FR2652160A1 - Device making it possible to insert a probe into a volume of material capable of being confined in an optionally pressurised closed chamber or stored in the open air, and to take measurements and samples therein - Google Patents

Device making it possible to insert a probe into a volume of material capable of being confined in an optionally pressurised closed chamber or stored in the open air, and to take measurements and samples therein Download PDF

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Abstract

Device making it possible to insert a probe 1 into a volume of material capable of being confined in a closed chamber 15 or stored in the open air, to take measurements and samples therein. The device includes a semirigid tube 2 capable of being wound on a drum 10 and equipped with a displacement system 7; the measurement module 1 is mounted at the end of the tube. All the fluids (electrical, hydraulic, etc.) pass inside the tube 2.

Description

DESCRIPTION
Dispositif permettant de faire pénétrer une sonde à l'intérieur d'un volume de matière pouvant être confinée dans une enceinte fermée, éventuellement sous pression ou stockée à l'air libre, d'y effectuer des mesures et de prélever des échantillons.DESCRIPTION
Device allowing a probe to penetrate inside a volume of material which can be confined in a closed enclosure, possibly under pressure or stored in the open air, to carry out measurements there and to take samples.

Ce dispositif est particulièrement adapté au suivi du process de fermentation dans les digesteurs de production de méthane d'usines de traitement d'ordures ménagères. I1 peut cependant être étendu à toute application nécessitant de faire pénétrer une sonde à l'intérieur d'un volume de matière important pour effectuer des mesures en des points non accessibles directement. This device is particularly suitable for monitoring the fermentation process in the methane production digesters of household waste treatment plants. It can however be extended to any application requiring a probe to penetrate inside a large volume of material in order to carry out measurements at points which are not directly accessible.

I1 est clair dans l'application ci-avant que les mesures effectuées en périphérie de la zone de confinement (de la cuve dans ce cas précis) sont peu représentatives du milieu "actif". It is clear in the above application that the measurements made on the periphery of the confinement zone (of the tank in this specific case) are not very representative of the "active" medium.

I1 convient donc de prendre les mesures à une certaine distance de la paroi et en des points multiples à l'intérieur du volume de confinement permettant éventuellement de mettre en évidence des hétérogénéités dans l'état de la matière en place. It is therefore advisable to take the measurements at a certain distance from the wall and at multiple points inside the confinement volume possibly making it possible to highlight heterogeneities in the state of the material in place.

Les principaux objectifs auxquels doit répondre un tel moyen d'instrumentation sont les suivants -possibilité de déplacement, avec pénétration de la matière, sur de gran
des distances (plusieurs mètres), - possibilité d'isolation vis-à-vis du milieu à mesurer, - possibilité de mesurer différents paramètres, - possibilité de nettoyage des capteurs sans démontage, - possibilité d'échantillonnage, - encombrement le plus réduit possible, - contrôle du positionnement du point de mesure et choix du point d' instru
mentation, - possibilité de modifier l'orientation de l'axe de déplacement.The main objectives to which such a means of instrumentation must respond are the following - possibility of displacement, with penetration of the material, on large
distances (several meters), - possibility of isolation from the medium to be measured, - possibility of measuring different parameters, - possibility of cleaning the sensors without dismantling, - possibility of sampling, - smallest possible footprint , - control of the positioning of the measuring point and choice of the instrument point
mentation, - possibility to modify the orientation of the axis of displacement.

Parmi les brevets déposés à ce jour dans ce domaine, aucun ne répond complètement à l'ensemble de ces contraintes. Among the patents filed to date in this field, none fully meets all of these constraints.

La plupart des inventions objets des brevets concernés ne permettent pas de déplacement important : c'est le cas des brevets GB. A. 217 4677/
WO.A. 850 3773/DE. A. 315 1396.Most of the inventions covered by the patents concerned do not allow significant displacement: this is the case for GB patents. A. 217 4677 /
WO.A. 850 3773 / DE. A. 315 1396.

