Brevet FR2543246A1 — publié le 19840928

L'invention a pour objet un dispositif d'étanchéité mobile dans une conduite cylindrique. On connaît des pistons mobiles assurant l'étanchéité et séparant les fluides de part et d'autre On peut citer les échantillonneurs de fond à admission de divers construc- teurs tels qu'ils sont décrits page 461 de la Revue de l'Institut Français du Pétrole Mai-Juin 1975 ( 8), et le dispositif pour la mesure des caractéristiques physiques d'un fluide décrit dans le brevet français N O 2 480 941 de l'Institut Français du Pétrole et ARMINES. Ces pistons -libres ont pour caractéristique commune de comporter des joints annulaires en caoutchouc fluoré Ce matériau est déformable et non compressible, il assure l'étan- chéité dans l'espace annulaire entourant le piston jusqu'à ce que l'usure en ait modifié de façon notable les dimensions ou qu'une déchirure accidentelle établisse la communication entre les deux faces Il faut noter qu'au-delà d'une certaine valeur de la pression, ces joints n'assurent plus l'étanchéité, même initiale, et que cette valeur est fonction de la dureté du caoutchouc, donc de sa composition et de son traitement, susceptible de varier dans le temps à cause de la tempéra- ture ou des agents chimiques. Avec ces pistons libres, à joints annulaires tels que les joints toriques, le Téflon n'est pas employé, car le matériau, sous l'effet de la pression, flue de façon non réversible Alors que,dans le cas d'un joint annulaire, la pression interne dans le joint est sensiblement égale à la pression hydrostatique elle-même, dans un montage, selon l'invention, la pression dans le Téflon est égale à la pression hydrostatique multipliée par le rapport de la section du piston à la section de l'anneau lui-même Cette pression interne est donc très supérieure à la pression hydrostatique et le téflon se comporte comme un fluide De ce fait, l'étanchéité est assurée d'autant plus que la pression hydrostatique est plus élevée. Les joints annulaires en caoutchouc fluoré ont, de plus,sur ceux en féflon, l'inconvénient d'être affectés d'un coefficient de frottement sur les parois beaucoup plus important et fonction de la nature des fluides en contact. La présente invention permet de pallier ces diffi- cultés en réalisant un joint auto-serreur en Téflon alliant les avantages du très faible coefficient de frottement de ce matériau et d'une mise en pression dudit matériau par un moyen mécanique interne du joint lui-même. Un dispositif d'étanchéité mobile ( 1) dans une conduite cylindrique ( 2), suivant l'invention, comprend deux éléments ( 3) et ( 4) de contours extérieurs cylindriques, de dimensions peu inférieures à celles de la conduite ( 2), tels qu'une tige cylindrique ( 5) prolongeant le premier élément ( 3) coulisse dans une chambre cylindrique ( 6) délimitée à l'intérieur du second élément ( 4) et débouchant vers le premier élément ( 3), chacun des deux éléments ( 3) et ( 4) étant en contact par une partie annulaire ( 7) et ( 8) avec un joint annulaire ( 9) en Âéflon ou analogue, au travers duquel passe la tige cylindrique ( 5), ce joint annulaire ( 9) ayant sensi- blement le même diamètre extérieur que lesdits éléments ( 3) et ( 4) lorsqu'il n'est pas soumis à un effort de compression. Dans un tel dispositif, il est généralement observé qu'un des deux éléments comporte une vanne de circulation avec pointeau guidé axialement monté de façon étanche à l'aide d'un presse-étoupe. Dans les divers dispositifs, la tige cylindrique ( 5), prolongeant le premier élément ( 3) et coulissant dans la chambre cylindrique ( 6) délimitée dans le second élément ( 4), est munie d'un dispositif limiteur de course en coopération avec la chambre délimitée dans le second élément. Afin d'assurer les étanchéités diverses au cours du montage et de la mise en pression, d'une part les contours extérieurs cylindriques de chacun des deux éléments ( 3) et ( 4) sont, chacun, munis d'un joint annulaire d'étanchéité ( 18) et ( 19) et, d'autre part, la tige cylindrique ( 5) prolongeant le premier élément coulisse dans la chambre ( 6), l'étanchéité étant assurée par un joint annulaire ( 20). Suivant un mode préférentiel de réalisation, la chambre cylindrique délimitée dans le second élément est portée à une pression très inférieure aux pressions auxquelles seront ultérieurement portés les espaces situés de part et d'autre du dispositif d'étanchéité. L'invention sera mieux comprise dans la descrip- tion, donnée à titre non limitatif, du dispositif illustré à l'aide des figures suivantes: Figure 1: Schéma d'un piston mobile avec joint auto-serreur. Figure 2: Schéma d'une vanne de circulation adaptée au piston. La figure 1 donne une section axiale d'un piston ( 