mounted on a shaft 32 of which it is integral so that the pivoting of the pallet 30 around the shaft 32 spaced more or less from the vein of the flow through the body 22 of the valve 10 (ie arrows in thick lines in Figure 2).
  • a return spring 34 tends to return the vane 30 towards the vein of the flow passing through the body 22 of the valve 1 0.
  • FIG. 4 when no fluid passes through the body 22 the vane 30 closes off the exit of the body 22.
  • the pallet 30 is circular and has a diameter greater than the diameter of the outlet of the body 22.
  • the shaft 32 secured to the pallet 30 for example by a key, has at one of its ends a cylindrical sleeve 33 equipped with a cam 33a.
  • a breakable tube 36 forming a breakable member.
  • the breakable tube 36 comprises a blind tube which has a thinned portion 36a having a low mechanical strength, which makes it possible to break
  • a square 36b forms a socket to be able to exert a rotational force on the breakable tube 36 to break the latter.
  • the breakable tube 36 and in fluid connection with the interior of the bellows 14 via a tube 38 connected to the bottom 17.
  • the plate 40 of the vis-à-vis the bushing 33, the base 36c is removed from the breakable tube 36 broken, and is placed, by fitting on the plate 40, a breakable tube 36 of replacement.
  • the lug 40a serves as a polarizer and allows to correctly position the square 36b of the replacement tube 36 relative to the movements of the cam 33a.
  • the flange 36d forms a shoulder cooperating with the plate 40 as a support portion.
  • the polarizer 40a allows, in addition to the frictional forces between the plate 40 and the flange 36d due to the plating of the tube 36 on the plate 40, to rotate the tube 36 in rotation along its axis.
  • a holding pallet mounted in rotation on the plate makes it possible to keep the breakable replacement tube 36 in position on the plate before the plating and securing by pressure difference of the tube 36.
  • the final fitting of the tube 36 with the plate 40 releases the holding pallet which automatically fades with respect to the breakable tube 36, by means of a return spring.
  • a seal 41 is placed between the flange 36d and the plate 40.
  • a capsule 41 1 containing a dye easily visible, for example yellow fluorescent is disposed in a housing 414 formed in a groove 412 made in the body of the joint.
  • the groove 41 2 further comprises a protruding portion 415 disposed facing the housing 414.
  • FIG. 10 shows the controlled valve 10 of Figures 4 and 5 installed on an underwater oil wellhead.
  • the controlled valve 10 further comprises a low pressure reservoir 42 and a venturi conduit 44.
  • the remote control 10 is provided with a water / hydrocarbon (gas or oil) separator.
  • the reservoir 42 is advantageously charged with a gas, such as nitrogen, at a pressure of 5 to 10 bars, for example, such a pressure being low compared to the hydrostatic pressure at atmospheric pressure. great depths underwater.
  • a gas such as nitrogen
  • the low pressure reservoir 42 is connected to the tube 38 via a tee 38a.
  • the intermediate valve 46 at three positions makes it possible to isolate the interior of the bellows 14 relative to the surrounding medium and relative to the low pressure reservoir 42 (position AA), to put the interior of the bellows 14 into communication with the surrounding medium. (BB position), or to put the interior of the bellows 14 into communication with the low pressure reservoir 42 (position CC).
  • this intermediate valve 46 it thus controls the opening or closing of the controlled valve 10 in normal mode.
  • the valve 10 in the position AA, the valve 10 remains in a given position, in the position BB of the water of the surrounding medium penetrates inside the bellows 14 which passes from the second position (FIG. 2) to the first position (FIG. 1), and in the DC position, the water inside the bellows 14 is sucked into the low pressure tank 42 and the bellows 14 passes from the first to the second position.
  • the tank 42 At the bottom of the tank 42, residual water E resulting from the various maneuvers of the controlled valve 10 is stored.
  • a level regulator 48 known per se puts in communication a suction connection 44a of the venturi tube 44 with the reservoir 42.
  • a non-return valve 50 prevents any fluid possibly flowing from the venturi duct 44 to the tank 42.
  • the tank 42 can also be used to control the pressure. other actuating cylinders similar to the actuating cylinder 1 1.
  • the venturi conduit 44 is installed in parallel (i.e., bypass) on the pipe of the wellhead.
  • a parallel assembly has the advantage of facilitating the regular operations of cleaning well pipes.
  • the venturi duct connected in parallel shunts a flow restrictor 52 from the wellhead. This improves the venturi effect and creates a greater depression.
  • the venturi duct is placed in parallel with the pipe of the wellhead (see FIG. 10).
  • the venturi duct is in series with the pipe of the wellhead and is formed in the body 22 (see Figure 14).
  • FIGS. 11A and 11B show a variant 14 'of the bellows 14 intended to be mounted in a second embodiment 1' of the jack actuating.
  • the bellows 1 4 ' comprises a plurality of flanges 1, 4a, made of metal, or of composite materials, similar to Belleville washers, arranged on spindles along the axis X.
  • each frustoconical flange 14'a is disposed opposite the central flange of a first adjacent frustoconical flange while the outer radial flange of said frustoconical flange 14'a is disposed vis-à-vis the outer radial flange of a second flange adjacent frustoconical.
  • the outer radial flanges are directly in contact with one another while the inner radial flanges are supported on one another via an axial 14'b metal spacer.
  • the set of frustoconical flanges 14'a and spacers 14'b is coated with a layer of elastomer material 14'c which seals the bellows.
  • This bellows 14 ' can generate axial forces capable of cutting a foreign body disposed in the vicinity of the plug 12 and which would hinder its closure or opening.
  • a bellows 14 ' whose frustoconical flanges 14'a have an internal diameter of 125 mm (one hundred and twenty-five millimeters) and an outside diameter of 360 mm (three hundred and sixty millimeters) is capable of generating an axial force of l an order of 450,000 N (four hundred and fifty thousand Newtons) when the bellows 14 'is in its second position and of the order of 300,000 (three hundred thousand Newtons) when the bellows 14' is prestressed, in abutment with the casing 18, in his first position.
  • FIGS. 1 2A and 1 2B show a bellows 14 'mounted in a second embodiment of actuating ram 11' intended to actuate a valve 60.
  • the casing of the jack comprises a chamber 56 disposed in front of the body conena nt the bellows, this chamber being traversed by the actuating rod 16 '.
  • This chamber receives a spring 57 bearing on the one hand on the bottom 58 of the chamber 56 disposed opposite the casing containing the bellows and on the other hand on a shoulder 59 of the actuating rod 1 6 'of the jack .
  • This spring exerts on the actuating rod 16 a counteracting action to that of the frustoconical flanges 14'a.
  • the action of the spring 57 makes it possible to ensure the opening of the valve 60 as and when the flanges 14'a are crushed by the hydrostatic pressure.
  • the spring avoids the dissociation of the flanges which must be permanently supported.
  • stiffness of the spring 57 is substantially less than that of the frustoconical flanges.
  • the constitution of the jack is substantially similar to that of the first embodiment shown in FIG. 1.
  • the actuating cylinder comprises a stitching 63 disposed parallel to the axis of displacement of the control rod 16, and offset laterally with respect to this axis to which the tube 38 is connected.
  • a breakable tube 61 is attached to the jack and communicates with the inside of the jack shell by one of its ends 61a which is received in an opening 17a formed in the rigid bottom 17 piston at a housing 17b delimited in the rigid bottom of the piston.
  • the breakable tube 61 is integral with a piston 66 intended to be received in the housing 17b formed in the bottom 17 and whose skirt comprises two housings for two O-rings 64.
  • the piston 66 and the housing 17b have substantially complementary cross-sections.
  • the two seals 64 provide a pre-positioning in the housing or well 17b cooperating with the side wall of the housing 17b.
  • the bottom wall of the piston comes into contact with a seal 62 disposed in the bottom of the housing or well 17b. Since the seal 62 is disposed in the bottom of the housing or well 17b, this seal does not have characteristics for the emission of dye as has been described with reference to Figures 8, 9A and 9B.
  • the constitution of the jack is substantially similar to that of the third embodiment shown in FIG. 13A.
  • this embodiment differs in that the breakable tube is mounted on the housing 18, and no longer at the bottom of a well.
  • the breakable tube comprises a flange intended to bear against a seal 62.
  • This seal is a dye-emitting seal having a structure similar to that described with reference to FIGS.
  • the jack has a structure similar to that of the second embodiment shown in FIGS. 12A and 12B.
  • the breakable tube is provided with a flange as in the fourth embodiment, but it is housed in a well or housing 17b formed in the rigid bottom of the jack as has been described in FIG. case of the third embodiment.
