FR3068781A1 - Procede de detection de fuite d'une piece creuse et installation pour la mise en œuvre d'un tel procede - Google Patents

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Abstract

Procédé de détection de fuite d'une pièce creuse comprenant les étapes consistant à sceller ladite pièce creuse (1), à créer une différence de pressions P1 et P2 entre l'intérieur de ladite pièce creuse et un compartiment adjacent (2) ou une enceinte, à mettre un gaz traceur dans l'un parmi la pièce creuse et ledit compartiment ou ladite enceinte, à attendre un temps d'enrichissement T puis à effectuer une étape consistant à filtrer sur au moins une membrane (6) le contenu de ladite pièce creuse ou dudit compartiment (2) ou de ladite enceinte où n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane (6) le gaz traceur que ledit contenu contient éventuellement, puis à rechercher la présence de gaz traceur dans ledit volume. Installation pour la mise en œuvre du procédé.

Description

Procédé de détection de fuite d'une pièce creuse et installation pour la mise en œuvre d'un tel procédé
Domaine de l'invention
L'invention concerne la détection de fuites dans des pièces industrielles creuses dont l'étanchéité doit être contrôlée.
Plus précisément, l'invention concerne la détection de telles fuites mettant en œuvre un gaz traceur.
L'invention trouve notamment son application dans le domaine de la fabrication de pièces destinées à l'industrie, telle que l'industrie automobile, en vue de la détection de fuites de diverses pièces dont le fonctionnement nécessite une parfaite étanchéité.
Art antérieur
Parmi les techniques de détection de fuites mettant en œuvre un gaz traceur, certaines consistent à pressuriser l'intérieur de la pièce à tester avec un tel gaz et à la placer dans une chambre pour détecter les faibles quantités de gaz qui auraient fuit de la pièce vers cette chambre. D'autres techniques consistent au contraire à placer la pièce à tester dans un environnement riche en gaz traceur et à rechercher la présence de ce gaz à l'intérieur de la pièce à tester.
Il est ainsi connu de détecter, notamment les très faibles fuites, en plaçant l'intérieur d'une pièce à tester sous un vide très poussé, puis à y détecter les molécules de gaz traceur ayant pu pénétrer dans la pièce.
Ainsi, le brevet américain US-A-5,661,229 décrit la détection dans un espace de mesure du passage d'hélium à travers une couche de verre de quartz conçue pour ne laisser passer que ce gaz.
La demande de brevet WO-1-2017012904 décrit quant à elle un procédé de contrôle de l'étanchéité de produits scellés, utilisant aussi l'hélium comme gaz traceur, selon lequel la mesure de concentration en hélium est réalisée grâce à un spectromètre de masse.
Un inconvénient de ces techniques est qu'elles nécessitent de créer un vide poussé, ce qui augmente leur coût de mise en œuvre. Un tel vide poussé nécessite en effet l'utilisation d'un matériau coûteux et une maintenance importante. L'utilisation de spectromètres augmente aussi les coûts.
D'autres techniques, qui ne nécessitent pas la mise en œuvre d'un vide poussé, consistent à pressuriser la pièce à tester de gaz traceur et à chercher la fuite à l'aide d'un détecteur de type «sniffeur». De telles méthodes permettent en outre de localiser la fuite. Par contre, avec de telles techniques la pièce n'est pas testée globalement ce qui laisse la possibilité de ne pas «sniffer» suffisamment près de la fuite et de ne pas la détecter. Parfois, le point de fuite est tout simplement inaccessible.
D'autres techniques, qui ne nécessitent pas la mise en œuvre d'un vide poussé, consistent à sceller la pièce à tester, à la placer dans une enceinte, à pressuriser la pièce et à laisser l'enceinte à la pression atmosphérique puis à attendre un temps suffisamment long pour pouvoir ensuite y détecter la présence éventuelle d'un gaz traceur à l'aide d'un détecteur sensible à ce gaz.
De telles techniques, dites par accumulation, présentent l'inconvénient d'être longues à mettre en œuvre, ce qui peut se révéler incompatible avec les cadences de production des pièces à tester.
