Brevet FR2578678A1 — publié le 19860912

Dispositif pour la traversée étanche d'une paroi par un conducteur électrique unipolaire La présente invention concerne un dispositif pour la traversée électrique étanche d'une paroi par un conducteur électrique unipolaire comportant au moins une isolation constituée par une gaine d'un isolant déformable surmontée d'une gaine de plomb, ledit conducteur conservant son isolation et sa gaine de plomb à sa pénétration dans ladite paroi et son extrémité étant à nu et permettant une liaison électrique à sa sortie de ladite paroi. La paroi traversée peut constituer, par exemple, le corps d'une fiche de connexion qui peut rassembler dans le même corps un ou plusieurs conducteurs pour réaliser une fiche avec un nombre quelconque de phases. Ladite paroi peut aussi être seulement l'enveloppe extérieure d'un organe devant être électriquement raccordé au conducteur après sa traversée da la paroi. Plus particulièrement, l'invention s'applique pour l'alimentation électrique d'un groupe moto-pompe immergé à grande profondeur pour le pompage d'hydrocarbure. I1 s'agit donc d'alimenter électriquement le groupe d'une façon étanche. Actuellement, on utilise une fiche de connexion et l'étanchéité entre la fiche et la prise dans laquelle elle s'insère, est réalisée par joint torique et l'étanchéité entre le conducteur et sa pénétration dans la fiche est réalisée par presse étoupe selon le principe d'un écrou qui pousse sur un joint qui, par l'intermédiaire de surfaces coniques, a tendance à serrer radialement la gaine protectrice des conducteurs. Cependant, lorsque le conducteur est multibrins, l'enveloppe protectrice, non parfaitement circulaire, conduit à des manques de serrage préjudiciables à l'étanchéité. On peut y remédier en comblant les interstices avec un élastomère mais, lors des cycles thermiques, le fluage et la dilatation différentielle des différents éléments entraine un vieillissement qui altère leur élasticité. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif parfaitement étanche et insensible aux cycles de variation thermique. L'invention a donc pour objet un dispositif pour la traversée étanche d'une paroi par un conducteur électrique unipolaire comportant au moins une isolation constituée par une gaine d'un isolant déformable surmontée d'une gaine de plomb, ledit conducteur conservant son isolation et sa gaine de plomb à sa pénétration dans ladite paroi et son extrémité étant à nu et permettant une liaison électrique à sa sortie de ladite paroi, caractérisé en ce que ladite gaine de plomb est ôtée sur une certaine longueur à partir de l'extrémité du conducteur, l'isolant déformable étant ôté sur une longueur inférieure, en ce qu'un corps cylindrique de traversée, comportant un alésage axial, est monté sur ledit conducteur, ledit corps traversant ladite paroi, l'étanchéité entre ledit corps et ladite paroi étant réalisée par un premier joint, l'alésage dudit corps comprenant une portion à paroi conique revêtue d'une couche d'un métal à bas point de fusion solidarisée par fusion réciproque avec l'extrémité de ladite gaine de plomb préalablement expansée contre ladite paroi au moyen d'un organe expanseur monté sur le conducteur et comportant un nez conique se glissant entre ledit isolant déformable et ladite gaine de plomb, ladite solidarisation réalisant l'étanchéité entre le conducteur et ledit corps cylindrique de traversée. Ainsi, selon l'invention, l'étanchéité est réalisée par brasure automatique. Cette brasure pouvant être réalisée directement sur place en chauffant extérieurement le corps cylindrique de traversée au niveau de ladite portion d'alésage conique. L'étanchéité entre la paroi et le corps cylindrique ne pose aucune difficulté puisqu'ils sont tous deux en acier. Un joint torique suffit. Selon une autre caractéristique de l'invention, et afin d'éviter la migration du fluide situé du côté de l'extrémité du conducteur, par exemple de l'huile à forte pression dans le cas de moto-pompes pour puits profonds, vers l'intérieur du câble en remontant le long de l'isolant, une matrice, comprenant un alésage conique, est en outre montée sur ledit conducteur à l'intérieur dudit corps cylindrique derrière ledit organe expanseur là où ledit conducteur conserve encore son isolant déformable, un second joint étant interposé entre ladite matrice et ledit corps cylindrique, un second organe expanseur à nez conique étant monté sur ledit conducteur et venant s'enfiler sous ladite gaine d'isolant déformable. réalisant