EP2741861A1 - Dispositif de décapage cryogénique de surfaces non planes, en particulier de l'intérieur d'un tube - Google Patents

Dispositif de décapage cryogénique de surfaces non planes, en particulier de l'intérieur d'un tube

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EP2741861A1
EP2741861A1 EP12750439.7A EP12750439A EP2741861A1 EP 2741861 A1 EP2741861 A1 EP 2741861A1 EP 12750439 A EP12750439 A EP 12750439A EP 2741861 A1 EP2741861 A1 EP 2741861A1
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EP
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pipe
pinion
downstream
fluid
tube
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EP12750439.7A
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Charles Truchot
Frédéric Richard
Jacques Quintard
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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    • B05B13/0636—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies by means of rotatable spray heads or nozzles
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    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
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    • B05B15/65—Mounting arrangements for fluid connection of the spraying apparatus or its outlets to flow conduits
    • B05B15/652—Mounting arrangements for fluid connection of the spraying apparatus or its outlets to flow conduits whereby the jet can be oriented

Definitions

  • the invention relates to a jetting device for jets of cryogenic fluid, in particular high pressure liquid nitrogen, suitable for and designed to effectively strip the surface of a non-planar structure, in particular inside a tube. .
  • a nozzle-holder tool with a rotary movement distributing one or more jets of liquid nitrogen at a pressure of 500 to 4000 bar and at a cryogenic temperature of between -100 and -200 ° C, typically between -140 and -160 ° C.
  • the nozzle holder tool is attached to the end of a cryogenic fluid supply line which supplies the tool with cryogenic fluid, and a rotary movement about the axis of the pipe is conferred on the pipe and tool via a drive system with sprockets or belts driven by a motor.
  • the dynamic sealing of the rotary system is usually provided by a cylindrical rotating cylinder seal, arranged around the pipe being traversed longitudinally by a bronze piece and surrounded for a solid piece of stainless steel.
  • the problem to be solved is to propose a device for distributing cryogenic fluid, in particular liquid nitrogen, which makes it possible to clean and / or strip effectively the surface of a non-planar structure, in particular the interior of a tube or the like, for example the inner surface of a heat exchanger tube or used to perform a plastic extrusion.
  • etching is used in its most general sense to mean a removal of material from the surface of a substrate, and thus also includes cleaning, peeling and other surface treatment operations including removing a material or material attached to the surface of a substrate.
  • the solution of the invention is a stripping device comprising a fluid supply pipe, in particular a cryogenic fluid, such as liquid nitrogen, supplying one or more fluid distribution nozzles arranged at a free downstream end of said supply duct, and a drive motor cooperating with the fluid supply duct via a transmission mechanism, wherein the fluid supply duct comprises a fixed portion located upstream of the duct; an anchor point located on said supply pipe; and a downstream portion located downstream of the anchor point and comprising the free downstream end; and the transmission mechanism acts mechanically on the downstream portion of the pipe to obtain a determined movement of the downstream end carrying the nozzle or nozzles, characterized in that the transmission mechanism acts mechanically on the downstream portion of the pipe to give it a deformation angular torsion about its longitudinal axis.
  • a fluid supply pipe in particular a cryogenic fluid, such as liquid nitrogen
  • the device of the invention may comprise one or more of the following characteristics:
  • the torsion occurs on the downstream part of the pipeline located between the anchor point and the place of said downstream part where the transmission mechanism acts.
  • the angular deformation is a ⁇ -angle twist of the downstream pipe portion with ⁇ of between 1 and 120 °, more preferably between 30 and 90 °.
  • the angular deformation is a ⁇ -angle twist of the downstream pipe portion where ⁇ is at least 5 °, preferably at least 10 °, more preferably at least 20 °.
  • the angular deformation is a ⁇ -angle twist of the downstream pipe portion where ⁇ is at most 110 °, preferably at most 100 °, more preferably at most 95 °.
  • At least a portion of the downstream portion of the pipe is of a material resistant to fatigue by angular torsion, that is to say a material chosen to not break despite the succession of angular torsions applied thereto.
  • the material is chosen in such a way that the generated torsion does not induce, on the considered part, a stress greater than the fatigue rupture limit of the material.
  • this stress will remain below the fatigue rupture limit of 316 stainless steel at the temperature of liquid nitrogen, ie about -155 ° C., or a limit of fatigue failure of about 533 N / mm 2 .
  • Other other materials that can be used include titanium and nickel-based steels, which have properties similar to those of stainless steel. In all cases, the maximum stress experienced by the material must remain below 500 N / mm 2 .
  • At least a portion of the downstream pipe portion is a material selected from stainless steel, nickel-based steel and titanium.
  • the nozzle or nozzles each have an axis forming an angle ⁇ between 0 and 180 ° with the axis AA of said downstream channeling portion, preferably between an angle a of between 15 and
  • it comprises from 2 to 30 nozzles, preferably from 2 to 10 nozzles.
  • the transmission mechanism comprises a carrier pinion carried by the downstream portion of the pipe and a pinion drive device cooperating with said pinion-carrier.
  • the gear drive device drives the carrier pinion, preferably in oscillation, so as to generate the deformation of the downstream portion of the pipe, preferably a torsion deformation ⁇ angle of the downstream portion of the pipe.
  • the carrier pinion is rotatable about its central axis, the pipe being secured to the carrier pinion.
  • said duct coaxially crosses said pinion-carrier.
  • the gear drive device is driven by the drive motor.
  • the pinion drive device is set in motion by the drive motor via a transmission shaft driven by the motor and acting on said pinion drive.
  • the drive motor provides an oscillatory movement to the sprocket drive device via a transmission axis.
  • the sprocket drive comprises a motor sprocket or a belt.
  • the transmission axis is rotary or oscillating.
  • a portion of the downstream pipe portion comprises turns or curves, in particular a form of pigtail, lyre or the like.
