Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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RACLEUR OPTIMISE POUR CONDUITE
L'invention concerne un racleur bidirectionnel pour conduite de
distribution de fluides. L'invention est notamment bien adaptée pour
résister à la fois à des agressions chimiques importantes et à l'abrasion.
Lorsqu'une même conduite est utilisée pour successivement distribuer
des fluides différents, il est connu d'utiliser des bouchons racleurs pour
séparer les fluides entre eux tout en nettoyant au mieux les parois de la
conduite. On peut également déplacer ces racleurs sur toute la longueur
de la conduite pour retirer à intervalle régulier les dépôts qui peuvent
s'être formés sur les parois internes.
On connaît par le document EP-376796 un racleur bidirectionnel
dont les segments d'usure en élastomère ne présentent pas une résistance
chimique et une résistance à l'abrasion suffisante pour certaines
applications.
Pour pallier cet inconvénient, il apparaît avantageux de combiner
des éléments de renfort mécanique avec des éléments d'étanchéité et de
raclage.
La présente invention vise un dispositif de raclage bidirectionnel pour une
conduite de distribution de fluide, comprenant au moins un premier disque
mince en polymère rigidifié par des moyens de renfort, ledit disque étant
découpé en pétales par au moins deux fentes radiales de longueur inférieure au
rayon dudit disque, ledit rayon étant sensiblement supérieur au diamètre
intérieur de ladite conduite, lesdits moyens de renfort étant disposés dans
une
zone du disque qui supporte le plus de contraintes lors d'un fléchissement du
disque placé dans la conduite, lors d'un passage d'un coude ou lors d'un
changement de sens du raclage.
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Un deuxième disque mince peut être superposé sur le premier de
façon telle que les fentes des deux disques soient disposées en quinconce
les unes par rapport aux autres.
Deux ensembles d'étanchéité et de raclage constitués chacun par
au moins un disque mince peuvent être liés par un arbre et deux pièces
d'extrémité de façon à espacer lesdits deux ensembles d'environ la
longueur dudit arbre.
Les ensembles peuvent avoir une épaisseur inférieure à l'espace
compris entre l'arbre et les pièces d'extrémité de façon que lesdits disques
to minces puissent fléchir dans les deux sens.
L'ensemble de raclage et d'étanchéité peut comporter, en outre, au
moins un disque en polymère non renforcé.
Les moyens de renfort peuvent être métalliques.
Dans une variante, les moyens de renforts peuvent être en
matériau composite.
Les moyens de renforts peuvent être constitués par un disque
fendu radialement.
Les moyens de renfort peuvent être constitués par un disque
fendu de la même façon que le disque en polymère de raclage et
d'étanchéité.
Les moyens de renfort peuvent être noyés dans le disque en
polymère.
Les moyens de renforts peuvent être plaqués sur le disque en
polymère.
Le polymère peut être un thermoplastique de type polyamide,
polyéthylène, polymère fluoré, par exemple PEUHMW, ETFE, FEP,
PVDF, ECTFE, PFA, PTFE, PEEK, et leur mélange; un
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thermodurcissable, par exemple l'époxy ou le polyuréthanne; un
élastomère.
Le polymère peut être chargé de matériau résistant à l'abrasion.
L'invention concerne également l'application du dispositif au
raclage et/ou à la séparation entre deux fluides, dans une conduite de
distribution de fluides chimiquement agressifs vis-à-vis des élastomères.
L'invention est donc fondée sur une conception utilisant des
moyens différents pour assurer deux fonctions principales :
= des éléments en polymère pour assurer les fonctions de raclage,
d'étanchéité et de résistance à l'abrasion au contact de la
conduite,
= des 'moyens de renfort, par exemple en acier "à ressort" ou en
composite pour assurer une rigidité suffisante pour la fonction
de maintien en contact avec la paroi du tube, en particulier au
passage des coudes et lors des changements de sens-de raclage.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages
apparaîtront plus clairement à la lecture des exemples suivants,
2o nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi
lesquelles:
= la figure 1A montre en coupe schématique une réalisation d'un
racleur selon l'invention,
= la figure 1B montre schématiquement un autre mode de
réalisation,
= la figure 2A montre en vue de face un exemple de disque de
raclage,
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= la figure 2B montre la superposition de deux disques de
raclage,
= la figure 2C montre plusieurs variantes pour les moyens de
renfort,
= la figure 3 montre en coupe partielle les déformations d'un
disque de raclage lors d'un changement de sens.
