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"Flotteur d'allégement, en particulier pour la pose de conduites sous-marines"
La présente invention se rapporte aux flotteurs d'allégement, en particulier aux flotteurs destinés à la prise de conduites sous-marines suivant les techniques décrites dans le brevet français N 1 206 378 du 14 août 1958 et le premier certificat d'addition correspondant du 4 août 1959, ainsi que dans le brevet du 9 avril 1960 pour "Procédé de pose d'une con- duite sous-marine avec allongement par tronçons horizontaux".
La présente invention concerne les flotteurs du genre comportant une masse d'allégement fluide et compressible et a
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pour objet aes moyens permettant d'absorber, compenser, voire utiliser les variations, en fonction de la profondeur d'immer- sion du volume de ce genre de masse d'allégement. Pour les flotteurs à liquide, l'intérêt de l'invention est d'éviter l'écrasement de l'enveloppe du fait de la compressibilité iné- vitable du liquide.
Un objet plus particulier de l'invention consiste en la création d'un surallégement variable avec la profondeur selon l'une des techniques décrites dans le brevet ci-dessus contienne du 9 avril 1960.
Un flotteur suivant l'invention est remarquable nota:- ment en ce qu'il comporte dans une enveloppe rigide, de part et d'autre d'une membrane souple et imperméable, un premier volume fermé adapté à confiner la masse d'allégement et un second volume placé en communication avec le liquide environnant.
Grâce à cette disposition, toute variation du volume de la masse d'allégement est automatiquement compensée par une variation inverse au volume de liquide environnant : le système se maintient en équipression et tout contact direct est évité entre le liquide environnant (en général l'eau de mer) d'une part et la masse d'allégement d'autre part.
Suivant un aspect de l'invention, un flotteur de surallé- gement de flottabilité décroissante au-delà d'une profondeur donnée d'immersion est constitué en utilisant une masse d'allé- gement gazeuse chargée sous une pression de gonflage corres- pondant à la pression hydrostatique à la profondeur choisie.
Selon une autre forme de réalisation, un flotteur d'allé- gement de flottabilité lentement variable avec l'immersion est constitué avec une masse d'allégement liquide.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor-
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diront 1Ji:':...,.L':.": =e ':1 "",'.;cril1,ior.. 1>1 va suivra, !. r'i''"r.ce aux ;lY..iSl:: 3L..L.K': , à#t,., lesquels : la figure 1 e-; une vue d'ensemble d'un flotteur sphéri- 1e i ,32 c0r.:..ri ; la figure 2 est une vue à plus :rnae échelle nontrsnt un aé't8Ü. ; la i,;¯ ,"ß 3 est une vue , 1 f en c. ule d'un l'iotteur c;.Lin- d'ique à charge liquide.
Suivait la forme de réalisation choisie et représentée aux figures 1 et 2, un flotteur d'alitement pour canalisation
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sous-n.srie est constitue par une sphère métallique 1 an acier sc>a4 ùon lu diantre t;t l'épaisseur pourront naturellement varier suivant les ccnaitions d'emploi. Une courte tubulure
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radié.If:: 2 -st rapportée par soudure en regard d'une fenêtre cinulairs 3 : 1 crte . on extraite libre une bride 4, le tout disnt consolidé par quatre goussets 5 placés à 90 . Deux goussets è.i.8.r::éralement opposés sont percés d'un trou à pouvant recevoir un anneau.
La tubulure 2 est fermée par une plaque pleine 7 avec joint à bride portant en son centre ur. tube de respiration 8 dont l'extraite extérieure est munie a'une crépine 9 tandis que la partie intérieure comporte une surface cannelée 10 cana la zone située à l'intérieur et au voisinage de le tubulure, tandis que sur le restant de sa surface s'étendant radialement dans la sphère elle est percée de multiples petits trous 11 et se termine par un bout arrondi.
Le diamètre de la tubulure 2 est suffisant pour permet- tre l'introduction d'une poche de respiration constituée par une vessie 13 en tissu imperméable comportant une tubulure renforcée 14 adaptée à s'engager sur la partie cannelée du
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tube #9 rsir'.i3i . .;'à," iixer e ';;0YJ. ét3!'J.C;le par une r- ad .>8::,re-j ::J:'l 1.3 1?, l'étanci:.µiz4 pouvant ttre assurée par un colla-e. l'état déployé la vessie 15 constitue un ballon sphérique d'un dianetre l6<::;ère;;1t:r:,t; supérieur au c1Íar:.è- tre intérieur de la sphère.