  • the transmission mechanism is arranged in a transmission box, that is to say a housing, within which enters the transmission axis.
  • Holding elements are provided to hold the carrier pinion, preferably the holding elements are arranged in the transmission box.
  • the holding elements are skates, radial bearings or nipples.
  • the main pipe is a stainless steel, nickel-base steel, titanium tube.
  • the main pipe is a tube.
  • the upstream end of the tube is removable via a connector so that it can be easily replaced, especially in case of wear.
  • connection located downstream of the carrier pinion is adapted to receive an extension tube of given length so as to increase the length of the downstream portion carrying the end provided with nozzles.
  • the invention also relates to a method for stripping the inner surface of a tube with a fluid, in which a device according to the invention is used to deliver one or more jets of cryogenic fluid at a pressure of at least 500 bar, advantageously at least 1000 bar, the cryogenic fluid being liquid nitrogen.
  • the method of the invention may comprise one or more of the following technical characteristics: the cryogenic fluid, in particular liquid nitrogen, is dispensed by means of several nozzles in the form of jets of fluid at a temperature below -140 ° C. and at a pressure of at least 500 bar, advantageously between 2000 and 5000 bar, to achieve.
  • the cryogenic fluid in particular liquid nitrogen
  • the jets of fluid under pressure cause stripping of the surface of a material, in particular cleaning or stripping of the inner surface of a tube.
  • the tube to be stripped is a tube of heat exchanger or extrusion of plastic material.
  • the cryogenic fluid is at a temperature below -145 ° C., preferably between about -150 and -200 ° C.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a pickling device according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic (front) view of the carrier and motor gears of a device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 illustrates a device according to FIG. 1 inserted into a protective casing
  • FIGS. 4 and 5 show a second embodiment of a pickling device according to the present invention.
  • FIG. 6 shows the trajectory of the jets obtained with a pickling device according to the present invention.
  • FIG. 1 illustrates the principle of an embodiment of a pickling device according to the present invention implementing jets of fluid at cryogenic temperature, such as liquid nitrogen, and at high pressure, that is to say say more than 500 bar.
  • cryogenic temperature such as liquid nitrogen
  • This device comprises a main pipe 7 for supplying fluid, such as a stainless steel tube, supplying one or more fluid distribution nozzles 6 arranged at the free downstream end 5 of said pipe 7.
  • the nozzles 6 are carried by a nozzle holder tool 3 which is fixed to said downstream end 5 or formed in one piece therewith.
  • the fluid to be dispensed is a fluid at cryogenic temperature and at high pressure, in particular liquid nitrogen at a pressure between 500 and 4000 bar and a temperature between -140 and -200 ° C.
  • the fluid emanates from a source of fluid (not shown), such as a compressor, a tank, a heat exchanger, a feed line, a gas cylinder or the like, feeding the upstream end of the pipe 7 of fluid.
  • a source of fluid such as a compressor, a tank, a heat exchanger, a feed line, a gas cylinder or the like, feeding the upstream end of the pipe 7 of fluid.
  • the fluid supply line 7 of the cryogenic etching device cooperates with a drive motor 1 via a rotary transmission shaft 2 and a mechanism 8, 9, which will be detailed below.
  • the pipe 7 of supply of fluid comprises, meanwhile, a fixed portion 7b upstream, that is to say, maintained so that it is not animated by any movement, and a downstream portion 7a and which it is not fixed, that is to say that it is driven by a movement which is conferred on it by the motor 1, via the transmission mechanism 2, 8, 9 as explained below.
  • the downstream portion 7a carries the downstream end 5 of the pipe 7 where the fluid distribution nozzle or nozzles 6 are arranged, for example on a nozzle-carrying tool 3.
  • the number of nozzles 6 implemented, for example from 2 to 12 nozzles, is related to the twist angle ⁇ of the downstream pipe 7a so that the entire surface of the substrate to be treated is swept by the jets of cryogenic liquid as shown schematically in Figure 6.
  • the twist angle ⁇ of the downstream pipe 7a is preferably between 0 and 120 °, more preferably between 30 and 90 °.
  • the fluid supply pipe 7 comprises an anchoring point 10 separating the fixed upstream portion 7b and the downstream portion 7a and movable which is situated downstream of the anchoring point 10.
  • the transmission mechanism 2, 8, 9 acts in fact mechanically on the downstream portion 7a so as to give it a deformation, that is to say an angle twist ⁇ , and thus obtain a determined movement of the end downstream 5 carrying the nozzles 6, for example a reciprocating oscillating movement.
  • the nozzles 6 each have an axis forming an angle ⁇ between 0 and 180 ° with the axis AA of the downstream pipe portion 7a, which makes it possible to obtain jets of liquid cryogenic, such as liquid nitrogen, distributed laterally, for example radially, and oriented outwardly of the pipe 7, so as to clean the inside of a tube, for example.
  • liquid cryogenic such as liquid nitrogen
  • Figure 6 illustrates how the fluid jets clean the inside of a tube. Since the nozzle-carrying tool 3 is oscillating about its axis, a jet emanating from a nozzle 6 is de facto also oscillated and sweeps an inside portion of the tube.
  • the jet of liquid nitrogen delivered by each nozzle has an effect on a surface perpendicular to the axis of the cleaned tube.
  • the two parameters to achieve this complete cleaning are the number of nozzles 6 and the twist angle ⁇ of the downstream pipe 7a.
  • the transmission mechanism 2, 8, 9 comprises moving means acting mechanically on the downstream pipe portion 7a so as to give it a determined torsion movement, in particular an oscillatory torsion movement about its axis. longitudinal.
  • the engine 1 cooperates with the upstream portion 7a of the fluid supply pipe 7 via its rotary transmission axis 2 and the transmission mechanism 8, 9 to which the transmission axis 2 transmits its movement.
  • the transmission axis 2 transmits its movement. for example a rotary or oscillatory movement.
  • the drive motor 1 is a pneumatic motor, electric, gasoline or any other type of engine.
