Brevet FR2836224A1 — publié le 20030822

La présente invention concerne un système de détection de fuite destiné à être monté entre une source d'alimentation de produit fluide avantageusement stabilisée en pression et un élément normalement sensiblement étanche au produit fluide. La source d'alimentation peut être par exemple une pompe quelconque débitant un produit fluide avec une pression stabilisée fixe. Le produit fluide peut être un gaz, par exemple de l'air, mais il peut également s'agir d'un liquide plus ou moins visqueux ou encore un matériau pulvérulent. Quant à l'élément normalement sensiblement étanche, il peut par exemple s'agir d'un réservoir ou d'un récipient dont on veut tester l'étanchéité relative ou absolue. Il peut également s'agir d'une vanne ou d'un circuit de distribution de fluide dont l'étanchéité est un paramètre important. Le système sert alors à mesurer toute fuite correspondant à des anomalies de fermeture normale du circuit ou de la vanne. La présente invention s'appliquera plus particulièrement à l'alimentation intermittente de produit fluide : le système permet alors de détecter et de mesurer d'éventuelles fuites entre chaque séquence d'alimentation de produit fluide. Un but de l'invention est de permettre le libre écoulement d'un produit fluide avec un débit important tout en pouvant y détecter et mesurer des débits faibles tels que des micro-fuites. Pour atteindre ce but, la présente invention propose un système de détection de fuite destiné à être monté entre une source d'alimentation de produit fluide stabilisée en pression et un élément normalement sensiblement étanche au produit fluide, ledit système comprenant un conduit d'alimentation connectable d'une part à ladite source et connectable d'autre part audit élément, un clapet d'admission monté dans le conduit et adapté à s'ouvrir lorsque le différentiel de pression de part et d'autre du clapet est supérieur à un seuil prédéterminé, caractérisé en ce que ledit système comprend un passage de dérivation qui relie le conduit d'alimentation de part et d'autre du clapet d'admission en shuntant le clapet d'admission, ledit passage de dérivation ayant une section d'écoulement prédéterminée, et un appareil de mesure pour mesurer ou déduire le différentiel de pression de part et d'autre du clapet d'admission ou le débit à travers le passage de dérivation, lorsque le clapet est fermé. Si l'élément auquel est connecté le système de détection de fuite est sensiblement ou parfaitement étanche, alors la pression de part et d'autre du clapet d'admission est identique ou sensiblement identique de sorte qu'il n'y a pas de différentiel de pression ou de débit à travers le passage de dérivation. L'appareil de mesure va alors indiquer une valeur stable proche ou égale à zéro. En revanche, si l'élément présente un défaut d'étanchéité, c'est à dire une fuite, la pression de part et d'autre du clapet d'admission est différente, mais cependant stabilisée du fait que du produit fluide peut passer à travers le passage de dérivation. Ainsi, on obtient un différentiel de pression ou un débit stable qui peut être mesuré par l'appareil de mesure en l'étalonnant correctement de manière empirique. Avantageusement, le passage de dérivation est pourvu d'un robinet micrométrique pour régler avec précision la section d'écoulement du passage. Ainsi, il est possible de régler et stabiliser le différentiel de pression de part et d'autre du clapet d'admission afin que celui-ci soit lisible par l'appareil de mesure. Selon une autre caractéristique de l'invention, la section d'écoulement à travers le passage de dérivation est inférieure, voire très largement inférieure à la section d'écoulement à travers le clapet d'admission. Par très largement inférieure , il faut entendre une section de l'ordre de 5 à 100 fois plus petite. Ainsi, il est possible de détecter des valeurs de fuite très faibles, bien que l'alimentation à travers le clapet d'admission permet des débits très importants. Selon une forme de réalisation pratique, l'appareil de mesure est un appareil de mesure de différentiel de pression adapté à donner une valeur de différentiel de pression sur une plage de valeur