FR2575452A1

FR2575452A1 - Methode et dispositif pour soustraire un element accroche a une installation mobile aux mouvements de cette installation

Info

Publication number: FR2575452A1
Application number: FR8419965A
Authority: FR
Inventors: Michel Chatard
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1986-07-04
Also published as: GB8531417D0; NL192535C; JPS61179993A; NO855256L; GB2168944A; FR2575452B1; NL8503578A; GB2168944B; NL192535B; NO177017C; NO177017B

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE METHODE ET UN DISPOSITIF POUR SOUSTRAIRE UN ELEMENT ACCROCHE A UNE INSTALLATION MOBILE AUX MOUVEMENTS DE CETTE INSTALLATION. SELON LA PRESENTE INVENTION, LES GRANDEURS CARACTERISTIQUES DU DISPOSITIF QUI COMPORTE AU MOINS UN VERIN, AU MOINS UN ACCUMULATEUR ET PLUSIEURS POULIES, SONT DETERMINEES POUR QUE LES EFFORTS MECANIQUES ET OLEOPNEUMATIQUES SOIENT SENSIBLEMENT EGAUX. LA PRESENTE INVENTION EST APPLICABLE AU DOMAINE DES DISPOSITIFS MARINS D'ANTI-PILONNEMENT.

Description

La présente invention concerne un dispositif pour soustraire un élément accroché à une installation mobile à l'influence de mouvements d'amplitudes limités de cette installation.

Le dispositif selon la présente invention peut être utilisé, notamment dans le domaine marin, en tant que coulisse anti-pilonnement, ou compensateur de pilonnement.

En effet, en mer, la houle provoque, entre autre effet, le pilonnement des engins flottants. Quand ceux-ci supportent des appareils de forage, il est nécessaire de compenser le pilonnement afin que ltoutil de forage soit en permanence en contact avec le fond du trou.

Pour ce faire, il existe trois grandes familles de dispositifs, à savoir - ceux que l'on place dans la garniture de forage, - ceux que l'on intercale entre la garniture et le système de levage
de l'appareil de forage, - ceux que l'on intègre dans le système de levage.

La présente invention, lorsqu'elle es-t appliquée au domaine marin, ccncerne un dispositif particulier de la troisième famille. Ce dispositif fait partie de ceux qui résolvent le problème en rendant mobile le moufle fixe correspondant à l'appellation anglo-saxonne de "crown block". Ce moufle sera désigné désormais par l'expression "premier moufle", de meme que le moufle mobile correspondant à l'appellation anglo-saxonne de "travelling block" sera désigné par l'expression "deuxième moufle".

Les systèmes reliés directement au dispositif de levage, selon l'art antérieur, comportent généralement au moins un vérin lui-même relie à des accumulateurs pneumatiques. Ces accumulateurs occupent un grand volume ce qui est pénalisant.

te volume de ces accumulateurs est un paramètre important de la détermination d'un système de levage.

Une autre grandeur importante est la variation de l'effort à exercer su-r le deuxième moufle en fonction de la course de l'installation mobile par rapport à une valeur constante que devrait supporter ce deuxième moufle.

L'écart entre l'effort réel et cette valeur constante sera qualifiée d'erreur.

La présente invention permet de diminuer le volume des accumulateurs et/ou de diminuer l'erreur.

Ainsi, la présente invention concerne un dispositif pour soustraire un élément accroché à une installation mobile aux mouvements de cette installation, ce dispositif comportant un premier et un deuxième moufle, ce dernier servant à accrocher ledit élément, ledit premier moufle étant relié à la fois à l'axe d'une première poulie intermédiaire et à l'axe d'une deuxième poulie intermédiaire par une première et U!ï;; deuxième tige respectivement, une première poulie et une deuxième poulie Tirées par rapport a l'installation mobiles l'axe de la première poulie fixe, respectivement de la deuxième poulie fixe, étant relié par une troisième tige, respectivement par une quatrième tige, à l'axe de la première poulie intermédiaire, respectivement de la deuxième poulie intermédiaire, un premier et un deuxième organe de retenue, un cable reliant ces deux organes de retenues en passant, successivement, en partant du deuxième organe de retenue, par la première poulie fixe, la première poulie intermédiaire, ie premier moufle et le deuxième moufle en formant au moins une boucle, la deuxième poulie intermédiaire et la deuxième poulie fixe, au moins un vérin dont une extrémité est liee au premier moufle et l'autre est liée à l'installation mobile et au moins un accumulateur en liaison oleopneumatique avec ledit vérin, la première et la deuxième tiges ayant une longueur identique égale a C, de même, la troisième et la quatrième tiges ont une longueur identique égale à B, la demi distance séparant l'axe de la première et de la deuxième poulie fixe étant égale a A et la distance séparant l'axe du premier moufle du plan joignantles axes des première et deuxième poulies est égale à G.

Le dispositif selon l'invention se caracterise en ce que les grandeurs
A, B, C, G et le passage du câble sont déterminés pour que les efforts mécaniques Fm et oléopneumatiques F v soient sensiblement égaux sur une portion au moins de la course.

Le dispositif selon l'invention pourra comporter un verin auxiliaire de correction dont l'effort est réglable.

Le dispositif selon l'invention pourra comporter un organe de mesure permettant de connaitre l'effort exercé par le deuxième moufle et des moyens de pilotage du vérin auxiliaire.

On ne sortira pas du cadre de la presente invention si l'angle formé par la droite joignant l'axe de la première, respectivement la deuxième, poulie fixe et la première, respectivement la deuxième, poulie intermédiaire avec la droite contenant la portion du câble joignant ces deux poulies est au moins égal à 30 .

