FR2484717A1

FR2484717A1 - Connecteur enfichable dans un milieu fluide

Info

Publication number: FR2484717A1
Application number: FR8004028A
Authority: FR
Inventors: Andre Chevalier
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1981-12-18
Also published as: US4390229A; NO156109B; NO156109C; JPH0222986B2; DE3106189C2; FR2484717B1; GB2070348A; NO810588L; DE3106189A1; NL8100838A; CA1159528A; JPS56159075A; GB2070348B

Abstract

CONNECTEUR ENFICHABLE DANS UN MILIEU FLUIDE. IL COMPORTE UNE PRISE 1 DANS LAQUELLE EST MENAGE UN ALESAGE 4 EN COMMUNICATION AVEC UN RESERVOIR PRINCIPAL 7 REMPLI D'UN PRODUIT DE PROTECTION, LE VOLUME DE CE RESERVOIR 7 VARIANT AUTOMATIQUEMENT POUR REMPLIR L'ALESAGE 4 DU PRODUIT DE PROTECTION ET UNE FICHE 2 COMPLEMENTAIRE DE L'ALESAGE. CE CONNECTEUR COMPORTE EN OUTRE UN RESERVOIR COMPENSATEUR 16 REMPLI DE PRODUIT DE PROTECTION SOUS UNE PRESSION SUPERIEURE A CELLE REGNANT DANS LE RESERVOIR PRINCIPAL 7 ET DES MOYENS DE TRANSFERT 22, 23, 25, 27 ET 30 D'UNE QUANTITE DETERMINEE DE PRODUIT DU RESERVOIR COMPENSATEUR 16 VERS L'ENSEMBLE RESERVOIR PRINCIPAL 7-ALESAGE 4. CONNECTEUR DONT LA PRISE EST SOLIDAIRE D'UN MATERIEL IMMERGE, TEL QUE, PAR EXEMPLE, TETE DE PUITS PETROLIER, ETC.

Description

La présente invention concerne un connecteur enfichable dans un milieu

fluide tel que, par exemple, mais non limitativement, un connecteur électrique dont les contacts sont protégés du milieu extérieur, ce qui permet d'établir ou d'interrompre des connexions électriques, même lorsque le connecteur est immergé dans un milieu liquide qui peut être conducteur. On connaît des connecteurs de différents types spécialement conçus pour que la fiche et la prise qui les composent puissent 8tre

assembléestout en étant immergées dans un liquide.

Un de ces connecteurs, décrit dans le brevet français 1 490 351, utilise un diaphragme étanche qui protège les contacts électriques de la

prise. Lors de l'établissement de la connexion électrique la fiche tra-

verse le diaphragme en le détruisant. On ne peut ainsi effectuer en immersion qu'une seule opération de raccordement de la prise et de la fiche. Un tel connecteur ne peut donc être utilisé lorsqu'on est conduit à établir et à interrompre plusieurs fois une connexion électrique en

milieu liquide.

Pour éviter cet inconvénient d'autres connecteurs ont ét4

réalisés dans lesquels les contacts électriques de la prise sont pro-

tégés par un liquide approprié. Un piston r6tractable maintient ce liquide dans la prise et le refoule dans un espace aménagé à cet effet lorsque la fiche pénètre dans la prise. Les brevets US 3 508 188 et 4 039 242 illustrent deux modes de réalisation de ce type de connecteur qui peuvent être manipulés plusieurs fois consécutives tout en restant

immergés.

Les inconvénients de ces derniers dispositifs résident dans le fait qu'à chaque manoeuvre du connecteur une certaine quantité de liquide de protection est évacuée de aa prise. De plus, lorsque des particules solides sont en suspension dans le liquide o est immergé

le connecteur, l'expérience montre qu'une quantité plus ou moins impor-

tante de ces particules pénètre dans la prise et conduit à une dété-

rioration plus ou moins rapide du connecteur.

La présente invention propose un nouveau connecteur électrique

qui ne présente pas les inconvénients indiqués ci-dessus.

L'invention pourra etre bien comprise et tous ses avantages

apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit de modes

non limitatifs de réalisation illustrés par les figures annexées parmi lesquelles: - les figures 1A et lB représentent schématiquement et en coupe un premier mode de réalisation d'une prise et d'une fiche composant le connecteur selon l'invention, - les figures 2A et 2B illustrent un second mode de réalisation de l'invention, - l-s figures 3A et 3B montrent schématiquement un troisième mode de réalisation, et - les figures 4A à 4D concernent la réalisation d'un obturateur fixé

à l'extrémité de la prise.