délimitée qui est très largement inférieure à la valeur de pression de la source stabilisée, le passage de dérivation présentant une section d'écoulement apte à stabiliser la pression en aval du clapet d'admission fermé à une valeur dont la différence avec la pression de la source stabilisée est comprise dans la plage de valeurs de l'appareil de mesure de différentiel de pression. En effet, un appareil de mesure de différentiel de pression classique permet par exemple une lecture dans une plage de valeur de l'ordre de 10 mbars, alors que la pression d'alimentation peut être égale à 400 mbars ou plus. Il est donc possible d'étalonner le système à l'aide du passage de dérivation de section variable de manière à pouvoir détecter des fuites au niveau de l'élément dont la valeur de fuite est située dans un domaine de valeur admissible. Ainsi, l'appareil de mesure de différentiel de pression est apte à mesurer un débit de fuite du réservoir situé dans un domaine de valeur limité. En pratique, la section d'écoulement du passage de dérivation est adaptée à une valeur de débit de fuite limite acceptable pour le réservoir, de manière à ce que le différentiel de pression de part et d'autre du clapet d'admission soit compris dans une plage de valeur mesurable par l'appareil de mesure. La concordance entre la valeur lue sur l'appareil de mesure de différentiel de pression et la valeur réelle de débit de fuite du réservoir peut être obtenue par étalonnage avec une section d'écoulement de passage de dérivation déterminée et fixe. On peut également utiliser un débitmètre monté sur le passage de dérivation pour mesurer le débit à travers. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système peut comprendre en outre une vanne commandée montée en parallèle avec le clapet d'admission et adaptée à se fermer après le clapet d'admission pour compléter l'alimentation de produit fluide. En effet, étant donné que le clapet d'admission se ferme en dessous d'une valeur de différentiel de pression donnée, la pression de part et d'autre du clapet d'admission n'est pas égale lorsque le clapet se referme. La vanne commandée permet d'égaliser complètement la pression de part et d'autre du clapet d'admission. En l'absence de cette vanne commandée, l'équilibrage se ferait à travers le passage de dérivation. Toutefois, étant donné que sa section est réduite, l'équilibrage à travers le passage nécessiterait du temps, ce qui peut être préjudiciable dans le cas d'application à cadence rapide. La vanne commandée permet un équilibrage très rapide de la pression de part et d'autre du clapet d'admission. Avantageusement, la vanne commandée a une section d'écoulement intermédiaire entre le clapet d'admission et le passage de dérivation. Dans un cas d'application pratique, le produit fluide est un gaz, avantageusement de l'air, et ledit élément est un réservoir comprenant une poche souple déformable, pour tester son étanchéité. Le gaz peut également être remplacé par un liquide ou un pulvérulent. L'invention sera maintenant plus amplement décrite en référence à la figure unique jointe donnant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation et d'application de l'invention. La figure unique est une vue en coupe transversale à travers un système de détection de fuite monté entre une source d'alimentation de produit fluide et un réservoir de produit fluide. Le système de détection de fuite de la figure unique se présente sous une forme compacte, comprenant un corps de base 1 auquel est associée une pièce de coiffe 2'. Le corps de base 2 et la pièce de coiffe 2'renferment un clapet d'admission 23 placé sur un conduit d'alimentation formant une section d'entrée 21 au niveau du corps de base 2 et une section de sortie 22 au niveau de la pièce de coiffe 2'. Le clapet 23 permet donc de fermer et d'ouvrir sélectivement le passage d'écoulement dans le conduit de la section d'entrée 21 vers la section de sortie 22. La section d'entrée 21 comprend un manchon de raccordement 212 connecté à une source d'alimentation de produit fluide 1 qui est ici stabilisée en pression. La pression d'alimentation stabilisée peut par exemple être de l'ordre de 400 mbars. Quant