Brevet FR2678381A1 — publié le 19921231

CONSISTOMETRE L'invention concerne un consistomètre, c'est-à-dire un appareil d'analyse permettant de mesurer les caractéristiques Théologiques de matériaux et notamment la consistance dans le temps d'une matière durcissant progressivement. Une application importante des consistomètres réside notamment dans la détermination du temps de prise des ciments dans la confection des puits de forage pétroliers. On connaît par le brevet européen N O O 236 205 du 17 Février 1987 un consistomètre comportant un récipient contenant la matière à analyser, ce récipient comprenant un agitateur interne rotatif porté par une tige axiale d'entraînement, laquelle traverse le fond du récipient par un joint d'arbre et se prolonge vers le bas jusqu'à un mécanisme d'entraînement Cette disposition nécessite de tenir compte dans les mesures des frottements parasites engendrés au passage de la tige sur le joint d'arbre au fond du récipient En outre, l'étanchéité de ce joint ne peut être garantie de façon parfaite. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et propose un consistomètre du type comportant de façon classique un récipient cylindrique contenant la matière à analyser, convenablement mise à la pression et à la température de mesure souhaitées, ce récipient comprenant un agitateur rotatif interne mû par un mécanisme d'entraînement, caractérisé en ce que ledit agitateur est monté sur deux pivots axiaux opposés à l'intérieur dudit récipient, avec liberté de rotation axiale, et en ce qu'il comporte une masse polaire apte à être couplée à un aimant tournant monté à l'extérieur du récipient autour de la masse polaire pour entraîner en rotation ledit agitateur, ledit aimant étant lié à un mécanisme d'entraînement propre, permettant de mesurer le couple d'entraînement de l'agitateur et par voie de conséquence la consistance de la matière à analyser et son évolution en fonction desdits paramètres de température et pression. L'agitateur comporte avantageusement une pointe tournée vers le bas à son extrémité inférieure formant avec un logement complémentaire en fond de récipient un premier pivot, et une seconde pointe tournée vers le haut à sa partie supérieure, laquelle établit avec un logement complémentaire formé axialement dans le couvercle du récipient le second pivot de maintien de l'agitateur L'un des pivots peut être monté sur ressort de façon à compenser la dilatation thermique en service. La masse polaire est formée à la partie inférieure de l'agitateur, étant de forme essentiellement cylindrique et conformée pour tourner avec une faible force de résistance dynamique au sein de la matière à analyser. Le récipient reçoit par sa partie inférieure la masse polaire de l'agitateur avec un faible jeu latéral relativement à sa paroi Cette partie inférieure est cylindrique, coaxiale à la partie principale également cylindrique du récipient contenant les pales de l'agitateur, et formée avec un diamètre réduit relativement à cette partie. L'aimant tournant est de forme annulaire Il est monté solidaire de son arbre d'entraînement dans le fond de l'enceinte du consistomètre et tourne dans un plan fixe Lors de la mise en place du récipient, glissé dans son fourreau support, à l'intérieur de l'enceinte, celui- ci se positionne de façon à ce que l'aimant tournant entoure sa partie inférieure à faible distance de sa paroi, laquelle est avantageusement de faible épaisseur en acier inoxydable pour ne pas perturber ni absorber le champs magnétique tournant émanent de l'aimant tournant. En outre, l'ensemble possède une symétrie axiale. Il résulte de cette disposition, en raison de la conformation particulièrement simple et économique du récipient, sans joint de passage d'un arbre d'entraînement de l'agitateur en fond de récipient comme dans la disposition connue précitée, qu'elle autorise la possibilité de jeter après chaque essai les récipients remplis de matière et munis de leur agitateur, ce qui évite des manoeuvres fastidieuses de nettoyage de ces récipients comme traditionnellement. L'invention est illustrée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation et en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue en coupe transversale schématique éclatée d'un consistomètre selon