De plus, la concentration de gaz traceur après accumulation peut être trop faible pour pouvoir être détectée par les détecteurs disponibles sur le marché.
II existe donc un besoin alternatif aux procédés de détection de fuite de l'art antérieur pour diminuer leur coût de mise en œuvre tout en réduisant le temps de détection et en autorisant la détection de très petites fuites.
Objectifs de l'invention
L'invention a pour objectif de proposer un procédé de détection de fuite palliant au moins certains des inconvénients de l'art antérieur cité ci-dessus.
Notamment, un objectif de la présente invention est de décrire un tel procédé ne nécessitant pas la mise en œuvre d'un vide poussé.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé nécessitant un temps de détection de gaz traceur moins long.
Encore un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé permettant de détecter des fuites plus petites pour un même détecteur de gaz traceur du commerce.
Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé de détection de fuite d'une pièce creuse comprenant les étapes consistant à sceller ladite pièce creuse, à créer une différence de pressions PI et P2 entre l'intérieur de ladite pièce creuse et un compartiment ou une enceinte , à mettre un gaz traceur dans l'un parmi la pièce creuse et ledit compartiment ou ladite enceinte, à attendre un temps d'accumulation T puis à effectuer une étape d'enrichissement consistant à filtrer sur au moins une membrane le contenu de ladite pièce creuse ou dudit compartiment ou de ladite enceinte où n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane le gaz traceur que ledit contenu contient éventuellement, puis à rechercher la présence de gaz traceur dans ledit volume aval.
L'invention propose donc d'accumuler pendant un temps T le gaz traceur ayant pu fuiter de ou dans la pièce à tester puis de le concentrer par filtration membranaire avant de le rechercher grâce à un détecteur approprié. Une telle étape de concentration permet de détecter des fuites très petites. En effet, la détection du gaz traceur est, selon l'invention, effectuée non pas sur un contenu brut mais sur un contenu concentré. En cas de fuite très petite et en l'absence de vide très poussé dans le compartiment adjacent, la quantité de gaz traceur fuyant est infime et, à défaut d'une telle concentration, possiblement indétectable à moins de faire appel à des détecteurs complexes et coûteux tels que des spectromètres. Un tel résultat est de plus obtenu sans qu'il soit besoin de mettre en œuvre un vide poussé impliquant l'utilisation de matériel complexe et coûteux pour l'obtention et la maintenance de celui-ci. L'invention propose ainsi une alternative très intéressante aux procédés de détection de fuite de l'art antérieur.
Ce procédé pourra être mis en œuvre selon au moins deux variantes préférentielles.
Ainsi, selon une première variante, la pièce creuse à tester présentera un compartiment A et un compartiment B adjacent au compartiment A. Le procédé selon l'invention comprendra alors les étapes consistant à mettre sous pression PI d'un gaz traceur l'intérieur de l'une parmi ledit compartiment A et ledit compartiment adjacent B après l'avoir scellé, à mettre sous pression P2 < PI d'un autre gaz que le gaz traceur l'intérieur de l'autre parmi ledit compartiment A et ledit compartiment adjacent B, à attendre un temps d'accumulation T, à filtrer sur au moins une membrane le contenu de l'un du compartiment A ou du compartiment B où n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane le gaz traceur contenu éventuellement dans le compartiment A ou le compartiment B dans lequel n'a pas été mis de gaz traceur.
Selon une seconde variante, pouvant être utilisée notamment lorsque la pièce à tester ne présentera pas deux compartiment adjacents, le procédé comprendra les étapes consistant à placer ladite pièce creuse, préalablement scellée, dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression Pl d'un gaz traceur l'intérieur de l'une parmi ladite pièce creuse et ladite enceinte, à mettre sous pression P2 < Pl d'un autre gaz que le gaz traceur l'intérieur de l'autre parmi ladite pièce creuse et ladite enceinte, à attendre un temps T, à filtrer sur au moins une membrane le contenu de ladite pièce creuse ou de ladite enceinte dans laquelle n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane le gaz traceur contenu éventuellement dans ladite pièce creuse ou ladite enceinte dans laquelle n'a pas été mis de gaz traceur.