  • the transmission mechanism 2, 8, 9 comprises a carrier pinion 8 rotatable about an axis of rotation located in the center of said pinion. 8, and the downstream portion 7a of the cryogenic fluid supply line 7 is arranged centrally through said pinion-carrier 8.
  • the axis of the channel portion 7a and the axis AA of the carrier pinion 8 are merged, as shown in Figure 2.
  • the downstream portion 7a of the pipe 7 is thus arranged in a passage formed through the body of the carrier pinion 8, which passage is located within the disk that forms the pinion-carrier 8, in the center of said disk.
  • a pinion drive device 9 such as a motor pinion or a belt, cooperates with the carrier pinion 8 so as to drive said pinion-carrier 8 in oscillation by exerting on it a mechanical torsion action. around its axis.
  • the transmission shaft 2, driven by the motor 1 cooperates with the pinion drive means 9, and the pinion drive means 9 itself engages with said pinion-carrier 8 so as to transmit a given movement, for example oscillation, of the transmission axis 2 to the carrier pinion 8 and thus obtain an oscillatory torsion movement of the downstream pipe portion 7a carrying the fluid distribution nozzles 6 arranged at the downstream end 5 thereof, that is to say arranged on the tool 3 nozzle holder used to distribute the jet of fluid at high pressure.
  • the device also comprises a gearbox 13 forming a protective casing, into which the transmission shaft 2 engages and which houses the transmission mechanism 8, 9.
  • the gear 8 is held in place by a set of pads or by bearings of any type, for example with needles or balls, preferably balls (not detailed in Figure 3).
  • the fluid supply pipe 7 cooperates with anchoring means 10, such as a flange, a slotted nut, an elastic cone, a rack and pinion system or any other suitable mechanical device for maintaining the fixed pipe 7 and in position relative to the rest of the jet distribution device.
  • anchoring means 10 such as a flange, a slotted nut, an elastic cone, a rack and pinion system or any other suitable mechanical device for maintaining the fixed pipe 7 and in position relative to the rest of the jet distribution device.
  • the anchoring means 10 are arranged on the pipe 7 upstream of the carrier pinion
  • the pipe 7 is, on the one hand, kept fixed or approximately fixed at and because of the anchoring means 10, and, on the other hand, has a downstream end 5 provided with nozzles 6. which is mobile and describes a given movement, preferably oscillatory, when the motor 1 drives the transmission axis 2, the motor pinion 9 connected to the axis 2, and the pinion-carrier 8, which itself causes the tube 7 according to a determined trajectory, in particular of oscillatory torsion or the like.
  • the torsion force applied to the pipe 7 by the transmission mechanism 8, 9 is distributed over the downstream portion 7a between the anchoring point 10 and the pinion-carrier 8.
  • the anchor point 10 is a mechanical element for blocking / preventing or unblocking / allowing the slippage of the pipe 7 through the device.
  • the mechanical element of the anchoring point 10 can be loosened easily by the user, for example by using a suitable tool, so as to adjust or adjust the distance of the portion 7a between including the door tool 5 and the carrier pinion 8.
  • the connector 14 connects the upstream portion 7b to the cryogenic fluid supply line. This connection allows easy disassembly and change if necessary, the tube cleaning system.
  • the pipe 7 is divided into two parts connected by a connector 11, preferably a very high pressure static coupling 11, positioned upstream of the anchoring point 10, as shown in FIGS. 1, 3 and 4. This makes it easy to replace the part of the tube 7 located between this static connection 11 and the nozzle-holder tool 5, by an extension tube 12 of suitable length without having to move or modify the assembly of the tube 7.
  • the nature of the material constituting the tube 7 and its dimensioning, i.e. inside and outside diameters of said tube 7, are important.
  • a stainless steel tube is preferentially used as pipe 7, and of internal and external diameters as given in the table below.
  • a pickling device is as follows when it comes to pickling the inner surface of a tube, for example a heat exchanger tube, with liquid nitrogen at a pressure of more than 500 bar.
  • the free downstream end 5 of the liquid nitrogen supply line 7 comprising the distribution nozzles 6 of the pickling device of the invention is introduced into the tube to be stripped.
  • downstream portion 7a of the tube 7 is twisted at an angle ⁇ about its longitudinal axis in order to sweep through the jets of liquid nitrogen delivered by the nozzles 6, an area or area sufficient to perform an effective cleaning of the internal surface of the considered substrate, that is to say the inner wall of the tube, as shown in Figure 6.
  • the free downstream end 5 carrying the nozzles 6 describes, under the effect of the torsion it undergoes, a semi-circular lateral sweep of the inside of the tube to be stripped, since the portion 7a downstream is animated by an oscillation movement, that is to say oscillating back and forth, and that the nozzles 6 are oriented so as to form an angle of about 45 ° in this case with the axis of the downstream portion 7a of the pipe 7.
  • the torsion angle ⁇ can be 45 ° without risk of fatigue damage to Line 7.
  • this tube undergoes a maximum stress of about 486 N / mm 2 which remains below the fatigue rupture limit of a 316 stainless steel at the temperature of liquid nitrogen, ie about -155 ° C.
  • This fatigue failure limit for 316 stainless steel at the temperature of the liquid nitrogen under consideration is about 533 N / mm 2 .
  • torsion angle ⁇ equal to 45 °, it is sufficient to have less than 1 m of tube disposed pigtail for example.
  • the pickling device of the invention has been described in relation to a cryogenic fluid distribution, namely liquid nitrogen supplying fluid distribution nozzles. This is a particularly preferred embodiment of the invention. However, the pickling device of the invention could also be used to dispense other fluids, such as a non-liquefied gas, in particular ambient air or nitrogen, or even treated or untreated liquid water.

