Brevet FR2506453A1 — publié le 19821126

Procédé et dispositif pour la détermination et l'introduction d'une masse prédéterminée de liquide dans un réservoir. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la détermination et l'introduction d'une masse prédéterminée de liquide dans un réservoir muni d'un orifice d'arrive de liquide et d'un orifice d'évacuation de trop plein, et s'applique plus particulièrement a l'introduction d'ergols liquides corrosifs dans des réservoirs de propulseurs-fusees. Le problème se pose souvent d'introduire de manière automatique dans un réservoir une quantité prédéterminée de liquide correspondant a une masse donnée, sans remplir complètement le réservoir, afin de laisser notamment au liquide la possibilité de se dilater et sans non plus utiliser de dispositif autonome de pesée pour la détermination de la masse de liquide. La présente invention vise précisément à permettre de résoudre un tel probLème d'une manière extrémement simple qui ne fait pas appel a un appareillage auxiliaire autonome et permet de déterminer exactement la quantité de liquide introduite au moment méme de l'opération d'introduction. Ces buts sont atteints grâce a un procédé de dosage et de stockage d'une masse prédéterminée de liquide dans un réservoir qui selon l'invention consiste a associer a l'orifice de trop plein une canalisation de trop plein présentant une partie d'extrémité supérieure en forme de U renversé formant siphon dont une des branches se termine par ledit orifice d'évacuation de trop plein, a placer ledit orifice d'évacuation de trop plein a une hauteur prédéterminée du réservoir, en fonction du volume de liquide correspondant a ladite masse prédéterminée, pour une température prédéterminée, a permettre une mise a l'atmosphère du réservoir par un orifice situé au-dessus de la canalisation de trop plein, à introduire dans le réservoir le liquide a ladite température prédéterminée jusqu'a l'apparition d'un échappement de liquide a la sortie de ladite canalisation de trop plein extérieure au réservoir, puis a laisser stabiliser le niveau de liquide au niveau dudit orifice d'évacuation de trop plein par échappement de liquide par la canalisation de trop plein jusqu'a désamorçage du siphon cons titué par la partie en U renversé. A la fin de l'opération d'introduction, on dispose ainsi d'une quantité de liquide de masse donnée dont le volume pourra ultérieurement varier sans qu'il y ait perte de produit, puisqu'un échappement de liquide par la canalisation de trop plein ne pourrait s'effectuer que si le niveau de liquide atteignait non pas seulement l'orifice de trop plein, mais le sommet de la partie de canalisation en U inversé formant siphon. Or, la partie en U renversé est précisément réalisée de telle manière que sa hauteur permette une évolution de la surface du liquide dans le réservoir dans une plage de valeurs prédéterminée sans perte de produit. La canne. associée à l'orifice de trop plein garantit ainsi que la masse de liquide introduite dans le réservoir reste emprisonnée dans celui-ci pour une plage déterminée de conditions variables de fonctionnement, tout en permettant un dosage du produit sans mise en oeuvre d'autres éléments capteurs detecteurs de niveau dont l'efficacité pourrait être reduite par l'attaque du liquide corrosif. L'invention concerne donc également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, dispositif qui comprend une canalisation de trop plein présentant une partie d'extrémité supérieure en forme de U renversé dont une des branches se termine a sa partie inférieure par ledit orifice d'évacuation de trop plein qui est situé à une hauteur prédéterminée du réservoir, et au moins un moyen de mise à l'atmosphère du réservoir disposé dans la partie supérieure du réservoir au-dessus de la canalisation de trop plein. La canalisation de trop plein peut être réglable en hauteur pour modifier la hauteur predetermi- née du réservoir à laquelle est situé l'orifice d'éva- cuation de trop plein. Selon un mode de réalisation, la canalisation de trop plein est située entièrement a l'inté- rieur du réservoir et débouche hors du réservoir à travers le fond de celui-ci. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la partie d'extrémité supérieure en forme de U renversé traverse une paroi latérale du réservoir et débouche dans le réservoir par la branche se terminant par l'orifice d'évacuation de trop plein. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui fait suite de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples, en référence au dessin annexé, sur lequel les figures 1 et 2 sont deux vues schématiques en coupe montrant un réservoir et les canalisations d'alimentation et de trop plein associées. On voit sur la figure 1 un réservoir 10 muni d'une canalisation de remplissage 11 reliée à une source de fluide, non représentée et une canalisation d'évacuation ou d'utilisation 14 qui prend naissance dans le fond du réservoir 10. Le réservoir 10 comprend en outre dans sa partie supérieure une canalisation de trop plein 20 dont l'orifice d'admission 21 est situé à une hauteur H1 par rapport au fond du réservoir. La canalisation de trop plein 20 présente une portion 22 en forme de U renversé dont une branche se termine par l'orifice d'admission 21 et l'autre branche située à l'extérieur du réservoir se prolonge par des conduits de formes diverses mais situés en dessous du niveau H1. La portion en U 22 de la canalisation de trop plein 20 traverse la paroi du réservoir lo au niveau d'un orifice 12. Cette portion en U 22 définit un siphon qui présente un niveau d'amorçage H2 déterminé par la partie supérieure de la portion 22 qui assure l'inversion du sens d'ecou- lement du fluide. La canalisation de trop plein 20 sert en réalité, dans le cadre de la présente invention, essentiellement a déterminer un niveau exact H1 de remplissage de liquide dans le réservoir 10, afin d'introduire puis de laisser emprisonnée une masse connue de liquide dans le réservoir 10. Le processus de rempli sa sage est le suivant : la vanne principale 15 associée a la conduite principale d'évacuation 14 du réservoir 10 étant fermee, le liquide est introduit dans le reser- voir 10 par la canalisation d'admission 11 jusqu'a ce qu'il atteigne le niveau H2, c'est-à-dire jusqu'a ce que le siphon 22 s'amorce et permette au liquide de commencer de s'échapper par la canalisation 20. Un détecteur, non représenté, disposé en sortie de la canalisation 20 permet alors de commander l'arrêt de l'envoi de liquide dans le réservoir 10 par la canalisation d'alimentation 11. Le système que constitue le réservoir 10 avec ses canalisations d'alimentation il et d'utilisation 14 obtures par des vannes est alors laissé livré a lui-même et se stabilise automatiquement avec un niveau de liquide qui en définitive, à la fin de la periode de stabilisation, se situe exactement au niveau H1.En effet, une fois le siphon 22 amorcé, le liquide qui avait atteint le niveau H2 s'évacue par la conduite de trop plein 20 jusqu'a ce que le siphon se désamorce au moment ou le liquide est redescendu au niveau H1. Naturellement, le liquide échappé par la canalisation 20 peut, lors de ce processus de remplissage de réservoir, être éventuellement récupéré, renvoyé dans la source de fluide et utilisé pour une opération ultérieure de remplissage. Pour que le processus décrit précédemment se déroule normalement, il est cependant nécessaire que le réservoir soit équipé d'un organe 18 de mise à l'air libre disposé à la partie supérieure du réservoir audessus du niveau H2. Le siphon 22 ne peut en effet fonctionner après fermeture de la vanne 17 que si tout le liquide évacué par la canalisation 20 est remplace par du qaz dans le réservoir. Toute l'opération de remplissage s'effectue à une température To prédéterminée de maniere que, à cette température To, le niveau H1 détermine une masse prédéterminée de liquide dans le réservoir 10. La relation entre le niveau H1 et la masse de liquide dépend naturellement de la géométrie du réservoir 10 et des paramètres physiques (masse volumique) du liquide a la température To. Cette relation peut être facilement établie pour chaque application. La relation entre le niveau H1 et la masse de liquide introduite dans le réservoir 10 peut être légèrement modifiée avant chaque opération de remplissage afin d'ajuster la masse de liquide introduite. I1 est ainsi possible de jouer sur la température To d'introduire du liquide qui, compte tenu de la dilatation de celui-ci permet pour une géométrie et un volume inchanges, de modifier legerement, de façon connue, la masse introduite. De façon plus commode, tout en maintenant la même température prédéterminée To d'introduction de liquide, il est possible d'ajuster le volume de liquide introduit dans le réservoir, et donc sa masse, sans modifier le niveau H1.Ceci peut être réalisé par exemple à l'aide d'une tige étalonnée 41 pénétrant dans le réservoir par une ouverture 16 et descendant en-dessous du niveau H1 prédéterminé de manière à modifier le volume libre disponible dans le réservoir sous ce niveau H1. La modification du volume introduite par la tige 41 peut être facilement contrôlée par la position de cette tige. Plusieurs tiges 41 ou des moyens équivalents peuvent naturellement être utilisés pour réaliser l'ajustage précité de la relation entre niveau H1 et masse du liquide introduit jusqu'au niveau H1 dans le réservoir. On notera qu'une fois que la masse de liquide voulue a été introduite dans le réservoir, c'est a-dire lorsque les vannes des conduites d'admission il et d'utilisation 14 sont fermées et le siphon 22 désamorcé, cette masse peut elle-meme rester constante malgré des variations importantes de l'environnement dans lequel