Cette seconde variante pourra elle-même être mise en œuvre selon deux sousvariantes.
Selon une sous-variante, le procédé comprend les étapes successives consistant à placer ladite pièce creuse dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression Pl dudit gaz traceur l'intérieur de ladite pièce creuse, à mettre sous pression P2<P1 dudit autre gaz l'intérieur de ladite enceinte, à attendre un temps T, à filtrer sur membrane le contenu de ladite enceinte et à rechercher la présence de gaz traceur en aval de ladite membrane.
Selon une autre sous-variante, les étapes successives consistent à placer ladite pièce creuse dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression Pl dudit gaz traceur l'intérieur de ladite enceinte, à mettre sous pression P2<P1 dudit autre gaz l'intérieur de ladite pièce creuse, à attendre un temps T, à filtrer sur membrane le contenu de ladite pièce creuse et à rechercher la présence de gaz traceur en aval de ladite membrane.
Quelle que soit la variante ou sous variante mise en œuvre, le gaz traceur sera préférentiellement choisi dans le groupe constitué par l'hélium et un mélange d'hélium ou d'hydrogène dans l'air ou l'azote. L'autre gaz est préférentiellement de l'air.
Egalement préférentiellement, la pression PI est comprise entre 1 bar et 40 bar.
La pression P2 peut être égale à la pression atmosphérique mais peut aussi être inférieure.
Le temps T, correspondant au temps où le gaz traceur peut s'accumuler dans le compartiment où il n'a pas été mis avant d'être concentré au travers de la membrane, pourra notamment varier en fonction de la taille de la pièce à tester, notamment de celle de son volume intérieur, et du niveau de fuite recherché. D'une façon générale il sera préférentiellement compris entre 30 secondes et 30 minutes. Ce temps, pouvant donc être relativement bref, pourra permettre d'observer des cadences de contrôle de pièces relativement élevées.
Selon une option intéressante, l'étape d'enrichissement du procédé selon l'invention est effectuée sur au moins deux membranes montées en cascade, permettant ainsi de filtrer sur une seconde membrane le filtrat provenant d'une première membrane. Une telle option permet de concentrer encore davantage les molécules de gaz traceur en vue de leur détection.
Différents types de membranes disponibles sur le marché pourront être mis en œuvre dans le cadre du procédé selon l'invention. Toutefois, préférentiellement, lesdites membranes sont choisies parmi les membranes polymériques et les membranes à base de silice microporeuse.
L'invention concerne également une installation pour la mise en œuvre du procédé selon celle-ci. Une telle installation comprend des moyens de mise en pression de l'intérieur de ladite pièce creuse ou de l'intérieur dudit compartiment ou de ladite enceinte, des moyens d'injection d'un gaz traceur dans ladite pièce creuse ou dans ledit compartiment ou dans ladite enceinte, l'aval de la membrane, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de filtration membranaire destinée à filtrer le contenu de ladite pièce ou dudit compartiment ou de ladite enceinte et des moyens générant une différence de pression aux bornes de ladite unité des moyens de détection dudit gaz traceur en aval de ladite unité de filtration membranaire.
Les moyens de détection incluent un détecteur de gaz traceur qui pourra notamment inclure un capteur chimique, un capteur thermosensible, un capteur à pompe ionique, un spectromètre...
L'unité de filtration membranaire sera conçue de façon à créer une différence de pressions aux bornes de la membrane compatibles avec le détecteur.
Pour la mise en œuvre du procédé selon sa deuxième variante exposée ci-dessus l'installation comprend une enceinte destinée à accueillir la pièce creuse.
Éventuellement, ladite unité de filtration membranaire inclut au moins deux membranes montées en cascade.
L'invention, ainsi que les différents avantage qu'elle présente, seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre de deux modes de réalisation de celle-ci donnés à titre simplement illustratif et non limitatif en référence aux figures 1 et 2 qui représentent de façon schématique deux installations de détection de fuites selon l'invention.