à la section de sortie 22, elle comprend également un embout de montage 222 connecté à l'ouverture30 d'un réservoir de produit fluide 3 qui comprend avantageusement une poche souple déformable. Pour expliquer la présente invention, nous supposons que le réservoir 3 présente un trou de manière à définir une fuite de produit fluide F. A la place du réservoir 3, on peut également imaginer un circuit de distribution de fluide ou une vanne. Le clapet d'admission 23 est donc situé sur le conduit d'alimentation entre la section d'entrée 21 et la section de sortie 22, et comprend un organe de clapet mobile 232 sollicité par un ressort de rappel 233 sur un siège de clapet 231. La force de rappel du ressort 233 est réglée ou tarée de manière à ce que l'organe de clapet mobile 232 ne se décolle de son siège de clapet 231 que lorsque le différentiel de pression de part et d'autre du clapet est supérieur à un seuil de pression prédéterminé. On peut par exemple imaginer que le clapet d'admission s'ouvre lorsque le différentiel de pression de part et d'autre du clapet est de l'ordre de 100 mbars. En dessous de 100 mbars, le clapet est fermé de manière étanche. Plus précisément, le clapet d'admission 23 comprend une chambre d'entrée 236 qui est définie par le corps de base 2 à l'extrémité interne de la section d'entrée 21. La chambre d'entrée 236 contient un godet 235 qui présente un bord périphérique d'étanchéité 2351. D'autre part, le siège de clapet 231 est formé par le corps de base 2 sous la forme d'un cordon annulaire saillant. Le cordon saillant formant le siège de clapet 231 est formé au niveau du bord de la chambre d'entrée 236 qui débouche dans un logement 27 toujours formé par le corps de base 2. L'organe de clapet mobile 232 se présente ici sous la forme d'un plateau de préférence annulaire engagé dans le logement 27 avec un jeu faible de manière à pouvoir se déplacer translativement dans le logement 27 le long d'un axe commun au conduit d'alimentation. Le plateau de l'organe mobile 232 est pourvu d'une garniture d'étanchéité annulaire 234 destinée à venir en appui forcé sur le cordon formant le siège de clapet 231. La contrainte de la garniture d'étanchéité 234 sur le siège de clapet 231 est obtenue au moyen du ressort de rappel 233. En outre, le plateau est percé de plusieurs trous 2320 qui sont avantageusement répartis à proximité de sa périphérie externe. Ces trous 2320 permettent de faire passer le produit fluide en provenance de la chambre d'entrée 236 de l'autre côté du plateau lorsque la garniture d'étanchéité 234 est décollée de son siège 231. Ainsi, le produit fluide peut s'écouler dans une chambre de sortie 230 partiellement formée par la pièce de coiffe 2'. On peut noter que le ressort de rappel 233 prend appui d'une part sur le plateau 232 et d'autre part sur le fond de la chambre de sortie 230 formé par la pièce de coiffe 2'. Le fonctionnement d'un tel clapet est très simple : le produit fluide sous pression en provenance de la source 1 traverse la section d'entrée 21, pénètre dans la chambre d'entrée 236, soulève la garniture d'étanchéité 234 et son plateau 232, passe à travers les trous 2320 pour enfin arriver dans la chambre de sortie 230. Dès que le différentiel de pression de part et d'autre du clapet 23 chute en dessous du seuil prédéterminé par la force de rappel du ressort 233, le clapet se referme, la garniture d'étanchéité 234 reprenant son appui étanche sur le siège 231. Le produit fluide qui a atteint la chambre de sortie 230 s'écoule ensuite dans la section de sortie 22 à travers un étranglement 223 situé entre la chambre de sortie 230 et la section de sortie 22. Une fois parvenu dans la section de sortie 22, le produit fluide s'écoule vers et à l'intérieur du réservoir 3. La pièce de coiffe 2', en plus de former la chambre de sortie 230, forme également l'étranglement 223. La pièce de coiffe 2'est insérée et fixée de manière étanche à l'intérieur du logement 27 formé par le corps de base 2. De cette manière, le clapet 23 est prisonnier dans le logement 27 coincé entre le corps de base 2 et la pièce de coiffe 2'. Le clapet d'admission 23 comprend en outre un clapet de retour adapté à s'ouvrir