se trouve le réservoir. En effet, la conduite 20 ne peut jouer son rôle de trop plein que si le niveau de liquide atteint le niveau H2 qui peut être déterminé comme étant suffisamment supérieur au niveau H1 pour que les dilatations du liquide introduit dans le réservoir, ou les inclinaisons de ce réservoir ne permettent pas au liquide d'atteindre le niveau H2. La figure 2 représente un autre mode de réalisation d'une installation conforme a l'invention permettant d'introduire et de maintenir dans un reser- voir une masse donnée de liquide. Les éléments de l'installation de la figure 2 analogues à ceux de l'installation de la figure 1 portent les mêmes références. L'installation de la figure 2 se distingue du mode de réalisation de la figure 1 essentiellement par la présence d'une conduite 30 de trop plein qui est pratiquement entierement située à l'intérieur même du réservoir. Comme précédemment, l'orifice 31 d'admission de la conduite 30 détermine un niveau H1 à l'inté rieur du réservoir et une portion 32 en forme de U renversé permet à la conduite 30 de jouer le réale de siphon et definit un niveau supérieur H2 d'amorçage du siphon. La conduite 30 sort du réservoir 10 à travers un orifice 13 ménagé dans le fond du réservoir. Le fonctionnement est alors exactement semblable a celui qui a déjà été explique précédemment en référence à la figure 1.Lors du remplissage du réservoir a partir de la conduite d'alimentation 11, la vanne 15 étant fermée, le liquide parvient jusqu'au niveau H2 d'amorçage du siphon constitué par la canalisation de trop plein 30 et son bec 32, ce qui provoque l'arrêt de l'alimentation par la canalisation 11, puis la redescente automatique du niveau du liquide dans le réservoir 10 au niveau H1 par échappement à travers la conduite 30. Dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, les opérations de remplissage doivent également se faire dans des conditions de température connues pour que la relation entre le niveau H1 et la masse de liquide introduite soit elle-même bien déterminée. Toutefois, un ajustage de la masse de liquide introduite peut être réalisée relativement facilement par simple modification directe du niveau H1 si la conduite 30 est elle-même munie de moyens 33 de réglage de sa position à travers l'orifice 13. Des moyens de repérage de la position de la conduite 30 à l'intérieur du réservoir 10, et donc du niveau H1, peuvent naturellement apparaitre sur la partie de la conduite 30 qui émerge à l'extérieur du réservoir io. La conduite 30 de la figure 2 combine ainsi les fonctions de la conduite 20 et de la tige 41 de la figure 1.Par ailleurs, des moyens d'étanchéité, non représentés, sont disposes entre l'orifice 13 du réservoir 10 et la conduite 30 pour garantir toute perte de liquide non contrôlée. Le procédé et l'installation selon l'in vention peuvent recevoir diverses applications mais fournissent un moyen commode d'introduire dans un réservoir de propulseur-fusee un ergol liquide. La manipulation d'un tel ergol est en effet toujours délicate et la masse d'ergol à introduire dans un réservoir est critique. De plus, la masse doit également être conservée dans le réservoir un certain temps avant sa consommation par le propulseur alors même que les conditions externes d'environnement (température, vibrations) sont sévères.La presente invention permet de tenir compte de tous ces facteurs et de réaliser à la fois le remplissage et le stockage d'une manière sure et simple du fait même qu'il n'est pas nécessaire de transférer le liquide à introduire dans un dispositif de pesage ou même de dosage distinct du réservoir et qu'aucun appareil de mesure n'a besoin d'être introduit à l'intérieur du réservoir. En effet, seuls sont introduits dans le réservoir, des conduits ou tiges tels que 20, 30, 41 qui peuvent être facilement réalisés par exemple en un matériau analogue à celui du réservoir de manière à resister à l'attaque du liquide. Lors des opérations de remplissage, seule une vanne 17 de commande associee à la conduite d'alimentation 11 doit être ouverte au début de. l'opération de remplissage et refermée une fois que du liquide a commencé de s'échapper par la conduite de trop plein 20 ou 30. On relèvera que l'instant de fermeture de cette vanne 17 associée à la conduite d'alimentation 11 n'est nullement critique et peut s'effectuer avec un certain retard après le debut d'un dcou- lement par la canalisation 20 ou 30, puisque cet instant de fermeture ne conditionne pas directement la fin du remplissage. Au contraire, le remplissage se termine automatiquement par la fin de l'écoulement de liquide à travers la canalisation 20 ou 30 lorsque la redescente du liquide au niveau H1 provoque le désamorçage du siphon. Si l'une des applications essentielles du procédé et de l'installation selon l'invention consiste à permettre l'introduction d'une masse de liquide