son expansion contre le.disrx > siti comportant -en outre iaaite matrice,7 des moyens permettant d'immobiliser axialement ledit second organe expanseur et des moyens permettant d'exercer une poussée permanente de ladite matrice vers ledit second organe expanseur. Selon une réalisation préférée de la présente invention, ledit second organe expanseur constitue en meme temps une broche de connexion électrique venant coiffer l'extrémité dénudée dudit conducteur, et sertie sur celle-ci, un embout isolant étant monté autour de ladite broche, ledit embout comportant un épaulement contre lequel vient s'appuyer un écrou venant se visser sur une extrémité filetée dudit corps cylindrique de traversée traversant ladite paroi. On va maintenant décrire un exemple particulier de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel La figure 1 montre en coupe axiale le dispositif complet selon l'invention. La figure 2 représente isolément l'une des pièces du dispositif représenté figure 1 et appelée corps cylindrique de traversée, vue en coupe selon II-II de la figure 3. La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2. La figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 2. La figure 5 est une coupe selon V-V de la figure 2. La figure 6 montre la même pièce que la figure 2 mais munie d'une chemise de plomb dans une partie de son alésage interne. La figure 7 est une coupe selon VII-VII de la figure 6. La figure 8 est une coupe selon VIII-VIII de la figure 6. La figure 9 montre le dispositif au cours de l'une des phases de son montage. La figure 10 montre le dispositif dans un stade de montage où il est prêt à traverser la paroi. La figure 1 représente donc le dispositif complet monté dans une paroi 1 qui constitue, par exemple, le corps d'une fiche pouvant regrouper plusieurs traversées unipolaires telle que représentée pour former, par exemple, une fiche triphasée. Cette paroi peut aussi constituer directement la paroi externe d'un moteur traversée par les conducteurs tels que 2 munis chacun de leur équipement de traversée. Du côté A de la paroi 1, on est par exemple dans un moteur rempli d'huile et du côté B règne le milieu extérieur constitué par exemple par un mélange d'hydrocarbures et d'eau dans le cas de l'application du dispositif à un groupe moto-pompe pour pompage de pétrole dans des puits profonds. Le conducteur 2 comprend une âme conductrice 3 multibrins, en cuivre, entourée d'une première isolation 4 puis d'une seconde isolation constituée par une gaine 5 d'un matériau isolant déformable tel qu'un polymère fluoré. Autour de la gaine isolante 5 est disposée une gaine de plomb 6 ou d'alliage de plomb. A son extrémité 7 et sur une certaine longueur, le conducteur est complètement dénudé de ses isolants 4 et 5 et sur une longueur plus grande, on a ôté la gaine de plomb 6. Le dispositif de traversée comprend un corps cylindrique de traversée 8 décrit plus en détail en référence aux figures 2 à 8. Ce corps cylindrique est muni d'un premier joint d'étanchéité 9 assurant l'étanchéité entre la paroi 1 et le corps cylindrique 8. Un premier organe expanseur 10, comportant un nez conique 11 est monté sur le conducteur 2, dans la zone du conducteur muni de la gaine isolante 5, son nez 11 venant s'engager sous l'extrémité de la gaine de plomb 6 en l'expansant radialement contre la paroi interne du corps cylindrique 8, paroi qui est conique dans cette zone et revêtue comme il sera expliqué plus loin d'une couche d'un métal à bas point de fusion tel qu'un alliage de plomb similaire à la gaine 6. Le premier organe expanseur 10 est muni d'un ressort 12 prenant appui d'une part contre un épaulement 13 de l'organe expanseur et d'autre part contre l'extrémité d'une matrice 14. Un tampon 15 ayant une certaine élasticité, en caoutchouc par exemple, est situé entre la matrice 14 et le premier organe expanseur 10 de manière à ce que la poussée du ressort 12 contre la matrice 14 ne laisse aucun vide entre la matrice et ledit premier organe expanseur 10, le tampon 15 compensant les éventuels déplacements axiaux de la matrice 14 résultant du fluage de la gaine isolante déformable 5 lors des cycles de variations thermiques auxquels est soumis le dispositif. La matrice 14 est montée à l'intérieur du corps cylindrique 8 à son extrémité sur le conducteur 2, dans une zone où le conducteur comporte encore la gaine isolante déformable 5.Un second joint d'étanchéité 60 est placé entre la matrice 14 et le corps cylindrique de traversée 8. La matrice 14 comporte