  • Fixing the breakable tube 61 is achieved by bearing forces created by the hydrostatic pressure.
  • the seal may be dye-emitting if this well is not too deep.
  • the housing 18 is sealed by a seal 18d disposed between the proximal portion 16a of the actuating rod 16 and the cylindrical wall 18b.
  • Figure 1 4 illustrates the cylinder 1 1 "" implemented for the control of a van ne 80.
  • the valve 80 has "convergent-divergent" bu l u res "forming a venturi system.
  • the actuating rod 16 comprises a shutter member of the valve at a narrowed portion between the converging and diverging portions of the tubing.
  • the casing of the jack is connected by the tubing 38 to the internal volume of the valve via a valve 46, this valve selectively allowing the jack to be connected to a low-pressure reservoir (not shown) or to the valve.
  • a modulated depression inside the casing of the jack can be obtained, which depression is a function of the difference (V1 -V2) between the speed of the fluid before the portion convergent of the venturi V1 and the speed of the fluid in the valve at the narrowed portion of the valve V2.
  • the operating inertia of the valve is low if the connection to the low pressure tank 42 is shunted by the valve 46.
  • a flow control is thus obtained. Said flow control is obtained by the action of the differential pressure acting on the external and internal surfaces of the envelope, namely on the one hand on the external surface the hydrostatic pressure absolutely invariable for a given water height, and on the other hand on the internal surface subjected to a variable pressure generated by the venturi system.
  • Such a control system can be constituted also, for example with the third and fourth embodiments of the cylinder.
  • rigid abutments such as presented for example in Figure 1 and additional elastic em en ts, for example frustoconical flanges type belleville washers, visible for example on FIGS. 11a and 11b in particular.
  • additional elastic em en ts for example frustoconical flanges type belleville washers
  • rigid stops having a central lumen of sufficient size to accommodate frustoconical flanges, or vice versa.

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Abstract

La présente invention concerne un vérin d'actionnement (11) hydraulique sans piston moteur comprenant une enveloppe fermée (14) élastiquement déformable et liée d'une part à une tige d'actionnement (16) mobile et d'autre part à un point fixe, en ce que ladite enveloppe (14) est agencée pour prendre une première position lorsque les pressions entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe (14) sont sensiblement égales, et en ce que ladite enveloppe, (14) est apte à se rétracter vers une seconde position lorsque la pression à l'extérieur de l'enveloppe (14) est supérieure à une valeur de seuil, ledit vérin d'actionnement (11) comprenant en outre des moyens pour augmenter la pression à l'intérieur de l'enveloppe (14) permettant le passage de l'enveloppe (14) de la seconde position à la première position.

Description

Vérin d'actionnement
DOMAINE DE L'INVENTION
La prése nte i nve nt ion co n ce rn e l e d om a i n e d es vérins d'actionnement, et plus particulièrement le domaine des vérins d'actionnement pour des installations sous-marines du type puits de pétrole, de gaz, oléoduc, gazoduc ou aqueduc sous marins ou des équipements pour l'intervention sur de telles installations. Ce type de vérin d'actionnement peut notamment être utilisé pour l'entraînement ou la commande de différents types d'organes effecteurs, en particulier d'un équipement mobile, par exemple d'un bras de manipulation ou d'une pelle mécanique, ou encore d'un outil, par exemple d'un outil de serrage, de découpe, de perforation ou d'emboutissage, ou encore d'un dispositif de type largage de lest ou d'une vanne de sécurité, et d'une manière générale, toutes les actions assurées au niveau aérien par les dispositifs appelés vérins comprenant un système piston cylindre utilisant un fluide sous pression.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les vérins d'actionnement connus sont de deux types dont le fonctionnement est différent. D'une part les vérins à vis dont la poussée et/ou la traction sont assurées par un système de vis pénétrant un écrou que l'on anime manuellement ou par moteur d'un mouvement de rotation. D'autre part, les vérins hydrauliques ou pneumatiques, dans lesquels la poussée et/ou la traction sont obtenues par la pression d'un fluide agissant sur l'une ou sur alternativement les deux faces d'un piston coulissant dans une chambre cylindrique, lequel piston, appelé piston moteur, est solidaire d'une tige d'actionnement fixée en son centre.
Il apparaît que ces différents systèmes nécessitent l'utilisation d'une source d'énergie mécanique, électrique, hydraulique ou pneumatique qu'il convient d'acheminer jusqu'à l'emplacement du vérin. Dans le cas d'installations sous-marines, et en particulier d'installation sous-marine à grande profondeur, cet acheminement se révèle complexe car il est nécessaire de prévoir un réseau d'approvisionnement pouvant atteindre le site de l'installation.
En outre, en cas d'accident, le circuit de commande et/ou d'alimentation d'un tel système peut être endommagé de sorte que celui-ci n 'est pl us pilotable. Ceci est particulièrement grave lorsque l'accident occasionne une fuite ou une rupture de la tuyauterie. Par exemple, lors d'un accident récent sur la plateforme pétrolière DeepWater Horizon, les systèmes de sécurité ne se sont pas activés au niveau de la tête de puits, ce qui a conduit à une marée noire. Il convient également d'être vigilant et d'envisager de possibles actes de sabotage.
Le but de la présente invention est de résoudre d'une manière simplificatrice tout ou partie des inconvénients des systèmes existants en les rendant plus fiable notamment dans les domaines de la sécurité.
PRESENTATION DE L'INVENTION
A cet effet, l a prése nte i nve ntion a pou r o bj et un vérin d'actionnement destiné à u ne util isation sous-marine, comprenant une enveloppe fermée élastiquement déformable et liée d'une part à un organe d'actionnement mobile et d'autre part à un point fixe, ladite enveloppe étant agencée pour prendre une première position lorsque les pressions entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe sont sensiblement égales, et ladite enveloppe étant apte à se rétracter vers une seconde position lorsque la pression à l'extérieur de l'enveloppe correspond à la pression de l'eau sous le niveau de la mer et est supérieure à une valeur de seuil, l'enveloppe étant agencée pour emmagasiner de l'énergie mécanique lors de sa déformation de la prem ière position à la deuxième position, ledit vérin d'actionnement comprenant en outre des moyens pour augmenter sur commande la pression à l'intérieur de l'enveloppe permettant le passage de l'enveloppe de la seconde position à la prem ière position en restituant tout ou partie de l'énergie mécanique emmaganisée.
L'enveloppe fermée est étanche et définit un volume étanche. Lorsque la pression à l'extérieur de l'enveloppe est sensiblement égale à la pression à l'intérieur de l'enveloppe, c'est-à-dire lorsque la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe est telle que l'enveloppe ne se déforme pas, l'enveloppe prend une première position . Dans cette première position, l'enveloppe est « au repos » et présente une déformation élastique minimum et le volume étanche est maximum. A cette première position, correspond une position de l'organe d'actionnement qui sera par la suite nommée « position initiale ».
Lorsque la pression à l'extérieur de l'enveloppe est supérieure à une valeur seuil, cette valeur seuil étant elle-même supérieure à la pression à l'intérieur de l'enveloppe (i.e. à l'intérieur du volume étanche), cette dernière se déforme élastiquement selon un axe et tend vers une seconde position. On comprend que l'enveloppe se comprime selon l'axe et tend à prendre une position « activée » où la déformation élastique en compression de l'enveloppe est maximale et le volume étanche est minimum. Cette déformation depuis la première position vers la seconde position entraine l'organe d'actionnement en mouvement. On comprend qu'une première extrémité de l'enveloppe est reliée à l'organe d'actionnement tandis qu'une seconde extrémité de l'enveloppe est reliée à un point fixe par rapport à l'organe commandé. Par la suite, lorsque l'enveloppe est dans la seconde position, on nommera la position associée de l'organe d'actionnement « position finale ».
On comprend bien entendu que lors du passage de la première à la seconde position, l'enveloppe se déforme élastiquement, c'est-à-dire que les déformations que l'enveloppe subit sont réversibles. En d'autres termes, le ou les matériaux constitutifs de l'enveloppe emmagasinent par leur déformation une certaine quantité d'énergie mécanique, ladite déformation n'entrant pas dans le domaine de la plasticité, cette quantité d'énergie peut compte tenu des conditions de fonctionnement être restituée au besoin intégralement et sur commande.