Description d'un premier mode de réalisation
En référence à la figure 1, l'installation pour la détection de fuite d'une pièce 1 comprend un compartiment 2 formant enceinte, à l'intérieur de laquelle une pièce 1 à tester peut être disposée après avoir été scellée, c'est-à-dire après avoir hermétiquement bouché toutes ses ouvertures. Dans le présent mode de réalisation, le compartiment 2 présente un volume externe à la pièce 1 de 300 cc.
Cette installation comprend par ailleurs des moyens d'injection 3 d'un gaz traceur, par exemple de l'hélium, dans le volume intérieur de la pièce 1, pour placer ce volume sous pression Pl dudit gaz traceur. Ces moyens d'injection incluent un réservoir 4 de gaz traceur sous pression plus élevée et un régulateur 5.
Une unité de filtration membranaire 12 incluant une membrane 6, est reliée à l'intérieur du compartiment 2 formant enceinte. Cette unité de filtration inclut une pompe à vérin 8. La pompe 8 permet d'amener le gaz contenu dans le compartiment 2 afin de le filtrer sur la membrane 6.
Le filtrat de la membrane 6 est ensuite amené vers un détecteur 10 de gaz traceur. Dans le cadre du présent mode de réalisation, la membrane est une membraneHyflon ® AD60X montrant une sélectivité de 50 par rapport à l'air et le détecteur est un détecteur mesurant la conductivité thermique.
Lors de la mise en œuvre du procédé, la pièce 1 scellée est placée dans le compartiment formant enceinte 2 et le volume intérieure de cette pièce est placé sous une pression Pl de gaz traceur supérieure à pression atmosphérique, en pratique pouvant aller jusqu'à 40 bar. Le compartiment formant enceinte 2 qui contient de l'air, est quant à lui laissé à la pression atmosphérique ou à une pression inférieure.
Après un temps T d'accumulation, le contenu du compartiment formant enceinte 2 est aspiré par une détente de Joule et amené en amont de la membrane 6. La pompe 8 est actionnée pour forcer ce contenu à travers la membrane 6. Le détecteur 10 mesure la quantité en gaz traceur du filtrat obtenu en aval de la membrane 6.
La pertinence de la présente invention a été confirmée en considérant une fuite de 0,01 sccm (sccm: centimètre cube par minute à pression atmosphérique et température standard) et un temps T d'accumulation de 1 minute. Le détecteur a, à l'issue de ce temps, mesuré une teneur en hélium de 1650 ppm dans le filtrat provenant de la membrane 6. En l'absence du dispositif membranaire 12, la teneur du contenu de l'enceinte après le temps T d'accumulation de une minute aurait été 50 fois moindre (les membranes Hyflon ® AD60X montrant une sélectivité de 50 par rapport à l'air) soit de 33 ppm seulement et en-deçà du seuil de détection du détecteur utilisé. Ainsi, l'invention permet, en concentrant le contenu de l'enceinte après un temps d'accumulation relativement court, de détecter des quantités de gaz traceur présent dans celles-ci qui seraient indétectable en l'absence de l'étape de filtration membranaire.
Description d'un deuxième mode de réalisation.
En référence à la figure 2, ce deuxième mode de réalisation ne diffère du premier décrit ci-dessus que par le fait que l'unité de filtration membranaire 12a inclut deux membranes 6, 7 montées en cascade et deux pompes 8a, 9. La pompe 8a permet d'amener le gaz contenu dans le compartiment 2 afin de le filtrer sur la membrane 6 et la pompe 9 permet d'amener le filtrat ainsi obtenu vers la membrane 7. Le rétentat provenant de la membrane 7 est recyclé en amont de la membrane 6 par une canalisation de recyclage 11. Le filtrat de la membrane 7 est ensuite amené vers un détecteur 10 de gaz traceur.