Les figures 1A et lB représentent le schéma de principe d'un

premier mode de réalisation d'une prise 1 et d'une fiche 2.

La prise 1 est, par exemple, solidaire d'un appareillage tel qu'une t9te de puits immergée au fond de l'eau. Cette prise comporte un corps 3 ayant un alésage 4 destiné à recevoir la fiche 2. Dans l'alésage 4 sont logéesdes bagues électriques ou plots 5a, 5b, 5c. Trois plots électriques coaxiaux ont été représentés à. titre d'exemple, ce nombre n'étant nullement limitatif. Ces contacts électriques Sa, Sb, 5c sont connectés à des conducteurs électriques, non représentés pour la clarté de la figure. De la même façon,les détails de construction de la prise

qui sont à la portée du technicien ne sont pas illustrés.

L'extrémité libre de la prise est équipée d'un obturateur 6 qui sera décrit an détail ultérieurement, Dans le corps 3 de la prise est ménagé un réservoir principal 7 qui est ici de forme annulaire. A l'intérieur de ce réservoir se déplace un piston 8 délimitant dans le r6servoir 7 un compartiment Ta qui com- munique en permanence avec le fond de l'alésage 4 par des canaux 9 et un compartiment 7b dans lequel est placé un ressort taré 10 qui exerce son action sur le piston 8. Des conduits 11, débouchant dans le compartiment 7b et à l'extérieur du corps 3, permettent de soumettre le piston 8 à la pression hydrostatique extérieure. Comme la prise est prévue pour être utilisée dans un milieu liquide o des particules solides peuvent etre en suspension, une membrane souple 12 fixée sur le corps 3, délimite un espace clos 13 dans lequel débouche en fait le canal 11. La pression hydrostatique du milieu extérieur est alors transmise au piston 8 par la membrane 12 et un liquide tel que de l'huile remplissant l'espace clos 13 et le compartiment 7b du réservoir principal T7 Le compartiment Ta du réservoir T et l'alésage 4 de la prise

sont remplis d'une graisse isolante dont le but est d'assurer la pro-

tection des contacts électriques Sa, 5be 5c lorsque la fiche 2 n'est pas engagée dans la prise 1. Le piston 8 est alors dans la position représentée en trait continu à la partie inférieure de la figure 1Ao La fiche 2, schématisée sur la figure IB, comporte une partie cylindrique ou broche 14 complémentaire de l'alésage 4 de la prise 1

et pourvue de bornes électriques 15a, 15b, 15c correspondant respecti-

vement aux plots 5a à 5c de la prise 1.

Lors de l'introduction de la fiche 2, la quasi totalité de la graisse contenue dans l'alésage 4 est refoulée via les canaux 9 dans le

compartiment 7a du réservoir principal 7, provoquant ainsi le dépla-

cement du piston 8 jusque dans la position représentée en trait inter-

rompu à la partie supérieure de la figure 1A.

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En principe, un tel connecteur pourrait fonctionner indéfini-

ment si,à chaque retrait de la fiche,la totalité de la graisse restait contenue dans la prise. En fait, et malgré la présence de l'obturateur 6, une quantité plus ou moins importante de graisse adhère à la fiche 2 et se trouve ainsi extraite de la prise lorsqu'on sépare les deux parties

du' connecteur.

Pour pallier cet inconvénient la prise 1 est pourvue d'un réservoir compensateur 16, qui, dans le cas représenté, est de forme annulaire et comporte un piston déplagable 17 divisant le réservoir compensateur en une chambre 16a remplie de graisse et une chambre 16b

remplie d'un liquide tel que de l'huile, soumis à la pression hydrosta-

tique du milieu extérieur par l'intermédiaire d'une membrane souple 18

qui délimite autour du corps de la prise un espace étanche 19 en com-

munication avec la chambre 16b par des conduits 20.

Un ressort taré 21 exerce une pression sur le piston 17 pour le déplacer dans le sens correspondant à une diminution du volume de

la chambre 16a.

Des moyens sont prévus pour transférer, lorsque c'est néces-

saire, une certaine quantité de graisse du réservoir compensateur 16a

vers l'ensemble réservoir principal 7a - alésage 4.

La figure IA montre un exemple de réalisation mécanique de ces

moyens de transfert qui comportent essentiellement un cylindre 22 com-

muniquant à une extrémité avec l'alésage 4 et à l'autre extrémité avec le réservoir compensateur 16a par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour

fixe 23 et de canaux 24.

Le clapet anti-retour 23 est disposé pour permettre le trans-

fert de la graisse du réservoir compensateur 16a vers le cylindre 22,

dans les conditions qui seront indiquées ultérieurement.