lorsque la pression à l'intérieur de la chambre de sortie 230 est supérieure à la pression dans la chambre d'entrée 236. Ceci arrive lorsque l'on coupe ou retire brusquement la source d'alimentation 1. Dans ce cas, il peut se produire un retour de pression qui peut alors être équilibré grâce au clapet de retour. Ce clapet de retour comprend une tige 236 fixée au godet 235 et sollicitée par un ressort de rappel 237 prenant appui sur le plateau 232 de manière à solliciter le godet 235 en appui étanche contre la garniture d'étanchéité 234. A cet effet, le godet 235 forme une nervure d'étanchéité annulaire 2352 adaptée à venir en contact étanche appuyé contre la garniture d'étanchéité 234 du fait de la force de rappel exercée par le ressort 237. D'autre part, le plateau 232 est percé d'un ou de plusieurs alésages 238 qui s'étendent autour de la tige 236. Sur la figure unique, on voit que ces alésages 238 sont situés entre la tige 236 et la garniture d'étanchéité annulaire 234, alors que les passages 2320 sont situés autour de la garniture d'étanchéité 234. On peut ainsi aisément comprendre qu'en cas de surpression dans la chambre de sortie 230 par rapport à la chambre d'entrée 236, le produit fluide pressurisé dans la chambre de sortie 230 va exercer sa pression sur la surface supérieure du godet 235 de manière à décoller la nervure d'étanchéité 2352 de la garniture d'étanchéité 234. Cependant, dès que le godet s'est déplacé, son bord périphérique d'étanchéité inférieur 2351 va venir en contact étanche contre le fond de la chambre 236. Ainsi, le produit fluide sous pression ne peut pas s'échapper de la chambre 236 à travers la section d'entrée 21. Toutefois, la pression dans la chambre d'entrée 236 autour du godet 235 sera alors équilibrée et identique à la pression dans la chambre de sortie 230. Ce clapet de retour permet donc d'équilibrer la pression entre les chambres d'entrée et de sortie du clapet. Selon l'invention, un passage de dérivation 24 relie la section d'entrée 21 à la section de sortie 22 en chuintant le clapet d'admission 23. Ce passage de dérivation ou by-pass 24 part en réalité de la chambre d'entrée 236 pour déboucher dans le logement 27 à proximité d'une ouverture 2320 qui communique avec la chambre de sortie 230 et la section de sortie 22. Ce passage de dérivation 24 permet effectivement de créer une communication directe en évitant le clapet d'admission 23. Plus simplement encore, ce passage de dérivation 24 pourrait directement relier la chambre d'entrée 236 à l'espace annulaire situé au-delà de la garniture d'étanchéité 234 sous les ouvertures 2320. Toutefois, dans le mode de réalisation représenté sur la figure unique, ce passage de dérivation 24 est en outre pourvu d'un robinet micrométrique 241 qui permet de faire varier avec précision la section d'écoulement du passage. D'autre part, le corps de base 2 définit également une première conduite 251 qui part de la chambre d'entrée 236 et une seconde conduite 253 qui part indirectement de la chambre de sortie 230. Plus simplement, la première conduite 251 communique avec la section d'entrée 21 et la seconde conduite 253 communique avec la section de sortie 22. La première section 251 est équipée d'un raccord 252 et la seconde conduite 253 est également équipée d'un raccord 254 qui sont raccordés à un appareil de mesure de différentiel de pression 25. Par conséquent, cet appareil de mesure de différentiel de pression 25 permet de mesurer la différence de pression de part et d'autre du clapet d'admission 23. Cependant, cet appareil 25 présente une plage de valeur de mesure qui est inférieure à la valeur de la pression d'alimentation de la source 1. Typiquement, la plage de valeur lisible par l'appareil de mesure 25 peut par exemple être de 10 mbars, alors que la pression de la source 1 peut être de 400 mbars ou plus. D'autre part, si l'on veut pouvoir lire une valeur stable sur l'appareil de mesure 25 il est nécessaire que le différentiel de pression de part et d'autre du clapet d'admission 23 soit stable lui aussi. Pour obtenir la stabilité du différentiel de pression de part et d'autre du clapet 23, lorsque ce dernier est fermé et qu'il y a une fuite