Brevet FR2315157A1 — publié le 19770114

Les passages de courant de petites dimensions utilisant des câbles coaxiaux de diamètre 1,57mm à 1, 2, 3 ou 4 conducteurs de 0,I52mm de diamètre sont déjà connus (RH. CORNISH, At. RUOFF, Rev. Sc. Inst. I961 32, 6 p. 639). Il ne semble pas que des progrès importants dans ce domai -ne aient été réalisés puisque en I970 P.L.M. HEYDEMAKN (Rev. Sc. Inst. 19?0, 41, I2 p. I896) utilise toujours les mêmes diamètres de cables coa -xiaux pour des pressions de l'ordre de 20Kbars. Il existe auusi des tech -niques selon lesquelles le câble coaxial cylindrique est brasé directe -ment sans pièce intermédiaire sur l'appareil ou un élément rapporté sur celui-ci. Les principaux inconvénients des dispositifs mentionnés précédemment résident dans le fait que, d'une part leurs très faibles dimensions ne permettent pas une manipulation aisée et rendent ainsi difficile une uti -lisation industrielle, et d'autre part que la gaine coaxiale cylindrique est brasée directement sur son fourreau ou sur une pièce rapportée dont l'alésage est aussi cylindrique ce qui implique que les matériaux consti -tuant le passage de courant et son support soient aptes à être brasés sans pour autant détruire les caractéristiques mécaniques de ces dits matériaux. En particulier, on notera qu'il est très difficile ou impossi -ble de braser directement un passage de courant constitué d'un câble coaxial sur un support en acier rapide traité. L'invention concerne des perfectionnements aux passages de courant étanches soumis à des hautes pressions pouvant atteindre 40Kbars en milieu fluide ou gazeux. Ils sont destinés à être montés directement sur les parois d'un récipient ou d'un obturateur, de plus ils peuvent être placés sur un organe mobile tel un piston multiplicateur utilisé par ex -emple pour produire la haute pression dans un système piston - cylindre, La section transversale du passage de courant comporte deux pièces de for -me tronconique indépendantes, l'une interne composée d'uh câble coaxial à un ou plusieurs conducteurs, l'autre externe servant de support inter -médiaire entre le câble coaxial et le partie massive du récipient, de l'obturateur ou du piston multiplicateur. L'invention a pour but, surtout, de rendre un passage de courant du genre défini précédemment, tel qu'il réponde mieux que jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique et notamment qu'il assure une par -faite étanchélté ainsi qu'un très bon isolement électrique tout en voyant sa durée de vie augmentée, son interchangeabilité assurée et sa réalisation simplifiée. Selon l'invention un passage de courant pour hautes pressions du genre en question, est caractérisé par le fait que d'une part les parties inclinées indépendantes forment un ensemble compact te ant à forcer lys éléments les uns sur les autres sans sous rye ou brasage de telle façon que les pressions d'interfaces soient supérieures à la pression nominale et d'autre part que les angles d'inclinaison, les longueurs de contact des parties inclinées, les sections transversables de chaque composant et la nature des matériaux soient choisis de telle façon que l'ensemble du dispositif fonctionne dans un domaine de déformations élasto-plastique sans extrusion notable jusqu'à des pressions de 20Kbar et plus. L'invention consiste, mise à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'utilisent en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après à propos des modes de réalisa -tion préférés de l'invention qui vont être maintenant décrits de façon détaillée avec référence au dessin ci-annexé, mais qui n'est nullement limitatif quant au mode dtimplantation du passage de courant sur le réci -pient ou les organes utilisés pour produire la pression. En se reportant à la figure on peut voir que le passage de courant est par exemple, supposé montéXdirectement sur la paroi frontale d'un conteneur 1 pouvant supporter une haute pression Po interne 2 fluide ou gazeuse de telle façon que la poussée du fluide tende å forcer le disposi -tif de passage de courant à travers l'orifice conique 3 pratiqué dans le conteneur 1 La section transversale du dispositif comprend une gaine coaxiale 4 à un ou plusieurs conducteurs 5 de même nature ou de nature différente (par exemple cuivre et tungstène) isolés entre eux par de l'alumine ou de la magnésie 6 . Ce câble coaxial issu d'une fabrication commercialisée est ensuite extrudé ou compacté hydrostatiquement de façon à lui conférer une résistance mécanique maximale par surdéformation plastique.On obtient ainsi un câble coaxial de diamètre extérieur d", ensuite usiné extérieu -rement d'un cône d'angleX compris entre 0030 et 30 de longueur L . Dans les cas où cela est nécessaire et seulement nécessaire, ou plus pratique l'extrémité de diamètre de la gaine 4 immergée dans le fluide 2 sous pres -sion, comporte un filetage 7 facilitant l'adaptation d'un relais isolant (non représenté sur le dessin) dont le but est de connecter les fils con -ducteurs 5 aux détecteurs de mesure placés dans le fluide 2 .Enfin les extrémités du câble coaxial 4 sont obturés après étuvage par une goutte de résine epoxy 8 afin de réaliser l'étanchéIté entre l'isolant 6, les fils 5 le fluide 2 et l'atmosphère ambiante a Le câble coaxial ainsi décrit, avant d'être inséré dans le fourreau 9 doit satisfaire aux conditions d'isolement électrique,?I00- N,.tandis que la tension de service doit être supérieure ou égale à 400 Volts conti -nus ou alternatifs et d'intensité dépendant essentiellement de la densi -té