Dans le cylindre 22 est placé un piston coulissant 25 traversé par un conduit 26 qui débouche sur les deux faces du piston 25. Un

clapet anti-retour 27 empêche le transfert de la graisse vers le reser-

voir compensateur 16a. Des butées 28 et 29 limitent les déplacements du piston coulissant 25 dans le cylindre 22. La fiche 2 est prolongée par une tige de manoeuvre 30 de longueur adéquate et de diamètre notablement inférieur à celui du

cylindre 22.

Lors de la mise en service, avant l'immersion du connecteur, le réservoir compensateur 16a, l'alésage 4 et le cylindre 22 sont

remplis de graisse. Les pistons 8 et 17 sont dans les positions repré-

sentées en trait continu sur la figure 1A et le piston coulissant 25

est en appui contre la butée 28.

Le raccordement de la fiche 2 et de la prise 1 s'effectue

comme indiqué ci-dessous au moyen d'un appareillage approprié rappro-

chant les deux parties du connecteur ou par un plongeur.

La fiche 2 est introduite dans la prise 1. La partie cylin-

drique 14 de la fiche agit comme un piston et repousse la graisse dans le réservoir principal 7. Le piston 8 se déplace vers la gauche de la

figure 1A, puis la tige de manoeuvre 30 entre en contact avec le pis-

ton coulissant 25 sur lequel elle exerce un effort suffisant pour provoquer l'ouverture du clapet 27. Le piston 25 se déplace dans le cylindre 22 et prend appui contre la butée 29. Lorsque la fiche 2 est complètement engagée dans la prise 1, la graisse qui remplissait la

portion de cylindre 22 comprise entre le piston 25 et le clapet anti-

retour 23 est déplacée dans la portion de cylindre 22 qui communique

directement avec l'alésage 4, le piston 8 est dans la position repré-

sentée en trait interrompu sur le haut de la figure 1A et les plots électriques 5a, 5b, 5c sont en contact électrique avec les bonnes 15a,

15b, 15c respectivement.

Des moyens de verrouillage non représentés maintiennent en

contact les deux parties du connecteur.

Lorsqu'on retire la fiche 2 de la prise 1, l'espace laissé libre par la broche cylindrique 14 est automatiquement rempli par la graisse refoulée du compartiment 7a sous l'action du piston 8 qui est déplacé par le ressort 10 jusqu'à venir en butée dans la position

représentée en trait continu sur la partie basse de la figure 8.

Simultanément sous l'action de la pression plus élevée régnant dans le réservoir compensateur 16, le clapet 23 s'ouvre laissant passer -la graisse qui repousse le piston 25, le clapet taré 27 restant fermé, et remplit la portion de cylindre 22 comprise entre le piston 25 et le clapet 23. Le déplacement du piston 25 injecte une quantité déterminée de graisse dans l'alésage 4. Cette quantité est égale au volume du cylindre 22 compris entre le clapet 23 et le piston 25

lorsque celui-ci est dans la position représentée sur la figure 1A.

Cette quantité de graisse a été choisie au moins égale à celle entraînée par la fiche 2 et de préférence suffisante pour qu'une petite quantité degraisse soit évacuée de la prise 1 à travers l'obturateur 6 au moment du retrait de la fiche 2, ce qui empêche tout corps étranger liquide ou solide de pénétrer dans la prise 1 lors de ce retrait de

la fiche 2.

Pour compenser le transfert de graisse, le piston 17 subit un petit déplacement vers la gauche de la figure 1A. Lorsqu'après de

multiples connexions et déconnexions le piston 17 a atteint la posi-

tion représentée en trait interrompu sur la figure IA, il y a lieu de remplir à nouveau le réservoir compensateur 16a à l'aide d'un outil

approprié qui s'adapte sur le graisseur schématisé en 40. Cette opé-

ration peut être effectuée après avoir remonté la prise 1 en surface

ou en la laissant immergée.

Pour le cas o après avoir été partiellement extraite la fiche 2 est à nouveau enfoncée dans la prise, il est prévu un clapet

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taré 31 qui relie le réservoir principal 7a au réservoir 16a et limite les augmentations de pression dans le réservoir principal en recyclant

une partie de la graisse dans le réservoir de compensation 16a.

Ainsi qu'il apparaîtra au technicien, la présence des mem-

branes 12 et 18 permet d'utiliser le connecteur à n'importe quelle profondeur. Toutefois, on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en remplaçant ces membranes par des parois rigides, la force nécessaire au rapprochement des deux parties du connecteur dépendant de la profondeur d'immersion et des caractéristiques du ressort 10 qui

peut être remplacé par un gaz.

