Brevet FR2495322A1 — publié le 19820604

L'invention concerne un appareil pcur échantillonner une suspension s'écoulant dans un tuyau, et en particulier une suspension de fibres, l'appareil comprenant un cylindre ouvert en direction de l'intérieur du tuyau par une ouverture pratiquée dans la paroi du tuyau et pouvant être fixé à cette ouverture, et comportant un piston creux mobile s'étendant axialement dans le cylindre, ce piston creux comprenant des moyens mobiles par rapport au cylindre et au piston creux, ces moyens étant disposés de manière à prélever un échantillon de suspension du tuyau en coopération avec le piston creux et à l'aide de moyens d'entrainement qui sont communs au piston creux et auxdits moyens. Pour déterminer les propriétés d'une substance en écoulement telle qu'une suspension de fibres, on utilise actuellement divers types de détecteurs de mesure, et ceux-ci exigent que la substance à mesurer vienne en contact d'une façon ou de l'autre avec le détecteur lui-même, ou avec une partie de celui-ci, lesdites parties étant pour cette raison habituellement montées, par exemple, dans le tuyau oh s'écoule la substance à mesurer. Dans ces cas, il est nécessaire que le détecteur soit monté dans la section de passage du tuyau qui est représentative de ce qu'il faut mesurer pour obtenir des valeurs correctes. Pour des raisons pratiques, ce procédé d'approche ne peut pas toujours être adopté et il faut utiliser un échantillonneur séparé.Parmi les causes exigeant un échantillonneur séparé, on peut mentionner des pressions élevées, des températures élevées, une substance très corrosive, de fortes concentrations, des substances fortement polluées, de gros débits, des vibrations. Même quand on utilise un échantillonneur séparé, il est important que la technique d'échantillonnage soit telle que l'échantillon ne soit pas modifié en ce qui concerne la quantité à mesurer, du fait que l'échantillon est prélevé en vue d'être soumis à une détermination précise de laboratoire concernant certainespropriétés de la substance. I1 existe donc un grand besoin de disposer d'une technique d'échantillonnage correcte, et le problème se pose d'éliminer dans la plus grande mesure possible un autre facteur d'erreur, à savoir l'erreur llumaine. Le but de la présente invention est de proposer un appareil du type mentionné dans le préambule, se caractérisant essentiellement par le fait que l'extrémité libre du piston creux qui fait face au tuyau est ouverte, et en ce que l'organe mobile dans ce piston comprend un arbre s'étendant axialement dans le piston, cet arbre comprenant un piston apte à délimiter en direction axiale une chambre d'échantillonnage à l'extrémité ouverte libre du piston creux. Quand on automatise le procédé d'échantillonnage et quand on fait effectuer par l'appareil selon l'invention des cycles de fonctionnement différents selon un débit constant entre un prélèvement et le suivant, on peut éliminer le facteur humain.Quand on effectue un échantillonnage en utilisant une vanne manoeuvrée à la main par exemple, ce qui n'est pas inhabituel en l'absence de tout autre équipement valable, le résultat dépend dans une grande mesure de la personne qui prélève l'échantillon. L'échantillonnage réalisé au moyen de l'appareil selon l'invention ne perturbe pas le déroulement du procédé, et il ne provoque pas de réduction de la pression dans la tuyauterie du procédé. On peut obtenir une reproductibilité élevée en raison de la vitesse et de la duree d'séchant lonnage qui sont constantes, et aussi du fait que l'chan- tillon est toujours prélevé de la même section de passage du tuyau, et du fait que le piston creux qui forme la chambre d'échantillonnage a une course constante.Quand on échantillonne, par exemple, une suspension, il est de la plus haute importance que l'échantillon soit prélevé à une certaine distance en direction du centre du tuyau, du fait que la couche du courant de suspension qui s'écoule à proximité de la paroi du tuyau n'est pas représentative de la section -de passage totale du tuyau et contient plus de liquide. Le dispositif selon la présente invention est constitué de manière que l'échantillon soit prélevé de la suspension à une certaine distance de la paroi