Lorsque l'enveloppe passe de la première position à la seconde position, la pression à l'extérieur de l'enveloppe déforme élastiquement cette dernière de sorte que l'enveloppe se rétracte ou se comprime (en d'autres termes le volume étanche se réduit), et la maintient dans cet état déformée. En effet, la pression à l'intérieur de l'enveloppe et la rigidité de l'enveloppe ne sont pas suffisantes pour s'opposer à la poussée de la pression à l'extérieur de l'enveloppe. En se déformant élastiquement, l'enveloppe est contrainte et son élasticité tend, par réaction, à la ramener vers la première position. La différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe bloque cette dern ière dans l a seconde position . Ainsi , l 'enveloppe est ma intenue immobilisée par la d ifférence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe dans la seconde position.
Les moyens pour augmenter la pression à l'intérieur de l'enveloppe permettent de ramener la pression à l'intérieur de l'enveloppe à une pression sensiblement égale à la pression à l'extérieur de l'enveloppe. En effet, lorsque la pression à l'intérieur de l'enveloppe est augmentée et redevient sensiblement égale à la pression à l'extérieur du volume étanche, l'enveloppe n'est plus bloquée en position déformée (i.e. la seconde position), de sorte que l'élasticité de l'enveloppe ramène, par réaction, l'enveloppe vers la première position.
Il est à noter que lors de la phase de compression du soufflet c'est- à-dire lors du passage de la première à la seconde position, celui-ci contient un gaz ou un fluide hydropneumatique compressible à l'intérieur de l'enveloppe permettant sa compression. Si un fluide incompressible est présent, il est chassé de l'enveloppe lors de cette phase.
Préférentiellement, le vérin d'actionnement forme un vérin d'une installation ou d'un équipement sous-marin. Lorsque le vérin d'actionnement est en dehors de l'eau, par exemple au niveau de la mer - niveau zéro, l'enveloppe est dans la première position et le vérin d'actionnement dans sa position initiale. En descendant le vérin d'actionnement sur site, grâce à la pression environnementale au fond de l'eau, par exemple à moins 2000 m (deux milles mètres) de fond, l'enveloppe se rétracte et passe de la première position à la seconde position . Le vérin d'actionnement est alors dans sa position finale.
Avantageusement, le vérin est un vérin hydraulique sans piston moteur.
Il apparaît que les caractéristiques du vérin selon la présente invention se distinguent des deux types précédemment cités par le fait qu'il ne nécessite pas de système piston moteur coulissant dans un cylindre d'une part, et d'autre part qu'il ne nécessite pas l'utilisation d'un fluide moteur acheminé à partir du niveau zéro sur les sites dans les grands fonds marins.
Avantageusement, pour augmenter la pression, les moyens pour augmenter la pression permettent de mettre en communication l'intérieur avec l'extérieur de l'enveloppe (le volume à l'intérieur de l'enveloppe n'est donc plus étanche) de sorte que la pression à l'intérieur de l'enveloppe s'équilibre avec la pression à l'extérieur du volume étanche.
On comprend que la première position de l'enveloppe est une position d'équilibre de l'enveloppe, qui est mécaniquement stable. Ainsi, dans son état « naturel » lorsque les pressions à l'intérieur et l'extérieur sont sensiblement égale, l'enveloppe tend à venir dans la première position et donc à ramener le vérin d'actionnement dans la position initiale. Ceci permet de s'affranchir d'une alimentation énergétique extérieure au vérin d'actionnement pour le ramener depuis la position finale vers la position initiale. Ainsi, grâce aux efforts de réaction dus à la déformation élastique de l'enveloppe lors du passage de la première à la seconde position, le vérin d'actionnement passe automatiquement, lorsque la pression à l'intérieur de l'enveloppe est augmentée, de la position finale vers la position initiale, et ce sans nécessiter d'apport énergétique extérieur.
Avantageusement, l'organe d'actionnement est mobile en translation suivant un axe.
Avantageusement, l'enveloppe comprend un soufflet.
Un soufflet est une structure élastique définissant une enveloppe élastiquement déformable. Un tel soufflet constitue une enveloppe dont la rigidité est adaptée pour fournir un effort de réaction suffisant pour assurer le déplacement de l'organe d'actionnement et pour se déformer sous l'effet de la pression externe à l'enveloppe. Par ailleurs, un tel soufflet présente une bonne résistance à la fatigue et forme une enveloppe fiable et robuste. Il se substitue à l'action des vérins hydrauliques ou pneumatiques caractérisés par un système « piston moteur-cylindre » susceptible d'être à l'origine de défauts de fonctionnement par fuites ou coincements ou grippage par exemple.
Avantageusement, le vérin d'actionnement comprend deux tiges télescopiques coaxiales, une première tige parmi les deux tiges télescopiques forme l'organe d'actionnement tandis que la seconde tige parmi les deux tiges télescopiques est liée à un point fixe par rapport à la première tige.
La première tige est reliée à une première extrémité de l'enveloppe. La seconde tige est reliée à un point fixe, tout comme une seconde extrémité de l'enveloppe. Avantageusement, la seconde tige et la seconde extrémité de l'enveloppe sont rattachées à un même point fixe. Ainsi, lorsque l'enveloppe est déformée et passe de la première position à la seconde position, ou vice versa, la prem ière tige formant l'organe de commande est entraînée en conséquent tout en étant guidée par la seconde tige.
Avantageusement, la première tige télescopique coopère en butée avec la seconde tige télescopique lorsque l'enveloppe est dans la seconde position.
La butée entre les deux tiges télescopique sert notamment à limiter la course de l'organe d'actionnement afin de ne pas générer des efforts résiduels inutiles dans l'organe d'obturation, et plus généralement dans le corps du vérin. Avantageusement, l'enveloppe est disposée dans une structure rigide, ladite enveloppe coopérant en butée avec ladite structure lorsque l'enveloppe est dans la première position.
De manière générale, au sens de l'invention, le terme « rigide » signifie que l'élément en question n'est pas apte à se déformer dans les mêmes conditions que l'enveloppe. En d'autres termes, un élément rigide ne se déforme pas tandis que l'enveloppe se déforme élastiquement. La structure rigide peut être formée par exemple, par un carter ajouré de sorte à être en communication avec le milieu extérieur. La structure rigide entoure, au moins en partie l'enveloppe. Dans la première position, l'enveloppe coopère en butée avec la structure rigide. Ceci permet de pouvoir pré-contraindre l'enveloppe. En outre, la structure rigide et la butée servent de guide extérieur à la déformation de l'enveloppe. Par exemple, la seconde extrémité de l'enveloppe et/ou la seconde tige sont fixées à la structure rigide qui sert alors de point fixe.
Avantageusement, les moyens pour augmenter la pression comprennent un organe cassable permettant de mettre l'intérieur de l'enveloppe en communication fluidique avec l'extérieur de l'enveloppe.
En cassant l'organe cassable, on met en communication l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe, de façon à équilibrer les pressions entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe. Ainsi, lorsqu'on veut ramener l'enveloppe de la seconde vers la première position, il suffit de rompre l'élément cassable. Par exemple, en cas d'accident sur une installation sous-marine, la rupture de l 'élément cassable permet de ramener automatiquement une vanne commandée comprenant le vérin d'actionnement de la position ouverte à la position fermée.
Avantageusement, l'étanchéité de la liaison fluidique entre l'organe cassable et l'intérieur de l'enveloppe est réalisée par un joint dynamométrique comprenant un ind icateur de force de serrage, notamment un élément d'émission de colorant. Ces dispositions permettent de réaliser une vérification du bon serrage du joint lors de la mise en place de l'organe cassable ou de son remplacement, et ce sans nécessiter la mesure d'un couple de serrage (dans le cas d'une fixation par exemple par un système vis-écrou).
Avantageusement, le vérin d'actionnement comprend en outre des moyens de pompage mis en communication, sélectivement, avec l'intérieur de l'enveloppe pour faire baisser la pression à l'intérieure de l'enveloppe afin d'amener celle-ci depuis la première position vers la seconde position. Lorsque le vérin d'actionnement est en position sur site, que l'organe d'actionnement est da ns sa position in itiale , c'est-à-dire que l'enveloppe est dans sa première position, et que l'on souhaite piloter le vérin d'actionnement pour faire passer l'organe d'actionnement à sa position finale, c'est-à-dire que l'enveloppe passe dans sa seconde position, on met en communication l'intérieur de l'enveloppe avec les moyens de pompage formant ainsi une source basse pression. Par conséquent, la pression à l'intérieur de l'enveloppe chute de telle sorte que la pression à l'extérieur de l'enveloppe devient supérieure à la valeur seuil et l'enveloppe se rétracte et passe de sa première à sa seconde position. Ainsi, grâce aux moyens de pompage, il est possible de faire passer l'organe d'actionnement de la position initiale à la position finale lorsque le vérin d'actionnement est installé sur site.