(On notera que dans un autre mode de réalisation, les pompes pourraient être prévues en amont des membranes, et non en aval, afin de forcer le fluide à filtrer à travers celle-ci)

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de détection de fuite d'une pièce creuse comprenant les étapes consistant à sceller ladite pièce creuse, à créer une différence de pressions PI et P2 entre l'intérieur de ladite pièce creuse et un compartiment adjacent ou une enceinte, à mettre un gaz traceur dans l'un parmi la pièce creuse et ledit compartiment ou ladite enceinte, à attendre un temps d'accumulation T puis à effectuer une étape d'enrichissement consistant à filtrer sur au moins une membrane le contenu de ladite pièce creuse ou dudit compartiment ou de ladite enceinte où n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane le gaz traceur que ledit contenu contient éventuellement, puis à rechercher la présence de gaz traceur dans ledit volume.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, ladite pièce creuse présentant un compartiment A et un compartiment B adjacent audit compartiment A, ledit procédé comprenant les étapes consistant à mettre sous pression PI d'un gaz traceur l'intérieur de l'un parmi ledit compartiment A et ledit compartiment adjacent B après l'avoir scellé, à mettre sous pression P2 < PI d'un autre gaz que le gaz traceur l'intérieur de l'autre parmi ledit compartiment A et ledit compartiment adjacent B, à attendre un temps T, à filtrer sur au moins une membrane le contenu de l'un du compartiment A ou du compartiment B où n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane le gaz traceur contenu éventuellement dans le compartiment A ou le compartiment B dans lequel n'a pas été mis de gaz traceur.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à placer ladite pièce creuse, préalablement scellée, dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression PI d'un gaz traceur l'intérieur de l'une parmi ladite pièce creuse et ladite enceinte, à mettre sous pression P2 < PI d'un autre gaz que le gaz traceur l'intérieur de l'autre parmi ladite pièce creuse et ladite enceinte, à attendre un temps T, à filtrer sur au moins une membrane le contenu de ladite pièce creuse ou de ladite enceinte dans laquelle n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane le gaz traceur contenu éventuellement dans ladite pièce creuse ou ladite enceinte dans laquelle n'a pas été mis de gaz traceur.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3 comprenant les étapes successives consistant à placer ladite pièce creuse dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression PI dudit gaz traceur l'intérieur de ladite pièce creuse, à mettre sous pression P2<P1 dudit autre gaz l'intérieur de ladite enceinte, à attendre un temps T, à filtrer sur membrane le contenu de ladite enceinte et à rechercher la présence de gaz traceur en aval de ladite membrane.
  5. 5. Procédé selon la revendication 3 comprenant les étapes successives consistant à placer ladite pièce creuse dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression PI dudit gaz traceur l'intérieur de ladite enceinte, à mettre sous pression P2<P1 dudit autre gaz l'intérieur de ladite pièce creuse, à attendre un temps T, à filtrer sur membrane le contenu de ladite pièce creuse et à rechercher la présence de gaz traceur en aval de ladite membrane.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ledit gaz traceur est choisi dans le groupe constitué par l'hélium et un mélange d'hélium ou d'hydrogène dans l'air ou l'azote.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite pression PI est comprise entre 1 bar et 40 bar.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 caractérisé en ce que ledit autre gaz est de l'air.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la dite pression P2 est inférieure ou égale à la pression atmosphérique.
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le temps T est compris entre 30 secondes et 30 minutes.
  11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 en ce que le gaz contenant éventuellement du gaz traceur est aspiré par détente de joule et comprimé sur la membrane.
  12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'étape d'enrichissement est effectuée sur une membrane .
  13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'étape d'enrichissement est effectuée sur au moins deux membranes montées en cascade.
  14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que lesdites membranes sont choisies parmi les membranes polymériques et les membranes à base de silice microporeuse.
  15. 15. Installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant des moyens de mise en pression (5) de l'intérieur de ladite pièce creuse (1) ou de l'intérieur dudit compartiment ou de ladite enceinte, des moyens d'injection (3) d'un gaz traceur dans ladite pièce creuse ou dans ledit compartiment, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de filtration membranaire (12) destinée à filtrer le contenu de ladite pièce ou dudit compartiment ou de ladite enceinte, et des moyens générant une différence de pression aux bornes de ladite unité et des moyens de détection (10) dudit gaz traceur en aval de ladite unité de filtration membranaire (12)
  16. 16. Installation selon la revendication 15 caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte destinée à accueillir ladite pièce creuse.
  17. 17. Installation selon la revendication 15 caractérisée en ce que ladite unité de filtration membranaire inclut au moins deux membranes montées en cascade.
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