Brevet FR2332526A1 — publié le 19770617

L'invention concerne un appareil de prélèvement de faibles quantités de liquide, cooperant avec un ecoulement de liquide, soit que le liquide prélevé le soit dans cet écoulement et serve d'échantillon de contrôle, soit que le liquide préleve soit un autre liquide que le liquide de ltécoulement, prélevé dans une réserve de liquide extérieure à l'écoulement pour être injecté dans celui-ci. Un exemple d 'application du premier type est un appareil échantillonneur pour du pétrole circulant dans une conduite, et un exemple d'application du deu xieme type est un appareil doseur servant à injecter de l'eau de javel dans une conduite d'eau, ces exemples étant évidemment donnés à titre purement illustratif. Il est important, dans ces deux types d'application, de disposer d'un appareil de prélevement fonctionnant de manière continue et asservi au débit de liquide dans l'écoulement, asservissement qui nécessite, dans les réalisations classiques, de coûteuses installations. On a trouvé, suivant la présente invention, qu'il était possible d'assurer de manière simple un fonctionnement continu et un asservissement au débit, et, en même temps, de réaliser un appareil autonome ne nécessitant pas un entrane- ment par une machine électrique. E outre, l'appareil selon l'invention se prète facilement à des règlages suivant les conditions d'utilisation. L'invention a pour objet un appareil de prélèvement de faibles quantités de liquide, coopérant avec un écoulement principal de liquide, caractérisé en ce qu'un groupe turbine-pompe à barillet est immergé dans l'écoulement principal de liquide, cet écoulement antralnant la turbine tandis que la pompe à barillet effectue le prélèvement de liquide. Dans le cas d'un appareil doseur, la pompe à barillet est alimentée par un réservoir contenant le liquide que lton desire injecter dans l'écoulement principal et elle débite dans ledit écoulement. Dans le cas d'un appareil échantillonneur, la pompe à barillet est alimentée par l'écoulement principal de liquide et elle débite en dehcrs de cet écoulement. La turbine est avantageusement formée par des pales directement montées sur le barillet de la pompe. Celui-ci est alors porté par une fourrure avant et une fourrure arrière qui servent de paliers, la fourrure avant étant située dans l'écoulement de liquide à l'amont des pales de la turbine, et la fourrure arrière à l'aval de ces pales. Ces fourrures peuvent déborder le barillet à lavant et à l'arrière de manière à former à l'avant une chambre d'admission de liquide à prélever et, éventuellement, à l'arrière une chambre d'évacuation du liquide admis dans la chambre d'admission et non prélevé par les pistons de la pompe à barillet. Ces chambres sont limitées respectivement par un fond avant et un fond arrière.Le fond arrière peut autre prévu pour recevoir l'extrémité d'un pivot porté par le barillet, de manière à centrer ce dernier, à en supporter les efforts axiaux et à réduire les frottements en résultant Le fond avant peut porter sur sa face avant un nez profilé pour écarter le liquide en écoulement de la région centrale où se trouve le barillet vers la périphérie de celui-ci où sont situées les pales Ce fond avant peut porter sur sa face arrière un axe de pivotement qui vient en vis-à-vis d'un autre axe de pivotement porté par le barillet, les extrémités de ces deux axes de pivotement enserrant un plateau biais contre lequel frottent des pistons du barillet pour former pompe. Le plateau biais peut être tenu, en outre, par un goujon porté par le fond avant, ce goujon pénétrant dans le plateau pour l'empêcher de tourner et exep çant sur lui une poussée axiale élastique dirigée vers l'arrière, tandis qu'une butée diamétralement opposée à ce goujon maintient le plateau à l'avant à l'encontre de l'action axiale élastique du goujon. Cette butée est avantageusement constituée par une rampe portée par une tige radiale pouvant être deplacée radialement, de sorte que le rapport entre le débit de la pompe à barillet et la vitesse du groupe turbine-pompe peut autre facilement modifié. Le réglage du rapport entre la vitesse du groupe et le débit de l'écoule- ment de fluide principal peut être réalisé au moyen d'aubes directrices articulées autour d'un axe. Il est alors avantageux, dans le cas d'un appareil de prélèvement utilisé en échantillonneur, de prévoir des aubes directrices creuses percées d'orifices sur leur face avant et traversées par un axe d'articulation creux qui est percé d'orifices latéraux et qui débouche à une extrémité dans la chambre que l'on a appelee chambre d'admission. On alimente ainsi cette chambre àvpartir de l'écoulement principal de fluide.Dans le cas d'un appareil de prelèvement utilisé en doseur, on peut également utiliser un ou plusieurs des axes d'articulation pour l'alimentation de la chambre d'admission en prévoyant cet axe ou ces axes creux, en les reliant, à une de leurs extrémités à une réserve de liquide à injecter, et en faisant déboucher l'autre extrémité dans la chambre d'admission. En se référant à la figure schématique ci-jointe, on va décrire à titre non limitatif, un exemple de mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'un échantil lonnaur. Cette