Les figures 2A et 2E représentent un mode de réalisation selon laquelle le réservoir de compensation est incorporé dans la fiche 2 qui est schématisée en coupe longitudinale sur la figure 2Bo La fiche comporte un cylindre 122 qui communique à travers un clapet taré 123 et des conduits 124 avec le réservoir compensateur 116 dont le compartiment 116a est rempli de graisse. Dans cet exemple de réalisation le piston 117 est soumis à l'action d'un gaz comprimé

contenu dans'le compartiment 116bo.

Dans le cylindre 122 peut se déplacer un piston 125 compor-

tant un clapet anti-retour taré 127 et prolongé par une tige de manoeuvre creuse 130 qui dépasse de l'extrémité de la fiche 2.Pour que

la force de déplacement du piston 125 soit indépendante de la profon-

deur d'immersion de la prise 1, la pression du gaz remplissant la portion 116b du réservoir 116 est simultanément appliquée sur le piston

125 par l'intermédiaire d'un conduit 132.

Le fonctionnement du connecteur reste identique à celui décrit

précédemment. L'avantage de ce mode de réalisation réside dans le fait -

que le remplissage du réservoir compensateur 116 est facilité puisque généralement après séparation des deux parties du connecteur la fiche 2 est remontée en surface o le r6servoir 116a peut éventuellement être

rempli à travers le graisseur 140.

Les figures 3A et 3B illustrent un autre mode de réalisation de l'invention dans laquelle les moyens de transfert de la graisse du réservoir compensateur 16 vers l'alésage 4 de la prise 1 comportent une électrovanne 33. Celle-ci est plac6e en série dans un conduit 39

qui met en communication le réservoir compensateur 16 et l'alésage 4.

Cette électrovanne comporte un bobinage de commande 33a reli6 par deux conducteurs 35 et 36 à deux plots 37 et 38. La fiche 2 comporte deux bornes 40 et 41 complémentaires des plots 37 et 38. Le conduit 39 a une

section droite calibrée 34.

Lorsque la fiche 2 est en position dans la prise 1 on alimente le bobinage 33a en énergie électrique pendant un intervalle de tempsàt

déterminé. Ceci provoque l'ouverture de l'électrovanne 33 et le trans-

fert de la quantité nécessaire de graisse du réservoir 16 vers l'alé-

sage 4.

Dans ce mode de réalisation, l'électrovanne 33, qui en l'absence d'impulsion électrique est maintenue fermée par un ressort taré, assure également la limitation de l'augmentation de pression dans

l'alésage 4 comme indiqué plus haut.

Bien entendu, on ne sortirait pas du cadre de la présente

invention en faisant déboucher le conduit 39 dans le réservoir prin-

cipal 7 au lieu de le faire déboucher dans l'alésage 4, ou en modifiant le mode de réalisation selon la figure 2 pour incorporer l'6lectrovanne

et le réservoir compensateur dans la fiche 2.

Il est également possible de prévoir une butée 41 contre laquelle le piston 8 prend appui après le transfert de la graisse du réservoir de compensation vers l'ensemble alésage 4-réservoir principal, cette butée étant disposée de telle sorte qu'elle immobilie le piston 8

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lorsque le volume de la chambre Ta rempli par la graisse est supérieur à celui de l'alésage 4 d'une quantité déterminée. Dans ces conditions il n'est pas nécessaire de calibrer le conduit 39 et lors du transfert de graisse, il suffit d'ouvrir l'électrovanne par télécommande jusqu'à ce que le piston 8 vienne en appui contre la butée 41. La figure 4A représente en coupe l'obturateur 6 qui prolonge la prise 1. Cet obturateur est constitué d'un matériau élastique ayant un coefficient d'allongement élevé tel que, par exemple, mais non

limitativement, un néoprène ayant un allongement de 500 à 600 %.

Cet obturateur comporte une partie cylindrique 6a dont le diamètre intérieur est égal à celui de l'alésage 4 de la prise 1. La référence 6b désigne une seconde partie cylindrique dont le diamètre

intérieur est inférieur à celui de l'alésage 4 dans un rapport compa-

tible avec le coefficient d'allongement du matériau composant l'obtu-

rateur. Les deux parties cylindriques sont raccordées entre elles par

une partie conique 6c.

L'extrémité libre de l'obturateur est fermée par un dia-

phragme perpendiculaire à l'axe de l'obturateur et constitué par des portions de secteur dé cercles 6d, 6e..., ces portions étant jointives

comme le montre la figure 4D qui est une vue de gaudhe de la figure 4A.

