Brevet FR2559579A1 — publié le 19850816

L'invention concerne une structure pour le montage d'un instrument sur une poutre afin de mesurer l'effort la chargeant, et elle a trait plus particulière- ment à une structure de ce type destinée au montage d'une cellule dynamométrique sur une poutre faisant partie d'un mécanisme de pompage, afin de mesurer l'effort engendré dans la poutre pendant le fonctionnement du mécanisme de pompage. Ainsi qu'il est bien connu, on a monté des instruments du type indiqué cidessus sur des poutres faisant partie d'une installation de pompage de pétrole et soumises a des efforts lors des opérations de pompage du pétrole, le montage consistant à positionner le boîtier de l'instrument sur la poutre, à l'emplacement approprié, et à souder les extrémités opposées du boîtier à la poutre pour y fixer à demeure l'instrument. L'invention concerne un dispositif destiné à monter solidement un boîtier de cellule dynamométrique sur une surface d'une poutre qui est soumise à un effort de flexion à mesurer à l'aide de la cellule dynamométrique. Des pattes font saillie vers l'extérieur dans des directions opposées, chacune sur un côté du boîtier de la cellule. Chaque patte présente une surface de montage et une surface opposée exposée. Des moyens de bridage comportent des mors opposés dont l'un est destiné à entrer en contact avec la surface apparente de la patte et l'autre est des- tiné à entrer en contact avec la surface de la poutre opposée à la première surface citée de la poutre. Lorsque les moyens de bridage sont serrés, il s'exerce entre la surface de montage de la patte et la première surface de la poutre une pression suffisante pour maintenir fixe- ment le boîtier de la cellule dynamométrique en position sur la poutre. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lequel: la figure 1 est une vue partielle en perspective du dispositif selon l'invention; la figure 2 est une élévation du dispositif selon l'invention; la figure 3 est une coupe partielle détaillée d'une partie du dispositif selon l'invention; la figure 4 est une vue détaillée, avec coupe partielle, d'un pied articulé sur une bride; et la figure 5 est une coupe horizontale suivant la ligne 5-5 de la figure 2. La figure 1 représente une poutre métallique 11 qui peut être la poutre oscillante ou le balancier d'une installation de pompage d'un puits de pétrole, telle que celle décrite dans le brevet des EtatP-Unis d'Amérique N 3 817 094. La poutre 11 peut également représenter l'élément transversal appelé barre d'équilibrage, situé à l'extrémité arrière du balancier et transmettant la force d'entraînement d'un moteur à ce balancier. La direc- tion de l'effort auquel on s'intéresse, dans la poutre, est indiquée par la double flèche 15 sur la figure 1. La poutre 11 présente une surface plate 12 sur laquelle est disposé, comme représenté, un bottier 13 destiné à un instrument de mesure de l'effort de la poutre. On peut voir que le bottier comporte des pattes 14 et 16 faisant saillie vers l'extérieur de ses extrémités opposées. Chaque patte présente une surface inférieure ou surface 17 de montage (figure 3) et une surface supé- rieure apparente 18. On voit que le fond du bottier 13 est évidé en 19 entre les surfaces 17 de montage des pattes 14 et 16. Le bottier est autrement configuré de façon à loger un instrument de mesure d'effort d'une manière telle que, lorsqu'il est monté sur la poutre, l'instrument mesure l'effort de flexion engendré dans la poutre et donc la charge que celle-ci supporte. Ainsi qu'on peut le voir également sur la figure 1, deux brides ou presses 21 et 22 en C sont disposées de manière à brider fermement les pattes 14 et 16 contre la surface plate 12 de la poutre 11. La figure 2 montre en élévation la bride 21 qui comporte des mors opposés supérieur et inférieur 23 et 24. Le mors inférieur 24 présente une surface plate fixe qui est en contact avec la surface de la poutre 11 opposée à la surface plate 12. Le mors supérieur 23 est monté sur l'extrémité d'un élément fileté 26. Une partie ou un élément 27 de liaison de la bride 21 s'étend entre le mors inférieur 24 et une douille 28 qui présente un filetage intérieur en prise avec les filets extérieurs de l'élément fileté. Un écrou 29 est également vissé sur l'élément fileté. L'écrou est vissé et bloqué contre l'extrémité de la douille après que l'élément fileté a été réglé pour appliquer la force appropriée de bridage, comme décrit ci-après. L'élément fileté présente une em- preinte hexagonale 31, destinée à recevoir une clé "Allen" dans son extrémité supérieure (figure 1) afin que cet élément fileté puisse être tourné et avancé ou reculé dans les filets