Landscapes

  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)

Abstract

L'invention porte sur un dispositif de décapage comprenant une canalisation d'amenée (7) de fluide, en particulier d'un fluide cryogénique, tel de l'azote liquide, alimentant une ou plusieurs buses (6) de distribution de fluide agencées à une extrémité aval libre (5) de ladite canalisation d'amenée (7), et un moteur d'entraînement (1) coopérant avec la canalisation d'amenée de fluide (7) par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission (2, 8, 9). La canalisation d'amenée de fluide (7) comprend une portion fixe (7b) située en amont d'un point d'ancrage (10) situé sur ladite canalisation d'amenée (7), et une portion aval (7a) située en aval du point d'ancrage (10) et comprenant l'extrémité aval libre (5). Le mécanisme de transmission (2, 8, 9) agit mécaniquement sur ladite portion aval (7a) de canalisation pour obtenir un mouvement déterminé de l'extrémité aval (5) portant la ou les buses (6), à savoir pour lui conférer une déformation angulaire par torsion autour son axe longitudinal. De préférence, la déformation angulaire est une torsion d'angle β de la portion aval (7a) de canalisation avec β compris entre 1 et 120 °, de préférence entre 30 et 90°. Procédé de décapage de la surface interne d'un tube avec un fluide cryogénique, dans lequel on met en œuvre un dispositif selon l'invention.

Description

Dispositif de décapage cryogénique de surfaces non planes, en particulier de l'intérieur d'un tube
L'invention porte sur un dispositif de décapage par jets de fluide cryogénique, en particulier d'azote liquide sous haute pression, apte à et conçu pour décaper efficacement la surface d'une structure non plane, en particulier l'intérieur d'un tube.
L'utilisation de jets cryogéniques sous très haute pression pour réaliser des traitements de surface de matériaux a été proposée par les documents US-A-7, 310,955 et US-A-7, 316,363.
Ainsi, il est connu de décaper une surface au moyen d'un outil porte-buses animé d'un mouvement rotatif distribuant un ou des jets d'azote liquide à une pression de 500 à 4000 bars et à température cryogénique comprise entre -100 et -200°C, typiquement entre -140 et -160°C. Plus précisément, l'outil porte-buses est fixé à l'extrémité d'une canalisation d'amenée de fluide cryogénique qui alimente l'outil en fluide cryogénique, et un mouvement rotatif autour de l'axe de la canalisation est conféré à la canalisation et à l'outil via un système d'entraînement à pignons ou courroies mus par un moteur. L'étanchéité dynamique du système rotatif est habituellement assurée par un joint cylindre tournant, de forme cylindrique, agencé autour de la canalisation en étant traversé longitudinalement par une pièce en bronze et entouré pour une pièce massive en inox.
Une alternative a été proposée par le document WO-A-2011/010030 qui propose un dispositif de décapage de surface comprenant un outil porte-buses sans joint tournant, lequel présente une durée de vie supérieure à celle d'un outil avec joint tournant, tel celui susmentionné.
Si ces dispositifs sont adaptés au décapage de surfaces planes ou sensiblement planes, il est apparu en pratique qu'ils ne l'étaient pas toujours ou présentaient une moindre efficacité lorsque les surfaces à décaper présentent des formes plus complexes et/ou qui sont d'accès plus difficile.
En particulier, il est apparu que ces outils présentaient des limites en termes d'efficacité lorsque la surface à décaper est circulaire ou analogue, par exemple lorsqu'elle forme l'intérieur d'une structure tubulaire, tel un tuyau, un tube, un conduit, une canalisation, un pipeline ou analogue, par exemple les tubes d'échangeurs thermiques ou ceux d'extrusion plastique.
Au vu de cela, le problème à résoudre est de proposer un dispositif de distribution de fluide cryogénique, en particulier d'azote liquide, qui permette de nettoyer et/ou décaper efficacement la surface d'une structure non plane, en particulier l'intérieur d'un tube ou analogue, par exemple la surface interne d'un tube d'échangeur thermique ou servant à opérer une extrusion plastique.
Dans le cadre de la présente invention :
- le terme « décapage » est utilisé dans son sens le plus général pour signifier une élimination de matière de la surface d'un substrat, et englobe donc aussi des opérations de nettoyage, d'écroutage et toute autre opération de traitement de surface comprenant la suppression d'une matière ou d'un matériau fixé sur la surface d'un substrat.
- les termes « tuyau », « tube », « conduit », « canalisation » et « pipeline » sont considérés comme strictement équivalents et sont regroupés sous l'appellation générique de
« tubes ».
La solution de l'invention est un dispositif de décapage comprenant une canalisation d'amenée de fluide, en particulier d'un fluide cryogénique, tel l'azote liquide, alimentant une ou plusieurs buses de distribution de fluide agencées à une extrémité aval libre de ladite canalisation d'amenée, et un moteur d'entraînement coopérant avec la canalisation d'amenée de fluide par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission, dans lequel la canalisation d'amenée de fluide comprend une portion fixe située en amont d'un point d'ancrage situé sur ladite canalisation d'amenée ; et une portion aval située en aval du point d'ancrage et comprenant l'extrémité aval libre ; et le mécanisme de transmission agit mécaniquement sur la portion aval de canalisation pour obtenir un mouvement déterminé de l'extrémité aval portant la ou les buses, caractérisé en ce que le mécanisme de transmission agit mécaniquement sur la portion aval de canalisation pour lui conférer une déformation angulaire par torsion autour son axe longitudinal.
Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la torsion se produit sur la partie aval de canalisation située entre le point d'ancrage et l'endroit de ladite partie aval où agit le mécanisme de transmission.
- il comporte plusieurs buses agencées autour de la périphérie de l'extrémité aval de la portion aval de canalisation.
- il comporte plusieurs buses angulairement répartie autour de la périphérie de l'extrémité aval de la portion aval de canalisation. - la déformation angulaire est une torsion d'angle β de la portion aval de canalisation avec β compris entre 1 et 120 °, de préférence encore entre 30 et 90°.