Lorsque la fiche 2 pénètre dans la prise 1, la tige de manoeuvre 30 repousse les différentes portions 6d à 6k du diaphragme et pénètre dans la portion 6b qui assure l'étanchéité autour de la tige de manoeuvre 30 comme le montre la figure 4B. Puis la fiche 2 provoque l'expansion de l'extrémité de l'obturateur 6 et s'engage dans

la prise 1, l'obturateur 6 maintenant l'étanchéité autour de la por-

tion cylindrique 14, comme le montre la figure 4C.

Des modifications ou adaptations pourront être faites par

le technicien sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Par exemple le connecteur pourra comporter plusieurs broches et la prise plusieurs alésages complémentaires communiquant comme indiqué plus haut avec au moins un réservoir principal et au moins un réservoir compensateur. Dans le mode de réalisation illustré par les figures 1A et 1B, le déplacement du piston 25 est obtenu par-une tige de manoeuvre 30

prolongeant la fiche 2. Mais on pourrait remplacer cette tige de manoeu-

vre par un électro-aimant agissant sur le piston 25. De plus, il est pos-

sible d'utiliser un piston plein 25, le clapet 27 étant alors interposé dans un conduit débouchant dans l'alésage 4 et dans le canal 22 au

voisinage de l'épaulement 29.

L'invention a été décrite dans son application à un connecteur

électrique à titre d'exemple seulement, mais elle peut également stappli-

quer à tout type de connecteur ayant deux parties complémentaires em-

boitables l'une dans l'autre, tel qu'un connecteur de liaison mécanique

de verrouillage et ou de positionnement.

Claims

R E V E N D I C A T I O NS

1. - Connecteur enfichable dans un milieu fluide comportant une prise dans laquelle est ménagé au moins un alésage, une fiche pourvue

d'au moins une broche complémentaire de cet alésage, un réservoir prin-

cipal communiquant avec cet alésage et rempli d'un produit de protec-

tion, le volume de ce réservoir variant automatiquement pour remplir l'alésage de produit de protection lorsque la brocha est retiree de

l'alésage, caractérisé en ce qu'ii comporte en outre un réservoir com-

pensateur rempli de produit de protection sous une pression supérieure à celle régnant dans le réservoir principal et des moyens de transfert d'une quantité déterminée de produit du réservoir compensateur vers

l'ensemble réservoir principal-alésage de la prise.

2. - Connecteur selon la revendication 1, caractérisé an ce que le réservoir de compensation et les moyens de transfert sont incorporés

dans la prise du connecteur.

3. - Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir de compensation et les moyens de transfert sont incorporés

dans la fiche du connecteur.

4. - Connecteur selon une des revendications 2 ou 3, caractérisé en

ce que les moyens de transfert comportent un conduit calibré reliant le réservoir de compensation à l'ensemble réservoir principal-alésage de la prise, et une électrovanne télécommandée permettant le transfert

du produit de protection à travers le conduit calibré.

5. - Connecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un canal de communication reliant le réservoir de compensation

à l!ensemble réservoir principal-alésage de la prise, un piston dépla-

gable dans le canal entre deux positions, les deux faces opposées du piston étant en communication à travers un clapet taré empochant le 12retour du produit de protection vers le réservoir de compensation, des moyens pour déplacer le piston dans le canal de communication lorsque la fiche est introduite dans la prise et des moyens de limitation de

la pression régnant à l'intérieur du réservoir principal.

6. - Connecteur selon la revendication 5, caractérise enr ce que les

moyens de déplacement du piston sont constitués par une tige de manoeu-

vre prolongeant la broche de la fiche, cette tige s'engageant dans le canal de communication pour déplacer le piston lorsque la fiche pénètre

dans la prise.

7. - Connecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de déplacement du piston sont constitués par un électro-aimant télécommandé.

8. - Connecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il

comporte un clapet anti-retour fixe interposé entre le canal de com-

munication et le réservoir de compensation pour empêcher le retour vers

celui-ci du produit de protection.

9. - Connecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fiche comporte un alésage de communication débouchant dans le réservoir de compensation, un piston creux déplagable dans cet alésage entre deux positions, une tige creuse solidaire du piston débouchant à

l'extrémité de la broche de la fiche, cette tige assurant le déplace-

ment relatif du piston creux dans son alésage lorsque la fiche est engagée dans la prise, un clapet taré logé dans le piston creux et emp chant la circulation du produit de protection vers le réservoir de compensation et des moyens de limitation de la pression régnant à

l'intérieur du réservoir principal.

10. - Connecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un clapet anti-retour fixe interposé entre l'alésage de communication et ie réservoir de compensation pour empêcher le retour

du produit de protection vers le réservoir de compensation.