1) mobile dans une conduite cylindrique ( 2) Un tel piston ( 1) est constitué de deux éléments ( 3) et ( 4) dont les contours extérieurs cylindriques sont de dimensions exté- rieures peu inférieures à celles de la conduite et tels qu'une-tige cylindrique ( 5) prolongeant le premier élément ( 3) coulisse dans une chambre cylindrique ( 6) délimitée à- l'intérieur du second élément ( 4) et débouchant vers le premier élément ( 3). Chacun des deux éléments ( 3) et ( 4) est en contact par une partie annulaire ( 7) et ( 8) avec un joint annulaire ( 9) en féflon ou analogue, au travers duquel passe la tige cylindrique ( 5) Ce joint annulaire ( 9) a sensiblement le même diamètre extérieur que les éléments ( 3) et ( 4} lorsqu'il n'est pas soumis à un effort de compression. La tige cylindrique ( 5), prolongeant le premier élément ( 3) et coulissant dans la chambre cylindrique ( 6) délimitée dans le second élément ( 4) est munie d'un dispo- sitif limiteur de course ( 10) constituée par une gorge annu- laire ( 11) dans laquelle pénètrent au moins deux doigts ( 12) et ( 13) solidaires de la paroi interne ( 14) de la chambre cylindrique ( 6) La différence entre la largeur de la gorge ( 11) et les doigts ( 12) et ( 13) représente la course du piston. La tige ( 5) est limitée au-delà de la gorge annu- laire ( 11) par une partie annulaire ( 15) comportant autant d'entailles qu'il a été prévu de doigts tels que ( 12) et ( 13), ces entailles, ou lumières, non représentées, étant de dimensions telles et en telles positions que pour une posi- tion déterminée du premier élément ( 3) en rotation par rapport au second élément ( 4), les doigts tels que ( 12) et ( 13) passent au travers des entailles ou lumières Cette disposi- tion constitue un moyen connu pour assembler et desassembler les éléments ( 3) et ( 4). Chacun des éléments ( 3) et ( 4) comporte sur sa face extérieure une amorce de percement fileté ( 16) et ( 17) utilisé pour visser une tige filetée (non figurée), élément des moyens de préhension pour la mise en place, le montage et le démontage du piston. Un tel taraudage ( 16 ou 17) peut servir d'implan- tation à une tige, non représentée sur la figure, par exemple en métal INVAR pour éviter la dilatation thermique, tige dont l'extrémité est visible dans le prolongement et hors de la conduite cylindrique ( 2), l'étanchéité étant assurée par un presse-étoupe On dispose ainsi d'un moyen de déterminer l'emplacement et les déplacements du piston. Le contour extérieur cylindrique de chacun des éléments ( 3) et ( 4) comporte une rainure annulaire ( 18), ( 19) dans laquelle est logé un joint torique, de même repère, assurant une étanchéité préliminaire lors de la mise sous pression. Le contour extérieur de la partie de la tige cylindrique ( 5) qui coulisse dans la chambre cylindrique ( 6) est muni d'une rainure annulaire ( 20) dans laquelle est logé un joint torique, de même repère, assurant une étanchéité préliminaire lors de la mise sous pression. L'élément ( 4) est muni d'une vanne de circulation ( 21) disposée dans une cavité ( 22) délimitée dans la masse de l'élément ( 4) Cette vanne ( 21) est représentée schémati- quement et agrandie, à l'aide de la figure ( 2). Sur cette figure ( 2), on trouve une vanne de circu- lation ( 21) d'un modèle connu, tel qu'il a été décrit notam- ment dans le brevet français n' 2 398 939 de la demanderesse et comprend les mêmes éléments qui ont été décrits avec les repères ( 4 à 22) dans le brevet français N O 1 460 865 de la demanderesse - Cette vanne ( 21) permet de relier la cavité ( 6) par l'intermédiaire du percement ( 23) avec un moyen de transférer un gaz tel qu'une pompe à vide, non figurée, par l'inter- médiaire d'une conduite ( 24). La cavité ( 22) débouche sur le milieu extérieur au piston par une ouverture ( 25) munie de moyens de fixation ( 26), tels qu'un pas de vis, pour un bouchon ( 27) destiné à protéger les différents éléments de la vanne ( 21) et la conduite ( 24). Le bouchon ( 27),ss'il est étanche,doit être étudié pour supporter des différences de pressions considérables entre la chambre ( 22) et l'espace ( 2), il peut être aussi réalisé non étanche, notamment avec un percement, non figuré. Mise en oeuvre du piston mobile-avec joint auto- serreur. Dans la phase préliminaire à la mise en oeuvre du piston, ce bouchon étant enlevé, la vanne ( 21) est munie d'un volant de manoeuvre ( 28) emmanché sur la tige de la vanne ( 21) et sur la conduite ( 24) est vissé -un raccord pour connecter cette conduite ( 24) avec une pompe à vide non figurée. Cette opération, qui consiste à porter la cavité ( 6) à une pression inférieure à celle qui régnera dans la conduite de part et d'autre du piston pendant la période opérationnelle, est