Avantageusement, une valve intermédiaire à trois positions est disposée en communication fluidique entre les moyens de pompage et l'enveloppe. Dans une première position de la valve intermédiaire, l'intérieur de l'enveloppe est isolé de l'extérieur et forme un volume étanche. Dans une seconde position de la valve intermédiaire, l'intérieur de l'enveloppe est en communication fluidique avec le milieu extérieur à l'enveloppe, par exemple l'eau de mer. Dans la troisième position de la valve intermédiaire, l'intérieur de l'enveloppe est en communication fluidique avec les moyens de pompage. Ainsi, pour faire passer l'enveloppe de la première vers la seconde position, on positionne la valve intermédiaire dans sa troisième position. Pour ramener l'enveloppe de la seconde vers la première position, on positionne la valve intermédiaire dans la seconde position. Lorsqu'on ne veut pas manœuvrer le vérin d'actionnement, on laisse le vérin d'actionnement dans sa première position. Par exemple, la valve intermédiaire est pilotée électriquement depuis un poste de commande à distance du vérin d'actionnement. Le poste de commande peut par exemple être dans l'eau ou hors de l'eau.
Avantageusement, les moyens de pompage comprennent un réservoir apte à être dépressurisé, sélectivement mis en communication avec l'intérieur de l'enveloppe.
Un réservoir de basse pression, c'est-à-dire un réservoir dont le volume intérieur a été dépressurisé par rapport au milieu extérieur, constitue, par exemple en milieu sous-marin, une source basse pression. Un tel réservoir rend autonome d 'u n point de vue énergétiq ue la manœuvre du vérin d'actionnement. De préférence, ce réservoir sera de forme sphérique de manière à présenter une grande résistance à l'écrasement.
Avantageusement, les moyens de pompage comprennent en outre un conduit venturi apte à être traversé par un fluide pour créer une dépression dans le réservoir.
Un tel conduit venturi permet de pouvoir générer, ou de régénérer un certain niveau de basse pression dans le réservoir. Ainsi, sur le long terme, et au fil des usages successifs, le vérin d'actionnement reste autonome et ne demande pas d'intervention pour recharger le réservoir en basse pression, ou en placer un nouveau.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe ou un ensemble formé par l'enveloppe et/ou au moins un élément élastique additionnel associé à l'enveloppe et présentant un comportement élastique tendant à ramener l'enveloppe dans sa première position présente une raideur supérieure à 40000 N/mm, et de préférence supérieure à 70000 N/mm.
Selon un aspect de l'invention, l'au moins un élément élastique additionnel comporte au moins une rondelle élastique, par exemple de type Belleville.
Avantageusement, l'enveloppe comprend un soufflet et au moins une butée est disposée entre deux ondulations adjacentes du soufflet, ladite butée étant configurée pour limiter la déformation axiale du soufflet.
Une telle butée permet de l im iter la déformation entre deux ondulations adjacentes du soufflet. Par exemple, lorsque la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du soufflet est très importante, par exemple lorsque la vanne commandée est placée à moins 5000 m (cinq mille mètres) de profondeur sous le niveau de la mer, ce dernier est empêché de se déformer de manière excessive, et donc d'entrer dans le domaine plastique ou de rupture des matériaux, grâce à la butée qui limite et bloque les déformations à un certain degré prédéterminé.
Selon un aspect de l'invention, l'au moins une butée présente un comportement élastique tendant à ramener l'enveloppe dans sa première position. Ces dispositions permettent d'augmenter l'effort exercé par le vérin lors de son passage de la seconde à la première position. Selon un exemple de réalisation, des rondelles tronconiques, par exemple correspondant à des rondelles de type Belleville peuvent être utilisées. Selon un aspect de l'invention, l'au moins une butée forme l'au moins un élément élastique additionnel.
Avantageusement, l'organe d'actionnement est mobile entre une première position, dite initiale, dans laquelle l'enveloppe est dans sa première position et une deuxième position, dite finale, dans laquelle l'enveloppe est dans sa deuxième position, le vérin d'actionnement comprenant un organe de rappel agencé pour soll iciter l'organe d'actionnement vers sa deuxième position.
De préférence, la raideur de l'organe de rappel est inférieure à la raideur de l'au moins une butée présentant un comportement élastique.
Avantageusement, l'organe cassable présente un épaulement coopérant en appui avec une portion d'appui, l'organe cassable étant maintenu solidaire et en appui avec la portion d'appui grâce à une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe.
On comprend que l'épaulement de l'organe cassable coopère en appui directement avec une portion fixe de l'enveloppe, ou avec une platine supportant l'organe cassable auquel est relié un tube connectant fluidiquement ce dernier avec l'intérieur de l'enveloppe. Le remplacement d'un tel organe cassable présente l'avantage d'être facile à mettre en œuvre. En effet, lorsque l'organe cassable a été rompu, il demande à être remplacé pour pouvoir utiliser de nouveau la vanne commandée en régime normal. Ainsi, lorsque le vérin d'actionnement est placé au fond de l'eau, il est possible grâce à un bras-outil d'un ROV (« RemotlyOperatedVehicle » ou véhicule télécommandé) intervenant sur site, de retirer aisément l'organe cassable usagé, et de le remplacer par un nouveau en le positionnant à la place de l'ancien. Lorsqu'une différence de pression est créée entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe pour l'amener de sa première position vers sa seconde position, notamment en créant une dépression à l'intérieur de l'enveloppe par rapport à l'extérieur de l'enveloppe, la différence de pression permet de plaquer et de bloquer énergiquement en position l'organe cassable de remplacement. On s'affranchit ainsi d'opérations fastid ieuses de boulonnage ou de vissage qui sont compliquées à réaliser et à vérifier en milieu sous-marin.
La présente i nvention a ég a l em ent pou r obj et u n e vanne commandée comprenant un vérin d'actionnement selon l'invention et un organe d'obturation, l'organe d'actionnement étant couplé audit organe d'obturation, la prem ière position du vérin correspondant à une première position ouverte ou fermée de l'organe d'obturation, et la seconde position du vérin correspondant respectivement à l'autre position parmi la position ouverte ou fermée de l'organe d'obturation.
Avantageusement, la première position de l'enveloppe correspond à la position fermée de l'organe d'obturation tandis que la seconde position de l'enveloppe correspond à la position ouverte de l'organe d'obturation, et la vanne commandée comprend en outre un palpeur disposé fluidiquement en série avec le corps de la vanne et coopérant mécaniquement avec l'organe cassable, ledit palpeur adoptant une première position lorsque la pression et/ou la vitesse du fluide traversant le corps de la vanne sont inférieures à une pression et/ou une vitesse prédéterminées, tandis que le palpeur adopte une seconde position, différente de la première, lorsque la pression et/ou la vitesse du fluide traversant le corps de la vanne sont supérieures ou égales à la pression et/ou la vitesse prédéterminées, le passage de la première à la seconde position du palpeur cassant l'organe cassable.
On com prend q u e l e corps de l a vanne comprend l'organe d'obturation et la partie de la vanne commandée reliée à une tuyauterie et formant un tronçon de tuyauterie dans lequel est disposé l'organe d'obturation. La position du palpeur reflète le régime de l'écoulement fluide qui traverse la vanne commandée. La première position du palpeur reflète un écoulement stable en régime normal tandis que la seconde position reflète un écoulement en survitesse et/ou en surpression en régime anormal. Ce régime anormal est par exemple la conséquence d'une rupture de tuyauterie en aval de la vanne commandée. Ainsi, lorsque le palpeur passe de sa première position à sa seconde position, une rupture de tuyauterie en aval de la vanne commandée est détectée. Le passage de la première à la seconde position du palpeur casse l'organe cassable. La pression au sein de l'enveloppe est alors équilibrée avec la pression à l'extérieur de l'enveloppe qui passe de sa seconde à sa première position entraînant la fermeture de l'organe d'obturation. En d'autres termes, le palpeur détecte de manière autonome une fuite où une rupture de la tuyauterie en aval de la vanne commandée, et pilote la fermeture automatique de la vanne commandée.
Selon un mode de réalisation, l'organe d'obturation est un boisseau rotatif couplé à l'organe d'actionnement via un mécanisme de manœuvre comprenant une transmission du type pignon/crémaillère. Selon un autre mode de réalisation, l'organe d'obturation est une guillotine couplée à l'organe d'actionnement.