La figure lA décrit un racleur 1 comprenant un corps central 2
compris entre deux pièces d'extrémité 3, généralement identiques dans la
mesure où le racleur est bidirectionnel, mais cette configuration n'est pas
une limitation de la présente invention. Ces éléments ont pour fonctions
principales la fixation des éléments de raclage et le guidage du racleur
lors de son déplacement dans la conduite et à travers des coudes. La
forme des pièces d'extrémité peut être adaptée pour permettre de stopper
le racleur contre tout dispositif d'arrêt sans endommagement.
L'assemblage de ces trois pièces est tel que dans chacun des deux espaces
4, on empile 'des disques de raclage 5. Ces disques sont de faible
épaisseur, de diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre
intérieur de la conduite à racler. Les jeux j entre les disques et le corps 2
ou les pièces d'extrémité 3 sont généralement nécessaires pour que les
disques puissent se déformer en flexion et/ou flambage lors de
l'introduction du racleur dans la conduite, et lors des changements de
sens de raclage. La fonction des jeux j apparaîtra plus clairement sur la
figure 3.
Le nombre de disques superposés peut être choisi en fonction de
l'efficacité de raclage recherchée ou du niveau d'étanchéité longitudinale
dont on a besoin. Dans certaines variantes, des disques de l'empilage
peuvent ne pas comporter de moyens de renfort et être en matériau
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favorisant l'étanchéité entre disques sans avoir de fonction mécanique à
assurer. On pourra utiliser de tels disques d'étanchéité fendus comme le
disque de raclage, ou non fendus.
La figure 1B décrit un racleur 25 constitué principalement de
deux empilages 26 de disques de raclage. Un arbre 27 sert d'entretoise
entre les deux empilages et de moyen de fixation en coopérant avec deux
pièces d'extrémité 28, dont la forme peut permettre d'améliorer le
centrage et le guidage du racleur dans la conduite. On a mis en évidence
sur cette figure la présence'des jeux j qui autorisent la déformation
lo nécessaire des disques en opération dans la conduite.
Les disques, décrits plus précisément par la figure 2A, sont
fabriqués à partir d'une âme de renfort 8 gainée de matière plastique. Le
diamètre de la gaine de plastique est tel que le disque comporte une
couronne extérieure en plastique seul qui constitue la lèvre d'étanchéité
et d'usure. Les disques sont soumis à des efforts de compression et de
flexion, lesquels sont restitués sur la surface interne du tube sous la
forme de forces de contact et de frottement. Ces forces permettent
d'assurer l'étanchéité et le raclage de la paroi interne du tube.
La figure 2A montre, en vue de face, un disque de raclage
comportant des fentes 11 selon une direction radiale de façon à découper
le disque en plusieurs "pétales" 6. L'âm.e de renfort est également fendue.
Sur l'extérieur d'un pétale, une partie 7 de largeur 1 est en polymère seul.
C'est-à-dire que le diamètre extérieur du renfort 8 est inférieur au
diamètre extérieur du disque de raclage. Ainsi, un disque peut être usé
par abrasion sur la surface interne de la conduite sans que sa fonction
d'étanchéité et de raclage soit trop rapidement supprimée. Le
renforcement 8 comporte un perçage central 9 pour l'assemblage sur
l'arbre ou le corps du racleur. L'âme de renfort peut être métallique en
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acier à ressort, en titane ou alliage de nickel, ou en matériau
suffisamment rigide de façon à jouer le rôle de rerifort de rigidité de
l'ensemble du disque de raclage, par exemple en matériau composite ou
équivalent. Le rayon Rr du renfort est déterminé, compte tenu du rayon
interne la conduite, de manière à renforcer la zone du disque qui supporte
le plus de contrainte lors du fléchissement du disque placé dans la
conduite, lors du passage d'un coude ou lors du changement de sens de
raclage. Le diamètre extérieur du renfort est, de préfi3rence, inférieur au
diamètre interne de la conduite. Un certain nombre de perforations 10
io peuvent permettre de renforcer l'accrochage du plastique sur l'âme de
renfort. L'âme de renfort peut être surmoulée par la matière plastique, ou
éventuellement plaquée, par exemple par collage, sur Re disque de façon à
solidariser l'âme de renfort au disque en matière plastique.
Il est clair que cette forme fendue ne conduit pas alors à une
structure étanche en elle-même, comme le serait une coupelle de racleur
selon l'art antérieur. La découpe radiale du disque est cependant
indispensable pour que chaque disque admette la déformation nécessaire
au bon fonctionnement dans la conduite.