Cet angle pourra être au moins égal à 45 . De bons résultats peuvent être obtenus avec un angle voisin de 653 ou supérieur.

Le premier moufle pourra comporter des moyens de lestage. Dans le cas ou le ou les vérins principaux sont parallèles à la course du premier moufle, l'expression des efforts mécanique Fm et oléopneumatique F v pourra être donnée respectivement par les expressions

et

<tb> F <SEP> v <SEP> = <SEP> PgSv <SEP> (î.<SEP> K <SEP> (1 <SEP> - <SEP> Course <SEP> reduite)t
<tb> dans lesquelles
Q = effort provenant de tout ce qui contribue à la tension des câbles,
N = nombre de brins du moufle, p= angle formé par le brin du câble compris entre la poulie fixe et
la poulie intermédiaire et la droite joignant les centres de ces
deux poulies,
U = fraction de Fm indépendante de la tension des câbles, 9= angle défini par direction de la droite joignant le centre des
première et deuxième poulie fixe et la direction de la droite
joignant les axes de la première poulie fixe et de la premiere
poulie intermédiaire,
(= angle formé par le brin de câble joignant la poulie intermédiaire
et une poulie du moufle et la droite joignant les centres de ces
deux poulies,
9= angle formé par la direction de la droite joignant le centre des
première et deuxième poulie fixe et la direction de la droite
joignant les centres du premier moufle et de la première poulie
intermédiaire,
Pg = la pression de prégonflage des accumulateurs,
Sv = la section des vérins,
K = Va / Sv Ccdc avec
Va = volume des accumulateurs,
Ccdc = course totale du premier moufle,
Course réduite = course réelle /Ccdc coefficient de détente des gaz.

On pourra déterminer les grandeurs A, B, C, G et le chemin du câble pour rendre identiques des expressions linéarisées de Fn et Fv
On pourra lineariser l'expression des efforts oléopneumatiques en ne considérant que les efforts donnés par l'expression mathématique de ces efforts aux deux positions limites de la course du premier moufle.

La présente invention concerne également une méthode de determination de la géométrie d'un dispositif pour soustraire un élément accroché à une installation mobile aux mouvements de cette installation, ce dispositif comportant un premier et un deuxième moufle, ce dernier servant à accrocher ledit élément, ledit premier moufle etant relie à la fois à l'axe d'une première poulie intermédiaire et à l'axe d'une deuxième poulie intermédiaire par une premiere et une deuxième tige respectivement, une première poulie.et une deuxième poulie fixées par rapport à l'installation mobile, l'axe de la première poulie fixe, respectivement de la deuxième poulie fixe, étant relie par une troisième tille, respectivement par une quatrième tige, à l'axe de la premiere poulie ntermédiaire respectivement de la deuxième poulie intermédiaire, un premier et un deuxième organe de retenue, un câble reliant ces deux organes de retenues en passant, successivement, en partant du deuxième organe de retenue, par la première poulie fixe, la première poulie intermédiaire, le premier moufle et le deuxième moufle en fcrmant au moins une boucle, la deuxième poulie fntermédiaire et la deuxième poulie fixe, au moins un vérin dont une extremite est liée au premier moufle et l'autre est liee à l'installation mobile et au moins un accumulateur en liaison oléopneumatique avec ledit vérin, la première et la deuxième tiges ayant une longueur identique égale à C, de même, la troisième et la quatrième tiges ont une longueur identique égale à B, la demi distance séparant l'axe de la première et de la deuxième poulie fixe étant egale à A et la distance séparant l'axe du premier moufle du plan joignant les axes des première et deuxième poulies est égale à G.

Selon la méthode, les grandeurs A, B, C, G et le passage du câble sont déterminés pour que les efforts mécaniques Fm et oleopneumatiques F v soient sensiblement égaux sur une portion au moins de la course.

Selon une variante, les grandeurs A, B, C, G et le passage du câble pourront être déterminés pour que des expressions linéarisées des efforts mécaniques Fm et oléopneumatiques F v correspondent à des courbes parallèles entre elles.

Selon une autre variante, les grandeurs A, B, C, G et le passage .du cabre pourront être déterminés pour que des expressions linéarisées des efforts mécaniques Fn et oléopneumatiques Fv correspondent à des courbes ayant au moins un point commun
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaitront plus clairement à la description qui suit d'un exemple particulier, illustre par les figures ci-annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente un dispositif simple de compensateur suivant
l'art antérieur, la partie droite et gauche de cette figure
correspondant a des positions différentes d'une installation mobile, - les figures 2 et 3 illustrent différentes dispositions de poulies
servant à guider le câble (il est à noter que pour chacune de ces
figures, la partie droite et gauche représente des dispositions
différentes, dans la réalité il est préférable de réaliser des
configurations symetriques), - les figures 4A à 4C représentent schématiquement différentes
positions du dispositif selon l'invention en fonctionnement, - la figure 5 permet la définition de certaines variables qui
caractérisent le dispostif selon l'-invention, et - la figure 6 représente la réponse du système mécanique et du système
oléopneumatique.

L'exemple décrit ci-après concerne un système de compensation de la boucle.

I1 est rappelé que, lorsque le pilonnement d'un engin flottant 1 est compense par déplacement d'un premier moufle 2 par rapport au derrick 3 d'un appareil de forage, par exemple, il est nécessaire et suffisant de déplacer le premier moufle 2 d'une distance inférieure a 7'amplitude du pilonnement pour que le deuxième moufle 4 soit immobile par rapport au ford.

Si, e effet, ia distance du fond 5 e. à l'engin flottant 1 augmente, il faut que la distance du premier moufte 2 l'engin flottant 1 diminue.

