FR2623220A1 - METHOD AND DEVICE FOR LOCALLY BREAKING A LAYER OF ICE IN THE COLD SEA - Google Patents
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Abstract
Procédé et dispositif pour briser localement une couche de glace dans les eaux froides, à partir d'une structure prise dans la glace ou immergée sous la glace; à partir de cette structure on soumet la couche de glace à une poussée perpendiculaire de manière à mettre cette couche en flexion et on augmente la poussée et la flexion jusqu'à fissuration et rupture; pour cela un engin immergé ou une partie immergée ou émergée d'une structure est muni d'une protubérance 3 adaptée pour s'appuyer sur la glace et lui transmettre une poussée verticale à travers une surface d'appui calibrée. Application aux sous-marins et aux plates-formes installées en mer.Method and device for locally breaking a layer of ice in cold water, from a structure caught in the ice or submerged under the ice; from this structure, the layer of ice is subjected to a perpendicular thrust so as to put this layer in bending and the thrust and bending are increased until cracking and rupture; for this, a submerged machine or a submerged or emerged part of a structure is provided with a protuberance 3 adapted to rest on the ice and transmit a vertical thrust to it through a calibrated bearing surface. Application to submarines and platforms installed at sea.
Description
L'invention concerne un procédé et un dispositif destinés à briserThe invention relates to a method and a device for breaking down
localement une couche de glace danslocally a layer of ice in
les eaux froides.cold waters.
Le problème que s'est posé la demanderesse- est en particulier celui d'un engin submersible qui, étant en immersion sous une couche de glace dont l'épaisseur peut atteindre une valeur de l'ordre du mètre, doit pouvoir briser la glace au-dessus de lui pour émerger. Le problème se pose également, quoique dans des conditions différentes, pour des installations telles que des plates-formes d'exploitation off-shore ou des piles de pont qui ont une The problem posed by the Applicant is in particular that of a submersible craft which, being immersed under a layer of ice whose thickness can reach a value of the order of one meter, must be able to break the ice at above him to emerge. The problem arises, albeit under different conditions, for facilities such as off-shore platforms or bridge piers that have a
partie immergée, donc prise sous la glace à certains mo- immersed part, so taken under the ice at certain
ments de l'année, la glace devant pouvoir être brisée lo- of the year, since the ice must be broken
calement, par exemple pour protéger la structure ou pour for example to protect the structure or to
visiter les fondations.visit the foundations.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention se caractérise en ce que dans la zone o l'on veut provoquer The process which is the subject of the invention is characterized in that in the zone where it is desired to provoke
la rupture, on soumet la glace à une poussée perpendicu- the break, the ice is subjected to a perpendicular thrust
laire, de manière à mettre la couche de glace en flexion et en ce qu'on augmente la poussée et la flexion jusqu'à rupture. Dans le cas d'un sousmarin, ou d'une installation ayant une partie immergée flottante, la poussée dirigée de In this way, the ice layer is flexed and the thrust and flexion are increased to failure. In the case of a submarine, or an installation with a submerged floating part, the directed thrust of
bas en haut est produite par la force hydrostatique résul- bottom up is produced by the resulting hydrostatic force
tant d'une vidange convenable de ballasts. so much of a proper discharge of ballasts.
L'invention comprend également le dispositif des- The invention also comprises the device
tiné à la mise- en oeuvre du procédé, dispositif caractéri- for the implementation of the process, a characteristic device
sé par une protubérance pouvant prendre la forme d'un mât, dont l'extrémité supérieure viendra s'appuyer sur la face by a protuberance that can take the form of a mast, whose upper end will come to rest on the face
inférieure de la couche de glace.bottom of the ice layer.
Cette protubérance ou ce mât peut être rétractable This protuberance or mast can be retractable
ou fixe.or fixed.
Dans le cas d'un sous-marin, le mât sera générale- In the case of a submarine, the mast will generally be
ment rétractable, étant constitué par un système télesco- retractable, consisting of a telescopic system
pique de manière que, lorsque le mât est hors d'action, il -2- se trouve complètement effacé dans la coque sans laisser de saillie qui serait préjudiciable au bon comportement sting so that when the mast is out of action, it -2- is completely erased in the hull without leaving any protrusion that would be detrimental to good behavior
hydrodynamique du sous-marin.hydrodynamics of the submarine.
