Brevet FR2586940A1 — publié le 19870313

Dispositif agitateur pour produits sous pression. La présente invention concerne un dispositif agitateur pour produits sous pression et notamment sous des pressions très élevées, par exemple de l'ordre de 1.000 bars. Pour certains examens d'échantillons en laboratoire, par exemple pour des produits pétroliers, on doit faire des mesures ou des essais sous des pressions tres élevées et, parfois, aussi sous des températures élevées, par exemple de l'ordre de 3000. Les échantillons sont contenus dans des bouteilles ou capsules à paroi épaisse, résistant à ces pressions élevées.Pour certaines mesures, on doit effectuer une agitation du produit au moyen d'une hélice ou d'un moulinet agitateur immergé dans le produit. Sous de telles pressions, on ne peut pas prévoir un arbre rotatif étanche traversant la paroi pour être entralné de l'extérieur par un moteur. C'est pourquoi, il a été propose d'entraîner magnétiquement l'arbre d'un moulinet, cet arbre ne sortant pas à l'extérieur de la bouteille mais portant, à l'intérieur de la bouteille, un aimant permanent. Cet aimant permanent est entraîné en rotation, de l'extérieur de la bouteille, par un aimant permanent ou un électroaimant, tournant ou par un champ magnétique tournant. Cependant, les parois des bouteilles, par exemple en acier inoxydable, doivent être relativement épaisses, de l'ordre de 5 à 9 mm, ce qui crée un entrefer important entre l'aimant permanent calé ou l'arbre du moulinet et les aimants ou électro-aimants d'entraînement situés à l'extérieur de la bouteille. I1 en résulte qu'on ne peut obtenir, avec un tel système, qu'un couple d'entraînement relativement faible, insuffisant dans certains cas pour obtenir l'agitation désirée du produit et il en résulte evgale- ment que, en cas de décrochement de l'aimant permanent par rapport au champ tournant, l'opérateur ne s'en aperçoit pas, puisqu'il n'a aucun contrôle visuel de la rotation de l'arbre portant le moulinet à l'intérieur d'une bouteille métallique fermée opaque. Jusqu'à présent, donc, le problème de l'agitation de produits sous haute pression n'a pas été résolu de façon satisfaisante. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en permettant d'entraîner, avec un couple d'entraInement accru, un moulinet agitateur à l'intérieur d'une bouteille à paroi épaisse, pour produits sous haute pression, et en permettant également de contrler que le moulinet agitateur est effectivement entrains en rotation. L'invention a pour objet un dispositif agitateur pour produits sous pression qui comprend : une bouteille fermée dont la chambre intérieure contient le produit à agiter; un moulinet agitateur logé dans ladite chambre; un arbre d'entraînement tourillonnant dans le col fermé de la bouteille et sur lequel est calé, à une extrémité, ledit agitateur et, à I'extrémité opposée, un aimant permanent rotatif cylindrique à pôles sur la génératrice; ainsi qu'une pluralité N d'électro-aimants disposés équiangulairement radialement,à l'extérieur du col de la bouteille, avec leurs pâles sensiblement à hauteur de l'aimant permanent.Le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte N interrupteurs magnétiques à lames souples dit "I.L.S." disposés équiangulairement à l'extérieur du sol de la-bouteille, chaque interrupteur I.L.S. étant tenu tour à tour influencé magnétiquement, par l'aimant permanent, pour venir en position ouverte; et en ce que chaque interrupteur I.L.S. commande l'alimentation de la bobine de l'électro-aimant suivant, dans le sens de la rotation de l'aimant permanent. De préférence, le nombre N est égal à 4, un des électro-aimants étant coupé tour à tour, tandis que les trois autres sont alimentés à travers trois interrupteurs I.L.S. fermés. Suivant une forme préférée de réalisation, les interrupteurs I.L.S. sont soumis à une polarisation magnétique qui est produite par l'électro-aimant, luimême voisin de l'interrupteur considéré. L'invention permet de contrôler la rotation (ou la non rotation) de l'aimant permanent, et du moulinet agitateur qu'il entraîne, grace au fait qu'on peut contrôler l'ouverture et la fermeture périodique de l'un ou plusieurs des interrupteurs I.L.S. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Fig. 1A est une vue en coupe diamétrale de la partie supérieure du dispositif, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. La Fig. 1B est une vue en coupe diamétrale de la partie inférieure du même dispositif. La Fig. 2 est une vue schématique en perspective montrant la disposition des électro-aimants et des interrupteurs magnétiques I.L.S. La Fig. 3 est un schéma de raccordement des interrupteurs magnétiques et des bobinages des électroaimants. On a représenté sur les Fig. lA-lB un dispositif agitateur monté sur une bouteille métallique pour essais sous pression. Dans le mode de réalisation représenté, la bouteille 2 comporte un corps cylindrique 4, un col 6 maintenu enfoncé de façon étanche dans le corps 4 par une bague vissée 8 et un fond 10 constitué par la face supérieure d'un piston 12 coulissant de façon étanche dans le corps 4 et dont la face inférieure 14 peut être soumise à une pression hydraulique appropriée pour faire régner dans la chambre 16 de la bouteille, qui contient le produit P à essayer, la pression voulue pour les essais (Fig. 1B). La partie supérieure du col 6 de la bouteille (Fig. 1A) est fermée de façon etanche par un bouchon 18 maintenu par une bague visse 20. Dans la chambre 16 est disposé un moulinet agitateur 22 qui est calé sur un arbre 24 tourillonnant dans des paliers 26 portés par un manchon 28 engagé dans le col 6 de la bouteille. Bien entendu, tout autre type de bouteilles ou capsules connu pour les essais sous haute pression, par exemple de l'ordre de 1.000 bars, pourrait recevoir le dispositif agitateur qui va être décrit maintenant. Sur l'extrémité de l'arbre 24 opposée au moulinet 22 est calé un aimant permanent 30, de forme cylindrique, ayant des pôles N et S situés sur des génératrices du cylindre et qui peut librement tourner à l'intérieur du col 6 de la bouteille. Pour faire tourner le moulinet 24, il faut donc entrainer en rotation aimant permanent rotatif 30 à l'intérieur de la bouteille fermée. Le col 6, en métal amagnétique, par exemple de l'acier inoxydable, peut avoir une épaisseur de paroi de l'ordre de 5 à 9 mm au niveau de l'aimant permanent 30. Une pluralité N d'électro-aimants, de préférence quatre électro-aimants EI, EII, E111, EivI sont disposés équiangulairement (à 900 dans le cas représenté) autour du col 6 de la bouteille, à la hauteur de l'aimant permanent 30, comme il est représenté schématiquement en perspective sur la Fig. 2. Chaque électro-aimant comprend, comme il est représenté pour l'électro-aimant E1 seul visible sur la Fig. 1A, un noyau 32 et un bobinage 34, le noyau 32 étant prolongé par un pôle 36. Les électro-aimants sont fixés autour du col 6 par leurs pâles 36 qui sont engagés et serrés dans une bague 38 en métal amagnétique enfilée sur le col 6. La bague 38 est bloquée autour du col 6 par une ou plusieurs vis de blocage 40 (il est à noter, sur la Fig. 1A, que le plan de coupe de la partie gauche de la figure est décalé de 45 par rapport au plan de coupe de la partie droite). Les forces polaires 42 des pales 36 sont en contact serré avec la surface extérieure du col 6 et on cree, au moyen des électro-aimants EI, EII, EIII, Eîv un champ tournant entraînant magnétiquement en rotation l'aimant permanent 30. Mais, suivant une caractéristique importante de l'invention, ce champ tournant n'est pas créé en excitant tour à tour chaque électro-aimant, mais, au contraire, en coupant l'excitation de chaque électroaimant tour à tour. D'autre part, comme on va l'exposer dans ce qui suit, la coupure de l'excitation de chaque électro-aimant tour à tour est commandée par la rotation de l'aimant permanent 30 lui-même. Le dispositif suivant l'invention comprend dans ce but un nombre N, égal au nombre des électroaimants, d'interrupteurs à lame souple à commande magnétique dits "I.L.S", par exemple quatre interrupteurs "I.L.S" I1, I2, I3, I4 en ampoules scellées. Les quatre interrupteurs sont répartis équiangulairement à 900 autour du col 6 de la bouteille, comme les électro-aimants, ainsi qu'il est schématiquement représenté sur la Fig. 2. Les quatre interrupteurs sont fixés dans une bague amagnétique 44 (voir Fig. 1A pour l'interrupteur Iî) qui entoure le col 6 et qui peut être fixée au col par serrage d'une vis 46, dans une position réglable, en hauteur et angulairement, de façon que les inter rupteurs à lame soient influencés magnétiquement par l'aimant rotatif 30 et, de préférence (comme on le verra plus loin) également par les électro-aimants EI, EIIt,EIII, EIV. Sur la Fig. 2, on a représenté schématiquement les divers éléments du système d'entraînement du mouli net agitateur 22 à l'intérieur de la bouteille 2 en faisant figurer seulement le col 6 de la bouteille, la chambre 16 pour le produit en essai, et en indiquant les polarités N et S des aimants et électro-aimants. Un schéma simplifié du raccordement