Sur la tubulure 2 est soudé un embout 16 équipé d'un ropinet d'air comprimé 17. la partie inférieure de la sphère,
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c'8st--ire à ?'oa>os0 1: la fenêtre 3, un vé le. >caa4 sur un gousset 19 sup,crie un aineau éô en fer forgé sur lequel sera frappé le ctblc .:;up..;or1; dc la C311"lisa-;ion.
Une purge 21 obtur4e d'un bocl.cn est 5c..<àée le plus près possible du gousset 19. titube par la vessie 13 et la p2.é1.':!.ue 7 étant SOî,"'neUSfIé1#t boulonnée sur la bri :1'': 4 'l 1:8 .;on à assurer une fermeture prfaitenent étanche, on procède au gonflage du floz-,eL4r en raccoru.ant la tubulure lé % une source 'é, ir compriJ!.8 d'une priession pré, L;3 vessie 13 se trouve alors plaquée contre elle-rém< autour de la ti0e Q,,, respiration b par la pression ue rjonflae. .u cours de l'immersion progressive du flotteur, l'eau s'engouffre à travers la crépine 9 dans la ti¯e de respi- ration 8, mais reste d'abord confinée à l'intérieur de celle-ci.
A partir du moment, toutefois, où la pression hyarostatique du milieu ambiant dépasse la pression de gonflage, l'eau s'échappe à travers les trous 11 de la tige de respiration à l'intérieur de la vessie 13 et augmente le volume de celle-ci aux dépens du volume de l'air qui se comprime en suivant la loi de Nariotte et la flottabilité du flotteur diminue pour devenir nulle puis négative. A la remontée, le phénomène inverse se produit.
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Pour que le flotteur arde toujours une flottabilité positive, il lui est adjoint un second flotteur (non représen- té) en polystyrène par exemple, adapté à compenser le poias dans l'eau de la partie métallique du flotteur et de ses acces- soires.
Un certain nombre de flotteurs ainsi constitués étant accrochas à des intervalles réguliers le long d'une conduite immergée, si l'on désigne par v le volume de flotteur rapporté conduite, par bol pression hydrostamètre linésire de conduite, et par hl la pression hydrosta- tiue (en mètres d'eau) correspondant à la pression de gonflage, la flottabilité correspondante restera égale à v tant que la profondeur d'immersion h reste inférieure à hl, en négligeant le poids fin l'air introduit sous pression et en admettant que la densité de liquide est éale à l'unité.
Pour une profondeur h supérieure à hl la flottabilité devient :
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La valeur de flottabilité exercée par l'ensemble de flotteurs sur une conduite immergée jusqu'à une profondeur E devient ainsi :
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Le poids de la conduite étant égal à pH (p = poids apparent par mètre linéaire de conduite immergée),.la conduite est en équilibre si pH = F et descend si pH> F.
On voit donc qu'il est possible de régler l'équilibre ou le déséquilibre en agissant sur v, donc sur le volume et l'écartement des flotteurs et sur hl, c'est-à-dire sur la pres- sion de gonflage. @
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J:,' utili t de la membrane iL:per!:'1éable que constitue la poche de respiration consiste à éviter la dissolution de l'air dans l'eau, aissolution qui ne manquerait pas de se pro- duire sous pression élevée. On évite, d'autre part, complètement l'emploi de soupapes dont le fonctionnement peut être sujet à des incidents.
1 la place du flotteur que l'on vient de décrire en référence aux figures 1 et 2 où l'eau se trouve confinée au centre de la capacité, on peut envisager l'emploi d'un type inverse de flotteurs avec l'air au centre de la capacité. Dans ce cas, on se trouve ramené purement et simplement au principe d'un ballon sphérique gonflé qui s'écrase lorsqu'il est dans un milieu dont la pression est supérieure à. sa pression de gon- flage. un peut prendre alors une sphère métallique percée de trous et placer à l'intérieur le ballon ainsi gonflé. Comme dans le cas du tube de respiration b des figures 1 et 2, ces trous devront avoir un diamètre suffisamment petit pour éviter les effets de poinçonnage.
Il est d'ailleurs possible de rem- placer on \.le doubler la sphère en tale par une ou plusieurs couches de grillage dont l'une très fine pour éviter l'effet de poinçonna je.