La vanne commandée est par exemple une vanne de régulation de débit comportant un système venturi dans lequel est destiné à s'écouler un fluide dont on veut réguler le débit, le système venturi étant relié fluidiquement au volume intérieur de l'enveloppe du vérin et agencé pour faire varier, lors de l'écoulement du fluide dans le système venturi, la pression à l'intérieur de l'enveloppe. Selon ce mode de réalisation, la pression à l'extérieur de l'enveloppe correspond de préférence à la pression hydrostatique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux figures annexées, sur lesquelles:
La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un vérin d'actionnement selon l'invention, la tige d'actionnement étant dans sa position initiale,
La figure 2 représente le vérin de la figure 1 , la tige d'actionnement étant en position finale,
La figure 3 représente un schéma d'utilisation d'un vérin selon l'invention pour l'actionnement d'un organe effecteur,
La figure 4 représente un premier mode de réalisation de la vanne commandée selon l'invention en position initiale,
La figure 5 représente la vanne commandée de la figure 4 en position finale,
La figure 6 représente la vanne commandée vue selon le plan de coupe III de la figure 5,
Les figures 7A, 7B et 7C représentent le couplage palpeur/organe cassable de la vanne commandée, vu selon le plan de section IV de la figure 6,
La figure 8 représente en détail l'organe cassable,
Les figures 9A et 9B représentent un joint dynamométrique disposé au niveau de l'interface entre l'organe cassable et un tube destiné à faire augmenter la pression dans le soufflet du vérin, selon deux positions avant et après mise en place d'un nouvel organe cassable,
La figure 10 représente la vanne commandée de la figure 5 installée sur une tête de puits sous-marin, Les figures 1 1 A et 1 1 B représentent un second mode de réalisation d'un vérin d'actionnement comprenant un soufflet modifié par rapport au vérin d'actionnement de la figure 1 , respectivement dans la seconde et dans la première position du soufflet, et
Les figures 1 2A et 12B représente un second mode de réalisation d'une vanne selon l'invention comprenant un vérin selon le second mode de réalisation présenté sur les figures 1 1 A et 1 1 B.
La figure 1 3A représente un troisième mode de réalisation d'un vérin d'actionnement selon l'invention.
La figure 13B représente un quatrième mode de réalisation d'un vérin d'actionnement selon l'invention.
La figure 14 représente un cinquième mode de réalisation d'un vérin d'actionnement selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION La figure 1 représente un premier mode de réal isation d'un vérin selon l'invention dans sa position initiale tandis que la figure 2 représente le même vérin dans sa position finale, résultant ici de l'immersion du vérin au fond de la mer. Le vérin 1 1 comprend un soufflet 14 formant une enveloppe fermée d'une part par une tige d'actionnement 16, et d'autre part par un fond rigide 17 destiné à rester fixe par rapport à un support sur lequel est rapporté le vérin. Le soufflet 14 et la tige 16 sont coaxiaux et s'étendent selon l'axe X définissant la direction axiale X. La figure 1 représente le soufflet 14 dans sa première position, où la pression à l'intérieur du soufflet 14 est égale à la pression à l'extérieur du soufflet 14. La figure 2 représente le soufflet 14 rétracté dans sa seconde position, où la pression à l'extérieur du soufflet 14 est supérieure à une valeur de seuil, le vérin d'actionnement 1 1 étant immergé mais l'intérieur du soufflet 14 étant isolé de la pression environnementale. Le soufflet 14 est disposé dans un carter 18 formant une structure rigide. Le carter 18 présente des jours 18a de sorte que la pression à l'intérieur et à l'extérieur du carter est la même. Par conséquent, l'extérieur du soufflet 14 est soumis à la pression environnante au voisinage des parois externes du carter 18, donc à la pression de l'eau au sein de laquelle ledit soufflet est immergé. L'ensemble formé par le carter 18 et par le soufflet 14 présente une symétrie de révolution par rapport à l'axe X. Le carter 18 forme un guide extérieur pour la déformation du soufflet 14 selon l'axe X. Dans ce premier mode de réalisation, le soufflet 14 est fabriqué à partir d'un matériau composite multicouche élastique, par exemple en résine et fibres de renfort ou plusieurs couches de feuilles métalliques enrobées dans une résine ou un matériau élastomère. Afin de limiter les déformations du soufflet 14, un flasque 20 formant une butée est disposé entre chaque ondulation du soufflet 14. Comme représenté sur la figure 2, lorsque le soufflet 1 4 est dans sa seconde position, chaque flasque 20 coopère en appui par complémentarité de forme avec les parois internes du soufflet 14. En outre, le bord annulaire central de chaque flasque 20 s'étend axialement de part et d'autre du corps du flasque 20 de manière à ce que chaque flasque 20 prenne appui, selon la direction axiale X, avec le flasque adjacent. Ainsi les flasques 20 limitent la déformation axiale du soufflet 14. Afin de faciliter la circulation des fluides à l'intérieur du soufflet 14, les flasques 20 présentent des trous (non représentés) mettant en communication fluidique les zones, à l'intérieur du soufflet 14, s'étendant de part et d'autre de chaque flasque 20. Par ailleurs, les flasques 20 s'étendent rad ialement sur toute l'étendue rad iale des parois internes de chaque ondulation du soufflet 14. Ainsi, chaque flasque 20 coopère radialement avec le soufflet 14 de sorte à limiter les éventuelles déformations radiales du soufflet 14.
Une première extrémité axiale 141 du soufflet 14 est solidaire de la tige 16 tandis que la seconde extrémité axiale 142 du soufflet 14 est solidaire du carter 18 qui forme un point fixe par rapport au soufflet 14. Par conséquent, la première extrémité 141 du soufflet est mobile selon l'axe X par rapport au carter 18 et peut entraîner la tige16 en translation selon l'axe X.
Le soufflet 14 et les flasques 20 coulissent selon la direction axiale
X le long d'une tige creuse 28. La tige creuse 28 sert de guide axial pour le soufflet 1 4 et les flasques 20 lors du passage de la première à la seconde position du soufflet 14, et vice-versa. Cette tige creuse 28 présente des orifices 28a de sorte que le volume à l'intérieur de la tige creuse 28 communique avec le volume définit entre la tige creuse 28 et le soufflet 14 et que les pressions dans ces différents volumes soient les mêmes. La tige creuse 28 est solidaire de l'extrémité 142 du soufflet par vissage. Ainsi, la tige creuse 28 est reliée au carter 18 en tant que point fixe par l'intermédiaire de l'extrémité 142 du soufflet 14.
La tige d'actionnement 16 présente une portion proximale 16a (par rapport au soufflet 14) engagée coaxialement à l'intérieur de la tige creuse 28 et coopérant en glissement avec la tige creuse 28. Ainsi, la tige d'actionnement 16 et la tige creuse 28 forment deux tiges télescopiques coaxiales. Par ailleurs, la portion proximale 16a coopère en butée, dans la première position du soufflet 14, avec le carter 18. Le carter 18 présente une paroi cylindrique 18b s'étendant axialement et défin issant un logement cylindrique recevant en coulissement une partie de la portion proximale 16a de la tige d'actionnement 16. Cette paroi cylindrique 18b forme un guide externe pour le coulissement selon la direction axiale X de la tige d'actionnement 16. La partie proximale 16a de la tige 16 présente un épaulement 164 s'étendant radialement, qui coopère en butée, dans la première position du soufflet 14, avec le carter 18. Selon une alternative, la bride annulaire 161 s'étendant radialement vers l'extérieur de la tige 1 6 par rapport à l'axe X coopère en butée par complémentarité de forme avec la paroi cylindrique 18b, et plus particulièrement avec l'extrémité axiale libre de la paroi cylindrique 18b, lorsque le soufflet 14 est dans sa première position.
Le soufflet 14 est fixé à la portion proximale 16a de la tige 16 par l'intermédiaire d'une rainure ménagée dans la bride 161 . La portion proximale 16a présente un espace annulaire borgne 163 s'étendant axialement qui reçoit, dans la seconde position du soufflet 14, l'extrémité axiale de la tige creuse 28 en regard avec la tige d'actionnement 16. Dans la seconde position du soufflet 14, la tige d'actionnement 16 coopère en butée avec la tige creuse 28 via le fond de l'espace annulaire borgne 163. Dans la seconde position du soufflet 14, l'extrémité de la tige d'actionnement 16 engagée dans la tige creuse 28 coopère en butée avec le carter 18, avec le fond rigide 17, ou avec un fond de la tige creuse 28.
Comme cela est représenté de façon schématique à la figure 3, le vérin selon l'invention peut être utilisé pour l'actionnement d'une grande variété d'organes effecteurs E, directement ou par l'intermédiaire d'un agencement de transmission et/ou de transformation du mouvement T.
Nous al lons à présent décrire en particul ier u n type d'organe effecteur particulier, à savoir une vanne commandée 10 actionnée par un vérin selon l'invention.