l'invention; et la figure 2 est une vue en coupe agrandie partielle du consistomètre en service. Sur les figures, seuls les éléments essentiels du consistomètre nécessaires à la compréhension de l'invention sont représentés. Ces figures montrent l'enceinte 1 ou cellule de mesure du consistomètre (représentée de façon partielle), le récipient 3 contenant la matière à analyser (laitier de ciment) avec son fourreau support 5, l'agitateur 7 équipant le récipient et le mécanisme d'entraînement 9 de l'agitateur au niveau inférieur. L'enceinte 1 est de forme cylindrique et contient en service le milieu (huile) apte à mettre en température et en pression variables la matière du récipient La mise en température est obtenue de façon classique par des résistances chauffantes 11 disposées au sein de l'enceinte La mise en pression est obtenue également de façon classique par transmission de la pression par l'huile en communication qui se trouve dans l'enceinte et au-dessus du laitier de ciment dans le récipient La pression est obtenue par une pompe hydraulique externe (non représentée). Le récipient est constitué de deux parties cylindriques contiguës, une principale 13 recevant les pâles 15 de l'agitateur et une inférieure 17 de diamètre réduit, délimitée avec un épaulement cylindrique 19 de la précédente Cette partie reçoit avec faible jeu latéral la masse polaire inférieure 21 d'entralnement de l'agitateur. Cette dernière est sensiblement cylindrique, formée en acier doux et solidarisée coaxialement à la partie inférieure de la tige axiale 23 de l'agitateur. L'agitateur est monté sur deux pivots axiaux opposés au sein du récipient Le premier pivot 25 se trouve au niveau inférieur Il est constitué par l'ensemble d'une pointe inférieure 27 solidaire de l'agitateur et d'un logement conique complémentaire 29 formé dans le fond du récipient Cette pointe est montée axialement à la partie inférieure de la tige 23 de l'agitateur et émerge légèrement sous la masse polaire 21 Cette pointe est rappelée vers le bas par un ressort 31 de façon à absorber les dilatations thermiques en service Le second pivot 33 opposé au précédent est disposé sensiblement au niveau médian du récipient Il est réalisé par l'intermédiaire d'un couvercle 35 dit centreur, posé avec fixation sur l'ouverture supérieure du récipient Il est constitué de façon analogue au précédent par une pointe 37 tournée vers le haut et fixée axialement à l'extrémité supérieure de la tige 23 de l'agitateur, cette pointe coopérant en service avec un logement complémentaire 39 formé dans l'embout axial 41 du couvercle Ce pivot est en point fixe, en raison naturellement, du montage fixe du couvercle sur le récipient, contrairement au précédent qui est monté avec rappel axial Par ailleurs, ce couvercle comporte sur sa face supérieure une pastille en métal fritté 43, permettant à l'huile sous pression dans l'enceinte de pénétrer dans le récipient et de maintenir le ciment en pression. Le mécanisme d'entraînement de l'agitateur est du type à aimant tournant 45 animant l'agitateur par l'intermédiaire de sa masse polaire 21 L'aimant tournant a une forme annulaire avec disposition axiale relativement à l'appareil, l'aimant ayant une section plate verticalement En position de service (récipient dans l'enceinte), il est disposé dans l'espace entre le fourreau-support cylindrique ajouré 5, dans lequel est glissé le récipient, et la paroi cylindrique de la partie inférieure du récipient, à faible distance de celle-ci Il est porté par des bras radiaux 47 solidaires d'un arbre d'entra Tnement vertical inférieur 49 monté à demeure sous l'enceinte du consistomètre et dans le même axe que le récipient Il tourne horizontalement dans un plan fixe. L'arbre d'entraînement est mûf en rotation par un accouplement magnétique externe du type à aimant tournant 51 et masse polaire 53 similaire à celui de l'agitateur susjacent La tête de l'arbre comporte un trou de centrage du récipient recevant un pion central 57 solidaire du fond du récipient Ce pion est glissé dans la bague interne d'un roulement 59 en place dans le trou. La mise en place des éléments et le fonctionnement de l'appareil sont très simples On met d'abord en place l'agitateur dans le récipient, sur le pivot inférieur On met en place le