Dans le cas de flotteurs utilisant une charge de produit liquide de faible densité tel que l'essence légère, le butane, le propane, on préférera en général des enveloppes cylindriques qui pourront être soit souples soit rigides. On devra dans tous les cas tenir compte de la compressibilité des liquides, de la variation de leur densité en fonction de la température, ainsi que de la tension de vapeur qui oblige à maintenir à l'intérieur de l'enveloppe un espace mort contenant la vapeur et qui se rétracte de façon très importante avec l'augmentation de la
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pression. Ces différentes propriétés jouent dans le même sens et conduisent à une rétraction de volume avec l'augmentation de la profondeur, d'autant plus importante que la densité est faible.
Dans le cas de flotteurs à enveloppe souple constituée par exemple par un cylindre en toile caoutchoutée cu en plasti- que. le contenu étant constamment en équilibre ae pression avec l'eau de mer environnante, l'enveloppe ne subit qu'un effort de compression perpendiculaire à sa surface. Compte tenu de la résistance des toiles disponibles le diamètre du réser- voir cylindrique constituant le flotteur est en fait limité par la nécessité de résister à la tension de vapeur du liquide.
Ce type de flotteur ne peut pratiquement êtreutilisé que pour l'essence légère, l'emploi du butane et surtout du propane conduisant à des diamètres de réservoir beaucoup trop faibles.
Les flotteurs à enveloppe rigide nesont pas sujets à ces limitations et la contraction du volume de leur charge liquide sera compensée, sans mise en compression de l'enveloppe rigide, selon l'invention par introduction d'eau de mer sous la pression du milieu ambiant selon le mécanisme déjà. examiné ci-dessus pour les flotteurs à gaz.
La figure 3 contre un flotteur cylindrique à enveloppe rigide pour charge liquide. Un réservoir 31 de forme Générale cylindrique est réalise en tube d'acier soudé à fonds emboutis 32, 33. L'un de ces fonds porte une tubulure 34 à bride 35 obturée par uns plaque 36 portant, de façon analogue à ce que l'on a vu dans le cas du flotteur à gaz des figures 1 et 2, un tube de respiration 3b terminé à l'extérieur par une crépine 39 et coiffé à l'intérieur par une poche de respiration 40 constituée ici par un cylindre en toile imperméable fermé à une
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extrémité et termine à l'autre extrémité par l'embout 41 serré et collé sur une partie cannelée et non perforée du tube 38.
Le réservoir métallique comporte sur la génératrice supérieure l'appareillage 42 nécessaire pour le remplissage et la vidange du liquide (butane, propane, etc. ), pour le contrôle du niveau et la sécurité. Sur une génératrice inférieure sont supportés deux ou davantage d'anneaux 43, 44 pour le passage de cibles de support de la canalisation. Un autre anneau 45 est prévu sur le fond 33 pour le remorquage du flotteur.
Au remplissage, la poche de respiration se trouve com- plètement aplatie par le poids du liquide et sa tension de vapeur. au fur et à mesure de l'immersion, la contraction du liquide est compensée par la pénétration progressive de l'eau de mer sans que celle-ci ne puisse jamais venir au contact du liquide de remplissage. Le système se maintient ainsi da lui- même en équipression. A la remontée, les phénomènes inverses se produisent, l'eau étant progressivement chassée de la poche.
On voit donc que l'on obtient dans ce cas une réduction lente et continue de la ilottabilité se produisant des le début de l'immersion, mais, en ménageant dans ces flotteurs un espace vide approprié au-dessus du niveau du liquide et en remplissant cet espace avec un gaz à une pression supérieure à la tension de vapeur du liquide, on peut réaliser un régime mixte en ce sens que le flotteur fonctionne alors en partie comme un flot- teur à liquide et en partie comme un flotteur à gaz. Toutefois, dans la pratique, il est en général préférable de séparer les deux fonctions.
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"Relief float, in particular for laying subsea pipelines"
The present invention relates to lightening floats, in particular to floats intended for taking underwater pipes according to the techniques described in French patent No. 1 206 378 of August 14, 1958 and the corresponding first certificate of addition of 4 August 1959, as well as in the patent of April 9, 1960 for "Method of laying an underwater pipe with elongation by horizontal sections".
The present invention relates to floats of the type comprising a fluid and compressible lightening mass and a
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the object of this is the means making it possible to absorb, compensate, or even use the variations, as a function of the depth of immersion of the volume of this type of lightening mass. For liquid floats, the advantage of the invention is to avoid crushing the casing due to the inevitable compressibility of the liquid.
A more particular object of the invention consists in the creation of a variable relief with the depth according to one of the techniques described in the above patent contained of April 9, 1960.