Mais, si l'on raisonne â longueur de câble 6 constante, puisque le premier moufle se rapproche du treuil / ot du point fixe 8, le second moufle 4 s'éloigne du pre,z,ier. La course de compensation du pilonnement est donc inférieure au pilonnement.

Rependant durant ce déplacement le câble 6 s'est enroulé et déroulé sur les poulies de l'un et l'autre des moufles 2 et 4 et ceci est inacceptable du point de vue travail du câble. Par contre, la tension dans les différentes portions du cable est restée constante, le déplacement du premier moufle 2 n3entrainant que des variations négligeables de l'angle des brins morts et rapides du câble avec les pieds du derrick.

I1 est donc nécessaire que le deplacement du premier moufle 2, c'est-à-dire la variation de la distance du premier moufle 2 au treuil 7, n'entraine pas de variation de longueur du trajet de câble 6.

I1 suffit pour ce faire de réaliser, par exemple, un trajet de cable tel que celui-ci passe par-deux côtes de longueur fixe d'un triangle déformable, le troisième cote de longueur variable, qui procure la variation de distance du premier moufle à l'engin flottant, n'étant pas parcouru par le câble (Fig. 2).

En fait les sommets de ce triangle correspondent aux centres 9, 10 et 11 des poulies 12, 13, 14 sur lesquelles passe le câble. On peut monrer que la longueur de câble reste rigoureusement constante si les poulies possèdent le même diamètre.

Si la poulie intermédiaire 13 est située au-dessous de la poulie fixe 14, le trajet du câble coupe l'un et l'autre des côtes de longueur fi du triangle déformable (Fig. 3, partie gauche).

Si elle est située au-dessus et si le triangle n'a que des angles aigus, le trajet de câble coupera un coté (Fig. 2, partie droite).

Mais si le triangle comporte un angle obtus, le trajet du câble restera parallèle aux côtés de longueur fixe du triangle (Fig 3, partie droite).

On peut également réaliser un trajet de câble à deux poulies seulement (Fig. 2, partie gauche) et qui procure un trajet à longueur constante dans la mesure ou la distance du treuil 7 et du point d'attache 8 du brin mort 15 au centre 17 de la poulie intermédiaire 16 peut être considérée comme constante. Ceci est réalisé quand, d'une part, la position moyenne de la poulie intermédiaire 6 est située sur ou au voisinage immédiat de la droite joignant le point d'attache 8 du brin mort 15 ou le treuil 7 au point d'articulation 18 de la bielle 19 et du derrick 3 et quand, d'autre part, le débattement de la poulie intermédiaire 16 n'est pas trop important.

Lorsque la variation de longueur du trajet de câble 6 n'est pas compensée, toute la charge pendue 20 ainsi que la tension du brin rapide 23 et du brin mort 15 sont supportées par les vérins 21 et 22 avant de l'être par les pieds du mât 3. (Fig. 1).

Lorsque cette variation est compensée, une partie de la charge et de la tension des brins morts 15 et rapides 23 est reportée directement sur le mât 3 par I"intermédiaire des bras, ou tiges 24 et 25 du dispositif sans passer par les vérins (Fig. 2).

Cette fraction de charge ne passant pas par les verins 21 et 22 varie en fonction de la position du premier moufle ou première poulie 12 et la loi suivant laquelle s'effectue cette variation dépend des caractéristiques géométriques du dispositif de compensation et de son positionnement par rapport au mât 3
Si donc la variation de longueur n'est pas compensée, il faut, pour équilibrer une charge constante, quelle que soit la position du premier moufle 2, maintenir constante la pression dans les vérins 21, 23. Dans le cas de la figure 2, la référence 27 désigne un séparateur gaz liquide.

Si la pression est maintenue constante à l'aide d'accumulateurs de gaz 26, il faudra que le volume de ceux-ci soit le plus grand possible de façon que la variation de pression due a la détente polytropique du gaz sot .a ulus faible possible.

Si par contre, la variation de longueur est compensée, pour une charge pendue constante, la charge apparente sur les vérins est variable.

On peut, par le dimensionnement et le positionnement du systeme, faire que pour une charge pendue constante la variation de charge apparente soit plus ou moins importante.

Si cette variation est faible, on est pratiquement ramené au problème précédent.

Par contre, si celle-ci est forte, on peut encore s'en satisfaire à condition qu'elle soit sensiblement identique à la variation de pression qu'entrai ne la detente polytropique du gaz des accumulateurs.

Cette sensible identité de la variation apparente de la charge sur les vérins et de la variation de pression due a la detente polytropique constitue le principe de la méthode de compensation proposée.

Le systeme de compensation est positionné par rapport à la position basse du premier moufle 28 une fois que les grandeurs A et G sont choisies (Fig. 4C).

t est distance du centre de la poulie de renvoi ou poulie fixe 29 l'axe 30 du derrick 3 et G la difrerence des côtes du centre 31 de la poulie de renvoi 29 et du centre 32 des poulies du premier moufle 28 lorsque cellesoci sont. e. position basse (cas de la figure 4C).

Le système est dimensionné par les longueurs B et C des bras ou tiges articulés 34 et 3. I1 est, en effet possible, une fois ces grandeurs connues, de mettre en place la poulie intermédiaire 33 quelle que soit la course.

Le dispositif sera parfaitement défini une fois que le trajet du cable l'aura été. c'est-à-dire lorsque l'on aura défini le sens de passage du câble sur les poulies et leur dimensionnement, et la position des vérins, en l'occurence leur inclinaison par rapport a la course.