La figure 4 représente un premier mode de réalisation de la vanne commandée selon l'invention dans sa position initiale tandis que la figure 5 représente la même vanne dans sa position finale, résultant ici de l'immersion de la vanne au fond de la mer. La vanne commandée 10 comprend un boisseau 12 formant un organe d'obturation mobile dans le corps de vanne 22, la vanne étant actionnée par un vérin d'actionnement 1 1 comprenant une tige d'actionnement 16 entraînant le boisseau 12.
Le carter 1 8 du vérin 1 1 est solidaire du corps 22 de la vanne 10 par l'intermédiaire d'un bâti 24 dans lequel est disposé un mécanisme de manœuvre 26 décrit plus en détail ci-après. Le corps 22 de la vanne 10 est fixé à une tuyauterie.
Lorsque le soufflet 14 du vérin 1 1 est dans sa première position, le boisseau 1 2 est fermé. Lorsque le soufflet 14 est dans sa seconde position, le boisseau 1 2 est ouvert. Par conséq uent la position initiale de la vanne commandée 10 est une position ouverte tandis que la position finale de la vanne 10 est une position fermée. Les flèches en traits épais sur les figures 4 et 5 symbolisent l'écoulement du fluide dans le corps 22 de la vanne 10.
La portion distale 16b (par rapport au soufflet 14) de la tige 16 présente une crémaillère 26a entraînant en rotation un pignon 26b. Ce pignon 26b entraine en rotation un arbre 26c directement relié et entraînant directement en rotation le boisseau 1 2. La crémaillère 26a, le pignon 26b et l'arbre 26c forment le mécanisme de manœuvre 26.
Une palette 30 formant un palpeur est disposée en aval du corps 22 de la vanne 10. La palette 30 est montée en rotation sur un arbre 32 duquel elle est solidaire de manière à ce que le pivotement de la palette 30 autour du l'arbre 32 l'écarté plus ou moins de la veine du flux traversant le corps 22 de la vanne 10 (i.e. des flèches en traits épais sur la figure 2). Un ressort de rappel 34 tend à ramener la palette 30 vers la veine du flux traversant le corps 22 de la vanne 1 0. Comme représenté sur la figure 4, lorsqu'aucun fluide ne traverse le corps 22 la palette 30 obture la sortie du corps 22. Comme représenté sur la figure 5, lorsqu'un fluide traverse le corps 22, le flux repousse la palette 30 qui entraîne en rotation l'arbre 32 et se retrouve partiellement écartée du flux. Dans cet exemple non limitatif, la palette 30 est circulaire et présente un diamètre supérieur au diamètre de la sortie du corps 22.
En référence aux figures 6, 7A, 7B, 7C, et 8, l'arbre 32, solidarisé à la palette 30 par exemple par une clavette, présente à une de ses extrémités une douille cylindrique 33 équipée d'une came 33a. Dans la douille 33 est disposé un tube sécable 36 formant un organe cassable. En référence à la figure 5, le tube sécable 36 comprend un tube borgne qui présente une portion amincie 36a ayant une faible résistance mécanique, ce qui permet de rompre facilement le tube 36. En outre, du côté de la partie borgne du tube 36, un carré 36b forme une prise pour pouvoir exercer un effort de rotation sur le tube sécable 36 afin de rompre ce dernier. Le tube sécable 36 et en connexion fluidique avec l'intérieur du soufflet 14 par l'intermédiaire d'un tube 38 connecté au fond 17.
Ainsi, lorsqu'aucun fluide ne traverse le corps 22, la palette 30 est maintenue en appui contre le corps 22 (cf. figure 4) et la came 33a ne touche pas le carré 36b (cf. fig ure 7A). Lorsqu'un fluide traverse le corps 22 en conditions normales, la palette 30 est écartée de la veine du flux (cf. figure 5) et la came 33a est déplacée en rotation autour du carré 36b sans toutefois le toucher (cf. figure 7B). Lorsqu'un fluide travers le corps 22 en survitesse ou en surpression à cause d'une rupture de tuyauterie en aval de la vanne 10, la palette 30 est encore plus écartée de la veine de flux qu'en conditions normales, ce qui entraine la came 33a au contact du carré 36a et entraîne ce dernier en rotation. La rotation du carré 36b rompt la section amincie 36a (cf. figure 7C). Ainsi, lorsque le tube sécable 36 est rompu, la pression à l'intérieur du soufflet 1 4, par l'intermédiaire du tube 38, devient égale à la pression à l'extérieur du soufflet 14, ce qui a pour effet de ramener le soufflet 14 de sa seconde vers sa première position, et donc de fermer la vanne commandée 10. Ainsi, lorsqu'une fu ite est détectée en aval de la vanne commandée 10, la vanne commandée 10 est automatiquement fermée.
Pour remplacer le tube sécable 36 lorsqu'il est rompu (par exemple par intervention d'un ROV sur site sous l'eau) on déplace, par des moyens connus par ailleurs et non représentés, la platine 40 du vis-à-vis de la douille 33, on retire la base 36c du tube sécable 36 rompu, et on place, par emmanchement sur la platine 40 un tube sécable 36 de remplacement. L'ergot 40a sert de détrompeur et permet de positionner correctement le carré 36b du tube 36 de remplacement par rapport aux déplacements de la came 33a. En replaçant la douille 33 autour du tube 36 de remplacement, la douille 33 maintien en position le tube 36 de remplacement. En générant une basse pression par rapport au m il ieu environnant, à l'aide du réservoir de basse pression 42 (cf. fig u re 10) décrit ultérieurement, dans le soufflet 14, la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du soufflet 14, et donc du tube 38, plaque et solidarise le tube 36 de remplacement à la platine 40 par coopération en appui de la collerette 36d avec la platine 40. La collerette 36d forme un épaulement coopérant avec la platine 40 en tant que portion d'appui. Par ailleurs, le détrompeur 40a permet, en plus des efforts de frottement entre la platine 40 et la collerette 36d dues au placage du tube 36 sur la platine 40, de bloquer en rotation le tube 36 selon son axe.
Selon une variante, une palette de maintien montée en rotation sur la platine permet de maintenir le tube sécable 36 de remplacement en position sur la platine avant le placage et solidarisation par différence de pression du tube 36. Lorsque le tube 36 de remplacement est plaqué, l'emboîtement final du tube 36 avec la platine 40 libère la palette de maintien qui s'efface automatiquement par rapport au tube sécable 36, grâce à un ressort de rappel .
Afin de s'assurer que la solidarisation du tube 36 de remplacement avec la platine 40 est effective, on place un joint 41 entre la collerette 36d et la platine 40. Comme cela est représenté sur la figure 9A, une capsule 41 1 contenant un colorant facilement visible, par exemple jaune fluorescent, est disposé dans un logement 414 ménagée dans une rainure 412 réalisée dans le corps du joint. La rainure 41 2 comprend par ailleurs une portion en saillie 415 disposée en regard du logement 414. Lorsque le tube 36 de remplacement est effectivement plaqué et solidarisé avec la platine 40, et que la pression de serrage est suffisante pour comprimer le joint 41 , la partie en saillie 415 écrase la capsule 41 1 et libère le colorant 416, comme représenté sur la figure 9B, ce qui indique que l'opération de solidarisation s'est bien déroulée. Il est ainsi possible de s'assurer qu'une pression de serrage donnée est atteinte en u t i l i sa n t u n j o i n t a u x caractéristiques dynamométriques prédéterminées correspondant à la pression hydrostatique. Avantageusement, on dispose quatre capsu les espacées angulairement de 90° chacune indiquant, par libération d'un jet de colorant, que les forces d'appui sont homogènes sur tout le pourtour de la collerette 36d. Selon une variante, un tube sécable 16 peut être monté directement sur le fond rigide 17 et être rompu directement grâce une intervention par ROV. La figure 10 représente la vanne commandée 10 des figures 4 et 5 installée sur une tête de puits de pétrole sous-marin. Dans la configuration représentée, la vanne commandée 10 comprend en outre un réservoir de basse pression 42 et un conduit venturi 44. Dans cet exemple, la v a n n e c o m m a n d é e 1 0 e s t d i s p o s é e e n a m o n t d ' u n séparateur eau/hydrocarbure (gaz ou pétrole). Le réservoir 42 est avantageusement chargé d'un gaz, tel que l'azote, à une pression de 5 à 10 bars par exemple, une telle pression étant faible par rapport à la pression hydrostatique à des grandes profondeurs sous-marines. La vanne commandée 10 forme ainsi un système hydropneumatique.
