Brevet FR2563311A1 — publié le 19851025

La présente invention concerne un distribua teur de fluide assurant la communication successive de plusieurs tubulures de prélèvement de fluides avec une tubulure unique reliée par exemple à un appareil pour analyser ces fluides. I1 existe beaucoup de dispositifs assurant la communication ou la jonction successive de plusieurs conduits d'écoulement de fluide entre eux. On citera, par exemple, les tiroirs des anciennes machines à vapeur. I1 s'agit là d'un problème de distribution ralativement simple en soi qui ne pose guère de diffi cultés tant qu'il s'agit de distribuer des fluides homogènes. Mais il n'en est pas de même s'il s'agit de fluides hétérogènes, tels que des fluides contenant des particules solides en suspension, et à plus forte raison si ces particules sont humides, comme c'est le cas dans les gaz des hauts-fourneaux. La distribution de tels fluides présente plusieurs difficultés, plus ou moins liées, d'ailleurs, les unes aux autres. D'une part, toute turbulence dans l'appareil assurant la jonction entre différents circuits provoque une sorte de classement des particules, les plus lourdes subissant moins les effets de cette turbulence que les plus légères et il s'ensuit un accroissement de l'hétérogénéité du fluide Par exemple, dans un coude, les particules plus lourdes auront tendance à continuer leur trajectoire jusque sur la paroi du coude, tandis que les plus légères seront plutôt entraînées par le courantdu fluide. Une deuxième difficulté qui découle de la première réside dans le fait que l'accroissement de l'hétérogénéité du fluide risque de provoquer dans les zones de turbulee n enG -U. assis t local du au déport des particules lourdes surtout si elles sont humides et cet encrassement risque à son tour d'entrainer un nouvel accroissement des turbulences. Dans le cas de prélèvements de fluides destinés à être analysés, la plus grave difficulté tient au fait que le dépôt de certaines particules solides peut entraver une usure par abrasion des parties rotati-ves du distributeur, voirememe entrainer le blocage de celles-ci. Par ailleurs, ce dépôt de particules peut empêcher d'obtenir une excellente étanchéité entre les parties rotatives du distributeur La présente invention a pour but de surmonter ces difficulXs en proposant un distributeur de fluide assurant la communication successive de plusieurs tubulures de prélèvement de fluides chargés notamment de poussières et d'humidité, avec une tubulure unique reliée par exemple à un appareil d'analyse, un tel distributeur permettant une régularité d'écoulement qui s'oppose à toute hétérogéneisation des fluides distribués, en évitant notamment tout dép5t- à l'intérieur de ce distributeur de particules en suspension dans lesdits fluides. Le distributeur vise par l'invention comprend un elément fixe et un élement mobile, 1 'élément fixe étant muni de plusieurs canaux identiques, rectilignes et de section constante, dont chacun communique avec une tubulure différente de prélèvement de fluide, et l'élément mobile comportant, d'une part, au moins un ajutage et, d'autre part, des moyens pouvant amener successivement cet ajutage en communication avec les canaux de 1 'élément fixe. Suivant l'invention, ce distributeur est caractérisé en ce que ajutage de l'élément mobile est rectiligne, de section constante et de meme diamètre que les canaux de l'élément fixe, ces derniers étant également rectilignes et de section constante, et en ce que des moyens sont prévus pour permettre à l'ajutage de l'élément mobile de s'aboucher successivement avec chacun des canaux, de manière à former successivement avec chacun d'eux un passage rectiligne, étanche et de section constante. On évite ainsi tout risque de dépôt de particules solides et d'humidité dans le passage ainsi créé susceptible de modifier le débit gazeux prélevé. Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, le distributeur est précédé et suivi de deux portions formant un seul et même passage rectiligne étanche et de section constante avec le passage ci-dessus. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'élément mobile, lorsqu'il ne comporte qu'un seul ajutage, est monté rotatif sur l'élément fixe et les canaux de ce dernier sont disposés régulièrement sur un cercle ayant pour centre l'axe de rotation de l'élément rotatif, et pour rayon, la distance de l'ajutage de l'élément mobile audit centre de rotation. Suivant une version préférée de l'invention, l'élément rotatif comporte des moyens de translation dans une direction parallèle à son axe de rotation de telle maniere qu'il puisse occuper, par rapport à l'élément fixe, soit une position en appui, soit une position dégagée, cette dernière position permettant une rotation facile de l'élément mobile par rapport à l'élément fixe sans friction susceptible d'user les surfaces d'abouchement des canaux et de l'ajutage et d'affecter l'étanchéité des passages créés successivement entre ceux-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue en coupe passant par l'axe de rotation de l'élément mobile d'un distributeur selon l'invention, l'élément fixe étant en appui contre l'élément mobile; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais partielle, les deux éléments étant en position dégagée; la figure 3 est une vue en bout suivant la flèche III de la figure 1; la figure 4 est une vue en bout de l1élé- ment mobile suivant le plan IV-IV de la figure 1. Dans la réalisation représentée, le distributeur conforme à l'invention se compose d'un élément fixe 1 et d'un élément mobile 2 présentant deux faces planes la, 2a destinées à prendre appui l'une sur l'autre, comme indiqué sur la figure 1. L'élément fixe 1 comprend six canaux 3, 4, 5, 6, 7 et 8 (voir figure 3), disposés à 600 les uns des autres et reliés à six points différents de pré lèvement des gaz d'un haut-fourneau par des tuyauteries dont les embouts 34 sontreprésentés en pointillé sur la figure 1. L'élément mobile 2 ne comporte qu'un ajutage 9 relié à l'appareil d'analyse par une tuyauterie dont l'embout 33 est représenté également en pointillé. Les canaux 3 à 8 sont rectilignes, identiques et parallèles les uns aux autres. Les passages intérieurs des embouts 34, dont le diamètre est le même que celui des canaux 3 à 8, sont également rectilignes, identiques entre eux et parallèles les uns aux autres, leurs axes étant confondus avec les axes desdits canaux. De même, l'ajutage 9 est rectiligne. Dans 11 exemple de la figure 1, cet ajutage 9 est disposé dans l'axe du canal 3, son diamètre étant le même que le diamètre de ce dernier. Quant à l'embout 33 de la tuyauterie de liaison avec l'appareil d'analyse, son passage intérieur est également rectiligne et disposé dans l'axe de l'ajutage 9, son diamètre étant le même que celui de cet ajutage 9. Ainsi, de l'embout 34 à l'embout 33, à travers le canal 3 et l'ajutage 9, un passage rectiligne de section constante est créé dans le distributeur. Un détecteur magnétiaue de position 12 et un moteur 10 dont l'arbre de sortie porte un pignon 11, sont disposés à la partie inférieure de l'élément fixe 1. L'élément fixe l porte, par ailleurs, à sa partie supérieure, un axe 13 faisant corps avec un piston 14, lui-même mobile dans un cylindre 15 fermé par un couvercle 18 à travers lequel passe une tuyauterie 16 reliée à une source d'air comprimé non représentée. Un ressort 17 entourant l'axe 13 s'appuie, d'une part, sur un épaulement l7a de l'élément fixe 1, concentrique à l'axe 13, et, d'autre part, sur le coté du piston 14 situé à l'opposé de la tuyauterie 16. L'extrémité 19 de l'axe 13 opposée au piston 14 porte un roulement 20 protégé par un couvercle 21. Sur le roulement 20, est monté l'élément mobile 2 dont la périphérie est conformée en roue dentée 22 centrée sur l'axe 13 et engrenée avec le pignon ll. L'élément mobile 2 porte, d'un côté de la roue dnte 22, six blocs 23 disposes c sa périphérie, a 600 les uns des autres et, de l'autre coté, un joint torique 24 en appui contre la face la de l'élément fixe 1. L'élément fixe 1 porte, sur sa face la adjacente à l'élément mobile 2, six joints toriques 25 partiellement engagés dans des gorges 25a concentriques aux canaux 3 à 8, et six alosagcs borgnes 26 recevant chacun un ressort 27 sur lequel s'appuie une bille 28, tandis que l'élément mobile 2 porte, sur sa face 2a adjacente à l'élément fixe 1, d'une part, six cuvettes 31 reliées par une rainure circulaire 32, chaque cuvette portant une bille 28, et, d'autre part, un joint torique 29 partiellement engagé dans une gorge 29a concentrique au canal 9 et cinq joints 30 identiques au précédent, les six joints 29 et 30 étant disposés à 600 les uns des autres sur une même circonférence. Le fonctionnement du distributeur conforme à l'invention est le suivant. Dans la position d'appui illustrée -par la figure 1, l'élément mobile 2 est en contact avec l'élément fixe 1 sous l'effet du ressort 17 repoussant vers la gauche le piston 14 et l'axe 13, ainsi que l'élément mobile 2 porté par ce dernier. Sous l'action des ressorts 27, les billes 28 sont appuyées sur le fond des cuvettes 31 et positionnent ainsi angulairement l'élément mobile 2 par rapport à