du tuyau et en direction du centre du tuyau qui est d'environ 30 à 60 mm. La suspension ne peut pas, non plus, remplir la chambre d' échantillonnage avant que son trou de prélèvement ait atteint cette position. Aucune partie de l'échantillonneur ne fait saillie dans le tuyau alors que ce dernier est en position de repos, ce qui est important dans les tuyauteries soumises à un soufflage ou chaque partie en saillie pourrait s'user rapidement et créer, en outre, un risque de blocage, On obtient une grande stabilité mécanique du piston dont la tige est relativement mince en la guidant cons- tamment au moyen du piston creux. En ayant recours à des tolérances précises au lieu de joints réalisés avec des élastomères ou autres matériaux mous, le risque est moindre que des particules solides provoquent des dégâts a l'echan- tillonneur.Cependant, les forces disponibles sont normalement suffisantes pour découper complètement des éléments non digérés ayant une surface transversale d'environ 1 cm2. On décrira maintenant l'invention en détail avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation préféré de l'échantillonneur de l'invention, et Figs. 2 et 3 représentent des phases différentes du cycle de fonctionnement de l'échantillonneur de la Fig. 1. La vanne d'échantillonnage 1 illustrée à la Fig. 1 comprend un cylindre 3 que l'on peut fixer à un tuyau 2 et comprenant un piston creux 4 s'étendant axialement dans le cylindre. De son côté, le piston creux 4 comprend un arbre 5 qui le traverse axialement. A une extrémité, l'arbre 5 est muni d'un piston 6 apte a délimiter une chambre d'échantillonnage 8 à l'extrémité ouverte libre 7 du piston creux 4. Le cylindre 3 comprend un tube de guidage 9 entouré par un tube a bride 11 dans lequel le tube de guidage 9 est inséré et fixé. Le tube à bride 11 est fixé dans le tuyau 2 et définit une ouverture 10 pratiquée dans ce tuyau. Le tube de guidage 9 et le tube à bride 11 sont fixés l'un a l'autre au niveau d'une bride terminale 12 a l'aide d'un joint boulonné (non représenté).Des moyens d'entraînement 13 destinés au déplacement axial du piston creux 4 et de l'arbre 5 sont également prévus au niveau de ladite partie terminale a bride 12. L'extrémité du piston creux 4 qui est éloignée du tuyau 2 comprend un disque de piston 14 qui peut être déplacé axialement par un fluide sous pression entre une première et une seconde positions terminales dans un premier cylindre d'entraînement 15. L'arbre 5 qui passe par le piston creux 4 traverse ce premier cylindre d'entraînement 15 ainsi qu'une paroi terminale 16 délimitant ledit cylindre, et se termine par un disque de piston 17. Le disque 17 peut être déplacé axialement par le fluide sous pression dans un second cylindre d'entraînement 18 qui est monté à la suite du premier cylindre d'entraînement 15.A part la paroi d'extrémité 16 qui est commune aux deux cylindres d'entraî- nement 15, 18, le cylindre d'entraînement 18 est délimité par une paroi terminale 19. Les cylindres d'entraînement 15, 18 sont reliés à un système de commande 24 par l'intermé- diaire de conduites 20,-21, 22, 23. Ce système de commande 24 constitue avec les cylindres d'entraînementl5, 18 les moyens d'entraînement 13 de la vanne d'échantillonnage 1. Dans la région de son extrémité libre et ouverte 7, le piston creux 4 comprend de préférence deux trous d'admission 25 permettant de remplir la chambre d'échantillonnage 8. Le remplissage ne peut avoir lieu que lorsque le piston creux 4 et le piston 6 délimitant ensemble la chambre d'échantillonnage 8 sont dans leurs positions terminales ex trêmes. Les trous d'admission 25 sont disposés en tandem dans la surface cylindrique du piston creux 4 a la même distance de l'extrémité 7. Un trou de sortie 27 est pratiqué dans la surface cylindrique du piston creux 4 contre la paroi interne 26 de la chambre d'échantillonnage 8. Ce trou 27 coïncide avec un trou de sortie correspondant 28 constitué dans la surface cylindrique du cylindre 3, quand le piston creux 4 est dans sa position rétractée. Un réceptacle collecteur approprié 40 peut être disposé au-dessous dudit trou de sortie 28. Un conduit 29 s'étend radialement à partir de la surface cylindrique du piston creux 4 pour déboucher