Le réservoir de basse pression 42 est relié au tube 38 par l'intermédiaire d'un té 38a . La valve intermédiaire 46 à trois position permet d'isoler l'intérieur du soufflet 14 par rapport au milieu environnant et par rapport au réservoir de basse pression 42 (position AA), de mettre en communication l'intérieur du soufflet 14 avec le milieu environnant (position BB), ou de mettre en communication l'intérieur du soufflet 14 avec le réservoir de basse pression 42 (position CC). En pilotant cette valve intermédiaire 46, on commande ainsi l'ouverture ou la fermeture de la vanne commandée 10 en régime normal . Ainsi dans la position AA, la vanne 10 reste dans une position donnée, dans la position BB de l'eau du milieu environnant pénètre à l'intérieur du soufflet 14 qui passe de la seconde position (figure 2) à la première position (figure 1 ), et dans la position CC, l'eau à l'intérieur du soufflet 14 est aspirée dans le réservoir de basse pression 42 et le soufflet 14 passe de la première à la seconde position.
Au fond du réservoir 42, de l'eau résiduelle E issue des différentes manœuvres de la vanne commandée 10 est stockée. Lorsque le niveau d'eau E est trop élevé dans le réservoir 42, un régulateur de niveau 48 connu en soi met en communication un piquage d'aspiration 44a du tube venturi 44 avec le réservoir 42. Ainsi la valeur de la basse pression est maintenue à un niveau désiré dans le réservoir 42. Par ailleurs un clapet anti-retour 50 évite que du fluide s'écoule éventuellement depuis le conduit venturi 44 vers le réservoir 42. Selon une variante non représentée, le réservoir 42 peut également servir à piloter d'autres vérins d'actionnements similaires au vérin d'actionnement 1 1 .
Le conduit venturi 44 est installé en parallèle (i.e. en dérivation) sur la canalisation de la tête de puits. Un tel montage parallèle présente l'avantage de faciliter les opérations régulières de curage des canalisations du puits. En outre, le conduit venturi monté en parallèle shunte un réducteur de débit 52 de la tête du puits. Ceci permet d'améliorer l'effet venturi et de créer une plus grande dépression. Selon une variante, le conduit venturi est placé en parallèle avec la canalisation de la tête de puits (voir figure 10). Selon encore une autre variante, le conduit venturi est en série avec la canalisation de la tête de puits et est formé dans le corps 22 (voir figure 14).
Les figures 1 1 A et 1 1 B représentent une variante 14' du soufflet 14 destiné à être monté dans u n second mode de réal isation 1 1 ' du vérin d'actionnement. Sur la figure 1 1 A le soufflet 14' est dans sa seconde position (rétracté) tandis que sur la figure 1 1 B le soufflet 14' est dans sa première position . Le soufflet 1 4' comprend pl usieu rs flasques troncon iq ues 1 4'a, métalliques ou en matériaux composites, semblables à des rondelles de type Belleville, disposés têtes bêches selon l'axe X. Ainsi le rebord radial central de chaque flasque tronconique 14'a est disposé en vis-à-vis du rebord central d'un premier flasque tronconique adjacent tandis que le rebord radial extérieur dudit flasque tronconique 14'a est disposé en vis-à-vis du rebord radial extérieur d'un second flasque tronconique adjacent. Les rebords radiaux extérieurs sont directement en appui l'un sur l'autre tandis que les rebords radiaux intérieurs sont en appui l'un sur l'autre par l'intermédiaire d'un espaceur axial 14'b métallique. L'ensemble des flasques tronconiques 14'a et des espaceurs 14'b est enrobé d'une couche de matériau élastomère 14'c qui assure l'étanchéité du soufflet. Ce soufflet 14' permet de générer des efforts axiaux capables de sectionner un corps étranger disposé au voisinage du boisseau 12 et qui gênerait sa fermeture ou son ouverture. Par exemple, un soufflet 14' dont les flasques tronconiques 14'a présentent un diamètre intérieur de 125 mm (cent vingt-cinq millimètres) et un diamètre extérieur de 360 mm (trois cent soixante millimètres) est capable de générer un force axiale de l'ordre de 450.000 N (quatre cent cinquante mille Newtons) lorsque le soufflet 14' est dans sa seconde position et de l'ordre de 300.000 (trois cent mille Newtons) lorsque le soufflet 14' est précontraint, en butée contre le carter 18, dans sa première position.
Les figures 1 2A et 1 2B montrent un soufflet 14' monté dans un second mode de réalisation du vérin 1 1 ' d'actionnement destiné à actionner une vanne 60.
Selon cette variante, le carter du vérin comprend une chambre 56 disposée en ava nt d u corps contena nt l e soufflet, cette chambre étant traversée par la tige d'actionnement 16'.
Cette chambre reçoit un ressort 57 prenant appui d'une part sur le fond 58 de la chambre 56 disposé à l'opposé du carter contenant le soufflet et d'autre part sur un épaulement 59 de la tige d'actionnement 1 6' du vérin . Ce ressort exerce sur la tige d'actionnement 16 une action antagoniste à celle des flasques tronconiques 14'a. L'action du ressort 57 permet d'assurer l'ouverture de la vanne 60 au fur et à mesure de l'écrasement des flasques 14'a par la pression hydrostatique. Le ressort évite la dissociation des flasques qui doivent être en permanence en appui.
Il est à noter que la raideur du ressort 57 est sensiblement inférieure à celle des flasques tronconiques.
Selon un troisième mode de réalisation d'un vérin d'actionnement 11" représenté sur la figure 13A, la constitution du vérin est sensiblement similaire à celle du premier mode de réalisation présenté à la figure 1. Toutefois, ce mode de réalisation diffère en ce que le vérin d'actionnement comporte un piquage 63 disposé parallèlement à l'axe de déplacement de la tige de commande 16, et de façon décalée latéralement par rapport à cet axe auquel est raccordé le tube 38.
En outre, dans ce mode de réalisation, un tube sécable61 est rapporté sur le vérin et communique avec l'intérieur de l'enveloppe du vérin par l'une de ses extrémités 61a qui est reçue dans une ouverture 17a ménagée dans le fond rigide 17 du piston au niveau d'un logement 17b délimité dans le fond rigide du piston.
Le tube sécable 61 est solidaire d'un piston 66 destiné à être reçu dans le logement 17b ménagé dans le fond 17 et dont la jupe comprend deux logements pour deux joints toriques 64.
Le piston 66 et le logement 17b présentent des sections transversales sensiblement complémentaires. Les deux joints 64 assurent un pré-positionnement dans le logement ou puits 17b en coopérant avec la paroi latérale du logement 17b. La paroi de fond du piston vient en contact d'un joint 62 disposé dans le fond du logement ou puits 17b. Etant donné que le joint 62 est disposé dans le fond du logement ou puits 17b, ce joint ne présente pas de caractéristiques permettant l'émission de colorant comme cela a été décrit en références aux figures 8, 9A et 9B.
Selon un quatrième mode de réalisation d'un vérin d'actionnement 11"' représenté sur la figure 13B, la constitution du vérin est sensiblement similaire à celle du troisième mode de réalisation présenté à la figure 13A. Toutefois, ce mode de réalisation diffère en ce que le tube sécable est monté sur le carter 18, et non plus au fond d'un puits.
Dans ce cas, le tube sécable comporte une collerette destinée à prendre appui contre un joint 62. Ce joint est un joint à émission de colorant présentant une structure similaire à celle décrite en référence aux figures 9A et
9B. Comme cela a été précédemment décrit, la disposition des capsules à 90° est intéressante, elle matérialise la parfaite répartition circulaire de la force de serrage.
Selon u n cinquième mode de réalisation 1 1 "" d'un vérin d'actionnement représenté sur la figure 14, le vérin présente une structure similaire à celle du second mode de réalisation représenté sur les figures 12A et 12B. Dans ce cinquième mode de réalisation, le tube sécable est muni d'une collerette comme dans le quatrième mode de réalisation, mais celui-ci est logé dans un puits ou logement 17b ménagé dans le fond rigide du vérin comme cela a été décrit dans le cas du troisième mode de réalisation.
La fixation du tube sécable 61 est réalisée par des forces d'appui créées par la pression hydrostatique. Le joint peut être à émission de colorant si ce puits n'est pas trop profond.
Par ailleurs, dans ce cinquième mode de réal isation, le carter 18 est rendu étanche par un joint 18d disposé entre la partie proximale 16a de la tige d'actionnement 16 et la paroi cylindrique 18b.
Ces d isposition s permettent de réaliser les essais de bon fonctionnement en atelier, par la jonction d'une pompe hydraulique d'épreuve avec un raccord 18e destiné à assurer la communication entre l'extérieur et l'intérieur du carter 18. Le démontage du raccord 18e assure l'équilibrage de l'extérieur de l'enveloppe avec la pression environnementale.