de l'écrou 29. En conséquence, le mors supérieur 23 peut être avancé vers le mors inférieur 24 ou éloigné de ce dernier pour chacune des brides de forme en C. La surface supérieure 18 de chacune des pattes 14 et 16 est montrée sur la figure 3 et est traversée par un trou 32 ménagé au centre de la patte et dont la partie supérieure présente un lamage 33. Le mors supérieur 23 a un diamètre lui permettant de s'ajuster dans le lamage 33 (figure 3). Le fond du lamage constitue donc une surface annulaire contre laquelle s'exerce la totalité de la force de bridage d'une bride en C. Le but de la localisation de la force de bridage sera expliqué ci-après. La surface inférieure ou surface 17 de montage des pattes 14 et 16 présente plusieurs arêtes ou dents 34 s'étendant parallèlement les unes aux autres, comme montré. Les dents sont traitées de façon à acquérir une dureté supérieure à celle de la surface plate 12 de la poutre 11 contre laquelle elles s'appliquent lorsque les brides 21 et 22 sont serrées pour fixer les pattes 14 et 16 étroitement contre cette surface. On peut voir que les dents durcies 34 sont plus étroites à leur extrémité libre qu'à leur base afin de pouvoir "mordre" plus aisément dans la surface 12 sous l'effet de la force de bridage. Il apparaît donc que les dents 34 établissent une prise à frottement élevé entre la surface 17 de montage et la surface 12 de la poutre. Le mors supérieur 23 peut être appelé pied de bride qui, comme montré sur la figure 4, présente une cavité sphérique 36 dans laquelle est logé un élément sphérique 37 dépassant de l'extrémité inférieure de l'élément fileté 26. On obtient ainsi un mouvement d'articulation universel pour le pied ou mors 23 de la bride, de sorte que la surface inférieure du pied établit un contact complet et uniforme avec la surface du fond du lamage 33. On assure ainsi l'application d'une force de -bridage uniforme sur la tota- lité de la surface du fond du lamage 33, la force étant appliquée par le pied 23 de la bride, perpendiculairement aux pattes 14 et 16. Les dents 34 des surfaces 17 de montage des pattes 14 et 16 ne "mordent" pas toutes dans la surface 12 de la poutre. Il faudrait exercer une trop grande force de bridage pour y parvenir. Par conséquent, la surface annu- laire précitée située au fond du lamage 33 est conçue pour supporter la totalité de la force de bridage et loca- liser ainsi la force. Les pattes ne sont pas d'une rigidité absolue et la force appliquée par le pied 23 de la bride n'est donc pas transmise uniformément à travers la surface de montage. La force est localisée dans la zone environ- nante de la surface 17 de montage, immédiatement opposée au fond annulaire du lamage 33. La pression est donc plus grande en cette partie de la surface de montage. La pres- sion est suffisamment élevée pour produire l'action de "morsure" précitée des dents 34 dans la surface 12. On peut donc voir que, lorsque le boîtier 13 est placé comme montré sur la figure 1 et que les brides 21 et 22 sont placées également comme montré sur la figure 1, une force de bridage est obtenue par la progression des éléments filetés 26 à travers les douilles filetées 28, puis par le verrouillage des éléments 26 en position sous l'effet du serrage des écrous 29. La force de bridage est orientée perpendiculairement contre la surface annulaire du fond du lamage 33 ménagé dans les surfaces supérieures apparentes 18 des pattes 14 et 16, obligeant ainsi les dents 34 de la surface 17 de montage à "mordre" dans la surface plate 12 de la poutre 11. Le pied ou mors supérieur 23 de chaque bride en C est retenu dans le lamage 33 des surfaces supérieures des pattes, de sorte que la force de bridage est localisée et que les brides sont fixées solidement aux surfaces supérieures des pattes. Il convient de noter que l'on a déterminé de façon empirique que la force préférée F de bridage à exer- cer doit être d'environ 670 daN. Cette force, compte tenu des configurations décrites des brides 21 et 22 et du boîtier 13 de l'instrument, donne des résultats de bridage bons et constants tout en empêchant le glissement entre la surface 12 de la poutre 11 et les surfaces 17 de montage des pattes du bottier de l'instrument. Dans une forme de réalisation, on a déterminé, par mesure et addition des aires approximatives des surfaces de contact présentées par les dents 34 sur chacune des surfaces de montage 17 opposées à la surface annulaire du fond du lamage 33, qu'une force de 670 daN produit une pression localisée, entre la surface plate 12 de la poutre et les surfaces de montage des pattes 14 et 16, d'environ 980 MPa. Cette pression est égale à plusieurs fois la résistance à la