Le brevet US. A. 429 4124 comporte un système de déplacement par vis sans fin donc induisant un encombrement important (diamètre important en raison de la présence de la vis sans fin et longueur de l'appareillage au minimum égale à celle du déplacement). Ce système ne permet que des échantillonnages sans possibilité de mesures. The US patent. A. 429 4124 comprises a displacement system by endless screw therefore inducing a significant bulk (large diameter due to the presence of the endless screw and length of the apparatus at least equal to that of displacement). This system only allows sampling without the possibility of measurement.

Le brevet US. A. 447 9393 est à peu près similaire au précédent ; il ne comporte pas de possibilité d'isolation vis-à-vis du milieu à instrumenter. The US patent. A. 447 9393 is roughly similar to the previous one; it does not include the possibility of isolation from the medium to be instrumented.

Le dispositif selon l'invention satisfait aux diverses contraintes précédentes. The device according to the invention satisfies the various preceding constraints.

Celui-ci comprend - un module (1) contenant la chambre de mesure et de prélèvement, avec cap
teur (26), - connecté mécaniquement à un tube semi-rigide (2) dans lequel ont été
préalablement introduits divers tubes devant servir aux fonctions suivan
tes
. ouverture et fermeture de la chambre de mesure pour le tube (3),
nettoyage (27) des capteurs et prélèvement respectivement pour les
tubes (4) et (5),
. passage des connections électriques des capteurs pour le tube (6), - un module de déplacement longitudinal (7) du tube (2) monté sur un ensem
ble (8) permettant de faire varier l'orientation de l'axe de déplacement
dans la mesure des possibilités géométriques autorisées par l'ensemble
"piquage" (14) sur la cuve (15), et équipé de moyens de contrôle (9) de
la profondeur de déplacement, - un touret (10) sur lequel vient s'enrouler le tube (2) permettant ainsi
un encombrement réduit, - une sortie type en Y (11) dans l'axe du touret permettant le passage de
l'ensemble des fluides d'un système rotatif à un système statique par
l'intermédiaire d'un collecteur hydraulique et électrique, - une centrale hydraulique (12) servant à l'alimentation, soit du tube (3)
pour ouverture de la chambre, soit de l'intérieur du tube (2), - des moyens d'isolation (13), par vannes par exemple, montés sur un piqua
ge (14) réalisé sur la cuve (15) à instrumenter, - des moyens (16) permettant une étanchéité dynamique sur le tube (2) en
déplacement.This includes - a module (1) containing the measurement and sampling chamber, with cap
tor (26), - mechanically connected to a semi-rigid tube (2) in which have been
previously introduced various tubes to be used for the following functions
your
. opening and closing of the measurement chamber for the tube (3),
cleaning (27) of the sensors and sampling respectively for the
tubes (4) and (5),
. passage of the electrical connections of the sensors for the tube (6), - a longitudinal displacement module (7) of the tube (2) mounted on a set
ble (8) allowing the orientation of the displacement axis to be varied
to the extent of the geometric possibilities authorized by the set
"tapping" (14) on the tank (15), and equipped with control means (9) of
the displacement depth, - a reel (10) on which the tube (2) is wound, thus allowing
reduced dimensions, - a standard Y-shaped outlet (11) in the axis of the reel allowing the passage of
the set of fluids from a rotary system to a static system by
through a hydraulic and electrical manifold, - a hydraulic unit (12) used for the supply, or of the tube (3)
for opening the chamber, either from the inside of the tube (2), - isolation means (13), by valves for example, mounted on a rod
ge (14) produced on the tank (15) to be instrumented, - means (16) allowing dynamic sealing on the tube (2) in
displacement.

Le dimensionnement de chacun de ces moyens dépend pour l'essentiel de la taille des capteurs utilisés et de l'ampleur du déplacement souhaité, conditionnant ainsi la rigidité nécessaire à l'ensemble du système en mouvement. The dimensioning of each of these means depends essentially on the size of the sensors used and the extent of the desired displacement, thus conditioning the rigidity necessary for the entire system in motion.