électrique entre les électro-aimants et les interrupteurs I.L.S est représenté sur la Fig. 3 sur laquelle on peut voir que chaque interrupteur I.L.S (par exemple I3) commande l'excitation (ou la désexcitation) de l'électro-aimant suivant (par exemple EIV). Dans la position représentée sur les Fig. 2 et 3, les trois interrupteurs I.L.S I4, I1, I2 sont au repos en position fermée et alimentent respectivement les trois électro-aimants suivants EI, EII, E111. L'interrupteur I.L.S I3 est influencé magnétiquement par le pôle Nde l'aimant rotatif 30 et s'ouvre, ce qui coupe l'alimentation de l'électro-aimant EIV. L'aimant permanent 30 effectue 1/4 de tour dans le sens de la flèche F. L'interrupteur I3, qui n'est plus influencé par le pôle N de l'aimant rotatif se referme, ce qui alimente l'électro-aimant EIV, tandis que l'interrupteur I4, influencé à son tour par le polie N de l'aimant rotatif, s'ouvre, ce qui coupe l'alimentation de l'électro-aimant suivant E1. L'aimant rotatif fait donc à nouveau un quart de tour, et ainsi de suite. Dans le cas représenté du système à quatre électro-aimants et à quatre interrupteurs I.L.S, on voit donc qu'on a en permanence trois électro-aimants alimentés à travers leurs interrupteurs fermés, et qu'un seul tour à tour est désexcité par l'ouverture de son interrupteur. Chaque interrupteur commande directement la coupure de l'électro-aimant qui se trouve à sa droite (ou à sa gauche, suivant le sens de rotation choisi). Mais il est avantageux, pour améliorer leur sensibilité, que les interrupteurs I.L.S soient soumis à une polarisation magnétique. Pour réaliser cette polarisation, on pourrait disposer, au voisinage de l'extrémité de chaque interrupteur I.L.S, un aimant permanent indépendant, tel que le barreau magnétique 48 représenté, en traits interrompus, sur la Fig. 1A, comme étant associé magné- tiquement à l'interrupteur I1 pour en fixer la polarisation. Quand le pôle de l'aimant rotatif 30 qui passe devant l'interrupteur I.L.S est de même nom que celui de polarisation, l'interrupteur s'ouvre. Mais les expériences ont montré que ce mode de polarisation permanente des interrupteurs donnait une plage de réglage du système très étroite, avec un seuil de déclenchement trop bas des interrupteurs et entraînait un ralentissement du système. La Demanderesse a découvert que la polarisation magnétique de chaque interrupteur I.L.S pouvait être effectuée par l'électro-aimant lui-même au voisinage duquel se trouve l'interrupteur, c'est-à-dire que les interrupteurs I1, 12, 131 14 sont respectivement polarisés par les électro-aimants E1, EII, EIII, EIV. I1 faut noter qu'avec cette disposition, les interrupteurs I.L.S ne sont pas polarisés magnétiquement en permanence, mais seulement lorsque l'électroaimant correspondant est excité, c'est-à-dire environ pendant les troi.s-quarts du temps. Le montage des électro-aimants sur une bague 38 et le montage des interrupteurs I.L.S sur une bague 44, la position de ces deux bagues pouvant être réglée indépendamment en hauteur et angulairement autour du col 6, permet de déterminer les conditions du meilleur fonctionnement. On a pu observer que, grace à ce mode particulier de polarisation et grâce au fait que les électroaimants sont excités tour à tour trois par trois, on obtenait un couple d'entraînement plus important qu'avec les systèmes d'entraînement connus utilisant un aimant externe d'entraînement ou autre système analogue de génération d'un champ tournant. I1 est ainsi possible d'accepter un entrefer (voir Figure 2) plus grand que par le passé permettant de placer dans cet entrefer une paroi plus épaisse en acier inoxydable amagnétique résistant à des pressions supérieures à 1.000 bars. Dans la pratique, on a pu constater que l'entrefer pouvait représenter environ 30% du diamètre de l'aimant permanent cylindrique 30. La vitesse de rotation peut atteindre environ 250 tours/minute, cette vitesse étant auto-régulée. Si le couple résistant augmente, la vitesse diminue, le décrochement de l'aimant se produisant aux alentours de 40 tours/minute. Le dispositif suivant l'invention présente également l'avantage que l'utilisateur peut constater la rotation (ou la non-rotation) de l'agitateur 22, ce qui n'était pas possible avec les systèmes d'entraînement aimant/aimant. Il suffit en effet de constater l'ouverture et la fermeture périodique de l'un ou plusieurs des interrupteurs I.L.S. Pour cela, on peut monter, en parallèle sur l'un des interrupteursî.L.S (l'inter- rupteur 14 sur la Fig. 3), un circuit de contrôle 50. Ce