figure représente une coupe axiale de l'appareil installé dans un écoulement de fluide. L'échantillonneur a éte installé sur une conduite de fluide en écoulement, non représentée, en intercalant sur cette conduite un tronçon cylindrique 1, par des brides de raccordement 2 et 3. Dans ce tronçon 1 est disposé un groupe : turbine à action constituée par des pales 4 - pompe à barillet constituée par un barillet 5 en bronze, qui porte les pales 4 et qui tourne dans des fourrures en acier inoxydable ; une fourrure avant 6 et une fourrure arrière 7. La fourrure arrière 7 est tenue par une entretoise 8 à quatre bras encastrée dans le tronçon 1 et appliquée contre un épaulement 9 de celui-ci.La fourrure avant 6 est tenue par une entretoise 10 support tant l'ensemble des aubes directrices 11, au nombre de trois par exemple, et de tiges guides 12 autour desquelles les directrices sont articulées et peuvent pivoter pour prendre une inclinaison déterminée par la position d'une couronne de réglage 13 dans une rainure de laquelle un téton, non représenté, solidaire de chaque aube directrice, est engagé da maniere qu'une rotation de la couronne de réglage 13 entrains une modification de l'inclinaison des aubes directrices Il par rapport à l'écoulement de fluide dont le sens est figuré par une flèche. A l'avant du barillet 5, une chambre d'admission 14 est délimitée par la fourrure avant 6 et un fond avant 15. Ce fond 15 porte un nez conique 16 vissé sur lui. A l'arrière du barillet, une chambre d'évacuation 17 est délimitée par la fourrure 7 et un fond arrière 18. Des trous 19dans la fourrure 7 permettent au liquide arrivant dans la chambre 17 de rejoindre le flux principal de liquide. Le barillet comporte des logements cylindriques 20 (qui sont, par exemple, au nombre de trois, dont un seul a été représenté) pour les pistons 21 de la pompe et des canaux internes 22 (au nombre de six par exemple) permettant à une partie du liquide admis dans la chambre 14 d'être renvoyé dans le flux principal de liquide par l'intermédiaire de la chambre 17 et des trous 19. Les pistons 21 sont creux et se déplacent axialement sous l'action d'une~part de ressorts 23 disposés dans les logements 20 et, d'autre part, de l'application de ces pistons à leur autre extrémité contre ün plateau circulaire fixe disposé en biais 24. Du liquide contenu dans la chambre 14 entre dans les pistons creux 21 par l'intermédiaire d'une rainure 25 pratiquée dans le plateau 24 sur un secteur d'environ un tiers de circonférence. Ce liquide, entré lorsque le piston se trouvait à la partie supérieure de la figure, est envoyé, lorsque le piston arrive à la partie inférieure de la figure, dans un conduit radial 26 de liaison avec lluti- lisation de l'échantillon prélevé. Le conduit 26 est, à cet effet, relié à une rainure 27 pratiquée sur la moitié de E circonférence dans la fourrure 7 en face d'orifices radiaux 28 pratiqués dans le barillet 5 et reliant chacun la périphé- rie de celui-ci à l'un des logements 20. Ces logements sont fermés à l'extrémité arrière par des bouchons 29, et des clapets anti-retour 30 sont placés sur la liaison : logement 20 - orifice 28. Les aubes directrices il sont creuses percées à leur face avant d'orifices 31, tandis que les tiges guides 12 sont creuses et percées d'orifices latéraux 32, de sorte que le liquide de l'écoulement peut pénétrer dans ces tiges guides dont une extrémité 33 débouche dans la chambre 14. Le fond arrière 18 présente une cuvette 34 en matériau synthétique dur pour recevoir un pivot 35, dont la pointe est en carbure de tungstène, porté par le barillet 5. Le fond 15 porte un axe de pivotement 37 et le barillet un axe de pivotement 36, ces deux axes de pivotement venant en vis-a-vis l'un de l'autre et pénétrant chacun dans un trou évasé, conique par exemple, du plateau 24, de manière que celui-ci puisse autre incliné à volonté. A cet effet, une vis 38 tenue par le fond avant 15 pénètre dans un logement du plateau 24 qu'elle maintient rigidement en position circonférentielle et qu'elle pousse axialement par l'intermédiaire d'un ressort 39 placé dans ce logement.Le plateau, ainsi élastiquement assujetti, s'appuie dans la région diamétralement opposée, contre une butée réglable constituée par une rampe 40, portée à l'extrémité d'une tige ra diaule. 41 que l'on peut plus ou moins avancer vers l'axe central de l'appareil au moyen d'une molette de réglage 42 dont la position est connue au moyen d'une plaque graduée 43, l'étanchéité au passage de la tige 41 dans le tronçon cylindrique 1 étant assurée par un presse-étoupe 44 avec joints à chevrons 45. Le plateau biais 24 a été représenté sur la figure dans la position de débit nul de la pompe. Pour provoquer un débit et l'augmenter, il faut relever la tige 41. Le fonctionnement de cet appareil découle immédiatement de ce qui précède les pales 4 de la turbine tournent à une vitesse qui, pour un réglage donné des aubes directrices 11, dépend du débit de liquide dans l'écoulement ; elles en- traient en rotation le barillet 15 dont les pistons 21 effectuent, à chaque tour du barillet, un mouvement axial aller et retour comprenant une expansion du volume interne défini par eux lorsqu'ils passent sur la partie du