- la déformation angulaire est une torsion d'angle β de la portion aval de canalisation où β est égal à au moins 5°, de préférence à au moins 10°, de préférence encore à au moins 20°.
- la déformation angulaire est une torsion d'angle β de la portion aval de canalisation où β est égal à au plus 110°, de préférence au plus 100°, de préférence encore à au plus 95°.
- au moins une partie de la portion aval de canalisation est en un matériau résistant à la fatigue par torsion angulaire, c'est-à-dire un matériau choisi pour ne pas se rompre malgré la succession de torsions angulaires qui lui sont appliquées. En fait, on choisit le matériau de telle manière que la torsion générée n'induise pas, sur la partie considérée, une contrainte supérieure à la limite de rupture par fatigue du matériau. Par exemple, en utilisant un tube en acier inoxydable 316, cette contrainte va rester inférieure à la limite de rupture par fatigue de l'acier inoxydable 316 à la température de l'azote liquide, soit environ -155°C, soit une limite de rupture par fatigue de 533 N/mm2 environ. D'autres autres matériaux utilisables sont notamment le titane et les aciers à base de nickel, qui ont des propriétés similaires à celle de l'acier inoxydable. Dans tous les cas, la contrainte maximale subie par le matériau devra rester inférieure à 500 N/mm2.
- au moins une partie de la portion aval de canalisation est en un matériau choisi parmi l'acier inoxydable, l'acier à base de nickel et le titane.
- la ou les buses ont chacune un axe formant un angle a compris entre 0 et 180° avec l'axe AA de ladite portion aval de canalisation, de préférence entre un angle a compris entre 15 et
105°.
- il comporte de 2 à 30 buses, de préférence de 2 à 10 buses.
- le mécanisme de transmission comprend un pignon-porteur porté par la portion aval de canalisation et un dispositif d'entraînement de pignon coopérant avec ledit pignon-porteur.
- le dispositif d'entraînement de pignon entraîne le pignon-porteur, de préférence en oscillation, de manière engendrer la déformation de la portion aval de canalisation, de préférence une déformation par torsion d'angle β de la portion aval de canalisation.
- le pignon-porteur est mobile en rotation autour de son axe central, la canalisation étant solidaire du pignon-porteur.
- ladite canalisation traverse coaxialement ledit pignon-porteur.
- le dispositif d'entraînement de pignon est entraîné par le moteur d'entraînement. - le dispositif d'entraînement de pignon est mis en mouvement par le moteur d'entraînement par l'intermédiaire d'un axe de transmission entraîné par le moteur et agissant sur ledit dispositif d'entraînement de pignon.
- le moteur d'entraînement confère un mouvement oscillatoire au dispositif d'entraînement de pignon par l'intermédiaire d'un axe de transmission.
- le dispositif d'entraînement de pignon comprend un pignon-moteur ou une courroie.
- l'axe de transmission est rotatif ou oscillant.
- une partie de la portion aval de canalisation comprend des spires ou des courbes, en particulier une forme de queue de cochon, de lyre ou analogue.
- le mécanisme de transmission est agencé dans une boite de transmission, c'est-à-dire un carter, au sein de laquelle pénètre l'axe de transmission.
- des éléments de maintien sont prévus pour maintenir le pignon-porteur, de préférence les éléments de maintien sont agencés dans la boite de transmission.
- les éléments de maintien sont des patins, des roulements radiaux ou des tétons.
- la canalisation principale est un tube en acier inoxydable, en acier base nickel, en titane.
- la canalisation principale est un tube .
- l'extrémité amont du tube est démontable via un raccord de manière à pouvoir être remplacée facilement, notamment en cas d'usure.
- le raccord situé en aval du pignon-porteur est apte à recevoir un tube d'extension de longueur donnée de manière à pouvoir accroître la longueur de la partie aval portant l'extrémité munie de buses.
- l'extrémité amont de la portion de tube en amont du pignon-porteur est bloquée en rotation par un point d'ancrage.
L'invention porte aussi sur un procédé de décapage de la surface interne d'un tube avec un fluide, dans lequel on met en œuvre un dispositif selon l'invention pour délivrer un ou plusieurs jets de fluide cryogénique à une pression d'au moins 500 bar, avantageusement d'au moins 1000 bar, le fluide cryogénique étant de l'azote liquide.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - on distribue au moyen de plusieurs buses, le fluide cryogénique, en particulier de l'azote liquide, sous forme de jets de fluide à une température inférieure à -140°C et à une pression d'au moins 500 bar, avantageusement entre 2000 et 5000 bar, pour réaliser.
- les jets de fluide sous pression engendrent un décapage de la surface d'un matériau, en particulier un nettoyage ou un décapage de la surface interne d'un tube.
- le tube à décaper est un tube d'échangeur thermique ou d'extrusion de matériau plastique.
- le fluide cryogénique est à une température inférieure à -145°C, de préférence entre environ -150 et -200°C.
- il est mis en œuvre de façon manuelle, c'est-à-dire par un opérateur, ou alors de façon automatique ou automatisée, c'est-à-dire par une machine ou un robot.
L'invention va être mieux comprise grâce aux explications illustratives suivantes, faites en rapport avec les figures annexées parmi lesquelles :
- la Figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de décapage selon la présente invention,
- la Figure 2 est une vue schématique (de face) des pignons porteur et moteur d'un dispositif selon la Figure 1 ,
- la Figure 3 illustre un dispositif selon la Figure 1 inséré dans un carter de protection,
- les Figures 4 et 5 représente un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de décapage selon la présente invention, et
- la Figure 6 représente la trajectoire des jets obtenue avec un dispositif de décapage selon la présente invention.
La Figure 1 illustre le principe d'un mode de réalisation d'un dispositif de décapage selon la présente invention mettant en œuvre des jets de fluide à température cryogénique, tel de l'azote liquide, et à haute pression, c'est-à-dire plus de 500 bar.