un alésage conique contre lequel vient se plaquer la gaine isolante déformable 5 radialement expansée par un second organe expanseur 16 à nez conique monté sur le conducteur 2 et s'enfilant sous l'extrémité de ladite gaine isolante déformable 5 réalisant son expansion. Ledit second organe expanseur 16 ne constitue pas une pièce autonome mais constitue en même temps une broche 17 de connexion électrique par son autre extrémité, à gauche sur la figure. Expanseur 16 et broche 17 constituent donc une seule pièce 18 qui vient coiffer l'ex- trémité dénudée 7 du conducteur 2. Cette pièce 18 est en cuivre et est sertie sur l'extrémité 7 du conducteur. Comme on le voit sur la figure, le second organe expanseur 16, partie droite de la pièce 18 se glisse entre la première isolation 4 et la seconde isolation 5 constituée par un matériau isolant déformable. La pièce 18 comprend une portion munie d'un isolant 19 recouvert en partie par la gaine isolante 5 expansée. Enfin, un embout isolant 20 est monté autour de la broche 17. Il comporte un épaulement 21 contre lequel vient s'appuyer un écrou 22 se vissant sur l'extrémité filetée 23 du corps cylindrique 8. A droite du dispositif, du côté B de la paroi 1, un piston fileté 24, muni d'une rondelle frein 25, est vissé dans une chambre annulaire 26 du corps 8 (voir figure 2). Les figures 2 à 5 représentent le corps cylindrique de traversée 8, il comporte un alésage axial 27. Cet alésage axial comprend essentiellement trois parties Une première, dont la paroi 28 est cylindrique, une deuxième dont la paroi 29 est conique et la troisième dont la paroi 30 est cylindrique. Dans la paroi conique 29 sont aménagés quatre alvéoles 31, 32, 33 et 34. Une chambre annulaire 26 est aménagée dans l'épaisseur de la paroi du corps 8 du côté de son extrémité B correspondant à la partie cylindrique 28 de plus petit diamètre de l'alésage interne 27 du corps. Cette chambre annulaire 26 aboutit dans les alvéoles 31 à 34. La paroi extérieure 35 de la chambre 26 est taraudée sur sa face interne et la paroi intérieure 36 se prolonge par une partie 37 comportant quatre fentes 38, 39, 40, 41 conférant une certaine souplesse à cette partie avancée. Un trou 42 est percé dans la paroi 35 jusqu'à la chambre 26 et l'alvéole 31. Un épaulement 43 permet de limiter la pénétration du corps 8 dans la paroi 1 et une gorge 44 est aménagée pour placer le joint d'étanchéité 9. Des méplats 45 à 48 sont prévus sur la surface extérieure de la paroi 35 de manière à permettre le rabattement de la rondelle frein 25 du piston fileté 24. Les figures 6 à 8 montrent le corps cylindrique de traversée 8 après que le trou 42, les alvéoles 31 à 34 et une partie de la chambre annulaire 26 aient été remplis de plomb 49 ou d'alliage de plomb, par exemple alliage plomb-étain. Ce plombage 49 couvre également, comme on le voit bien sur les figures 7 et 8, toute la surface conique 29 sur une petite épaisseur. Pour réaliser ce plombage, on peut couler le plomb par l'orifice 42 et remplir entièrement la partie conique 29 de l'alésage 27 et ensuite ré-usiner cet alésage de façon à laisser l'épaisseur désirée de plomb sur la surface conique 29. On va maintenant expliquer le montage du dispositif en se reportant successivement aux figures 9 10 et 1. Le conducteur 2 étant préparé avec ses différentes gaines 4, 5 et 6, d'isolation et de plomb, coupées à la bonne longueur, on enfile sur le conducteur 2 le piston fileté 24, la rondelle frein 25 puis le corps 8, plombé conformément aux figures 6 à 8. On maintient l'ensemble dans la position adéquate puis on monte le premier organe expanseur 10 en engageant son nez 11 sous la gaine de plomb 6 jusqu'à extrusion complète. On maintient l'ensemble dans cette position et au moyen d'une pince chauffante telle que 50, on amène le plomb au point de fusion, ce qui est vérifiable grâce au trou 42 comblé de plomb et débouchant à l'extérieur. Avant que le plomb ne soit refroidit, on serre le piston fileté 24 sur le corps 8.Par cette opération, le plomb de la gaine 6 et le plomb du corps 8 ne font plus qu'un, réalisant une étanchéité parfaite entre le conducteur 2 et le corps cylindrique de traversée 8. Les alvéoles plombés 31 à 34 servent de réserve de plomb. Ensuite, on place le ressort 12, le tampon élastique 15 et la matrice 14 équipée de son joint 60. En s'assurant de la bonne compression du ressort 12, à spires jointives de façon à ce qu'il n'y ait aucun vide compte tenu des pressions à supporter, on monte la pièce 18 en la poussant à fond