La description qui va suivre, en regard des dessins The description that follows, next to the drawings
annexés, donnés à titre d'exemple, permettra de bien com- annexed, given by way of example, will make it possible to
prendre comment l'invention peut être réalisée. take how the invention can be realized.
Les figures 1 à 6 sont des vues schématiques repré- Figures 1 to 6 are diagrammatic views
sentant les diverses phases de mise en oeuvre de l'inven- the various stages of implementation of the inven-
tion, dans le cas d'un sous-marin navigant sous une couche in the case of a submarine navigating under a
de glace.of ice.
La figure 7 montre en coupe, à plus grande échelle, Figure 7 shows in section, on a larger scale,
une réalisation d'un mât télescopique, à l'état rétracté. an embodiment of a telescopic mast, in the retracted state.
La figure 8 représente le même mât déployé. Figure 8 shows the same mast deployed.
La figure 9 est un graphique illustrant la varia- Figure 9 is a graph illustrating the variation
tion de l'effort exerce par le mât pour rompre la glace, en fonction de l'épaisseur de celle-ci, pour différents the force exerted by the mast to break the ice, depending on the thickness of the ice, for different
diamètres du mât.diameters of the mast.
La figure 10 est une coupe transversale du sous- Figure 10 is a cross-section of the sub-section
marin avec une réalisation particulière d'un mât secondai- with a particular embodiment of a secondary mast.
re. La figure 11 montre l'application de l'invention dans le cas d'une plate-forme dont la fondation repose re. FIG. 11 shows the application of the invention in the case of a platform whose foundation rests
sur le fond de la mer.on the bottom of the sea.
Les figures 12 et 13 concernent le cas d'une plate- Figures 12 and 13 relate to the case of a platform
forme flottante.floating form.
Les figures 14 et 15 montrent deux variantes d'application de l'invention & des plates-formes marines, variantes dans lesquelles l'effort exercé par le mât pour FIGS. 14 and 15 show two variants of application of the invention & marine platforms, variants in which the force exerted by the mast to
rompre la glace est dirigé de haut en bas. breaking the ice is directed up and down.
Sur la figure 1, on voit en 1 un sous-marin ou engin submersible, civil ou militaire, habité ou non, qui In Figure 1, we see in 1 a submarine or submarine craft, civilian or military, inhabited or not, which
navigue sous une couche de glace 2.sails under a layer of ice 2.
Sur la figure 2, cet engin amorce un mouvement de In FIG. 2, this machine initiates a movement of
montée par mise en vidange des ballasts pour venir au con- mounted by draining the ballasts to come to the con-
tact de la glace à rompre.tact of the ice to break.
Un premier mât 3 qui est le mat de rupture propre- A first mast 3 which is the breaking mast proper-
ment dit, appelé mât principal, est déployé sur le kiosque so-called main mast is deployed on the kiosk
ou massif 4 de l'engin,'et un deuxième mat 5, qu'on appel- or massive 4 of the machine, 'and a second mat 5, which we call-
- 3 - lera le mât secondaire, est également déployé vers la poupe de l'engin afin de donner un appui sur la glace et protéger les organes de poupe qui sont fragiles. Les ballasts sont organisés de façon que l'effort ascendant de flottabilité ait sa résultante située près du mat prin- cipal mais un peu décalée du côté du mât secondaire. Cette disposition permet d'une part d'obtenir l'effort maximum disponible pour le mat principal de rupture, d'autre part - 3 - lera the secondary mast, is also deployed towards the stern of the machine to give a support on the ice and to protect the stern organs which are fragile. The ballasts are organized in such a way that the upward buoyancy effort has its result located near the main mast but slightly offset on the side of the secondary mast. This arrangement makes it possible on the one hand to obtain the maximum force available for the main failure mat, on the other hand
d'obtenir la stabilité longitudinale de l'engin. to obtain the longitudinal stability of the machine.
Sur la figure 3, on voit que l'engin s'est rap- In Figure 3, we can see that the machine has
proché de la glace en montant sous l'effet de la force approaching the ice while climbing under the effect of force
ascensionnelle créée par le déballastage. ascensional created by deballasting.