Afin de réduire le dimensionnement dudit système, il peut être recouru à l'une ou l'autre ou l'une et l'autre des solutions suivantes - mettre en place un tube guide (17) permettant de guider le tube (2) dans
la direction du déplacement prévu entre le système d'entraînement (7) et
le piquage (14).In order to reduce the dimensioning of said system, one or the other or both of the following solutions can be used - put in place a guide tube (17) making it possible to guide the tube (2) in
the direction of travel planned between the drive system (7) and
the stitching (14).

- mettre l'intérieur du tube (2) sous une pression suffisamment élevée,
compatible avec ses caractéristiques mécaniques et celles des tubes inté
rieurs (3), (4), (5) et (6) pour compenser le manque de rigidité naturel
le du système.- put the inside of the tube (2) under a sufficiently high pressure,
compatible with its mechanical characteristics and those of the inner tubes
laughers (3), (4), (5) and (6) to compensate for the lack of natural rigidity
the system.

Cette dernière solution permet, dans certaines configurations, d'avoir recours à des tubes renforcés non métalliques et de diminuer ainsi le diamètre d'enroulement minimum du tube (2) sur le touret et, par conséquent, l'encombrement global du système. The latter solution makes it possible, in certain configurations, to use reinforced non-metallic tubes and thus to reduce the minimum winding diameter of the tube (2) on the reel and, consequently, the overall bulk of the system.

La description de chacun des sous-ensembles intervenant dans l'invention ne constitue que l'une des solutions possibles et n'est en aucune fa çon limitative. The description of each of the sub-assemblies involved in the invention constitutes only one of the possible solutions and is in no way limiting.

Le module de mesure et de prélèvement (1) est conçu de façon à pouvoir être facilement retiré du tube (2), soit pour effectuer de la maintenance préventive ou curative, soit pour être échangé avec un autre module permettant de réaliser d'autres mesures ou opérations. The measurement and sampling module (1) is designed so that it can be easily removed from the tube (2), either to carry out preventive or curative maintenance, or to be exchanged with another module allowing other measurements to be made. or operations.

Les éléments fonctionnels constitutifs du module de mesure et de prélèvement (1) peuvent utiliser des solutions standard existantes
- capteurs (26) (pH, oxygène dissous, conductivité, etc.),
- cartouche filtrante (28) entre le milieu à mesurer et la chambre
de mesure,
- moyens hydrauliques (29) (piston, ...) permettant de faire commu
niquer ou d'obturer le circuit en aval de la cartouche filtrante
entre le milieu à mesurer et la chambre de mesure.The functional elements making up the measurement and sampling module (1) can use existing standard solutions
- sensors (26) (pH, dissolved oxygen, conductivity, etc.),
- filter cartridge (28) between the medium to be measured and the chamber
of measurement,
- hydraulic means (29) (piston, ...) making it possible to make commun
connect or seal the circuit downstream of the filter cartridge
between the medium to be measured and the measuring chamber.

La mise en place des tubes (3), (4), (5) et (6) dans le tube (2), l'en- roulement sur touret (10) et le collecteur (11) sont des extensions de systèmes développés sous le nom de "coiled tubing" pour l'industrie pétrolière. The installation of tubes (3), (4), (5) and (6) in the tube (2), the reel winding (10) and the collector (11) are extensions of developed systems. under the name of "coiled tubing" for the petroleum industry.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le système d'avancement est constitué de deux bandes de roulement opposées (25) pinçant le tube (2), entraînées par 2 roues menantes (18) et tendues par 2 roues folles (19). In the preferred embodiment of the invention, the advancement system consists of two opposite treads (25) pinching the tube (2), driven by 2 driving wheels (18) and stretched by 2 idler wheels (19 ).