l'élé- ment fixe 1. L'embout 33 et l'ajutage 9 de l'élément mobile 2 se trouvant exactement face à et dans le prolongement du canal 3 de l'élément 1 et de son embout 34, il en résulte que le passage du fluide prélevé dans le haut-fourneau passant, d'abord dans l'embout 34, dans le canal 3, puis dans l'ajutage 9 et enfin dans l'embout 33 ne provoquera pas de tur bulence puisqu'en fait tous ces conduits ne constituent qu'une seule canalisation rectiligne, de section constante, d'une part grâce à l'identité des diamètres et des orientations axiales et, d'autre part, grâce au fait que chaque extrémité de l'un des éléments de cette canalisation coïncide exactement avec l'extrémité de l'élément voisin. Pour parfaire l'étanchéité existant déjà du fait de l'appui des faces planes la, lb des éléments l et 2 l'une sur l'autre, le joint 29 concentrique au canal 9 sur l'élément mobile 2 s'appuie sur le joint 25 concentrique au canal 3 sur l'élément fixe 1. De même, bien que les canaux 4, 5, 6, 7 et 8 soient normalement fermés grâce au même appui des éléments 1 et 2 l'un sur l'autre, les joints 25 de l'élément 1 concentriques à ces canaux s'appuient sur les joints 30 de l'élément 2 pour parfaire également l'étanchéité à la sortie desdits canaux 4 à 8. On notera que si ces joints avaient été disposés, non pas sur les surfaces d'appui des élé- ments l et 2, mais là ou l'ajutage 9 s'abouche avec le canal 3, l'étanchéité voulue, compte tenu de la pression du fluide distribué, aurait nécessité un contact appuyé des joints et ce contact se serait traduit par une déformation qui aurait elle-même modifié plus ou moins la section du passage. Enfin, le joint torique 24 assure l'étanchéité à la périphérie de l'élément mobile 2 et de l'élément fixe 1. Lorsque l'appareil d'analyse raccordé à l'ajutage 9 par un raccord tournant non représenté, a reçu la quantité désirée de gaz chargé, on procède à un autre prélèvement par le cycle suivant. En relation avec un filtre de décolmatage (non representé) monté en aval du dispositif, une injection d'air comprimé est effectuee à contre-sens qui dans un premier temps elimine les particules éventuellement présentes dans le distributeur puis dans un premier temps assure la translation de l'élément 2 par rapport à l'éle- ment 1, ce qui permet de chasser de l'ensemble des canaux 3 à 8, le gaz chargé. Grâce à cette translation de l'élément mobile 2 par rapport à l'élément fixe 1, un jeu est créé entre les surfaces 2a et la de ces derniers. Le moteur 10 est alors mis en marche et, par le pignon 11, entraîne la roue dentée 22 jusqu'à ce que celle-ci ait parcouru un sixième de tour. En effet, après une rotation de 600, un bloc 23 arrive au droit du détecteur magnétique de position 12 et celui-ci commande l'arrêt du moteur et donc la rotation de l'élément mobile 2. Lors de cette rotation, aucun frottement n'est réalisé entre les faces la et lb des éléments 1 et 2. Après cette rotation de 600, l'ajutage 9 se place en regard du canal 4 et les joints 29 et 30 se trouvent à nouveau placés en regard des joints concentriques aux canaux 3 à 8. De même, chaque bille 28 s'est déplacée jusqu'à sa cuvette 31 voisine. On relâche alors l'air comprimé dans la tuyauterie 16 et, sous l'effet du ressort 17 qui repousse le piston 14 et l'axe 13 qui lui est solidaire, l'élément mobile 2 vient se plaquer à nouveau sur l'élément fixe 1, dans une position exactement définie par les billes 28 qui -sont maintenues dans les cuvettes 31 par les ressorts 27. I1 suffit-alors d'ouvrir la tuyauterie de prélèvement qui dessert le canal 4 pour acheminer le gaz a analyser vers l'appareil d'analyse. Bien entendu l'invention ouest pas limitée à l'exemple que l'on vient de décrire et on peut apporter à celui-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, le cycle assurant, par les différents canaux, le prélèvement successif des gaz à analyser pourrait être entièrement automatisé. De même, le système pneumatique assurant la translation axiale de l'élément mobile pourrait être remplacé par tout autre dispositif, hydraulique, électromagnétique ou mécanique. On pourrait aussi avoir des embouts extérieurs, et non plus intérieurs, aux canaux de llSlé- ment fixe et à l'ajutage de l'élément mobile, pourvu seulement que la jonction des uns et des autres ne modifie en rien le profil rectiligne constant de la canalisation formée par embouts, canaux et ajutage. Dans le cas où l'ajutage de l'élément mobile desservirait seulement deux canaux de prélèvement, l'élément mobile pourrait, au lieu d'être rotatif, être animé d'un mouvement alternatif, soit