La loi de variation de la charge apparente sur les vérins dependra donc, pour ce qui est de la géométrie du système et pour chaque course fixée par le cahier des charges du constructeur, de six paramètres indépendants.

Pour simplifier la description, on considérera désormais que l'inclinaison des vérins par rapport à la course est nulle.

L'effort Fm que le système exerce sur le sommet 3 du derrick généralement désigne par le terme anglo-saxon "water-table" peut etre considéré comme la résultante de deux efforts Uet Q, U étant défini comme la fraction de Fm independante de la tension des câbles.

U sera lui-même plus tard considéré comme la somme de deux efforts Uf et Uc, Uc étant la fraction de U dépendante de la course.

Uf, indépendant de la course, correspond aux poids des éléments mobiles fixés au chariot support 47 de premier moufle et animes en même temps que lui d'un mouvement linéaire correspondant au pilonnement (premier moufle, tiges de vérins, etc).

Uc correspond à la fraction du poids de la poulie intermédiaire 33 et des bielles, bras ou tiges, qui est reportée sur le chariot du premier moufle. Celle-ci est ure fonction de la course mais dépend également du positionnement et du dimensionnem,ent du systeme.

L'effort Q provient de tout ce qui contribue a la tension des câbles, c'est-à-dire de la charge pendue W, du poids du deuxième moufle et du poids des câbles eux-mêmes.

Il dépend également, toutes choses égales par ailleurs, du dimensionnement et du positionnement du dispositif, de la course, et bien entendu du nombre de brins N du mouflage.

L'expression la plus générale de Fm, en-fonction des angles (3, re et qui eux-mêmes s'explicitent à l'aide de la course et des grandeurs qui déterminent le positionnement et le dimensionnement, s'écrit :

La figure 5 définit les angles (3, T, Oet #.

Sur cette figure, la référence 30 désigne l'axe du derrick, la référence 28 une poulie du premier moufle, la référence 34 une poulie intermédiaire et la référence 31 une poulie de renvoi ou poulie fixe.

L'angle # est l'angle formé par le brin de câble compris entre la poulie fixe 31 et la poulie intermédiaire 34 et la droite 38 joignant le centre 39 et 40 de ces deux poulies. Sur la figure 5, deux variantes de passage du câble ont été envisagees, l'un de ces
passages, dessiné en trait fort, est désigne par la référence 37 et
l'autre en trait pointillé désigne par la référence 41, le premier défini l'angle sse et le deuxième l'angle pi.

L'angle T est défini par le brin de câble joignant la poulie
intermédiaire 34 et une poulie du moufle 28, et la droite 42 joignant
les centres 40 et 43 de ces deux poulies.

Sur la figure 5, on a representé le passage du brin du câble 44
passant à l'extérieur des deux poulies et définissant l'angle γe.

L'angle # est défini par la direction horizontale 45 et la direction de la droite 38. De même, l'angle 9est défini par la direction de la
droite 42 et de la direction horizontale.

Il est rappelé que sset Fi sont independants de la course et seulement
dependants du dimensionnement du système alors que 9 et Y dépendent du dimensionnement et de la course.

Si la poulie intermédiaire 34 est située au-dessous de la water-table -46 (Fig. 3, partie gauche) ss et Tne peuvent pas être nuls et c'est la formule la plus générale qui s'applique.

Si la poulie intermédiaire est située au-dessus de la plaque située au
sommet du mât ou du derrick 3 désigné par le terme anglo-såxon "water-
table", mais au-delà de la poulie de renvoi par rapport aux poulies du
permier moufle, l'angle γ est nul si les poulies intermédiaires et du
premier moufle ont le même diamètre (Fig. 2, partie droite et Fig. 5).

L'expression de Fm/Q se simplifie et devient

Si la poulie intermédiaire toujours située au-dessus de la water-table l'est également "entre" la poulie de renvoi et les poulies de crown block, et si celles-ci possèdent le même diamètre, alors ss est également nul et l'expression de Fm devient
Q
Fm = 1 + U (Fig 3 partie droite et Fig 5) (3)
Q Q
Elle est donc indépendante aussi bien du dimensionnement et du positionnement que de la course.

Ce de@@er ca cas qui revient a obtenir, sur toute la course d'un système olé@@@e@matique, un effort le- plus constant possible est bien connu de 1 air antérieur.

P et V désignent la pression et le volume en gaz des accumulateurs quand la course des vérins vaut x, compris entre O et Ccdc Pg et Va désignent la pression de prégonflage et le volume des accumulateurs, c'est- -dire leur pression et volume en gaz quand les verins ont effectué la totalité de leur course Ccdc' et PM la pression maximale pour le service considéré, c'est-à-dire celle qui apparait quand les vérins sont à l'origine de leur course.

L'effort Fv fourni par les vérins en fonction de la course s'écrit :

<tb> F <SEP> v <SEP> = <SEP> 9 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> (i <SEP> - <SEP> C <SEP> éduiteIT1= <SEP> + <SEP> C <SEP> ourse <SEP> réduite <SEP> - <SEP> ' <SEP> C4)
<tb> 5v <SEP> K <SEP> 1
<tb> <SEP> v
<tb> - "C ourse réduite" est l'expression non dimensionnée de la course, c'est-à-dire sa valeur divisée par la course totale Ccdc fixée par
X
le cahier des charges (Course réduite = ).

Ccdc - K est également une variable sans dimension. Elle est egale au
volume Va des accumulateurs divisé par la course totale Ccdc et par
la section S, des verins (K = Va/Sv.Ccdc)
Dans la zone ou la détente polytropique du gaz sera utilisée, K sera compris entre 5 et 50 (et même généralement voisin de 10) et Course réduite entre 0 et 1.