circuit peut comporterun voyant qui scintille à la vitesse de rotation ou bien être constitué par un circuit électronique de découpage qui fournit un signal de contrôle représentatif de la vitesse de rotation. En cas d'arrêt par dépassement de couple, ce même signal peut commander le processus de démarrage de l'agitateur, comme on va le voir dans ce qui suit. Pour certaines positions angulaires intermédiaires d'arrêt de l'aimant rotatif 30, il peut se trouver que l'aimant 30 n'influence magnétiquement aucun des quatre interrupteurs I.L.S, c'est-à-dire qu'ils se trouvent tous les quatre fermés et que, donc, les quatre électro-aimants sont excités. Dans ces conditions, le rotor ne peut démarrer de lui-même, ce que llopérateur peut constater grâce au système de contrôle précité 50. C'est pourquoi, au démarrage, on crée artificiellement un champ préférentiel positionnant l'aimant rotatif 30 toujours dans la meme position, cette position étant une position de démarrage possible du rotor. Pour créer ce champ préférentiel, on peut exciter, au moyen d'un circuit auxiliaire supplémentaire commandé par exemple par un bouton-poussoir l'un seulement des électro-aimants pour orienter l'aimant rotatif dans la position choisie. Bien entendu, on peut prévoir une séquence automatique de démarrage qui est déclenchée par le système 50 de contrôle de rotation, lorsque celui-ci constate l'arrêt de l'agitateur, et qui positionne automatiquement l'aimant rotatif en position de départ. REVENDICATIONS 1. Dispositif agitateur pour produits sous pressions qui comprend : une bouteille fermée (2) dont la chambre intérieure (16) contient le produit (P) à agiter; un moulinet agitateur (22) logé dans ladite chambre (16); un arbre d'entraînement (24) tourillonnant dans le col fermé (6) de la bouteille et sur lequel est calé, à une extrémité, ledit agitateur (22) et, à l'extrémité opposée, un aimant permanent rotatif cylindrique (30) à pâles sur la génératrice; ainsi qu'une pluralité N d'électro-aimants (EI-EIV) disposes equiangulairement radialement, à 1 'exté- rieur du col (6) de la bouteille, avec leurs pôles (42) sensiblement à hauteur de l'aimant permanent (30), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte N interrupteurs magnétiques à lames souples dits 111.L.S." disposés équiangulairement à l'extérieur du col (6) de la bouteille, chaque interrupteur I.L.S étant tour à tour influencé magnétiquement, par l'aimant permanent (30), pour venir en position ouverte; et en ce que chaque interrupteur I.L.S. commande l'alimentation de la bobine (34) de l'électro-aimant suivant, dans le cas de la rotation de l'aimant permanent (30). 2. Dispositif suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'il comprend quatre électro-aimants (E1-E4) disposés à 900 et.quatre interrupteurs I.L.S. (I1-I4) disposés à 900 et en ce qu'un groupe de trois électro-aimants est toujours alimenté. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les interrupteurs I.L.S. sont soumis à une polarisation magnétique. 4. Dispositif suivant la revendication 3, ca ractérisé en ce que la polarisation magnétique à laquelle est soumis chaque interrupteur ILS (I1) est produite par l1électro-aimant (EI) le plus voisin dudit interrupteur. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de contrôle (50), branché sur l'un au moins des interrupteurs I.L.S. et détectant les ouvertures et fermetures périodiques dudit interrupteur qui sont représentatives de l'état de rotation de l'aimant permanent (30). 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit auxiliaire d'excitation de l'un au moins des électro-aimants, gracie à quoi l'aimant permanent peut être amené dans une position angulaire déterminéeconvenant au démarrage du dispositif. 7. Dispositif suivant les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ledit circuit auxiliaire d'excitation est associé au circuit de contrôle précité (50), grâce à quoi la détection par ledit circuit de contrôle d'un arrêt de l'aimant permanent provoque automatiquement la venue de l'aimant permanent dans la position angulaire déterminée précitée, en vue d'un nouveau démarrage. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les électroaimants (EI-EIV) sont portés par une première baguesupport (38) et en ce que les interrupteurs ILS (I1-I4) sont portés par une deuxième bague-support (44), les deux dites bagues étant enfilées sur le col (6) de la bouteille et etant réglables en position angulaire et en hauteur l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'aimant permanent (30).