F au niveau du réservoir 3, il faut que le réservoir 3 soit alimenté en produit fluide. Ceci est possible selon l'invention grâce au passage de dérivation 24 qui permet de faire passer du produit fluide en provenance de la source 1 vers le réservoir 3 lorsque le clapet d'admission 23 est fermé. Grâce à cet apport de produit fluide de l'autre côté du clapet d'admission fermé 23, il est possible de stabiliser la pression dans la chambre de sortie 23, dans la section de sortie 22 ainsi que dans le réservoir 3. Cependant, en fonction de la section d'écoulement du passage de dérivation 24, la pression de l'autre côté du clapet 23, c'est à dire dans la chambre de sortie 230 prend une valeur plus ou moins élevée. Il est donc possible de stabiliser la pression dans la chambre de sortie 230 à l'aide du passage de dérivation réglable 24 à une valeur de pression dont la différence avec la pression à l'intérieur de la chambre d'entrée 236 alimentée par la source 1 rentre dans la plage de valeur lisible par l'appareil de mesure 25. A la place de l'appareil de mesure de différentiel de pression, on peut aussi utiliser un débitmètre monté sur le passage de dérivation pour en mesurer le débit à travers. En pratique, on va chercher à détecter et à mesure une fuite au niveau du réservoir 3 qui est compris dans un domaine de valeur limité admissible. Supposons par exemple que la limite supérieure acceptable de fuite pour le réservoir 3 est fixée à un 1,5 cm3 par minute pour une pression d'alimentation stabilisée de 400 mbars. L'opérateur commence alors par mesurer à l'aide d'un débitmètre le débit de fuite réel du réservoir lorsque alimenté par la source 1. Il va alors s'arranger pour obtenir un réservoir 3 ayant un trou présentant une valeur de débit de fuite de 1,5 cm3 par minute. A l'aide de ce réservoir fuyant et talon, il va ensuite faire varier la section d'écoulement du passage de dérivation 24 en utilisant le robinet micrométrique 241 jusqu'à ce que l'appareil de mesure 25 indique une déviation maximale stable proche de la pleine échelle. L'opérateur sait alors que l'appareil de mesure indiquera une valeur proche de la pleine échelle à chaque fois qu'un réservoir fuyant présente une fuite égale à un 1,5 cm3 par minute. Lorsque l'appareil de mesure dépassera la pleine échelle, le réservoir 3 pourra alors être considéré comme impropre pour son utilisation et jeté. En revanche, dès que l'appareil donnera une valeur de mesure inférieure à la pleine échelle, l'opérateur saura que le réservoir 3 présente une fuite inférieure à la valeur admissible de 1, 5 cm3 par minute. Il est même possible d'étalonner l'appareil de mesure 25 de manière à ce qu'on peut puisse lire sur l'appareil directement la valeur de fuite réelle du réservoir 3. Ceci est possible en maintenant la section d'écoulement du passage de dérivation 24 parfaitement fixe. R est ainsi possible avec ce système de détection de fuite de mesurer avec une très grande précision des valeurs de fuite très petites, voire infimes avec un appareil de mesure de différentiel de pression classique ou typique, alors que l'alimentation principale du réservoir 3 en produit fluide lors de son remplissage est effectuée avec un gros débit. Selon une autre caractéristique de l'invention, une vanne commandée 26 est montée en parallèle avec le clapet d'admission 23. Cette vanne 26 est ici montée entre la conduite 251 et la sortie du clapet 23 juste en dessous du plateau 232. Cette vanne commandée est adaptée à se fermer après le clapet d'admission 23 pour compléter l'alimentation de produit fluide. En effet, étant donné que le clapet d'admission 23 est réglé de manière à se fermer dès que le différentiel de pression chute en dessous d'un seuil prédéterminé, il ne permet pas à lui seul d'équilibrer la pression de part et d'autre du clapet. Cet équilibrage pourrait toutefois se faire automatiquement à travers le passage de dérivation 24, mais cela prendrait du temps. Le but de la vanne commandée 26 est justement d'accélérer l'équilibrage des pressions de part et d'autre du clapet d'admission 23 pour ainsi augmenter la capacité opératoire du système de détection de fuite. On peut par exemple régler