Fv Dans cette zone (Fig. 6), la représentation de est pratiquement
Pg.Sv une droite.

On pourra, avec une précision de quelques millièmes, linéariser ce phénomène à l'aide, par exemple, de la méthode de l'écart quadratique minimal et ainsi écrire

<tb> Fv
<tb> S <SEP> 9 <SEP> P <SEP> PgC,urse <SEP> reduite <SEP> + <SEP> d <SEP> (5)
<tb> g
<tb> <SEP> v
<tb> <SEP> M <SEP> [A'(K).Course <SEP> réduite <SEP> + <SEP> B'd(K)| <SEP> (6)
<tb>
K, Ad(k'), Bd(K), A'd(K) et 6'd(K) sont des valeurs qui sont déterminées une fois qu'une seule d'entre elles l'est.

En fait, on pourra toujours, pour toutes les pressions P de fonctionnement linéariser la détente polytropique et trouver une droite telle que :

<tb> Fv <SEP> ~ <SEP> ad(K) <SEP> Course <SEP> réduite <SEP> + <SEP> bd(KJ <SEP> (7)
<tb> <SEP> v
<tb> il a été établi, que l'expression la plus générale de l'effort Fm que le système applique sur les vérins, rapporté à la charge Q (celle qui contribue à la tension des câbles) s'écrit

Les angles ss, γ, 9 etY prennent une valeur bien déterminée, d'une part, pour chaque position du premier moufle et, d'autre part, pour chacune des valeurs que l'on a fixées aux cinq paramètres géométriques indépendants qui positionnent et dimensionnent le dispositif.

I1 est également possible de linéariser cette expression, comme cela a été fait pour la réponse des vérins et toujours, par exemple, à l'aide de methode de l'écart quadratique minimal.

En fait, si on le fait en supposant que U soit nul, on peut écrire Fm = Am.Course réduite + Bm(U=O) + U (9)
Q Q
Les géométries du système les plus satisfaisantes sont celles qui rendent les réponses mécaniques Fm et oléopneumatiques F v le plus proche possible l'une de l'autre et ce sur toute la course. Les efforts Fm et Fv peuvent être exprimés par les formules 1) et (4).

Des géométries du système pourront être déterminées en rendant identiques des équations linéarisées plus simples, par exemple pour le système oléopneumatique

<tb> <SEP> F <SEP> v <SEP> C
<tb> -= <SEP> réduit <SEP> a
<tb> <SEP> d <SEP> ourse <SEP> reduite <SEP> + <SEP> bd
<tb> <SEP> v
<tb> et pour le système mécanique

<tb> Fn <SEP> An <SEP> Course <SEP> réduite <SEP> + <SEP> Bm <SEP> U <SEP> (11)
<tb> Q <SEP> Am <SEP> Course <SEP> + <SEP> Bm <SEP> Q
<tb>
Pour cela il faut que

pour toutes les valeurs de Q inféri-eures à la charge QMAX fixée par le cahier des charges.

U est ici supposé indépendant de la course. Ce n'est pas rigoureusement exact, mais cela simplifie considérablement la présente description et la simplifiera plus encore dans la deuxième partie sans pour cela l'entacher d'inexactitude. Il suffit, en effet, avec les notations définies précédemment, d'écrire l'expression la plus genérale en remplaçant U par Uf + Uc. La linearisation s'écrit alors

<tb> <SEP> Fn <SEP> = <SEP> As <SEP> C <SEP> , <SEP> ~ <SEP> Uf
<tb> T <SEP> n <SEP> au <SEP> ourse <SEP> réduite <SEP> + <SEP> Bm <SEP> (13)
<tb> <SEP> Q
<tb> où A'm, 8,m et Uf sont légèrement différents de Am, Bm et U.

Seuls les programmes de calculs travailleront avec A'm' B' n e t Uf, La description sera faite avec Am, Bm et U ce qui ne change rien puisque les expressions des formules sont identiques.

En fait, il est possible de conserver l'expression analytique de la reponse du système oléopneumatique plutôt que l'expression linearisée puisque, comme on l'a vu, l'expression analytique est presque parfaitement linéaire.

On se servira des valeurs de la pression à chaque extrémité de course et qui découlent des formules déjà données. On considèrera la réponse de ce systeme est linéaire entre ces deux points.

L'état initi-al et l'état final de la transformation sont liés par relation

qui peut s'écrire

3 autre part, la réponse linéarisée du système mecanique représentée par
Fm = Q(AmCourse réduite + Bm) + U (16)
A chaque extrémité de la course, cette expression s'écrit
Fmm = Q(Am + Bm) + U (17)
FmM = Q Bm + U (18) mais Fmm = Pg S, et FmM = p M Sv (19)

Par ailleurs, le cahier des charges fixe toujours les conditions de fonctionnement extrêmes, à savoir la pression maximale PMAX, qui ne doit pas être dépassées dans le circuit et la charge maximale qui dot pouvoir être manoeuvrée, et qui déterminent QMAX
Sachant que, a'une part, le fonctionnement avec la charge maximale entraine l'apparition de la pression la plus importante et que, d'autre part, pour une charge donnée, la pression est maximale quand la course est nulle , il est possible d'écrire
Fm MAX = QMAX-BM + U (21) et
Fm MAX = Sv.PMAX (22)

Le cahier des charges fixant PMAX et permettant de connaitre QMAX, le bureau d'étude déterminant U, la section des vérins est connue grâce à la formule précédante une fois le système mécanique dimensionne et positionné.