récipient dans le fourreau 5, à la partie inférieure duquel il s'applique sur une nervure circulaire 61 Le récipient est alors rempli de laitier de ciment, matière dont il s'agit de mesurer la consistance dans le temps en fonction de la température et de la pression, puis est refermé par son couvercle centreur posé et fixé sur son ouverture L'agitateur est alors parfaitement maintenu sur ses pivots inférieur et supérieur. L'ensemble est alors placé dans l'enceinte 1, le pion inférieur 57 du récipient venant se positionner dans le trou de centrage 55 sur la tête de l'arbre d'entraînement. L'appareil est alors mis en marche et les mesures effectuées Lorsque l'essai est terminé, le récipient rempli avec son agitateur est jeté Seul le bouchon centreur est récupéré. REVENDICATIONS 1 Consistomètre du type comportant de façon classique un récipient cylindrique ( 3) contenant la matière à analyser, convenablement mise à la pression et à la température de mesure souhaitées, ce récipient comprenant un agitateur rotatif interne ( 7) mû par un mécanisme d'entraînement ( 9), caractérisé en ce que ledit agitateur est monté sur deux pivots axiaux opposés ( 25,33) à l'intérieur dudit récipient, avec liberté de rotation axiale, et en ce qu'il comporte une masse polaire ( 21) apte à être couplée à un aimant tournant ( 45) monté à l'extérieur du récipient autour de la masse polaire pour entraîner en rotation ledit agitateur, ledit aimant étant lié à un mécanisme d'entraînement propre, permettant de mesurer le couple d'entraînement de l'agitateur et par voie de conséquence la consistance de la matière à analyser et son évolution en fonction desdits paramètres de température et pression. 2 Consistomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agitateur ( 7) comporte à son extrémité inférieure une pointe ( 27) tournée vers le bas formant avec un logement complémentaire ( 29) en fond de récipient un premier pivot ( 25), et une seconde pointe ( 37) tournée vers le haut à sa partie supérieure, laquelle établit avec un logement complémentaire ( 39) formé axialement dans un couvercle ( 35) du récipient le second pivot ( 33) de maintien de l'agitateur. 3 Consistomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'un des pivots ( 25,33) est monté sur ressort ( 31). 4 Consistomètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse polaire ( 21) est formée à la partie inférieure de l'agitateur, étant de forme essentiellement cylindrique et conformée pour tourner avec une faible force de résistance dynamique au sein de la matière à analyser, cette masse polaire étant reçue dans une partie cylindrique inférieure ( 17) du récipient, laquelle est entourée par ledit aimant tournant ( 45) d'entraînement. Consistomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite partie inférieure ( 17) est formée avec un diamètre réduit relativement à la partie principale ( 13) du récipient, étant délimitée de celle-ci par un épaulement cylindrique ( 19). 6 Consistomètre selon l'une des revendications 4,5, caractérisé en ce que la paroi du récipient ( 3) est de faible épaisseur, en acier inoxydable. 7 Consistomètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle ( 35) dit centreur, posé de façon fixe sur le récipient, comporte un embout axial ( 41) à l'extrémité duquel est formé ledit logement ( 39). 8 Consistomètre selon la revendication 7, caractérisé en ce que le couvercle ( 35) comporte une pastille frittée ( 43) mettant en communication le milieu (huile) dans l'enceinte ( 1) et dans le récipient ( 3). 9 Consistomètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le récipient ( 3) comporte en son fond un pion de centrage externe ( 57) apte à s'engager dans un trou complémentaire ( 55) formé sur la tête de l'arbre d'entraînement ( 49), tandis que le récipient ( 3) est appliqué par une nervure d'appui ( 61) sur son fourreau-support ( 5) en place dans l'enceinte. Consistomètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aimant tournant ( 45) a une forme annulaire, étant entraîné dans un plan fixe, solidairement à son arbre d'entraînement ( 49) dans l'espace entre le fourreau ( 5) en place dans l'enceinte et la partie inférieure ( 17) du récipient porté, à faible jeu latéral de ceux-ci, l'ensemble ayant une symétrie axiale.