Ce dispositif comprend une canalisation principale 7 d'amenée de fluide, tel un tube en acier inoxydable, alimentant une ou plusieurs buses de distribution 6 de fluide agencées à l'extrémité aval 5 libre de ladite canalisation 7. En général, les buses 6 sont portées par un outil porte-buses 3 venant se fixer à ladite extrémité aval 5 ou formé d'une seule pièce avec celle-ci. Selon un mode de réalisation préféré, le fluide à distribuer est un fluide à température cryogénique et à haute pression, en particulier de l'azote liquide à une pression entre 500 et 4000 bar et une température entre -140 et -200°C.
Le fluide émane d'une source de fluide (non montrée), tel un compresseur, un réservoir, un échangeur thermique, une ligne d'alimentation, une ou des bouteilles de gaz ou analogue, alimentant l'extrémité amont de la canalisation 7 de fluide.
Comme illustrée en Figures 1 et 3, la canalisation 7 d'amenée de fluide du dispositif de décapage cryogénique selon l'invention coopère avec un moteur d'entraînement 1 par l'intermédiaire d'un axe de transmission 2 rotatif et d'un mécanisme de transmission 8, 9, qui sera détaillé ci- après.
La canalisation 7 d'amenée de fluide comprend, quant à elle, une portion fixe 7b amont, c'est-à-dire maintenue de manière à ce qu'elle ne soit animée d'aucun mouvement, et une portion aval 7a et qui, elle, n'est pas fixe, c'est-à-dire qu'elle est animée d'un mouvement qui lui est conféré par le moteur 1, via le mécanisme de transmission 2, 8, 9 comme expliqué ci-après.
La portion aval 7a porte l'extrémité aval 5 de la canalisation 7 où sont agencées la ou les buses 6 de distribution de fluide, par exemple sur un outil porte-buses 3.
Le nombre de buses 6 mises en œuvre, par exemple de 2 à 12 buses, est lié à l'angle de torsion β de la canalisation aval 7a de telle sorte que toute la surface du substrat à traiter soit balayée par les jets de liquide cryogénique comme schématisé en Figure 6.
A titre indicatif, l'angle de torsion β de la canalisation aval 7a est préférentiellement compris entre 0 et 120 °, de préférence encore entre 30 et 90°.
Plus précisément, la canalisation d'amenée de fluide 7 comprend un point d'ancrage 10 séparant la portion amont fixe 7b et la portion aval 7a et mobile qui est située en aval du point d'ancrage 10.
Le mécanisme de transmission 2, 8, 9 agit en fait mécaniquement sur la portion aval 7a de manière à lui conférer une déformation, c'est-à-dire une torsion d'angle β, et obtenir ainsi un mouvement déterminé de l'extrémité aval 5 portant les buses 6, par exemple un mouvement alternatif oscillant.
Afin de pouvoir décaper efficacement une surface non plane, en particulier la surface interne d'un tube, les buses 6 ont chacune un axe formant un angle a compris entre 0 et 180° avec l'axe AA de la portion aval 7a de canalisation, ce qui permet d'obtenir des jets de liquide cryogénique, tel de l'azote liquide, distribués latéralement, par exemple radialement, et orientés vers l'extérieur de la canalisation 7, de façon à pouvoir nettoyer l'intérieur d'un tube, par exemple.
La Figure 6 illustre la façon dont les jets de fluide viennent nettoyer l'intérieur d'un tube. L'outil porte-buses 3 étant en oscillation autour de son axe, un jet émanant d'une buse 6 est de facto également mis en oscillation et vient balayer une portion d'intérieur de tube.
Autrement dit, le jet d'azote liquide délivré par chaque buse a un effet sur une surface perpendiculaire à l'axe du tube nettoyé.
Le but étant de nettoyer le tube sur toute sa circonférence intérieure, les deux paramètres permettant de réaliser ce nettoyage complet sont le nombre de buses 6 et l'angle de torsion β de la canalisation aval 7a.
Comme déjà dit, le mécanisme de transmission 2, 8, 9 comprend des moyens de mise en mouvement agissant mécaniquement sur la portion aval 7a de canalisation de manière à lui conférer un mouvement torsion déterminé, en particulier un mouvement de torsion oscillatoire autour de son axe longitudinal.
Plus précisément, le moteur 1 coopère avec la portion amont 7a de la canalisation 7 d'amenée de fluide par l'intermédiaire de son axe de transmission 2 rotatif et du mécanisme de transmission 8, 9 auquel l'axe de transmission 2 transmet son mouvement, par exemple un mouvement rotatif ou oscillatoire.
Le moteur d'entraînement 1 est un moteur pneumatique, électrique, à essence ou tout autre type de moteur.
Plus précisément, selon un mode de réalisation de l'invention, comme illustré en Figure 2, le mécanisme de transmission 2, 8, 9 comprend un pignon-porteur 8 mobile en rotation autour d'un axe de rotation situé au centre dudit pignon-porteur 8, et la portion aval 7a de la canalisation 7 d'amenée de fluide cryogénique est agencée de manière centrée au travers dudit pignon-porteur 8. En d'autres termes, l'axe de la portion 7a de canalisation et l'axe AA du pignon-porteur 8 sont confondus, comme visible sur la Figure 2.
La portion aval 7a de la canalisation 7 est donc agencée dans un passage formé au travers du corps du pignon-porteur 8, lequel passage est situé au sein du disque que forme le pignon- porteur 8, au centre dudit disque. Par ailleurs, un dispositif d'entraînement 9 de pignon, tel un pignon-moteur ou une courroie, coopère avec le pignon-porteur 8 de manière à entraîner ledit pignon-porteur 8 en oscillation en exerçant sur celui-ci une action mécanique de torsion autour de son axe.