flexion de l'acier de la surface 12 de la poutre, cette résistance à la flexion étant d'environ 250 MPa. On a observé que les dents s'encastrent dans la surface 12 de la poutre, dans la zone située au-dessous du pied 23 de bridage, réalisant ainsi une prise mécanique solide entre le bottier 13 et la poutre 11 lorsqu'une force de bridage d'environ 670 daN est appliquée. Il est souhaitable d'empêcher la cellule dynamo- métrique de se détériorer en limitant l'amplitude de la force de bridage que l'on peut appliquer en faisant tourner les éléments filetés 26 pour les faire avancer dans les douilles 28. Etant donné que l'on sait qu'une force de bridage de 670 daN convient à l'obtention d'un montage stable du transducteur de détection d'effort dans le bottier 13 et que l'on a observé qu'une force de cette amplitude ne détériore pas le transducteur d'effort, il est souhaita- ble de limiter la force maximale de bridage pouvant être appliquée à une certaine valeur légèrement supérieure à 670 daN, tout en étant nettement inférieure à la force qui endommagerait le transducteur en déformant la structure de support de l'élément sensible logé dans le bottier. On a choisi, pour la partie ou élément 27 de liaison (figure ) de chaque bride en C une section rectangulaire connue, de dimensions déterminées pouvant être, par exemple, de 25,4 mm par 9,5 mm. Les calculs montrent que l'effort maximal, dans une telle section, lors de l'application d'une force de bridage de 670 daN, s'exerce à la surface 27a montrée sur la figure 5 et qu'il est d'environ 280 MPa. En utilisant un facteur de sécurité à la flexion de 1,25, la résistance à la flexion demandée à la matière pour former l'élément 27 de liaison est de 350 MPa. Il s'agit d'une résistance à la flexion raisonnable pour des matières disponibles. Par conséquent, un acier faible- ment allié, à haute résistance, d'une résistance minimale à la flexion de 350 MPa, est indiqué pour l'élément ou la partie 27 de liaison des brides en C. La force maximale de bridage est donc limitée à 1,25 fois la force de 670 daN, soit 837,5 daN. On sait que cette valeur est inférieure à la force de bridage risquant de détériorer le transducteur logé à l'intérieur du bottier 13. On souhaite également obtenir une constance de montage dans le bridage des bottiers sur la poutre 11. En étalonnant une cellule dynamométrique de compression, un couple de serrage de la bride de 1356 N.cm, appliqué à l'empreinte hexagonale 31, donne une force de bridage d'environ 670 daN. Par conséquent, le couple de montage de chaque bride est indiqué comme étant de 1356 N.cm. Il convient en outre de noter qu'un nettoyage de la surface plate 12 pour éliminer toute peinture et rouille de la zone de montage, suivi d'une protection appropriée contre la corrosion, fait partie du procédé permettant une mise en place uniforme du boîtier 13 sur la surface 12 de la poutre 11 au moyen des brides telles que montrées sur la figure 1. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent Atre apportées au dispositif décrit et représenté O10 sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour monter solidement un bottier (13) de cellule dynamométrique sur une surface (12) d'une poutre (11) soumise à un effort de flexion à mesurer à l'aide de la cellule dynamométrique, caractérisé en ce qu'il comporte des pattes (14, 16) faisant saillie dans des directions opposées, à partir de cotés opposés du boîtier de la cellule, chaque patte présentant une surface (17) de montage et une surface opposée apparente (18), et des moyens de bridage (21, 22) comportant des mors opposés (23, 24) destinés à entrer en contact avec ladite surface apparente des pattes et la surface de la poutre opposée à la première surface citée (12) de la poutre, afin qu'une pression soit exercée entre ladite surface de montage et la première surface de la poutre pour fixer le boîtier de la cellule dynamométrique sur cette première surface. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que plusieurs dents (34) sont formées sur la surface de montage et sont destinées à accroître le frottement entre ladite surface de montage et la première surface de la poutre. 3. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les dents sont formées en plusieurs rangées sensiblement parallèles, s'étendant dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de l'effort de flexion. 4. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens de bridage comprennent un pied articulé (23) situé sur l'un des mors opposés. 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la surface opposée apparente de chaque patte présente un lamage (33) destiné à recevoir le pied articulé afin que ce dernier établisse une prise ferme avec ladite surface opposée apparente. 6. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens de bridage comprennent des moyens destinés à limiter la force de bridage qu'ils peu- vent appliquer. 7. Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce que les moyens de bridage comprennent un élément (27) reliant les mors opposés, et en ce que les moyens de limitation comprennent une section prédéterminée donnée audit élément de liaison de manière que la structure de ce dernier cède lorsque les mors opposés appliquent une force suffisante pour fixer le boîtier en position sur la poutre, mais insuffisante pour risquer de détériorer la cellule dynamométrique. 8. Dispositif pour monter solidement un boîtier (13) de cellule dynamométrique sur une première surface (12) d'une poutre (11) soumise à un effort de flexion, caractérisé en ce qu'il comporte des première et seconde pattes (14, 16) faisant saillie de c6tés opposés du boîtier, chaque patte présentant une surface de montage (17), plu- sieurs dents allongées (34) portées par chaque surface de montage et s'étendant dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de l'effort de flexion, et des moyens destinés à appliquer une force localisée de bridage aux première et seconde pattes afin de brider lesdites pattes sur la première surface de la poutre en appliquant sous pression les dents allongées contre cette première surface. 9. Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les dents sont agencées dans une disposi- tion sensiblement parallèle. 10. Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé en ce que les dents sont plus dures que la première surface de la poutre de façon à pouvoir s'encastrer dans cette surface lorsqu'une pression est exercée entre la surface de montage et la première surface de la poutre. 11. Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les extrémités libres des dents sont plus étroites que leur base. 12. Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les moyens destinés à appliquer une force localisée de bridage comprennent des mors opposés (23, 24) dont l'un comprend un pied articulé. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface de montage présente un lamage (33) destiné à recevoir le pied articulé de façon que ce dernier établisse une prise ferme avec la surface de montage. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les mors opposés sont reliés par un élément (27' dont la section est configurée de façon que sa structure cède avant qu'une force de bridage suffi- sante pour risquer d'endommager la cellule dynamométrique soit appliquée aux première et seconde pattes par lesdits moyens d'application d'une force de bridage. 15. Dispositif pour monter solidement un boî- tier (33) dé cellule dynamométrique en position sur une première surface (12) d'une poutre (11) soumise à un effort de flexion devant être mesuré par la cellule dynamométrique, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une patte (14, 16) faisant saillie de chaque côté du bottier, dans la direction de l'effort de flexion, la patte présen- tant une surface (17) de montage et une surface opposée (18), plusieurs dents allongées sensiblement parallèles (34) s'étendant le long de ladite surface de montage dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de l'effort de flexion, et des moyens de bridage comportant des mors opposés (23, 24) destinés à entrer en contact avec ladite surface opposée de la patte et une surface opposée de la poutre pour appliquer une pression forçant ladite surface de montage contre la première surface de la poutre. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les dents sont plus dures que la première surface de la poutre de façon à s'encastrer dans cette surface. 17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les extrémités libres des dents sont plus étroites que leurs bases. 18. Dispositif selon la revendication 15, caracLérl-sé en ce que les moyens de guidage comprennent un premier mors fixe (22) et un second mors mobile articulé (23). 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que la surface de montage présente un lamage (33) destiné à recevoir le second mors articulé de maniUre que les moyens de bridage réalisent une prise ferme avec lesdites pattes. 20. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de bridage comprennent un élément (27) de liaison s'étendant entre les mors opposes et présentant une section configurée de façon que sa struc- ture cède avant que les moyens de bridage puissent appli- quer à la surface opposée de la patte une force suffisante pour risquer de détériorer la cellule dynamométrique.