rectiligne, soit autour d'un point fixe. Bien entendu, la nature des materiaux consti - tuant les éléments 1 et 2 ainsi que les joints 24, 25 à 29 doit etre compatible avec la nature des fluides à distribuer. La nature des matériaux des elements 1 et 2 peut être quelconque, à condition de revêtir l'inte- rieur des canaux 3 à 9 d'un matériau adapte au fluide prélevé. REVENDICATIONS 1. Distributeur de fluide assurant la communication entre plusieurs tubulures de prélèvement de fluides et une tubulure unique; ce distributeur comprenant un élément fixe (1) muni de plusieurs canaux (3 à 8) dont chacun communique avec une tubulure dif férente de prélèvement, et un élément mobile (2) muni, d'une part, d'au moins un ajutage (9) et, d'autre part, de moyens pouvant amener successivement cet ajutage en communication avec les canaux de l'élément fixe, caractérisé en ce que l'ajutage (9) de l'élément mobile (2) est rectiligne, de section constante et de même diamètre que les canaux (3, 4, 5, 6, 7 et 8) de l'élément fixe (1), en ce que ces canaux sont également rectilignes et de section constante et en ce que des moyens sont prevus pour permettre à l'ajutage (9) de l'élé- ment mobile (2) de s'aboucher successivement avec chacun des canaux (3 à 8)de manière à former successivement avec chacun d'eux un passage rectiligne, étanche et de section constante. 2. Distributeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux (3 à 8) de l'-élément fixe (1) et l'ajutage (9) de l'élément mobile (2) sont munis d'embouts (33, 34) dont le passage intérieur, rectiligne et situé dans le prolongement de l'axe des canaux (3 à 8) et de l'ajutage (9), possède une section constante sur toute sa longueur. 3. Distributeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément mobile (2) est monté rotatif sur 11 élément fixe (1), les canaux (3 à 8) de ce dernier étant repartis régulièrement autour de l'axe de rotation de l'élément mobile rotatif, à la même distance que l'ajutage (9) de l'élément mobile (2) par rapport audit axe de rotation. 4. Distributeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément mobile rotatif (2) est monté sur un axe fixe (13) solidaire de l'élément fixe (1). 5. Distributeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe fixe (13) sur lequel l'élément mobile (2) est monté rotatif, est solidaire de l'un des deux côtés d'un piston (14), l'autre côté de celui-ci etant situé dans une enceinte (15) reliée par une tuyauterie (16) à une source de fluide sous pression. 6. Distributeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (13, 14, 15, 16, 17) de translation axiale de l'élément mobile (2) permettant à celui-ci d'occuper, par rapport à l'élément fixe (1), soit une position en appui, soit une position dégagée. 7. Distributeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément fixe (1) comporte des joints toriques (25) disposés sur la face (la) sur laquelle l'élément mobile (2) vient en appui, et concentriques aux orifices de sortie des canaux (3 à 8). 8. Distributeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément mobile (2) comporte, sur sa face (2a) venant en appui sur l'élément fixe (1), un joint torique (29) concentrique à l'orifice d'entrée de son ajutage (9). 9. Distributeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément mobile (2) comporte, sur sa face (2a) venant en appui sur l'élément fixe (1), autant de joints toriques (29, 30) que ce dernier, et en ce que ces joints (29, 30) sont disposes de manière à venir en appui contre les joints toriques (25) de l'élément fixe (1) lorsque les deux éléments (1, 2) sont en appui l'un contre l'autre par leurs faces adjacentes (la, 2a). 10. Distributeur selon l'une des revendications 3 à 9, dans lequel 11 élément fixe (1) comprend six canaux, caractérisé en ce que cet élément fixe (1) -comporte un support sur lequel sont disposés, d'une part, un moteur (10) dont l'arbre porte un pignon (11) qui engrène sur une roue dentée (22) incorporée à l'élément mobile rotatif (2), et d'autre part, un détecteur magnétique de position (12), ledit élément mobile rotatif (2) portant d'un côté de la roue dentée (22) un joint torique (24) en contact avec l'élément fixe (1) et, de l'autre côté, six blocs de détection (23) disposés sur une même circonférence, à 600 les uns des autres et destinés à coopérer avec le détecteur (12) pour déterminer le positionnement relatif des éléments (1) et (2), en liaison avec des billes (28) repoussées dans des cuvettes (31), prévues dans l'élément mobile (2), par des ressorts (27) logés dans des alésages borgnes (26) de 1 'élément fixe (1).