Sur la figure 4, le contact a été pris, aussi bien par le mat principal 3 que par le mat secondaire, et In FIG. 4, the contact was made, as well by the main mat 3 as by the secondary mat, and
l'effort exercé par le mât principal sur la couche de gla- the force exerted by the main mast on the layer of ice
ce la met en flexion de plus en plus forte. this puts it in bending more and more strongly.
Sur les figures 5 et 6, la glace est rompue et In FIGS. 5 and 6, the ice is broken and
le massif est en émersion, ce qui est le résultat cherché. the massif is in emergence, which is the result sought.
L'émersion pourrait être d'ailleurs poursuivie jusqu'au The emersion could be continued until
niveau de flottaison normale, selon l'importance du débal- level of floatation, depending on the size of the
lastage réalisé.lastage realized.
Dans le mode de réalisation que représentent les figures 7 et 8, le mat principal et le mât secondaire sont In the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the main mast and the secondary mast are
constitués chacun par un système télescopique. each consisting of a telescopic system.
Dans l'exemple illustré, ce système comprend deux éléments, & savoir un cylindre fixe 6 et un piston 7 mobile In the illustrated example, this system comprises two elements, namely a fixed cylinder 6 and a movable piston 7
dans ce cylindre et constituant avec lui un vérin hydrau- in this cylinder and constituting with it a hydraulic cylinder
lique dont la puissance est suffisante pour équilibrer l'effort de flottabilité éxercé par le sous-marin et dont the power of which is sufficient to balance the buoyancy exerted by the submarine and whose
la course est suffisante pour tenir compte des irrégulari- the race is sufficient to take into account irregularities
tés de la sous-face de la couche de glace. Ce vérin est de préférence à double effet pour assurer le retour à la position effacée dans la coque du sous-marin. Le cylindre 6 est raccordé à ses extrémités à des tuyauteries 8, 9 munies de vannes 10, 11 à trois positions pour raccorder ces tuyauteries & l'alimentation en liquide sous pression on the underside of the ice cover. This jack is preferably double-acting to ensure the return to the erased position in the hull of the submarine. The cylinder 6 is connected at its ends to pipes 8, 9 provided with valves 10, 11 with three positions for connecting these pipes to the supply of pressurized liquid.
ou à la vidange.or emptying.
- 4 - Au sommet de la tige du piston, se trouve un patin 12 servant à l'appui sous la couche de glace et qui peut être simplement de forme circulaire. Sous ce patin 12, est fixée une chemise 13 qui peut coulisser dans une enveloppe fixe 14 munie de couronnes d'appui 15, 16 pour At the top of the piston rod is a pad 12 serving to support under the ice layer and which may be simply circular in shape. Under this pad 12, is attached a sleeve 13 which can slide in a fixed casing 14 provided with support rings 15, 16 for
un bon guidage de la chemise 13.a good guide of the shirt 13.
Le tube-enveloppe 14 est fixé d'une part sur la coque extérieure du sousmarin 17, et, d'autre part, par The casing tube 14 is fixed on the one hand to the outer hull of the submarine 17, and on the other hand to
une bride 18 sur la paroi ou la coque intérieure 19. a flange 18 on the wall or the inner shell 19.
Le tout est agencé de manière qu'à l'état rétracté, la surface externe du patin 12 affleure exactement la coque The whole is arranged so that in the retracted state, the outer surface of the pad 12 is flush with the hull
extérieure sans saillie nuisible.outside without harmful projection.
La chemise 13 protège la tige du piston contre des The liner 13 protects the piston rod against
actions de la glace. D'autre part, l'ensemble de la chemi- actions of the ice. On the other hand, the whole of the
se 13 et de l'enveloppe 14, maintenu par les couronnes d'appui 15 et 16 permet d'obtenir un système offrant plus de résistance aux efforts latéraux. Ces efforts latéraux peuvent être provoqués par l'inclinaison de la sous-face de la glace, ou par la non-verticalité du mât principal 13 and the envelope 14, maintained by the support rings 15 and 16 provides a system offering greater resistance to lateral forces. These lateral forces can be caused by the inclination of the underside of the ice, or by the non-verticality of the main mast
due & l'assiette de l'engin.due to the attitude of the machine.