L'information sur l'avancement du tube (2) est fournie par un encodeur (9) connecté au système d'entraînement et transmettant un nombre d'impulsions fonction de la profondeur de la sonde dans la cuve. Cet encodeur permet, si nécessaire, de réaliser un enregistrement continu -une diagraphiede paramètres à mesurer en fonction de la position du module de mesure (1).  Information on the progress of the tube (2) is provided by an encoder (9) connected to the drive system and transmitting a number of pulses depending on the depth of the probe in the tank. This encoder allows, if necessary, to carry out a continuous recording - a log of parameters to be measured as a function of the position of the measurement module (1).

La variation de l'orientation de l'axe de déplacement est réalisée par l'ensemble (8) - soit à l'aide d'une interface mécanique (20) entre la vanne d'isolation
(13) et le système d'étanchéité (16) dont les plans de joint avec les
ensembles (13) et (16) ne sont pas parallèles mais font un angle dépen
dant de la direction souhaitée ; la rotation de cette interface (20) sur
la vanne (13), dont l'amplitude dépend de l'espacement des boulons de fi
xation (6 boulons équidistants correspondant à un pas de rotation de 60
degrés), permet de choisir la direction de déplacement selon l'axe d'un
cône dont le sommet est au centre de la fixation de (20) avec le système
d'étanchéité (16) ; selon le nombre d'orientations souhaitées, on peut
prévoir 1, 2 ou plus de modules d'interfaces ; - soit un système à rotule (21) permettant de choisir à volonté cette
orientation, dans la limite d'un angle maximum entre les 2 plans de joint
à ne pas dépasser - soit tout autre système incluant une possibilité de rotation autour de
l'axe de la vanne (13) associée à un basculement dans un plan passant par
cet axe et perpendiculaire au plan de joint de cette vanne (13).The orientation of the movement axis is varied by the assembly (8) - either using a mechanical interface (20) between the isolation valve
(13) and the sealing system (16) whose joint planes with the
sets (13) and (16) are not parallel but form a dependent angle
in the desired direction; the rotation of this interface (20) on
the valve (13), the amplitude of which depends on the spacing of the bolts of fi
xation (6 equidistant bolts corresponding to a rotation pitch of 60
degrees), allows you to choose the direction of movement along the axis of a
cone with the apex at the center of the attachment of (20) with the system
sealing (16); depending on the number of orientations desired, we can
provide 1, 2 or more interface modules; - Or a ball joint system (21) allowing to choose at will this
orientation, within the limit of a maximum angle between the 2 joint planes
not to be exceeded - or any other system including the possibility of rotation around
the axis of the valve (13) associated with a tilting in a plane passing through
this axis and perpendicular to the joint plane of this valve (13).

Si nécessaire, le module de mesure (1) peut inclure un module de forage mû par une turbine (22) alimentée par l'un des tubes intérieurs. If necessary, the measurement module (1) can include a drilling module driven by a turbine (22) supplied by one of the inner tubes.

Pour éviter que la matière ne s'accumule derrière la vanne d'isolation (13) et, après séchage, n'obstrue le passage, il est prévu, si nécessaire, en amont de cette vanne un système de nettoyage pour lessivage périodique. To prevent material from accumulating behind the isolation valve (13) and, after drying, obstructing the passage, there is provided, if necessary, upstream of this valve a cleaning system for periodic leaching.

Dans le cas de mesures sur de la matière non confinée mais stockée à l'air libre, le système module (1), tubes (2), (3), (4), (5) et (6)/ entraînement (7)/orientation (8)/touret (10), peut être opéré après fixation sur une assise (23) elle-même bloquée pour supporter la réaction de l'ef- fort de pénétration du module (1) dans la matière. In the case of measurements on material not confined but stored in the open air, the module system (1), tubes (2), (3), (4), (5) and (6) / drive (7 ) / orientation (8) / reel (10), can be operated after fixing on a seat (23) itself blocked to support the reaction of the force of penetration of the module (1) into the material.