Plus précisément, l'axe de transmission 2, entraîné par le moteur 1, coopère avec le moyen d'entraînement 9 de pignon, et le moyen d'entraînement 9 de pignon coopère lui-même avec ledit pignon-porteur 8 de manière à lui transmettre un mouvement donné, par exemple d'oscillation, de l'axe de transmission 2 au pignon-porteur 8 et obtenir ainsi un mouvement de torsion oscillatoire de la partie aval 7a de canalisation portant les buses 6 de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval 5 de celle-ci, c'est-à-dire agencée sur l'outil 3 porte-buse utilisé pour distribuer les jets de fluide à haute pression.
Comme illustré en Figure 3, le dispositif comporte également une boîte de transmission 13 formant carter de protection, dans laquelle pénètre l'axe de transmission 2 et laquelle abrite le mécanisme de transmission 8, 9. Dans cette boite de transmission 13, le pignon 8 est maintenu en place par un jeu de patins ou par des roulements de tout type, par exemple à aiguilles ou billes, de préférence à billes (non détaillé sur la Figure 3).
Par ailleurs, la canalisation 7 d'amenée de fluide coopère avec des moyens d'ancrage 10, tels une bride, une noix fendue, un cône élastique, un système pignon-crémaillère ou tout autre dispositif mécanique adapté permettant de maintenir la canalisation 7 fixe et en position par rapport au reste du dispositif de distribution des jets.
Les moyens d'ancrage 10 sont agencés sur la canalisation 7 en amont du pignon-porteur
8, c'est-à-dire que le pignon-porteur 8 est situé entre les moyens d'ancrage 10 et l'extrémité libre 5 de la canalisation 7 portant la ou les buses 6.
En d'autres termes, la canalisation 7 est, d'une part, maintenue fixe ou approximativement fixe au niveau de et du fait des moyens d'ancrage 10, et, d'autre part, comporte une extrémité aval 5 munie de buses 6 qui est mobile et décrit un mouvement donné, de préférence oscillatoire, lorsque le moteur 1 entraîne l'axe de transmission 2, le pignon-moteur 9 relié à l'axe 2, et le pignon-porteur 8, qui lui-même entraîne le tube 7 selon une trajectoire déterminée, en particulier de torsion oscillatoire ou analogue.
L'effort de torsion appliqué à la canalisation 7 par le mécanisme de transmission 8, 9 est réparti sur la portion aval 7a entre le point d'ancrage 10 et le pignon-porteur 8. En fait, le point d'ancrage 10 est un élément mécanique permettant de bloquer/empêcher ou débloquer/permettre le glissement de la canalisation 7 au travers du dispositif.
En particulier, on autorisera un glissement de la canalisation 7 lorsqu'on souhaitera régler la longueur de la portion aval 7a sortant du carter 13 par exemple. Dans ce cas, l'élément mécanique du point d'ancrage 10 peut être desserré aisément par l'utilisateur, par exemple en utilisant un outil adapté, de manière à régler ou à ajuster la distance de la portion 7a entre notamment l'outil porte-buses 5 et le pignon-porteur 8.
Le raccord 14 permet de relier la portion amont 7b à la canalisation d'amenée de fluide cryogénique. Ce raccord permet de démonter aisément et de changer le cas échéant, le système de nettoyage de tube.
En outre, comme schématisé dans le mode de réalisation présenté en Figure 4, il est possible d'insérer un raccord 11 en aval du pignon-porteur 8 afin de pouvoir raccorder en aval de ce raccord 11, un tube d'extension 12 de longueur choisie de manière à pouvoir accroître la longueur de la partie aval 7a portant l'extrémité 5 munie de buses 6. Ceci permet de travailler dans les tubes de longueur plus importante, par exemple de 1 à 2 mètres de longueur, voire plus.
De plus, dans le cas où la canalisation 7 est positionnée sur une machine de déplacement ou sur un robot, il peut être difficile ou peu pratique de faire coulisser le tube 7 à l'intérieur du carter 13. Il est donc utile que la canalisation 7 soit scindée en deux parties reliées par un raccord 11, de préférence un raccord 11 statique à très haute pression, positionné en amont du point d'ancrage 10, comme montré sur les Figures 1, 3 et 4. Ceci permet de remplacer aisément la partie du tube 7 située entre ce raccord statique 11 et l'outil porte-buses 5, par un tube d'extension 12 de longueur adaptée sans avoir à déplacer ou modifier l'ensemble du tube 7.
Afin d'obtenir une déformation élastique, c'est-à-dire une aptitude à la torsion suffisante de la portion aval 7a de la canalisation 7, on choisit avec soin les caractéristiques de ladite canalisation 7, ou pour le moins de la partie aval 7a de canalisation 7 située entre les moyens d'ancrage 10 et le pignon-porteur 8.
En particulier, la nature du matériau constituant le tube 7 et son dimensionnement, i.e. diamètres intérieur et extérieur dudit tube 7, sont importants.
Par exemple, dans le cas d'amenée de fluide cryogénique, tel d'azote liquide, sous haute pression (> 500 bar), on utilise préférentiellement un tube en acier inoxydable en tant que canalisation 7, et de diamètres interne et externe comme donnés dans le Tableau ci-dessous. Tableau
L'utilisation d'un dispositif de décapage selon l'invention se fait de la manière suivante lorsqu'il s'agit de décaper la surface interne d'un tube, par exemple un tube d'échangeur thermique, avec de l'azote liquide à une pression de plus de 500 bar.
D'abord, on introduit à l'intérieur du tube à décaper l'extrémité aval libre 5 de la canalisation d'amenée 7 d'azote liquide comprenant les buses 6 de distribution du dispositif de décapage de l'invention.
Ensuite, on commence alors à alimenter la canalisation d'amenée 7 avec de l'azote liquide à haute pression, par exemple 2000 bars et simultanément on active le moteur d'entraînement 1 qui va alors transmettre un mouvement par exemple oscillant à la portion aval 7a de la canalisation 7, via le mécanisme de transmission 2, 8, 9, lequel agit mécaniquement sur la portion aval 7a de canalisation pour lui conférer la déformation cyclique voulue et obtenir un mouvement cyclique déterminé de l'extrémité aval 5 portant les buses 6.