On comprend aisément le fonctionnement du disposi- It is easy to understand the operation of the
tif. Partant de l'état rétracté que montre la figure 7 pour déployer le mat, on manoeuvre la vanne 10, afin d'admettre le liquide sous pression au-dessous du piston 7, et la vanne 11 pour mettre à la vidange la face opposée dudit piston. Le mat se déploie alors comme le montre tif. Starting from the retracted state shown in FIG. 7 to deploy the mat, the valve 10 is operated in order to admit the pressurized liquid beneath the piston 7 and the valve 11 to empty the opposite face of the said piston. The mat then unfolds as the watch shows
la figure 8.Figure 8.
Le blocage du mât déployé se fera par simple fer- The blocking of the deployed mast will be done simply by
meture des vannes 10 et 11, ce qui permettra, pendant la durée du déballastage, la mesure continue des efforts appliqués sous la glace par le mat principal (et aussi par valves 10 and 11, which will allow, during the deballasting period, the continuous measurement of the forces applied under the ice by the main mat (and also by
le mat secondaire) par simple lecture de la pression hy- the secondary mat) by simply reading the heat pressure
draulique à l'intérieur du cylindre 6. hydraulic inside the cylinder 6.
Ce système de blocage principal est doublé par un système de blocage de type mécanique qui sera mis en place après le déploiement du mat, mais ne deviendra efficace qu'en cas de chute de la pression hydraulique, par exemple -5- This main locking system is doubled by a mechanical type locking system that will be implemented after deployment of the mat, but will become effective only in the event of a drop in hydraulic pressure, for example -5-
en raison des fuites.because of leaks.
Un tel système a été figuré en 21. Il peut compor- Such a system was figured in 21. It can
ter des verrous 22 mobiles transversalement pour venir s'engager dans des ouvertures pratiquées sur la chemise 13 afin de bloquer celle-ci. Quand on veut à nouveau rétracter le mat, il suffit de mettre la vanne 10 dans la position de vidange, et de placer la vanne 11 dans la position d'alimentation, latches 22 movable transversely to engage in openings on the sleeve 13 to block it. When we want to retract the mat again, simply put the valve 10 in the empty position, and place the valve 11 in the feeding position,
après avoir débloqué les verrous mécaniques 22. after having unlocked the mechanical locks 22.
Les courbes-de la figure 9 ont été tracées avec des diamètres différents du patin d'appui 12, diamètres égaux respectivement à 0,5 m, 1 m et 2 m. Les épaisseurs de la couche de glace en mètres ont été portées en abscisses et les efforts en méganewtons nécessaires à la The curves of FIG. 9 have been plotted with different diameters of the support pad 12, diameters equal to 0.5 m, 1 m and 2 m, respectively. The thicknesses of the ice layer in meters were plotted on the abscissa and the meganewtons required for
fissuration de la couche de glace ont été portés en ordon- cracking of the ice sheet were carried
nées. Ces courbes montrent qu'il y a intérêt à réduire la surface d'application de l'effort, c'est-à-dire la surface du patin d'appui 12, pour fissurer une épaisseur donnée de glace en développant un effort aussi limité que born. These curves show that it is advantageous to reduce the application surface of the force, that is to say the surface of the support pad 12, to crack a given thickness of ice by developing such a limited effort than
possible; ou bien en corollaire, pour fissurer une épais- possible; or corollary, to crack a thick
seur de glace aussi grande que possible en développant ice cream as large as possible by developing
un effort donné.a given effort.
La figure 10 montre une réalisation particulière du mat secondaire qui, au lieu d' être constituée par un m&t unique, se compose de deux m&ts 5a, 5b disposés dans un même plan transversal et divergents. Ceci a l'avantage Figure 10 shows a particular embodiment of the secondary mat which, instead of being constituted by a single m & t, consists of two meats 5a, 5b disposed in the same transverse plane and divergent. This has the advantage
de fournir avec le mât principal un système tripode amé- to provide with the main mast a tripod system
liorant la stabilité transversale de l'engin en appui sur improving the transverse stability of the machine by
la glace.ice.