l'ouverture de la vanne 26 de manière à ce qu'elle se ferme environ 2 à 3 secondes après la fermeture du clapet d'admission 23. On assure ainsi un équilibrage rapide et parfait de la pression de part et d'autre du clapet 23. Il faut également remarquer que le clapet de retour formé par la tige 236 et son godet associé 235 permet de protéger l'appareil de mesure 25 en cas de débit rapide provenant de la sortie et se dirigeant vers l'entrée. Ceci peut notamment arriver en cas de vidange. En effet, l'ouverture de ce clapet de retour permet d'équilibrer la pression de part et d'autre du clapet de sorte que l'appareil de mesure ne subira pas une différence de pression trop forte et alors préjudiciable. Revendications 1. - Système de détection de fuite destiné à être monté entre une source d'alimentation de produit fluide (1) stabilisée en pression et un élément (3) normalement sensiblement étanche au produit fluide, ledit système comprenant un conduit d'alimentation (21,22) connectable d'une part à ladite source (1) et connectable d'autre part audit élément (3), un clapet d'admission (23) monté dans le conduit et adapté à s'ouvrir lorsque le différentiel de pression de part et d'autre du clapet est supérieur à un seuil prédéterminé, caractérisé en ce que ledit système comprend : - un passage de dérivation (24) qui relie le conduit d'alimentation de part et d'autre du clapet d'admission en shuntant le clapet d'admission, ledit passage de dérivation ayant une section d'écoulement prédéterminée, et - un appareil de mesure (25) pour mesurer ou déduire le différentiel de pression de part et d'autre du clapet d'admission ou le débit à travers le passage de dérivation (24), lorsque le clapet est fermé. 2.-Système selon la revendication 1, dans lequel le passage de dérivation (24) est pourvu d'un robinet micrométrique (241) pour régler avec précision la section d'écoulement du passage. 3.-Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la section d'écoulement à travers le passage de dérivation (24) est très largement inférieure à la section d'écoulement à travers le clapet d'admission (23). 4.-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'appareil de mesure est un appareil de mesure de différentiel de pression (25) adapté à donner une valeur de différentiel de pression sur une plage de valeur délimitée qui est inférieure à la valeur de pression de la source stabilisée, le passage de dérivation (24) présentant une section d'écoulement apte à stabiliser la pression en aval du clapet d'admission fermé à une valeur dont la différence avec la pression de la source stabilisée est comprise dans la plage de valeurs de l'appareil de mesure de différentiel de pression. 5.-Système selon la revendication 4, dans lequel l'appareil de mesure de différentiel de pression (25) est apte à mesurer un débit de fuite du réservoir situé dans un domaine de valeur limité. 6.-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la section d'écoulement du passage de dérivation (24) est adaptée à une valeur de débit de fuite limite acceptable pour le réservoir, de manière à ce que le différentiel de pression de part et d'autre du clapet d'admission (23) soit compris dans une plage de valeur mesurable par l'appareil de mesure (25). 7.-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la concordance entre la valeur lue sur l'appareil de mesure de différentiel de pression (25) et la valeur réelle de débit de fuite du réservoir est obtenue par étalonnage avec une section d'écoulement de passage de dérivation déterminée et fixe. 8.-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une vanne commandée (26) montée en parallèle avec le clapet d'admission (23) et adaptée à se fermer après le clapet d'admission pour compléter l'alimentation de produit fluide. 9.-Système selon la revendication 8, dans lequel la vanne commandée (26) a une section d'écoulement intermédiaire entre le clapet d'admission (23) et le passage de dérivation (24). 10.-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le produit fluide est un gaz, avantageusement de l'air, et ledit élément est un réservoir comprenant une poche souple déformable (3), pour tester son étanchéité.