La figure 2C décrit d'autres réalisations possibles des moyens de
2o renfort. Lai référence 30 désigne un renfort constitué par des fils
disposés
radialement et noyés dans le plastique. La raideur et le nombre de fils
déterminent le niveau de renforcement du disque 6. Dans le centre 31,
l'extrémité de chaque fil peut être maintenue par des rondelles portées
par l'axe du racleur. La référence 32 montre une âme de renfort
constituée par une série de lames radiales. La rigidité d'un disque de
renfort, métallique ou composite, peut en effet être diminuée par la
découpe d'un certain nombre de fentes radiales. Le pétale renforcé 33 est
constitué par du polymère renforcé par un tissage, fils d'acier, fibres de
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verre, ou. équivalent. Le tissu de renfort a une surface et une épaisseur
déterminées pour obtenir la rigidité désiré du pétale.
Pour obtenir une étanchéité du racleur, on empile au moins deux
disques de raclage et d'étanchéité géométriquement identiques de façon
que les fentes 11 soient en quinconce d'un disque à l'autre. La figure 2B
montre la méthode de superposition de deux disques 21 et 22 (représenté
en ligne tiretée). Les fentes 23 et 24 respectivement de chaque disque ne
doivent pas coïncider afin de sensiblement reconstituer une rondelle en
plastique par la combinaison de deux disques. Il est clair que l'un des
io deux disques peut ne pas comporter de renfort, donc être entièrement en
polymère, ou tout autre matériau adéquat, de préférence fendu en
"pétales" également, naais ce n'est pas une obligation dans la présente
invention. Ce disque n'assure principalement que la fonction d'étanchéité.
De préférence, ce disque en polymère seul, ou tout autre matériau
adéquat, est placé entre deux disques renforcés.
Exemple: Les disques de géométrie suivante ont été testés en
étanchéité et en déplacement alterné dans une conduite de rayon
intérieur 53,5 mm:
= épaisseur du disque gainé : 2 mm;
= épaisseur du renfort en acier à ressort : 0,1 nun;
= rayon du ressort : 40 à 45 mm;
= largeur 1 de couronne plastique : 9 à 18 mm;
Le rayon du disque peut être compris dans la :fourchette de 54 et
58 mm, de préférence entre 55 et 57 mm pour une conduite de rayon
interne 53,5 mm.
Le disque est découpé en huit pétales d'égale largeur.
La figure 3 décrit la déformation d'un disque lors d'un
changement de sens de raclage dans le conduit interne 12. La position de
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' = - CA 02373100 2001-11-05
la lame 13 montre la déformation d'un disque lorsque le racleur est
introduit dans la conduite dans les sens indiqué par la référence 14.
Lorsque le racleur est déplacé dans le sens contraire, chaque
disque fléchit et flambe selon les déformations représentées par les
s sections 15 et 16, pour ensuite prendre la forme finale 17, symétrique à la
forme 13. Les silhouettes de butées 18 et 19 démontrent l'utilité et le rôle
des jeux j de la figure 1A. En particulier, la distance d lors du flambage
du disque en retournement montre qu'il faut un jeu suffisant, dépendant
de la géométrie du disque et de son renfort, pour que le disque admette
ifl un retournement de sens de raclage.
II faut noter que l'usure de la tête des pÃtales en plastique
engendre une diminution de la longueur de la lamelle et par conséquent
un changement des forces de contact contre la paroi. L'usure de la tête
conditionne donc directement la durée de vie du racleur. Ainsi, il peut
is être intéressant d'optimiser ce paramètre en diminuant le tauz d'usure
du matériau. Pour cela, on peut améliorer la forinulation du plastique de
base , par exemple en le chargeant de particules résistantes à l'abrasion,
ou en le mélangeant avec un autre polymère, par exemple du PTFE. On
peut également, par exemple, charger le plastique de fibres courtes de
20 carbone. Le module du matériau passe alors de E=655 MPa à
E=6550 MPa. On constate dans tous les cas que le retournement de la
lame n'est pas affecté.
Printéd:08-03-2011
CA 02373100 2001-11-05
WO 00/67926 PCT/FR00/01032
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Exemple de matériaux utilisés:
Module Module de flexion Coefficient de Limite Déformation à la
dyoung E G=E/2(1+v) Poisson v élastique rupture
(Gpa) (MPa) (MPa) ( lo)
PFA 700 0,44 29 300
ETFE 1700 0,42 28 150
Acier 200 1200-2000
Titane 100-120 350-800
Alliage Ni 180 200-350
La présente invention permet ainsi la constitution d'un racleur
optimisé du point de vue usure et tenue à des fluides agressifs, mais
également au point de vue mise en oeuvre. En effet, pour une même
conduite, on peut choisir de superposer le nombre de disques nécessaires
en fonction de la situation opérationnelle: fluide visqueux ou non, chargé
io ou non, séparation étanche, etc. De plus, la remise en état d'un racleur ne
pourrait consister qu'en un changement d'un seul disque et non pas de
l'ensemble complet d'empilage d'étanchéité et de raclage.