effectuée alors que le piston a été introduit dans la conduite et que celle-ci est ouverte du côté de la vanne ( 21) afin de pouvoir manipuler-cette vanne ( 21) aisément. Lorsque la pression dans la cavité ( 6) a été portée à la valeur désirée, la vanne ( 21) est fermée, le volant ( 28) est démonté et le raccord de la pompe à vide est désassemblé de la conduite ( 24) Le bouchon ( 27) peut être mis en place etla conduite fermée. Les deux éléments du piston sont alors appliqués l'un contre l'autre et exercent des efforts symétriques sur le joint annulaire ( 9) en 'Jéflon Ce joint répondant à l'effort de compression auquel il est soumis voit son diamètre augmenter de telle façon qu'il entre en contact étroit avec la paroi intérieure de la conduite cylindrique ( 2) Il assure alors l'étanchéité du piston. Les joints toriques ( 18), ( 19) assurent une étan- chéité préliminaire lors de la mise en place du piston ( 1) dans la conduite ( 2) et ensuite lors de la mise sous pression. Il est commode, mais non indispensable de les employer, de telle sorte que, une fois montés, ils peuvent s'user sans qu'il y ait nécessité de les changer Par contre, le joint torique ( 5) est indispensable pendant toute la phase prépa- ratoire et reste utile, par la suite, en cas de démontage du piston. Un tel piston, employé dans une installation de laboratoire telle qu'un dispositif d'étude des caractéris- tiques thermodynamiques d'un fluide (PVT), permet d'assurer l'égalisation de la pression entre deux fluides très dissem- blables et qu'on ne souhaite pas mettre en contact Il permet de remplacer le mercure comme agent de transmission de la pression C'est là son immense avantage, puisque, ainsi, il conduit à économiser un produit coûteux et à réduire l'éven- tualité de maladies professionnelles pour les agents du personnel qui, sans cela, entrent en contact avec le mercure trop fréquemment. Dans une cellule de prélèvement de fluide compor- tant un compensateur pneumatique tel que décrit à l'aide de la figure 1 du brevet français no 2 414 194, on peut remplacer l'équipement constitué par l'enceinte ( 6), le piston ( 7), la bague ( 12) et le ressort ( 15), par un piston auto-serreur selon l'invention, il faut que l'espace intérieur ( 5) soit délimité dans la cellule ( 1) par une surface cylindrique lisse Avec cette disposition, le piston auto-serreur sépare le fluide transporté du gaz compensateur en maintenant les pressions égales de part et d'autre Un tel équipement est plus simple et moins lourd que celui décrit dans le brevet français no 2 414 194, ce qui est appréciable pour un moyen de transport pour un échantillon de fluide de gisement. REVEND ICATIONS 1 Dispositif d'étanchéité mobile ( 1) dans une conduite cylindrique ( 2) comprenant deux éléments ( 3) et ( 4) de contours extérieurs cylindriques de dimensions peu infé- rieures à celles de la conduite ( 2), caractérisé en ce que ces deux éléments ( 3) et ( 4) sont tels qu'une tige cylindrique ( 5) prolongeant le premier élément ( 3) coulisse dansune chambre cylindrique ( 6) délimitée à l'intérieur du second élément ( 4) et débouchant vers le premier élément ( 3), chacun des deux éléments ( 3) et ( 4) étant en contact par une partie annulaire ( 7) et ( 8) avec un joint annulaire ( 9) en féflon ou analogue, au travers duquel passe la tige cylindrique ( 5), ce joint annulaire ( 9) ayant sensiblement le même diamètre extérieur que lesdits éléments ( 3) et ( 4) lorsqu'il n'est pas soumis à un effort de compression. 2 Dispositif, selon la revendication 1, dans lequel un des deux éléments comporte une vanne de circulation ( 21) avec pointeau guidé axialement monté de façon étanche à l'aide d'un presse-étoupe. 3 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tige cylindrique ( 5), prolongeant le premier élément ( 3) et coulissant dans la chambre cylindrique ( 6) délimitée dans le second élément ( 4), est munie d'un dispositif limiteur de course ( 10) en coopération avec la chambre ( 6) délimitée dans le second élément ( 4) - 4 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les contours extérieurs cylindriques de chacun des deux élé- ments ( 3) et ( 4) sont, chacun, munis d'un-joint annulaire d'étanchéité ( 18) et ( 19) et dans lequel la tige cylin- drique ( 5) prolongeant le premier élément coulisse dans la chambre ( 6), l'étanchéité étant assurée par un joint annulaire ( 20). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la chambre cylindrique délimitée dans le second élément est portée à une pression très inférieure aux pressions auxquelles seront ultérieurement portés les espaces situés de part et d'autre du dispositif d'étanchéité - SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE 7 FEUILLETS (PRODUCTION)