A float according to the invention is remarkable nota: - ment in that it comprises in a rigid envelope, on either side of a flexible and impermeable membrane, a first closed volume adapted to confine the lightening mass and a second volume placed in communication with the surrounding liquid.
Thanks to this arrangement, any variation in the volume of the lightening mass is automatically compensated for by an inverse variation to the volume of surrounding liquid: the system remains in equal pressure and any direct contact is avoided between the surrounding liquid (generally water weight) on the one hand and the lightening mass on the other.
According to one aspect of the invention, a booster float of decreasing buoyancy beyond a given depth of immersion is formed by using a mass of gaseous relief charged under an inflation pressure corresponding to. hydrostatic pressure at the chosen depth.
In another embodiment, a slowly varying buoyancy relief float with immersion is made of a liquid relief mass.
The characteristics and advantages of the invention emerge
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will say 1Ji: ': ...,. L' :. ": = e ': 1" ",' .; cril1, ior .. 1> 1 will follow,!. r'i ''" r.ce aux ; lY..iSl :: 3L..L.K ':, to # t,., which: figure 1 e-; a general view of a spherical float 1, 32 c0r.:..ri; Figure 2 is a larger view: rnae scale does not have an aé't8Ü. ; the i,; ¯, "ß 3 is a view, 1 f in c. ule of a liquid-charged float c;. Lin- ic.
Following the embodiment chosen and shown in Figures 1 and 2, a bed rest float for pipeline
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sub-series is made up of a metallic sphere 1 year steel sc> a4 ùone diantre t; t the thickness may naturally vary according to the ccnaitions of use. A short tubing
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Radié.If :: 2 -is attached by welding next to a 3: 1 crest cinulairs window. a free flange 4 is extracted, the whole disnt consolidated by four gussets 5 placed at 90. Two gussets è.i.8.r :: erally opposite are pierced with a hole that can receive a ring.
The tubing 2 is closed by a solid plate 7 with a flanged seal bearing in its center. breathing tube 8 whose outer extract is provided with a strainer 9 while the inner part has a grooved surface 10 cana the area located inside and in the vicinity of the tubing, while on the remainder of its surface s 'extending radially in the sphere, it is pierced with multiple small holes 11 and ends with a rounded end.
The diameter of the tubing 2 is sufficient to allow the introduction of a breathing bag constituted by a bladder 13 of impermeable fabric comprising a reinforced tubing 14 adapted to engage on the grooved part of the tube.
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tube # 9 rsir'.i3i. .; 'to, "iixer e' ;; 0YJ. ét3! 'JC; le by an r- ad.> 8 ::, re-j :: J:' l 1.3 1 ?, the stance: .µiz4 being able to be ensured by a colla-e. the deployed state the bladder 15 constitutes a spherical balloon with a diameter of 16 <::; era ;; 1t: r:, t; greater than c1Íar:. interior of the sphere .
On the pipe 2 is welded an end piece 16 equipped with a compressed air valve 17. the lower part of the sphere,
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c'8st - ire at? 'oa> os0 1: window 3, a vé le. > caa4 on a gusset 19 sup, shouts a wrought iron eô spindle on which the ctblc will be struck.:; up ..; or1; dc the C311 "lisa-; ion.
A purge 21 obtur4e of a bocl.cn is 5c .. <toe as close as possible to the gusset 19. staggers through the bladder 13 and the p2.é1. ':!. Ue 7 being SOî, "' neUSfIé1 # t bolted on the bri: 1 '': 4 'l 1: 8.; one to ensure a prefaitenent tight closing, one proceeds to the inflation of the floz-, eL4r by connecting the tubing to a source' é, ir compriJ !. 8 of a pre priession, L; 3 bladder 13 is then placed against it-rem <around the ti0e Q ,,, respiration b by the pressure ue rjonflae. During the progressive immersion of the float, the Water rushes through the strainer 9 into the breathing head 8, but first remains confined inside the latter.
From the moment, however, when the hyarostatic pressure of the ambient medium exceeds the inflation pressure, the water escapes through the holes 11 of the breathing rod inside the bladder 13 and increases the volume of that. -Here at the expense of the volume of air which is compressed by following Nariotte's law and the buoyancy of the float decreases to become zero then negative. On ascent, the opposite phenomenon occurs.
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So that the float always has a positive buoyancy, a second float (not shown) is added to it (not shown), for example polystyrene, adapted to compensate for the poias in the water of the metal part of the float and its accessories.