dans la chambre d'échangillonnage 8 par l'intermédiaire d'un interstice annulaire 30 entre l'arbre 5 et la paroi terminale 26. Quand le piston creux 4 est en position rétractée, le conduit 29 est en communication avec un conduit 31 prévu dans la surface cylindrique du cylindre 3. Un fluide sous pression peut être envoyé par les conduits 29 et 31 pour faciliter le retrait de l'échantillon prélevé de la chambre d'échantillonnage 8.Au moins un évidement annulaire 32 est prévu dans la partie arrière, ou interne, du piston 4, immédiatement a l'interîeur de l'endroit où débouche le conduit 29 dans la surface cylindrique dudit piston, et il a pour but de recueillir les fibres parvenues entre le tube de guidage 9 et ledit piston 4. Cet évidement 32 peut être nettoyé par soufflage à l'aide du fluide sous pression passant dans le conduit 31, quand cet évidement 32 est dans la zone dudit conduit 31 et du trou de sortie 28. A l'aide d'indicateurs de position, la position du disque de piston 14 dans le cylindre d'entraînement 15 décide du moment où doit avoir lieu l'application de la pression au cylindre d'entraînement 18, avec pour conséquence le déplacement du disque de piston 17. Les indicateurs de position comprennent un aimant permanent 33 disposé sur le disque de piston 14 et coopérant avec un indicateur magnétique de fin de course 34 déterminant une position terminale du disque de piston 14 et un indicateur magnétique de fin de course 35 déterminant l'autre position terminale du disque 14. Grâce aux conduites 36, 37, les indicateurs de fin de course 34 et 35 sont reliés au système de commande 24 qui commande l'alimentation en fluide sous pression envoyé aux cylindres d'entraSnement 15, 18 ou aspiré de ceux-ci.L'arbre 5 du piston 6 comprend un épaulement 38 qui vient coopérer avec une surface de butée 39 du piston creux 4, de manière que le piston 4 entraîne avec lui le piston 6 lorsque le piston creux 4 se déplace de sa position de remplissage vers sa position de vidage, le piston 6 conservant sa position dans ledit piston creux, dans le même temps que le disque de piston 17 parvient à une position moyenne dans le cylindre d'entraînement 18. Quand la vanne d'échantillonnage 1 est dans sa position de repos, ni le piston creux 4 ni le piston 6 ne font saillie dans le tuyau 2. Pour obtenir ce résultat, le tube de guidage 9 et le piston creux 4 peuvent être profilés ou constitués de manière que lorsqu'ils sont au repos ils soient à une certaine distance de la paroi interne du tuyau 2.Seul le tube à bride 11 et le tube de guidage 9 doivent avoir un contour s'adaptant au diamètre du tuyau en question. La vanne d'échantillonnage 1 gui vient d'être décrite fonctionne de la manière suivante, et les Figures 2 et 3 représentent schematiquement les différentes phases de son cycle de fonctionnement. A-B : A représente la position qu'assume la vanne d'échantillonnage selon l'invention quand elle est au repos, c'est-à-dire quand elle ne fonctionne pas, et la position qu'elle assume entre chaque cycle de travail terminé. Quand elle effectue le mouvement A-B, le cylindre d'entraînement interne 15 est activé par le système de commande 24, et grâce à l'action du fluide sous pression qui agit contre le disque de piston 14 le piston creux 4 se déplace vers sa seconde position, ou position terminale la plus sortie. La vitesse est réglable, mais quand on utilise un système de commande pneumatique on a constaté que l'alimentation d'air est tellement étranglée dans le système lui-même qu'il n'est plus nécessaire d'avoir recours a un étranglement complémentaire.Quand le piston creux 4 se déplace, le disque de piston 17 du cylindre d'entraînement externe 18 et le piston 6 sont déplaces par le disque de piston 14 vers la position B par un arrêt mécanique consistant en la surface de butee entre le piston creux 4 et la face arrière du piston 6. B-C : Quand le disque de piston 14 contenu dans le cylindre d'entraînement 15 est parvenu a sa position termiaule externe, l'indicateur de fin de course 35 détecte la position par l'intermédiaire de l'ainiant permanent 33 du disque de piston 14, et le cylindre d'entraînement 18 est activé par le système de commande 24. Le piston 6 se déplace donc vers la position