de courant admissible dans les fils conducteurs 5 Selon l'invention le second élément indépendant rentrant dans la com -position du passage de courant se présente sous la forme d'un tube de longueur "t" et de diamètre extérieur D appelé fourreau (9).D'une part l:intérieur de ce fourreau est alésé coniquement d'un angle > compris en -tre 0030 et 30 correspondant à celui choisi pour la gaine coaxiale 4, et d'autre part 11 extérieur du fourreau 9 est en forme de tronc de cône sur une longueur l1 dont L'angle ss est compris entre 2 et 6 . Le dernier élément de cet ensemble est constitué par le support 1 percé d'un trou conique sur une longueur L-ZL-Z et d'angle sscompris entre 2 et 6 en record avo l'angle 5 choisi pour le fourreau 9. be cône est prolongé par un alésage cylindrique 10 réservant un jeu "J" dont la lon -gueur 02 est fonction de la longueur des fils 5. L'invention impose que ie montage des éléments 1, 4 et 9 se fasse comme indiqué au dessin et particulièrement que la distance "Z" représen -tant la différence des niveaux d'emmanchement des pièces 4, 5 par rapport à la référence de la section B soit respectée dans les limites de 0,05 d à 0, 25 d. L'ensemble ainsi ponté suivant la figures, ls pressions d'interféren -ce Pf au droit des canes doivent être supérieures â la pression nominale PO du fluide. Dans ces conditions l'invention impose que 1'assemblage soit auto-serreur. Quand le passage de courant (4@9) est soumis à la pression PO il se produit une tentative d'extrusion à travers l'orifice 3 produisant 17 étanchéité, La condition, selon l'invention, de bon fonctionnement du dispositif est donnée par la formule issue des théories de la plasticité pour détermi -ner la valeur de Ra , rapport des sections de matières au niveau des cou -pes BB et AA . Ra = e Po/X , expression dans laquelle Po est la pression nominale du fluide 2 ( en bar) e est la base des logarithmes népériens K est un facteur compris entre 1, 4 et 2 X est un coefficient dépendant de la nature de la gaine 4, du fourreau 9, des isolants 6 et des conditions de frottement entre les parties inclinées d'angles &gamma; et ss . Selon les conditions de l'invention, avec un passage de courant uti -lisant un câble coaxial de diamètre d = 4mm comprenant 4 ou 6 conducteurs isolés en cuivre 5, dont la résistance à l'isolement électrique est supé -rieure à I00 Mégohms , 20 essais ont été effectués sous une pression de confinement 2 (pentane, isopentane dans la proportion 50/50) atteignant 20bar. Il nta été constaté aucune détérioration ni fuite pendant et après les essais qui se sont déroulés à la température ambiante. Les températures d'utilisation du dispositif de passage de courant dont il est question ne dépendent que de la résistance mécanique à la tem -pérature des matériaux utilisés pour les différents constituants. Le dispositif, objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où il est nécessaire de mesurer la pression ou la température dtun fluide contenu dans un récipient lui-même soumis à la pression. il peut aussi être utilisé pour alimenter un four électrique placé dans une en- -ceinte sous pressions REVENDIGArION I. Passage de courant à un ou plusieurs conducteurs de toutes nature étanche sous hautes pressions fluides ou gazeuses de O à plusieurs kbar, destiné a etre placé soit directement sur les parois d'un réservoir, soit sur un bouchon rapporté, soit sur un élément mobile tel un piston multi -plicateur utilisé dans les syStèmes piston-cylindre; la section transver -sale du passage de courant comportant deux parties distinctes dont l'une, au centre composée d'une gaine métallique à l'intérieur de laquelle sont placés les conducteurs isolés entre eux et par rapport à la dite gaine par un isolant tels l'alumine ou la magnésie, l'autre concentrique et ex -térieure à la sus-dite gaine, composée d'un manchon métallique prenant ap -pui, sous l'effet de la pression, sur la gaine d'une part et les parois du réservoir ou des éléments rapportés d'autre part par l'intermédiaire de portées coniques. 2. Passage de courant suivant la revendication I, caractérisé en ce que les parties coniques extérieures de la gaine et intérieures du man -chon, sont inclinées d'un angle compris entre 0030 et 30 par rapport à l'axe tandis que les parties coniques extérieures du manchon et intérieures du support sont inclinées d'un angle compris entre 20 et 60 par rapport à I'axe, ces angles ainsi que les dimensions axiales et radiales sont choi -sis de telle façon que les pressions d'interférence sur les portées co -niques des différents éléments définis précédemment soient supérieures à la pression d'utilisation. 3. Passage de courant suivant la revendication I, caractérisé en ce que la gaine intérieure est avantageusement extrudée hydrostatiquement, avant usinages, afin de lui conférer les caractéristiques mécaniques ma -ximales requises. 4. Passage de courant suivant les revendications I et 2,caractérisé par le fait qu'il fonctionne dans un système de contraintes tel que les déformations produites par la pression sont du domaine élasto-plastique sans extrusion notable à travers son support. 5. Passage de courant suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine, le manchon, le support ne sont liés entre eux par aucune soudure ni brasure. 6. Passage de courant selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé, en ce que la nature des pièces constitutives peut être absolument quelconque, le choix des matériaux étant subordonné aux impé -ratifs requis suivant l'utilisation.