En d'autres termes, on fait travailler la portion aval 7a du tube 7 en torsion d'angle β autour de son axe longitudinal afin de faire balayer par les jets d'azote liquide délivrés par les buses 6, une zone ou superficie suffisante pour opérer un nettoyage efficace de la surface interne du substrat considéré, c'est-à-dire la paroi interne du tube, comme illustré sur la Figure 6.
Comme on le voit sur la Figure 6, l'extrémité aval libre 5 portant les buses 6 décrit, sous l'effet de la torsion qu'il subit, un balayage latéral semi-circulaire de l'intérieur du tube à décaper car la portion aval 7a est animée d'un mouvement d'oscillation, c'est-à-dire de va-et-vient oscillatoire, et que les buses 6 sont orientées de manière à former un angle d'environ 45° dans ce cas avec l'axe de la portion aval 7a de la canalisation 7.
Il est à noter que plus l'angle de torsion β est important (mesuré au niveau du point d'ancrage), plus la surface balayée par les jets est importante. Par exemple, pour un tube de 6,4 mm de diamètre externe (cf. Tableau) en acier inoxydable type 316 de longueur 1.3 m entre le point d'ancrage 10 et le pignon 8, l'angle de torsion β peut être de 45° sans risque de dommage par fatigue de la canalisation 7.
En effet, ce tube subit une contrainte maximum d'environ 486 N/mm2 qui reste inférieure à la limite de rupture par fatigue d'un acier inoxydable 316 à la température de l'azote liquide, soit environ -155°C. Cette limite de rupture par fatigue pour l'acier inoxydable 316 à la température de l'azote liquide considérée est d'environ 533 N/mm2.
Afin de flexibiliser davantage le tube et pour un gain de place (<1.3 m), il est possible de conférer à ce tube 7, entre le point d'ancrage 10 et le pignon 8, une forme de lyre, de ressort plat ou de queue de cochon, comme schématisé en Figures 4 et 5, ou d'utiliser un système de soufflet.
Ainsi, pour une torsion d'angle β égale à 45°, il suffit d'avoir moins de 1 m de tube disposé en queue de cochon par exemple.
Le dispositif de décapage de l'invention a été décrit en relation avec une distribution de fluide cryogénique, à savoir de l'azote liquide alimentant des buses de distribution de fluide. Ceci constitue un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention. Cependant, le dispositif de décapage de l'invention pourrait aussi servir à distribuer d'autres fluides, tel un gaz non liquéfié, en particulier de l'air ambiant ou de l'azote, voire de l'eau liquide traitée ou non.

Claims

Revendications
1. Dispositif de décapage comprenant une canalisation d'amenée (7) de fluide, en particulier d'un fluide cryogénique, alimentant une ou plusieurs buses (6) de distribution de fluide agencées à une extrémité aval libre (5) de ladite canalisation d'amenée (7), et un moteur d'entraînement (1) coopérant avec la canalisation d'amenée de fluide (7) par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission (2, 8, 9), dans lequel :
- la canalisation d'amenée de fluide (7) comprend une portion fixe (7b) située en amont d'un point d'ancrage (10) situé sur ladite canalisation d'amenée (7), et une portion aval (7a) située en aval du point d'ancrage (10) et comprenant l'extrémité aval libre (5),
- et le mécanisme de transmission (2, 8, 9) agit mécaniquement sur ladite portion aval (7a) de canalisation pour obtenir un mouvement déterminé de l'extrémité aval (5) portant la ou les buses (6),
caractérisé en ce que le mécanisme de transmission (2, 8, 9) agit mécaniquement sur la portion aval (7a) de canalisation pour lui conférer une déformation angulaire par torsion autour son axe longitudinal.
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la déformation angulaire est une torsion d'angle β de la portion aval (7a) de canalisation avec β compris entre 1 et 120 °, de préférence entre 30 et 90°.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la portion aval (7a) de canalisation est en un matériau choisi parmi l'acier inoxydable, l'acier à base de nickel et le titane.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs buses (6) agencées autour de la périphérie de l'extrémité aval (5) de la portion aval (7a) de la canalisation.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme de transmission (2, 8, 9) comprend un pignon-porteur (8) porté par la portion aval (7a) de canalisation et un dispositif d'entraînement de pignon (9) coopérant avec ledit pignon- porteur (8).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement de pignon (9) entraîne le pignon-porteur (8), de préférence en oscillation, de manière engendrer la torsion de la portion aval (7a) de canalisation.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite canalisation (7) traverse coaxialement ledit pignon-porteur (8) et le dispositif d'entraînement de pignon (9) est entraîné par le moteur d'entraînement (1).
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement de pignon (9) est mis en mouvement par le moteur d'entraînement (1) par l'intermédiaire d'un axe de transmission (2) entraîné par le moteur (1) et agissant sur ledit dispositif d'entraînement de pignon (9).
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur d'entraînement (1) confère un mouvement oscillatoire au dispositif d'entraînement de pignon (9) par l'intermédiaire d'un axe de transmission (2).
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement de pignon (9) comprend un pignon-moteur ou une courroie.
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe de transmission (2) est rotatif ou oscillant.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie de la portion aval (7a) de canalisation comprend des spires ou des courbes, en particulier une forme de queue de cochon ou de lyre.
13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pignon-porteur (8) est mobile en rotation autour de son axe central, la canalisation (7a) étant solidaire du pignon-porteur.
14. Procédé de décapage de la surface interne d'un tube avec un fluide cryogénique, dans lequel on met en œuvre un dispositif selon l'une des revendications 1 à 13 pour délivrer un ou plusieurs jets de fluide cryogénique à une pression d'au moins 500 bar, le fluide cryogénique étant de l'azote liquide.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le tube à décaper est un tube d'échangeur thermique ou d'extrusion de matériau plastique.
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