Par ailleurs, le tube (6) contenant les câbles électriques peut être supprimé si ceux-ci sont choisis pour pouvoir travailler sous pression et sils sont équipés aux deux extrémités du tube (2), au niveau du collecteur (11) et du module (1), de systèmes de connections étanches. Furthermore, the tube (6) containing the electric cables can be omitted if these are chosen to be able to work under pressure and if they are fitted at the two ends of the tube (2), at the level of the collector (11) and of the module ( 1), waterproof connection systems.

Enfin, le nombre de tubes intérieurs peut être adapté à la configuration requise par les prestations prévues au niveau du module que ce soit en diminution ou en augmentation.  Finally, the number of interior tubes can be adapted to the configuration required by the services provided at the module level, whether it be decreasing or increasing.

Claims (15)

REVENDICATIONS 1) Dispositif pour introduire une sonde (1) à l'intérieur d'un fermenteur (15) de matière organique, échantillonner et mesurer des paramètres physico-chimiques de la matière en place, caractérisé en ce qu'il comporte le module de mesure et d'échantillonnage (1) connecté à un tube porteur (2) contenant lui-même à l'intérieur un tube hydraulique (3) d'ouverture et de fermeture de la chambre de mesure, des tubes (4) et (5) pouvant être utilisés pour le prélèvement du fluide à mesurer et le nettoyage des capteurs (26) après utilisation, un tube (6) protégeant le passage des connections électriques entre les capteurs et le module (24) de traitement des mesures, un module de déplacement longitudinal (7) transmettant l'effort de poussée nécessaire à la pénétration de la sonde dans le milieu, un touret d'enroulement (10) du tube (2) interfacé avec une centrale hydraulique (12) pour le tube (3) et l'intérieur du tube (2) et avec le module de traitement des mesures (24) via un collecteur (11). 1) Device for introducing a probe (1) inside an organic matter fermenter (15), sampling and measuring physico-chemical parameters of the matter in place, characterized in that it includes the measurement module and sampling (1) connected to a support tube (2) itself containing inside a hydraulic tube (3) for opening and closing the measurement chamber, tubes (4) and (5) can be used for sampling the fluid to be measured and cleaning the sensors (26) after use, a tube (6) protecting the passage of the electrical connections between the sensors and the measurement processing module (24), a displacement module longitudinal (7) transmitting the thrust force necessary for the penetration of the probe into the medium, a winding reel (10) of the tube (2) interfaced with a hydraulic unit (12) for the tube (3) and the inside the tube (2) and with the measurement processing module (24) via a collector (11). 2) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que l'axe de déplacement de la sonde peut être orienté selon un certain angle par rapport à l'axe du piquage (14) afin de prendre des mesures en des points situés en dehors du rayon de la cuve (15) passant par l'axe du piquage (14). 2) Device according to claim 1 characterized in that the axis of movement of the probe can be oriented at a certain angle relative to the axis of the nozzle (14) in order to take measurements at points outside the radius of the tank (15) passing through the axis of the nozzle (14). 3) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que la rigidité du tube (2) peut être augmentée, permettant d'utiliser à cette fin du tube autorisant un rayon d'enroulement plus petit, en mettant l'intérieur du tube (2) sous une pression suffisante par l'intermédiaire de la centrale hydraulique (12). 3) Device according to claim 1 characterized in that the rigidity of the tube (2) can be increased, allowing to use for this purpose the tube allowing a smaller winding radius, by putting the inside of the tube (2) under sufficient pressure via the hydraulic unit (12). 4) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que la profondeur de déplacement de la sonde est connue en permanence grâce à un encodeur (9) connecté au système d'entraînement du tube (2), permettant si nécessaire un enregistrement continu du paramètre mesuré en fonction de la profondeur du module de mesure (1). 4) Device according to claim 1 characterized in that the depth of displacement of the probe is permanently known thanks to an encoder (9) connected to the drive system of the tube (2), allowing if necessary a continuous recording of the parameter measured in depending on the depth of the measuring module (1). 5) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que l'ouverture de la chambre de mesure est obtenue par application de pression dans le tube (3) sur un piston (29). 5) Device according to claim 1 characterized in that the opening of the measurement chamber is obtained by applying pressure in the tube (3) on a piston (29). 6) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs (26) peuvent être nettoyés si nécessaire par l'intermédiaire du tube (4) alimentant le système (27), sans démontage du module de mesure (1), l'éva- cuation étant faite par le tube (5). 6) Device according to claim 1 characterized in that the sensors (26) can be cleaned if necessary via the tube (4) supplying the system (27), without dismantling the measurement module (1), the eva- cuation being made by the tube (5). 7) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que des échantillons de fluide peuvent être prélevés par l'intermédiaire de l'un des tubes (4) ou (5).  7) Device according to claim 1 characterized in that fluid samples can be taken via one of the tubes (4) or (5). 8) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que le module de mesure (1) peut inclure un élément forage dont l'énergie nécessaire est fournie par l'intermédiaire d'une turbine (22) alimentée par l'un des tubes intérieurs. 8) Device according to claim 1 characterized in that the measurement module (1) may include a drilling element whose necessary energy is supplied via a turbine (22) supplied by one of the inner tubes. 9) Dispositif selon revendications 1 et 8 caractérisé en ce que le dispositif peut être utilisé avec des matières de caractéristiques mécaniques similaires à celles de la matière organique des cuves de méthanisation. 9) Device according to claims 1 and 8 characterized in that the device can be used with materials with mechanical characteristics similar to those of the organic material of methanization tanks. 10) Dispositif selon revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que le dispositif peut être utilisé avec des matières non confinées mais stockées à l'air libre, le système module (1)/tubes (2), (3), (4), (5) et (6)/entraînement (7) et système d'orientation (8), devant simplement être fixé sur une assise (23) pouvant supporter la réaction de l'effort de pénétration du module (1) dans la matière. 10) Device according to claims 1, 8 and 9 characterized in that the device can be used with unconfined materials but stored in the open air, the module system (1) / tubes (2), (3), (4 ), (5) and (6) / drive (7) and orientation system (8), simply having to be fixed on a seat (23) able to withstand the reaction of the force of penetration of the module (1) into the matter. 11) Dispositif selon revendications 1 et 8 caractérisé en ce que le dispositif comporte un système d'étanchéité dynamique (16). 11) Device according to claims 1 and 8 characterized in that the device comprises a dynamic sealing system (16). 12) Dispositif selon revendications 1 et 8 caractérisé en ce que l'entrée de la vanne d'isolation (13), en partie amont, peut comporter un système de nettoyage. 12) Device according to claims 1 and 8 characterized in that the inlet of the isolation valve (13), partly upstream, may include a cleaning system. 13) Dispositif selon revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que le module (1) peut être facilement échangé en fonction des prestations à effectuer. 13) Device according to claims 1, 8 and 9 characterized in that the module (1) can be easily exchanged depending on the services to be performed. 14) Dispositif selon revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que le système peut être adapté aux prestations demandées et ne comprendre que le minimum de tubes intérieurs requis par l'application prévue. 14) Device according to claims 1, 8 and 9 characterized in that the system can be adapted to the services requested and include only the minimum of inner tubes required by the intended application. 15) Dispositif selon revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que le tube (6) contenant les câbles électriques des capteurs peut éventuellement être supprimé dans la mesure où ceux-ci sont équipés aux deux extrémités du tube (2) de systèmes de connections étanches.  15) Device according to claims 1, 8 and 9 characterized in that the tube (6) containing the electrical cables of the sensors can optionally be omitted insofar as these are equipped at both ends of the tube (2) with connection systems waterproof.
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