Il est également alors possible de déterminer le volume en air des accumulateurs qui fait que les systèmes oléopneumatiques et mécaniques ont des réponses représentées par des droites de même pente pour une charge Q.

I1 faut pour cela que

Il reste alors à faire que les droites maintenant parallèles qui représentent les réponses des systèmes mécaniques et oléopneumatiques soient confondues.

Cela revient à fixer la pression de fonctionnement en un point de la course d'abscisse Course réduite a une valeur telle qu'en ce point
Fm = Fv, c'est-à-dire
Q(Am.Course réduite + Bm) + U = P.Sv (25)

<tb> <SEP> ourse <SEP> reaui::e <SEP> r <SEP> 1 <SEP> - <SEP> Course <SEP> réduiteT1
<tb> mais <SEP> P <SEP> Sv <SEP> = <SEP> PMSVZ <SEP> K <SEP> j <SEP> ;$flce}= <SEP> PgS <SEP> I <SEP> - <SEP> K <SEP> (26)
<tb> <SEP> Am <SEP> C <SEP> + <SEP> B <SEP> + <SEP> U/Q
<tb> <SEP> -ourse <SEP> réduite <SEP> m
<tb> donc <SEP> = <SEP> = <SEP> Q <SEP> tri <SEP> Q <SEP> F--- <SEP> (27)
<tb> <SEP> c <SEP> + <SEP> 'ourseio]"'
<tb> <SEP> K <SEP> K <SEP> - <SEP> I <SEP> J
<tb> <SEP> Am <SEP> Course <SEP> réduite <SEP> + <SEP> Bm <SEP> * <SEP> U/Q
<tb> et <SEP> p9 <SEP> = <SEP> S, <SEP> Course <SEP> (28)
<tb> <SEP> réduit
<tb> <SEP> ~ <SEP> t <SEP> ~
<tb>
Si le point commun aux reponses mécaniques et hydrauliques est choisi pour Course réduite = l'expression de PM est simple et s'écrit

S'il est choisi pour la valeur de C ourse réduite = 1, c'est l'expression de g qui devient simple et s'écrit

Ainsi pour un cahier des charges donné et pour un système mecanique donne, il est possible de déterminer un système oléopneumatique
(section de vérins, reserve en air des accumulateurs et pression de gonflage) dont la reponse soit identique à la réponse linéarisée du systeme mécanique pour une valeur quelconque de la charge au crochet.

Comme l'utilisation normale de l'appareil de forage impose toute une gamme de charges au crochet, il faudra, soit - adapter le système oléopneumatique à chaque charge au crochet (en
faisant, par exemple, varier le volume de la réserve en air des
accumulateurs par balastage), - adapter le système mécanique à un systeme oléopneumatique déterminé
(en faisant, par exemple, artificiellement varier le poids-U).

Sinon il faudra admettre une erreur.

I1 est rappelé que - U est, si l'on considère l'ensemble des pieces en mouvement, la
somme des poids de celles qui ne contribuent pas à la tension des
câbles,
- Q est, à l'inverse, la somme des poids de celles qui contribuent à
la tension des câbles,
- Apres avoir fait varier les cinq parametres indépendants qui
positionnent et dimensionnent chaque dispositif mécanique, on ne
retient que tous ceux dont la réponse peut être considérée comme
linéaire et exprimée par
Fm U = Am.Course réduite + Bm + (31)
Q Q
L'utilisation de l'appareil dans la gamme de toutes poids au crochet conduira Q à varier Qmin à Qmax, et la pression dans le circuit hydraulique ne devra jamais dépasser une valeur fixée par le cahier des charges et qui est appelée PMAX.

Supposons qu'un des dispositifs mécaniques soit retenu. An et Bm sont alors déterminés par les calculs et U par l'étude du constructeur.

Soit Uconst cette valeur.

La section des vérins est donc connue, puisqu'elle est déterminée par ia formule

Le volume de la réserve en air des accumulateurs est ensuite déterminé lorsqu'a été fixée une charge Q quelconque, que l'on appellera Qexact, e pour laquelle les réponses des systèmes mécaniques et oléopneumatiques sont parallèles.

Cette valeur arbitraire Qexact de la charge Q permet, en effet, de déterminer la réserve en air Va des accumulateurs (volume occupé par l'air dans le circuit oléopmeumatique quand la Course réduite est égale à 1) puisque

Enfin, la pression de fonctionnement est déterminée en écrivant, pour n'importe quel point de la course, que les réponses mécaniques et oléopneumatiques sont égales en ce point. Les deux courbes de réponse, déjà parallèles, deviennent alors confondues.

Si l'on choisit de déterminer la pression maximale pour cette charge, c'est-à-dire la pression à course nulle, il vient

Il viens d'être montré que pour une valeur arbitraire Q exact de la charge Q, la réponse intrinsèque du système de compensation, c'est-à-dire la différence entre les réponses mécaniques et les oléopneumatiques, pouvait pratiquement être réduite à la seule erreur de linéarisation de la réponse du système mécanique.

Celle-ci, d'ailleurs généralement faible, peut être même rendue extrêmement réduite moyennant une sujétion qui sera-exposée plus loin.

Il est donc possible de calculer le volume de la réserve en air des accumulateurs en choisissant successivement Qexact egal à Q min puis à
QMAX.

Selon une première solution, il suffit alors de -realiser l'installation avec un volume de réserve d'air egal au plus grand des deux volumes trouvés puis, lors de l'utilisation, de réduire le volume de cette réserve suivant la valeur de la charge.

Cette adaptation du volume de la réserve d'air des accumulateurs à la charge peut-être réalisée soit par paliers en mettant hors service certaines bouteilles d'air, soit de façon continue par balastage ou même par combinaison de ces deux procédés.