C, et il pousse la suspension de pulpe se trouvant devant lui et qui a toujours rempli l'espace se trouvant devant lui. Avant que le piston ait atteint la position C, il passe devant les trous d'admission 25 et la chambre d'échantillonnage 8 s'ouvre pour se remplir d'échantillon de pulpe dès que les trous 28 snt découverts. La pression régnant dans la conduite à pulpe 2 contribue au remplissage de l'ensemble de la chambre d'échantillonnage 8.La vitesse à laquelle le piston 6 passe de la position B & la position C est réglable, si on le désire, en étranglant l'air en retour du cylindre d'entrai- nement 18. C-I) : Après une duree donnée et réglable dans la position d'échantillonnage C, le cylindre d'entraînement 15 est activé et le disque de piston 14 revient a sa position terminale D. Les positions relatives du piston 6 et du piston creux 4 ne varient pas pendant ce mouvement. Le disque de piston 17 se trouvant dans le cylindre d'entraînement 18 est entraîné par le disque de piston 14 du cylindre d'entraînement 15 vers la position D a l'aide de la surface de butée mécanique existant entre l'épaulement 38 et la surface de butée 39. Pendant ce mouvement, les trous d'admission 25 reviennent a l'intérieur du bord du tube de guidage 9, et la chambre d'échantillonnage 8 se ferme et n'est plus soumise å la pression de la pulpe régnant dans le tuyau 2. Dans le même temps que le cylindre d' entraînement interne 15 est activé, on commence a souffler de l'air comprimé ou a envoyer de l'eau par le conduit 31. L'évidement annulaire 32 de la surface cylindrique du piston creux 4 est donc nettoyé des fibres éventuellement parvenues entre le tube de guidage 9 et le piston creux 4 quand l'évidement 32 passe devant le conduit fixe 31 et également simultanément devant le trou de sortie 28. On verra a l'examen de la figure 1 que, du fait que les conduits 31 et 29 ne sont pas mutuellement reliés avant que le piston creux 4 ait atteint sa position terminale arrière, l'air ou l'eau ne parvient pas dans la chambre d'échantigonnage 8 plus tôt. REVENDICATIONS 1. Appareil pour échantillonner une suspension s'écoulant dans un tuyau t2), et en particulier une suspension de fibres, l'appareil comprenant un cylindre (3) ouvert en direction de l'intérieur du tuyau (2) par une ouverture pratiquée dans la paroi du tuyau et pouvant être fixé a cette ouverture, et comportant un piston creux (4) mobile s'éten- dant axialement dans le cylindre (3), ce piston creux (4) comprenant des moyens mobiles par rapport a lui-même et au cylindre (3), ces moyens étant disposés de manière a prélever un échantillon de suspension du tuyau (2) en coopération avec le piston creux (4) et a l'aide de moyens d'entraîne- ment (13) qui sont communs au piston creux (4) et auxdits moyens (5, 6) appareil caractérisé en ce que les moyens mobiles dans le piston creux (4) comprennent un arbre (5) s'étendant dans le piston creux (4) et muni d'un piston (6) qui est prévu pour être déplacé par l'arbre (5) entre une position terminale interne et une position terminale externe dans une chambre d'échantillonnage (8) située a l'extré- mité libre (7) du piston creux (4), cette chambre (8)étant délimitée radialement par la surface cylindrique interne du piston creux (4) et axialement, non seulement par le piston (6) mais également par une paroi terminale interne (26) a l'extrémité fermée du piston creux 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à son extrémité libre, le piston creux (4) comprend sur sa surface cylindrique au moins un trou d'admission (25) qui est situé a une certaine distance du bord terminal du piston (4) correspondant sensiblement a la longueur du piston (6), et en ce qu'au moins un trou de sortie (27) est prévu dans la surface cylindrique du piston creux (4) contre la paroi terminale interne (26) de la chambre d'échantillonnage (8) ou l'extrémité fermée du piston creux (4). 