A certain number of floats thus constituted being hooked at regular intervals along a submerged pipe, if we denote by v the volume of the float reported pipe, by bolus pressure hydrostameter linear pipe, and by hl the hydrostatic pressure. tiue (in meters of water) corresponding to the inflation pressure, the corresponding buoyancy will remain equal to v as long as the immersion depth h remains less than hl, neglecting the fine weight of the air introduced under pressure and assuming that the liquid density is equal to unity.
For a depth h greater than hl the buoyancy becomes:
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The buoyancy value exerted by the set of floats on a pipe submerged to a depth E thus becomes:
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The weight of the pipe being equal to pH (p = apparent weight per linear meter of submerged pipe), the pipe is in equilibrium if pH = F and drops if pH> F.
It can therefore be seen that it is possible to adjust the balance or the imbalance by acting on v, therefore on the volume and spacing of the floats and on h1, that is to say on the inflation pressure. @
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The usefulness of the breathing bag consists in avoiding the dissolution of air in water, a solution which is sure to occur under high pressure. On the other hand, the use of valves whose operation can be subject to incidents is completely avoided.
1 instead of the float that has just been described with reference to Figures 1 and 2 where the water is confined to the center of the capacity, one can consider the use of an inverse type of floats with air at center of capacity. In this case, we find ourselves brought back purely and simply to the principle of an inflated spherical balloon which crashes when it is in a medium whose pressure is greater than. its inflation pressure. one can then take a metallic sphere pierced with holes and place the balloon thus inflated inside. As in the case of the breathing tube b of Figures 1 and 2, these holes must have a diameter small enough to avoid the effects of punching.
It is moreover possible to replace the doubling of the tale sphere by one or more layers of mesh, one of which is very thin to avoid the punching effect.
In the case of floats using a charge of liquid product of low density such as light gasoline, butane or propane, cylindrical envelopes will generally be preferred which may be either flexible or rigid. In all cases, account must be taken of the compressibility of liquids, of the variation in their density as a function of temperature, as well as of the vapor pressure which makes it necessary to maintain inside the casing a dead space containing the steam and which retracts very significantly with the increase in
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pressure. These different properties work in the same direction and lead to a shrinkage of volume with increasing depth, which is all the more important as the density is low.
In the case of floats with a flexible envelope constituted, for example, by a cylinder made of rubberized canvas or plastic. the contents being constantly in equilibrium ae pressure with the surrounding sea water, the casing only undergoes a compressive force perpendicular to its surface. Taking into account the resistance of the fabrics available, the diameter of the cylindrical tank constituting the float is in fact limited by the need to resist the vapor pressure of the liquid.
This type of float can practically be used only for light gasoline, the use of butane and especially propane leading to tank diameters that are much too small.
Rigid-shell floats are not subject to these limitations and the volume contraction of their liquid charge will be compensated, without compressing the rigid shell, according to the invention by introducing seawater under the pressure of the ambient medium. according to the mechanism already. reviewed above for gas floats.
FIG. 3 against a cylindrical float with a rigid shell for liquid load. A tank 31 of generally cylindrical shape is made of welded steel tube with pressed bottoms 32, 33. One of these bottoms carries a flanged tube 34 35 closed by a bearing plate 36, in a manner analogous to that the we have seen in the case of the gas float of Figures 1 and 2, a breathing tube 3b terminated on the outside by a strainer 39 and capped on the inside by a breathing bag 40 formed here by an impermeable canvas cylinder closed at a
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end and ends at the other end with the nozzle 41 clamped and glued to a grooved and non-perforated part of the tube 38.
The metal tank comprises on the upper generator the apparatus 42 necessary for filling and emptying the liquid (butane, propane, etc.), for level control and safety. On a lower generatrix are supported two or more rings 43, 44 for the passage of pipe support targets. Another ring 45 is provided on the bottom 33 for towing the float.
On filling, the breathing bag is completely flattened by the weight of the liquid and its vapor pressure. as the immersion progresses, the contraction of the liquid is compensated by the gradual penetration of sea water without the latter ever coming into contact with the filling liquid. The system thus maintains itself in equal pressure. On ascent, the opposite phenomena occur, the water being gradually driven out of the pocket.
It can therefore be seen that in this case a slow and continuous reduction in the floatability occurring from the start of the immersion is obtained, but, by leaving in these floats an appropriate empty space above the level of the liquid and by filling this space with a gas at a pressure greater than the vapor pressure of the liquid, a mixed regime can be achieved in that the float then operates partly as a liquid float and partly as a gas float. However, in practice it is generally preferable to separate the two functions.