La figure 11 illustre une autre application de l'invention. Elle montre une plate-forme 25 qui repose sur le fond de la mer par une fondation 26 dont la partie Figure 11 illustrates another application of the invention. It shows a platform 25 which rests on the bottom of the sea by a foundation 26 whose part
immergée se trouve sous la couche de glace 2. submerged is under the ice cover 2.
Pour briser la glace et limiter ou supprimer les To break the ice and limit or eliminate
efforts exercés par celle-ci sur la structure ou pour per- the efforts exerted by it on the structure or for
mettre de visiter la fondation, on peut répartir sur cel- to visit the foundation, we can divide
le-ci des mats 3 de mise en pression de la glace. Dans - 6 - cette application, il n'est pas nécessaire que les mats this one of the mats 3 of pressure of the ice. In this application, it is not necessary that the mats
soient télescopiques. Ils peuvent être déployés en perma- be telescopic. They can be deployed permanently
nence, comme dans le mode de réalisation représenté sur la figure 11, o chaque mat 3 est supporté par une capacité 27 mobile dans un cylindre fixe 28. Dans ce cas, l'ensem- ble constitué par les mats et les capacités mobiles, sera nence, as in the embodiment shown in Figure 11, where each mat 3 is supported by a capacitor 27 movable in a fixed cylinder 28. In this case, the set consisting of mats and mobile capabilities, will be
actionné par simple effet d'Archimède résultant du débal- actuated by a simple Archimedes effect resulting from the
lastage d'eau stockée dans les capacités 27, sans qu'il y ait besoin de créer une étanchéité entre ces capacités 27 water storage stored in the capabilities 27, without the need to create a seal between these capabilities 27
et les cylindres 28. Le déballastage d'eau dans les capa- and the cylinders 28. The deballasting of water in
cités, ainsi que le déballastage ultérieur pour assurer mentioned, as well as the subsequent deballasting to ensure
le retour en position initiale, se font à l'aide d'un sys- the return to the initial position, are done with the help of a system
tème de tubulures 30 comportant des parties flexibles 29, et reliées à des pompes non figurées, installées sur la 30 of tubing 30 having flexible portions 29, and connected to non-illustrated pumps, installed on the
plate-forme.platform.
Alternativement, selon le mode de réalisation non Alternatively, according to the non-embodiment
représenté, les capacités mobiles 27 peuvent être soule- represented, the mobile capabilities 27 can be raised
vées par effet de piston, à l'aide de l'eau envoyée sous by piston effect, using the water sent under
pression dans la partie sous-adjacente des cylindres 28. pressure in the sub-adjacent portion of the cylinders 28.
Il y a lieu, dans ce cas, d'assurer l'étanchéité entre les In this case, it is appropriate to ensure
capacités mobiles 27 et les cylindres 28. mobile capabilities 27 and cylinders 28.
La partie de droite de la figure 11 montre la po- The right-hand part of Figure 11 shows the
sition au repos et la partie de gauche montre la position at rest and the left part shows the position
pour briser la glace.to break the ice.
Les figures 12 et 13 concernent le cas d'une plate- Figures 12 and 13 relate to the case of a platform
forme flottante 25 attachée par des amarres 31 qui sont ancrées sur le fond de la mer. Une plate-forme de ce genre comporte des ballasts dont le remplissage ou la vidange floating form 25 attached by mooring lines 31 which are anchored on the seabed. A platform of this kind comprises ballasts whose filling or emptying
permettent de régler la hauteur de la partie immergée. allow to adjust the height of the immersed part.
Sur celle-ci on pourra répartir des mats 3 qui pourront être fixes ou déployables grace à un système télescopique analogue à celui qui a été décrit en regard des figures On it we can distribute mats 3 that can be fixed or deployable thanks to a telescopic system similar to that which has been described with reference to the figures
7 et 8.7 and 8.