I1 est à noter que le volume de la réserve en air des accumulateurs dépend de la charge-Q par l'intermédiaire du rapport U/Q.

Oonc, si malgré la variation de Q, le rapport U/Q reste constant, la réserve en air reste elle-même constante. Ceci constitue une deuxième solution.

Suivant la valeur retenue pour Qexact' le volume de la réserve d'air sera tel que

Le poids Uconst des pièces mobiles ne contribuant pas -à la tension des câbles devra, par exemple par inaction dtun vérin auxiliaire de correction ou vérin correcteur 49 qui procure un effort Uv, être artificiellement modifie de façon telle que l'on ait toujours :

c'est-à-dire que

Si le vérin correcteur doit être à simple effet, il est evident que l'on aura intérêt a choi-sir QMAX pour valeur de Qexact. Sinon, on aura intérêt à fixer exact quelque part entre QMAX etQmin en fonction de considérations hydrauliques.

Toutefois si l'on souhaitait que la valeur Uv, déjà indépendante de la course, le soit également de la charge, on pourrait choisir Qexact infiniment grand ce qui est parfaitement possible, et l'on aurait alors Uv = Uconst.

Physiquement, et en ne considérant que les phénomènes statiques, cela revient à dire que l'équipage mobile supportant le crown-block est équilibré, par exemple, par des contre-poids.

Enfin, la pression de fonctionnement lorsque la course est nulle reste determinée par la formule

Il est possible de combiner ces deux solutions. Supposons que l'on ait choisi la solution intéressante où Qexact = QMAX-
Le vérin de correction doit pouvoir développer l'effort maximal

En fait, on peut, à l'aide d'une valeur particulière de Q comprise entre QMAX et Qmin et que l'on appelera Qinter, scinder l'intervalle de fonctionnement délimité par QMAX et Qmin en deux intervalles complémentaires.Le premier sera délimité par QMAX et Qinter, alors que le second le sera par Tinter et Qmin
Le volume des réserves d'air des accumulateurs est, pour le premier intervalle, tel que

et pour le second tel que

Le rapport U/Q est maintenu constant, par l'action du vérin correcteur qui procure l'effort Uv, de façon que l'on ai-t dans le premier intervalle ::

e dans le second

Le rapport de ces expressions détermine Qinter, car il donne
Q2inter = QMAX.Qmin

On avait établi que sur la totalité de l'intervalle QMAX - Qmin, et pour ce cas favorable ou Qexact = QMAX, on avait

Toutes choses egales par ailleurs, cela permet sur de gros appareils de ganter 20 % sur les performances maximales de ce vérin correcteur
Ceci n est qu'un exemple, et c' est une étude économique qui pourra montrer si l'on n'a pas intérêt à créer plusieurs plages de fonctionnement qui, de préférence, auront un recouvrement.

Jusqu'a maintenant, ont seuls été considérés des modes de fontionnement où les réponses des systèmes mécaniques et hydrauliques sont parallèles.

Dans le cas ou l'on adapte le volume de la réserve d'air à la charge manoeuvrée, il restait un paramètre de réglage qui a eté utilisé pour superposer les réponses qui étaient parallèles.

Dans celui où le volume de la réserve d'air est fixé une fois pour toutes, les courbes-réponses paralleles ont été superposées grâce à l'action d'un second systeme, appele de correction, qui doit fournir un effort adapté à la charge manoeuvree, mais constant sur toute la course de compensation. C'est d'ailleurs à ce titre que ce mode de fonctionnement est intéressant, car cette correction, independante de la course et donc constante pour une charge donnee, peut être éventuellement réalisée par un systeme passif, c'est-à-dire qui ne demande pas en permanence de l'énergie venant de l'extérieur.

Ce mode de fonctionnement peut également être considéré comme un mode de fonctionnement avec erreur dans le cas où le système de correction n'est pas installé. L'erreur est alors égale à l'effort que l'on demandait au système de correction.

Mais on peut aussi dans ce mode de fonctionnement où la réserve d'air est constante, abandonner le principe du parallèlisme des réponses, au profit d'une égalité de celles-ci en un point quelconque de la course de compensation.

Si l'on n'envisage pas de corriger la valeur de la course pour laquelle l'égalité des réponses mécanique et oléopneumatique est réalisée, sera choisie de façon à ce que la plus grande différence des réponses, c'est-à-dire l'erreur, soit minimale.

Si l'on considère les réponses linéarisées, il est évident que c'est à la mi course que cette condition est alisée,
Ceci est acquis lorsque l'erreur est, au signe près, la même à chacune des bornes et, si l'on considère les réponses linéarisées, ceci se produit lorsque c'est à la mi-course que l'égalité de réponse mécanique et oléopneumatique est réalisée.

Claims

REVENjÏCATIONS

1. - Dispositif pour soustraire un élément accroché à une installation mobile aux mouvements de cette installat,onn comportant un premier et un deuxième moufle, ce dernier servant à accrocher ledit élément, ledit premier moufle étant relié à la fois à l'axe d'une première poulie intermédiaire et à l'axe d'une deuxième poulie intermédiaire par une première et une deuxième tige respectivement, une première poulie et une deuxième poulie fixes par rapport à l'installation mobile, l'axe de la première poulie fixe, respectivement de la deuxième poulie fixe, étant relié par une troisième tige, respectivement par une quatrième tige, à l'axe de la première poulie intermédiaire, respectivement de la deuxième poulie intermédiaire, un premier et un deuxième organe de retenue, un câble reliant ces deux organes de retenue en passant, successivement, en partant du deuxième organe de retenue, par la première poulie fixe, la première poulie intermédiaire, le premier moufle et le deuxième moufle en formant au moins une boucle, la deuxième poulie intermédiaire et la deuxième poulie fixe, au moins un vérin dont une extrémité est liée au premier moufle et l'autre est liée à l'installation mobile et au moins un accumulateur en liaison oléopneumatique avec ledit vérin, la première et la deuxième tiges ayant une longueur identique égale à C, de même, la troisième et la quatrième tiges ont une longueur identique egale à