définie dans un réservoir, une autre application peut se limiter à la simple détermination d'un niveau de liquide précis pour une température donnee, dans un réservoir, sans que la masse ou le volume de liquide introduits aient besoin d'être connus de façon précise. Dans ce cas, il n'est ainsi pas nécessaire de connaitre avec précision les caractéristiques géométriques du reser- voir (forme et section) puisque l'on ne s'intéresse pas à la capacité de celui-ci, mais simplement à la présence dans ce réservoir, pour une température donnee, d'un niveau prédéterminé et précis de liquide. Les mesures à mettre en oeuvre pour réaliser le remplissage restent identiques a ce qui a été indiqué précédemment en réfé- rence aux figures 1 et 2, la seule différence étant que la hauteur prédéterminée du réservoir à laquelle se situe l'orifice d'évacuation de trop plein définit directement un niveau utile de remplissage de liquidefsans que pour l'application considérée la relation entre ce niveau utile et le volume de liquide introduit ait une importance particulière. REVENDICATIONS 1. Procéde de dosage et de stockage d'une masse prédéterminée de liquide dans un réservoir muni d'un orifice d'arrivée de liquide et d'un orifice d'évacuation de trop plein, caractérisé en ce qu'il consiste à associer a l'orifice de trop plein une canalisation de trop plein présentant une partie d'extrémité supérieure en forme de U renversé formant siphon dont une des branches se termine par ledit orifice d'évacuation de trop plein, à placer ledit orifice d'évacuation de trop plein à ladite hauteur prédéterminée du réservoir, en fonction du volume de liquide correspondant à ladite masse prédéterminée, pour une température prédéterminée, a permettre une mise à l'atmosphère du réservoir par un orifice situé au-dessus de la canalisation de trop plein, à introduire dans le réservoir le liquide à ladite temperature prédéter- minée jusqu'a l'apparition d'un échappement de liquide à la sortie de ladite canalisation de trop plein exterieure au réservoir, puis à laisser stabiliser le niveau de liquide au niveau dudit orifice d'évacuation de trop plein par échappement de liquide par la canalisation de trop plein jusqu'à désamorçage du siphon constitué par la partie en U renversé. 2. Dispositif pour la détermination et l'introduction d'une masse prédéterminée de liquide dans un réservoir muni d'un orifice d'arrivée de liquide et d'un orifice d'évacuation de trop plein, selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une canal.igation de trop plein présentant une partie d'extrémité supérieure en forme de U renversé dont une des branches se termine à sa partie inférieure par ledit orifice d'évacuation de trop plein qui est situé à une hauteur prédéterminée du réservoir, et au moins un moyen de mise à l'atmosphère du réservoir, dispose dans la partie superieure du réservoir au-dessus de la canalisation de trop plein. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la canalisation de trop plein est réglable en hauteur pour modifier la hauteur prédéterminee du réservoir à laquelle est situé l'orifice d'éva-cuation de trop plein. 4. Dispositif selon la revendication 2, ou la revendication 3, caractérisé en ce que la canalisation de trop plein est située entièrement à l'inté- rieur du réservoir et debouche hors du réservoir à travers le fond de celui-ci. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie d'extrémité supérieure en forme de U renversé traverse une paroi latérale du réservoir et débouche dans le réservoir par la branche se terminant par l'orifice d'évacuation de trop plein. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il est appli qué à l'introduction d'ergols liquides corrosifs dans des réservoirs de propulseurs-fusées. 7. Procédé de remplissage d'un réservoir muni d'un orifice d'arrivée de liquide et d'un orifice d'évacuation de trop plein, jusqu'à un niveau utile prédéterminé de liquide correspondant a une température prédéterminée, caractérisé en ce qu'il consiste à associer à l'orifice de trop plein une canalisation de trop plein présentant une partie d'extrémité supérieure en forme de U renverse formant siphon dont une des branches se termine par ledit orifice d'évacuation de trop plein, à placer ledit orifice d'évacuation de trop plein à ladite hauteur prédéterminée du réservoir, à permettre une mise à l'atmosphère du réservoir par un orifice situé au-dessus de la canalisation de trop plein, à introduire dans le réservoir le liquide à ladite température prédéterminée jusqu'à l'apparition d'un échappement de liquide à la sortie de ladite canalisation de trop plein extérieure au réservoir, puis à laisser stabiliser le niveau de liquide au niveau dudit orifice d'évacuation de trop plein par échappement de liquide par la canalisation de trop plein jusqu'à désamorçage du siphon cons titué par la partie en U renversé.