La figure 12 montre la plate-forme 25 avec une embase immergée sous la couche de glace qui s'est formée & la surface de l'eau. Quand on veut briser cette couche, on déballaste, après avoir déployé les mats 3, s'ils sont Figure 12 shows the platform 25 with a submerged base under the ice layer that has formed on the surface of the water. When we want to break this layer, we deballaste, after deploying the mats 3, if they are
télescopiques. Le déballastage produit une force ascen- telescopic. Deballasting produces an ascending force
-7- sionnelle et les mâts viennent faire pression sur la -glace And the masts come to put pressure on the ice
et la brisent comme expliqué précédemment. and break it as explained previously.
Alternativement, on peut équiper la plate-forme 1flottante 25 de chambres déballastables individuellement comme dans le cas de la plate-forme fixe, représentée fi- Alternatively, it is possible to equip the floating platform 25 with deballastable chambers individually, as in the case of the fixed platform, shown below.
gure 11.gure 11.
Une disposition additionnelle, avec l'attaque de An additional provision, with the attack of
la glace par un effort dirigé de haut en bas, est repré- the ice by an effort directed up and down is
sentée sur les figures 14 et 15.shown in Figures 14 and 15.
La figure 14 montre une plate-forme fixe 25 repo- Figure 14 shows a fixed platform 25 repo
sant sur le fond de la mer par une fondation 26 et dont on the bottom of the sea by a foundation 26 and
la partie immergée se trouve sous la couche de glace 2. the submerged part is under the ice layer 2.
Pour briser cette couche, on déploie les mats 3, fixes dans la partie 40 émergée de la plate-forme. Les mâts 3 agissent comme des vérins télescopiques exerçant des efforts verticaux de haut en bas, en brisant la couche de glace localement et protegeant ainsi la plate-forme des To break this layer, we deploy the mats 3, fixed in the emerged part 40 of the platform. The masts 3 act as telescopic cylinders exerting vertical forces from top to bottom, breaking the ice layer locally and thus protecting the platform from
effets de glace.ice effects.
La figure 15 montre une plate-forme flottante 25 attachée par des amorces 31 ancrées sur le fond de la mer. Les mâts 3 fixés dans la partie émergée 40 de la plate-forme, permettent d'exercer des efforts verticaux de haut en bas, par remplissage des ballasts et immersion contrôlée de la structure. Les mâts 3 peuvent être fixes ou déployables grâce à un système télescopique analogue à FIG. 15 shows a floating platform 25 attached by primers 31 anchored to the sea floor. The masts 3 fixed in the emergent part 40 of the platform make it possible to exert vertical forces from top to bottom, by ballast filling and controlled immersion of the structure. The masts 3 can be fixed or deployable thanks to a telescopic system similar to
celui qui a été décrit en regard des figures 7 et 8. that which has been described with reference to FIGS. 7 and 8.
Il va d'ailleurs de soi que les modes de réalisa- It goes without saying that the modes of
tion décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemple, et qu'ils pourraient être modifiés, notamment par substitution d'équivalents-techniques, sans qu'on sorte pour cela du described were given only as examples, and that they could be modified, in particular by substituting technical equivalents, without
cadre de l'invention.framework of the invention.
Par exemple, les vérins hydrauliques décrits pour- For example, the hydraulic cylinders described for
raient être remplacés par des vérins de types différents, could be replaced by cylinders of different types,
notamment des vérins mécaniques.in particular mechanical cylinders.
D'autre part, pour aider à la rupture de la glace, on peut mettre en oeuvre des moyens additionnels permettant On the other hand, to help break the ice, it is possible to use additional means allowing
de réduire localement la cohésion et la résistance mécani- to reduce locally the cohesion and the mechanical resistance
que de la couche de glace. Ces moyens peuvent être par than the ice layer. These means may be
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exemple adaptés pour chauffer la glace dans la zone d'action de la ou des protubérances ou mâts. Ils seront, par exemple, constitués par des éjecteurs de vapeur. Ils peuvent aussi être à action physico-chimique, abaissant la température de fusion par exemple, ou encore à action purement mécanique comme par exemple des vibrateurs ou des engins de percussion du genre des marteaux-piqueurs examples adapted for heating the ice in the zone of action of the protuberance or masts. They will, for example, consist of steam ejectors. They can also be physicochemical action, lowering the melting temperature for example, or else purely mechanical action such as vibrators or percussion devices of the kind of jackhammers
actionnés par l'air comprimé.operated by compressed air.
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