plateau 24 située en haut de la figure où ils se trouvent en face de la rainure 25 et peuvent stalimenter en liquide, et une réduction de ce volume interne lorsqu'ils passant sur la partie du plateau 24 située en bas de la figure où ils s'appliquent con tre le plateau de manière étanche et ou le liquide excédentaire qu'ils contienment est chassé par un orifice 28 dans la rainure 27 et de là dans le conduit radial 26. La quantité du liquide excédentaire dépend de la course des pistons 21 qui est réglée par l'inclinaison du plateau biais 24 au moyen de la molette 42. La rainure 25 s'alimente du fait qu'elle baigne dans la chambre d'admission 14, elle-meme alimentée par les orifices 31 et 32 et la tige guide 12. Une partie du liquide admis dans la chambre 14 retourne dans l'écoulement principal par ies canaux 22, la chambre d'évacuation 17 et les trous 19. L'échantillon prélevé est, ainsi, un échantillon continu rapréaentatif du liquide en écoulement, son débit est lié au débit principal du liquide en ecou- lement, et l'appareil fonctionne de maniere autonome sans apport d'énergie extérieure. L'échantillon est reçu dans un réceptacle, non représenté, dit à pression d'équilibre : ce réceptacle se compose de deux fonds démontables munis de raccords et de vannes d'isolement, d'un corps en verre ou autre matériau, gradué, d'un clapet d'équilibre à tarage réglable, et d'un piston séparateur interne entre l'atmosphère et le liquide prélevé ; ce réceptacle peut être muni d'un ré- chauffage par l'intermédiaire d'une double paroi au moyen de vapeur ou d'un autre mode de chauffage. Ce réceptacle, où la pression est identique à celle du refoulement de l'appareil, permet d'éviter tout blocage de l'appareil par contre-pression due à divers facteurs tels qu'évaporation, pression importante .. et d'obtenir un échantillon sans perte ni altération. On n'a pas représenté un appareil doseur, car celui-ci se déduit très simplement de l'appareil échantillonneur représenté : les tiges guides 12 (ou l'une d'elles seulement) sont reliées à une réserve de liquide à injecter dans la courant principal de liquide, les orifices latéraux 32 étant supprimés ; les trous 19 sont supprimés et le conduit radial 26 ne débouche pas à l'extérieur mais à l'intérieur du tronçon cylindrique 1, en étant raccordé à un conduit axial diri gé vers l'arrière. L'appareil qui a été décrit, au lieu d'être monté de manière fixe dans un tronçon cylindrique 1 lui-meme intercalé dans une conduite de liquide, pourrait autre inséré dans une conduite à travers une vanne prévue sur celle-ci et permettant de l'introduire à l'intérieur de la conduite et de le maintenir suspendu au centre de l'écoulement de fluide. REVENDICATIONS 1/ Appareil de prélèvement de faibles quantités de liquide, coopérant avec un écoulement principal de liquide, caractérisé en ce qu'un groupe turbine (4) pompe à barillet (5) est immergé dans l'écoulement principal de liquide, cet écou- lement entraînant la turbine tandis que la pompe à barillet effectue le prélèvement de liquide. 2/ Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine est formée par des pales (4) directement montées sur le barillet $) de la pompe. 3/ Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le barillet (5) est porté par une fourrure avant (6) et une fourrure arrière (7), situées respectivement à l'amont et à l'aval des pales (4) de la turbine. 4/ Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fourrure avant (6) déborde le barillet 5) vers l'avant et reçoit un fond avant (15) pour former une chambre d'admission (14) du liquide à prélever. 5/ Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fourrure arrière (7) déborde le barillet (s) vers l'arrière et reçoit un fond arrière (18) pour former une chambre d'évacuation (17) du liquide admis dans la chambre d'admission (14) et non prélevé. 6/ Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fond arrière (18) est prévu t343 pour recevoir l'extrémité d'un pivot (35) porté par le barillet (s). 7/ Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fond avant (ils) porte un axe de pivotement (37), en ce que le barillet t5) porte un autre axe de pivotement (36) et en ce que las extrémités de ces deux axes de pivotement (36, 37) sont disposées en vis-a-vis l'une de l'autre et pénètrent dans des trous évasés d'un plateau biais (24) contre lequel frottant des pistons (21) dp barillet (5) pour former pompe. 8/ Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le plateau biais (24) est pénétré par un goujon (38) porté par le fond avant (vis) qui exerce sur lui une poussée axiale élastique (39) dirigée vers l'arrière tandis qubne butée (40) diamétralement opposée à ce goujon (38) maintient le plateau à l'encontre de la poussée élastique du goujon (38). 9/ Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite butée est une rampe (40) portée par une tige radiale (41) pouvant être déplacée radialement. 10/ Appareil selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que des aubes directrices (îî) articulées sur des tiges guides (12) sont montées en aval des pales (4) de la turbine et en ce que ces tiges guides (12) sont creuses et utilisées pour l'introduction de liquide dans la chambre d'admission (14).