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité du piston creux (4) qui est éloignée du tuyau (2) comprend un disque de piston (14) pouvant être déplacé axialement par un fluide sous pression entre une première et une seconde positions terminales dans un premier cylindre d'entraînement (15), et en ce que l'arbre (5) qui passe dans le piston creux (4) s'étend dans ledit premier cylindre d'entraînement (15) et traverse une paroi terminale (16) qui le limite, pour se terminer sous forme d'un disque de piston (17) qui peut être déplacé dans un second cylindre d'entraînement (18) par un fluide sous pression, les deux cylindres d'entraSne- ment (15, 18) et leurs disques de piston associés (14, 17) formant, en même temps qu'un système de commande (24), connu en soi, les moyens d'entraînement communs (13). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que le trou de sortie (27) du piston creux (4) est en coincidence avec au moins un trou de sortie (28) formé de façon correspondante dans la surface cylindrique du cylindre (3) quand le cylindre creux (4) est dans sa position terminale rétractée, ou position de décharge, et en ce que ledit trou de sortie (27) est fermé par la paroi du cylindre (3) quand le piston creux (4) est dans sa position terminale avancée vers l'extérieur, ou position de remplissage, et en ce que le trou d'admission (25) est fermé en position de décharge par la paroi du cylindre (3), alors que, dans la position de remplissage, ledit trou d'admission est ouvert et est situé à une certaine distance en direction du centre du tuyau (2) lui-même. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des indicateurs de position (34, 35) sont montés dans des positions terminales respectives du disque de piston (14) du piston creux (4) dans le premier cylindre d'entraînement (15) pour activer le disque de piston (17) dans le second cylindre d'entraînement (18). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le piston (6) se trouvant dans la chambre d'échantillonnage (8) du piston creux (4) parvient à sa position terminale située le plus à l'extérieur et n'ouvre la chambre d'échantillonnage (8) qu'après que le piston creux (4) est-parvenu à sa position terminale la plus externe, ledit piston (6) étant sollicité par l'action du fluide sous pression appliquée à son disque de piston (17) dans le second cylindre d'entraînement (18) en vue d'appliquer une pression à l'échantillon de suspension pour le faire sortir par le trou de sortie (27, 28) et le recueillir dans un récipient (40) après le remplissage de la chambre d'échantillonnage (8), et quand le piston creux (4) a été rentré vers sa seconde position terminale dans le cylindre (3). 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un conduit (29) part de la surface cylindrique du piston creux (4) et débouche sur la paroi terminale interne (26) de ce piston et de la chambre d'échantillonnage (8), ledit conduit (29) étant en communication avec un conduit (31) pratiqué dans le cylindre (3) quand le piston creux (4) est dans sa position terminale rétractée, un fluide sous pression pouvant alors passer par les conduits (29, 31) pour faciliter la décharge de l'échantillon. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'arbre (5) comprend un épaulement (38), permettant d'obtenir un déplacement axial de cet arbre, de son disque de piston associé (17) et du piston (6) ainsi que du piston creux (4) après activation du premier cylindre d'entraînement (15) depuis la position de remplissage jusqu'à la position de décharge du piston creux (4), ledit épaulement (38) coopérant avec une surface de butée (39) du piston creux (4) dans ladite direction du mouvement. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le cylindre ouvert (3) est un tube de guidage (9) pouvant être inséré et fixé dans un tube à bride (11), et a une longueur en direction de l'intérieur du tuyau (2) qui se termine, comme le tube a bride (11) et le piston creux (4), quand ce dernier est en position de repos, ou position terminale rétractée, au maximum au niveau de l'alésage du tuyau. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la surface cylindrique du piston creux (4) comprend au moins un évidement annulaire (32) destiné à recueillir les fibres s'étant introduites entre le tube de guidage (9) et le piston creux (4), et en ce que cet évidement (32) peut être nettoyé par soufflage au moyen du fluide sous pression passant par le conduit (31) quand 1'6- videment est dans la région de ce conduit (31) et du trou de sortie (28) pratiqué dans le cylindre (3).