B, la demi-distance séparant l'axe de la première et de la deuxième poulie fixe étant égale à A et la distance séparant l'axe du premier moufle du plan joignant les axes des première et deuxième poulies est égale à G, caractérisé en ce que les grandeurs A, B, C, G et le passage du câble sont determinés pour que les efforts mécanique Fn et oléopneumatique F v soient sensiblement egaux sur une portion au moins de la course.

2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un vérin auxiliaire de correction dont l'effort est réglable.

@. - - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de mesure permettant de connaitre l'effort exercé par le deuxième moufle et des moyens de pilotage du vérin auxiliaire.

4. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle formé par la droite joignant l'axe de la première, respectivement la deuxième, poulie fixe et la première, respectivement la deuxième, poulie intermédiaire avec la droite contenant la portion du câble joignant ces deux poulies soit au moins égal à 30 .

5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit angle est au moins égal à 45".

6. - @ispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que e premier moufle comporte des moyens de lestage.

7. - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit vérin est parallèle à la course du premier moufle, caractérise en ce que l'expression des efforts mécaniques Fn et oléopneunatiques Fv sont donnés respectivement par les expressions

et

<tb> F <SEP> = <SEP> PS <SEP> 1 <SEP> -L(l <SEP> - <SEP> C

<tb> <SEP> v <SEP> PgSv <SEP> g <SEP> K <SEP> ( <SEP> K <SEP> ourse <SEP> réduite

<tb> dans lesquelles

Q = effort provenant de tout ce qui contribue à la tension des câbles,

N = nombre de brins du moufle,

U = fraction de Fm indépendante de la tension des câbles, ss = angle or par ie brin du câble compris entre la poulie fixe et

la poulie intermédiaire et la droite joignant les centres de ces

deux poulies, # = angle défin@ par direction de la droite joignant le centre des

première et deuxième poulie fixe et la direction de la droite

joignant les axes de la première poulie fixe et de la première

poulie intermédiaire,

γ;= angle formé par le brin de câble joignant la poulie intermédiaire

et une poulie du moufle et la droite joignant les centres de ces

deux poulies,

0= angle formé par la direction de la droite joignant le centre des

premiere et deuxième poulies fixes et la direction de la droite

joignant les centres du premier moufle et de la première poulie

intermédiaire,

P = la pression de prégonflage des accumulateurs, y Sv = la section-des vérins,

K = Va / Sv Ccdc avec

Va = volume des accumulateurs,

Ccdc = course totale du premier moufle,

Course réduite = course réelle/Ccdc γ'= coefficient de détente des gaz.

8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on détermine les grandeurs A, B. C G et le cheminement du câble pour rendre identique des expressions linéarisées de Fm et Fv.

9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérise en ce que l'on linéarise l'expression donnent les efforts oléopneumatiques en ne considérant que les efforts oléopneumatiques donnés par ladite expression aux deux points limites de la course du premier moufle.

10 - Méthode de détermination de la géométrie d'un dispositif pour soustraire un élément accroché à une installation mobile aux mouvements de cette installation, ce dispositif comportant un premier et un deuxième moufle, ce dernier servant à accrocher ledit élément, ledit premier moufle étant relie à la fois à l'axe d'une première poulie intermédiaire et à l'axe d'une deuxième poulie intermédiaire par une première et une deuxième tige respectivement, une première poulie et une deuxième poulie fixes par rapport à l'installation mobile, l'axe de la première poulie fixe, respectivement de la deuxième poulie fixe, etant relie par une troisième tige, respectivement par une quatrième tige, -à l'axe de la première poulie intermédiaire, respectivement de la deuxième poulie intermédiaire, un premier et un deuxième organe de retenue, un câble reliant ces deux organes de retenue en passant, successivement, en partant du deuxième organe de retenue, par la première poulie fixe, la première poulie intermédiaire, le premier moufle et le deuxième moufle en formant au moins une boucle, la deuxième poulie intermédiaire et la deuxième poulie fixe, au moins un vérin dont une extrémité est liée au premier moufle et l'autre est liée à l'installation mobile et au moins un accumulateur en liaison oléopneumatique avec ledit vérin, la première et la deuxième tiges ayant une longueur identique égale à C, de même, la troisième et la quatrième tiges ont une longueur identique égale à

B, la demi-distance séparant l'axe de la premiere et de la deuxième poulie fixe étant égale à A et la distance séparant l'axe du premier moufle du plan joignant es axes des premiere et deuxième poulies est egale à G, caractérisée en ce que les grandeurs A, B, -C, G et le passage du câble sont déterminés pour que les efforts mécanique Fn et oléopneumatique F v soient sensiblement égaux sur une portion au moins de la course.

il @ Méthode selon la revendication 10, caractérisée en ce que les grandeurs A, B, C, G et le passage du câble sont déterminées pour que des expressions linéarisées des efforts mécanique Fm et oleopneumatique Fv soient parallèles 12 - Méthode selon la revendication 10, caracterisee en ce que les grandeurs A, e, C, G, et le passage du câble sont déterminées pour que des expressions linéarisées des efforts mécanique Fm et oleopneumatique F v aient au moins un point commun.