de manière à ce que le second organe expanseur 16 pénètre bien à fond sous la gaine de l'isolant-déformable 5 en réalisant son expansion radiale. On sertit alors la pièce 18 sur l'extré- mité 7 du conducteur. La figure 10 représente le dispositif dans cet état de montage. Il ne reste plus alors qu'à placer le premier joint 9 puis à passer cet ensemble dans l'orifice prévu à cet effet dans la paroi 1. On monte alors l'embout isolant 20 et enfin l'écrou 22 que l'on visse sur l'extrémité filetée 23 du corps 8. On a alors le dispositif complet tel que représenté figure 1. Avec le dispositif selon l'invention, le montage peut facilement être réalisé sur place sans personnel spécialisé et sans aucun produit d'apport. Le corps cylindrique de traversée 8 est plombé à l'avance et il est facile de s'assurer de la fusion de l'alliage plomb-étain par le trou 42. La migration de l'huile, ou du fluide en général, situé du côté A de la paroi 1, à l'intérieur du conducteur 2 le long des isolants est rendue impossible par l'étanchéité réalisée par, d'une part le second joint 60 et d'autre part, par la matrice 14 poussée fortement contre la gaine isolante 5 et le second organe expanseur 16 par le ressort 12 qui compense par ailleurs le fluage de la gaine. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour la traversée étanche d'une paroi (1) par un conducteur électrique unipolaire (2) comportant au moins une isolation constituée par une gaine d'un isolant déformable (5) surmontée d'une gaine de plomb (6), ledit conducteur conservant son isolation et sa gaine de plomb à sa pénétration dans ladite paroi, et son extrémité (7) étant à nu et permettant une liaison électrique à sa sortie de ladite paroi, caractérisé en ce que ladite gaine de plomb (6) est ôtée sur une certaine longueur à partir de l'extrémité (7) du conducteur, l'isolant déformable (5) étant ôté sur une longueur inférieure , en ce qu'un corps cylindrique de traversée (8), comportant un alésage axial (27), est monté sur ledit conducteur, ledit corps (8) traversant ladite paroi (1), l'étanchéité entre ledit corps et ladite paroi étant réalisée par un premier joint (9), l'alésage dudit corps comprenant une portion à paroi conique (29) revêtue d'une couche (49) d'un métal à bas point de fusion solidarisé par fusion réciproque avec l'extré- mité de ladite gaine de plomb préalablement expansée contre ladite paroi au moyen d'un premier organe expanseur (10) monté sur le conducteur et comportant un nez conique (11) se glissant entre ledit isolant déformable (5) et ladite gaine de plomb (6), ladite solidarisation réalisant l'étanchéité entre le conducteur et ledit corps cylindrique de traversée. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une matrice (14), comprenant un alésage conique, est en outre montée sur ledit conducteur à l'intérieur dudit corps cylindrique, derrière ledit organe expanseur là où ledit conducteur conserve encore ledit isolant déformable (5), un second joint (60) étant interposé entre ladite matrice et ledit corps cylindrique, un second organe expanseur (16) à nez conique étant monté sur ledit conducteur et venant renfiler sous ladite gaine d'isolant déformable, réalisant son expansion contre le dispositif comportant en outre ladite matrice, des moyens permettant d'immobiliser axialement ledit second organe expanseur et des moyens (12) permettant d'exercer une poussée permanente de ladite matrice vers ledit second organe expanseur. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second organe expanseur constitue en même temps une broche (17) de connexion électrique venant coiffer l'extrémité dénudée dudit conducteur et sertie sur celle-ci, un embout isolant 20 étant monté autour de ladite broche, ledit embout comportant un épaulement (21) contre lequel vient s'appuyer un écrou (22) venant se visser sur une extrémité filetée (23) dudit corps cylindrique de traversée (8) traversant ladite paroi. 4/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite portion à paroi conique (29) de l'alésage dudit corps comporte des alvéoles (31 à 34) réalisés dans ladite paroi conique, ces alvéoles communiquant avec une chambre annulaire (26) réalisée dans l'épaisseur de la paroi dudit corps du côté de son extrémité (B) où le conducteur conserve son isolation et sa gaine de plomb, ladite chambre étant fermée par un piston fileté (24) et comportant un trou (42) communiquant à l'extérieur, ledit trou, ladite chambre et lesdits alvéoles étant remplis dudit métal à bas point de fusion (49).