Il est à noter que ce système d'épreuve ne développe qu'une force d'écrasement partielle de l'enveloppe, la total ité des surfaces en cause étant supérieure en immersion.
La figure 1 4 illustre le vérin 1 1 "" mis en œuvre pour le contrôle d 'une van ne 80. La vanne 80 possède des tu bu l u res « convergentes- divergentes» formant un système venturi.
La tige d'actionnement 16' comprend un élément d'obturation de la vanne au niveau d'une portion rétrécie entre les parties convergentes et divergentes de la tubulure.
L'enveloppe du vérin est raccordée par la tubulure 38 au volume intérieur de la vanne par l'intermédiaire d'une valve 46, cette valve permettant sélectivement de raccorder le vérin à un réservoir de basse pression non représenté ou à la vanne.
Su ivant la position de la valve 46, une dépression modulée à l'intérieur de l'enveloppe du vérin peut être obtenue, laquelle dépression est fonction de la différence (V1 -V2) entre la vitesse du fluide avant la portion convergente du venturi V1 et la vitesse du fluide dans la vanne au niveau de la portion rétrécie de la vanne V2. L'inertie de fonctionnement de la vanne est faible si la connexion au réservoir de basse pression 42 est shuntée par la valve 46. Une régulation de débit est ainsi obtenue. Ladite régulation de débit est obtenue par l'action de la pression différentielle agissant sur les surfaces externe et interne de l'enveloppe, à savoir d'une part sur la surface externe la pression hydrostatique absolument invariable pour une hauteur d'eau donnée, et d'autre part sur la surface interne soumise à une pression variable engendrée par le système venturi.
Un tel système de régulation peut être constitué également, par exemple avec les troisième et quatrième modes de réalisation du vérin.
Selon une variante de réalisation non représentée, il est possible de combiner des butées rigides telles que présentées par exemple sur la figure 1 et d es é l ém e n ts élastiques additionnels, par exemple des flasques tronconiques de type rondelles bellevilles, visibles par exemple sur les figures 1 1 a et 1 1 b notamment. Dans ce cas, il est par exemple possible de prévoir des butées rigides présentant une lumière centrale d'une dimension suffisante pour loger des flasques tronconiques, ou inversement.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Vérin d'actionnement (1 1 ) destiné à une utilisation sous-marine, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe fermée (14) élastiquement déformable et liée d'une part à un organe d'actionnement (16) mobile et d'autre part à un point fixe, en ce que ladite enveloppe (14) est agencée pour prendre une première position lorsque les pressions entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe (14) sont sensiblement égales, et en ce que ladite enveloppe (14) est apte à se rétracter vers une seconde position lorsque la pression à l'extérieur de l'enveloppe (14) correspond à la pression de l'eau sous le niveau de la mer et est supérieure à une valeur de seuil, l'enveloppe étant agencée pour emmagasiner de l'énergie mécanique lors de sa déformation de la première position à la deuxième position , ledit vérin d'actionnement (1 1 ) comprenant en outre des moyens (36) pour augmenter sur commande la pression à l'intérieur de l'enveloppe (14) permettant le passage de l'enveloppe (14) de la seconde position à la première position en restituant tout ou partie de l'énergie mécanique emmaganisée.
2. Vérin d'actionnement (1 1 ) selon la revendication 1 , ledit vérin étant un vérin hydraulique sans piston moteur.
3. Vérin d'actionnement (1 1 ) se l o n l'une des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe comprend un soufflet (14).
4. Vérin d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux tiges télescopiques coaxiales, une première tige parmi les deux tiges télescopiques forme l'organe d'actionnement (16) tandis que la seconde tige (28) parmi les deux tiges télescopiques est liée à un point fixe par rapport à la première tige.
5. Vérin d'actionnement selon la revendication 4, dans lequel la première tige télescopique (1 6) coopère en butée avec la seconde tige télescopique (28) lorsque l'enveloppe (14) est dans la seconde position.
6. Vérin d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe (14) est disposée dans une structure rigide (18), ladite enveloppe (14) coopérant en butée avec ladite structure (18) lorsque l'enveloppe (14) est dans la première position.
7. Vérin d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens pour augmenter la pression comprennent un organe cassable (36, 61 ) permettant de mettre l'intérieur de l'enveloppe (14) en communication fluidique avec l'extérieur de l'enveloppe (14).
8. Vérin selon la revendication 7, dans lequel l'étanchéité de la liaison fluidique entre l'organe cassable (36, 61) et l'intérieur de l'enveloppe est réalisée par un joint (41, 62) dynamométrique comprenant un indicateur de force de serrage, notamment un élément d'émission de colorant.
9. Vérin d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de pompage (42) mis en communication, sélectivement, avec l'intérieur de l'enveloppe (14) pour faire baisser la pression à l'intérieure de l'enveloppe (14) afin d'amener celle-ci depuis la première position vers la seconde position.
10. Vérin d'actionnement selon la revendication 9, dans lequel les moyens de pompage comprennent un réservoir (42) apte à être dépressurisé, sélectivement mis en communication avec l'intérieur de l'enveloppe.
11. Vérin d'actionnement selon la revendication 10, dans lequel les moyens de pompages comprennent en outre un conduit venturi (44) apte à être traversé par un fluide pour créer une dépression dans le réservoir (42).
12. Vérin d'actionnement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe (14) et/ou un ensemble formé par l'enveloppe (14) et au moins un élément élastique additionnel (14'a) présentant un comportement élastique tendant à ramener l'enveloppe (14) dans sa première position présente une raideur supérieure à 40000 N/mm.
13. Vérin d'actionnement selon la revendication 3 et l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant en outre au moins une butée (20, 14'a) disposée entre deux ondulations adjacentes du soufflet (14), ladite butée (20, 14'a) étant configurée pour limiter la déformation axiale du soufflet (14).
14. Vérin d'actionnement selon la revendication 12, dans lequel l'au moins une butée (14'a) présente un comportement élastique tendant à ramener l'enveloppe (14) dans sa première position.
15. Vérin d'actionnement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'organe d'actionnement est mobile entre une première position, dite initiale, dans laquelle l'enveloppe (14) est dans sa première position et une deuxième position, dite finale, dans laquelle l'enveloppe (14) est dans sa deuxième position, le vérin d'actionnement comprenant un organe de rappel (57) agencé pour solliciter l'organe d'actionnement vers sa deuxième position.
16. Vérin d'actionnement selon la revendication 13 et selon la revendication 14, dans lequel la raideur de l'organe de rappel (57) est inférieure à la raideur de l'au moins une butée (14'a).
17. Vérin d'actionnement selon la revendication 6 et l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel l'organe cassable (36) présente un épaulement (36d) coopérant en appui avec une portion d'appui (40), l'organe cassable (36) étant maintenu solidaire et en appui avec la portion d'appui (40) grâce à une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe (14).
18. Vanne commandée (10) comprenant un vérin d'actionnement selon l'une des revendications précédentes et un organe d'obturation (12), l'organe d'actionnement (16) étant couplé audit organe d'obturation (12), la première position du vérin correspondant à une première position ouverte ou fermée de l'organe d'obturation (12), et la seconde position du vérin correspondant respectivement à l'autre position parmi la position ouverte ou fermée de l'organe d'obturation (12).
19. Vanne commandée selon la revendication 17, dans laquelle la première position de l'enveloppe (14) correspond à la position fermée de l'organe d'obturation (12) tandis que la seconde position de l'enveloppe (14) correspond à la position ouverte de l'organe d'obturation (12), et la vanne commandée (10) comprend en outre un palpeur (30) disposé fluidiquement en série avec le corps (22) de la vanne (10) et coopérant mécaniquement avec l'organe cassable (36), ledit palpeur (30) adoptant une première position lorsque la pression et/ou la vitesse du fluide traversant le corps (22) de la vanne (10) sont inférieures à une pression et/ou une vitesse prédéterminées, tandis que le palpeur (30) adopte une seconde position, différente de la première, lorsque la pression et/ou la vitesse du fluide traversant le corps (22) de la vanne (10) sont supérieures ou égales à la pression et/ou la vitesse prédéterminées, le passage de la première à la seconde position du palpeur (30) cassant l'organe cassable (36).
20. Procédé d'utilisation d'un vérin d'actionnement selon l'une des revendications 1 à 16, comprenant une étape consistant à soumettre l'enveloppe (14) du vérin d'actionnement à une pression extérieure correspondant à la pression de l'eau sous le niveau de la mer et supérieure à la valeur seuil de manière à provoquer une rétractation de l'enveloppe (14) vers sa seconde position.
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