Brevet FR2483265A1 — publié le 19811204

La présente invention a trait à un procédé et à une installation pour revêtir la surface interne d'une canalisation de distribution d'eau, d'une conduite, tuyau ou analogue, en y insufflant un brouillard de peinture sous l'effet d'un courant d'air hélicoldal. On utilise des tuyaux en fer ou en chlorure de vinyle pour les canalisations d'eau des maisons dthabitation, des bâtiments commerciaux ou autres, ainsi que pour les conduites des réseaux de distribution. Dans le cas des tuyaux en fer, ceux-ci sont obstrués par la rouille en quelques annexes. I1 est donc désirable d'éliminer cette rouille et de revêtir la surface interne du tuyau pour éviter qu'elle n'apparaisse à nouveau. On éprouve toutefois certaines difficultés pour effectuer ce nettoyage et ce revetement dans le cas des canalisations d'eau existantes. Celles-ci comprennent en effet de nombreux coudes et dérivations. Les diamètres des tuyaux qui les constituent varient souvent vers les points de jonction. On connatt un procédé efficace pour revêtir ainsi les tuyaux des canalisations d'eau existantes. I1 consiste à les nettoyer en y faisant passer du sable sous 11 effet d'un courant d'air rapide en vue d'éliminer la rouille et les dépôts, puis à les revêtir en y insufflant une peinture par le moyen de ce courant d'air. Dans ce procédé connu la peinture est éjectée à partir d'un orifice et elle est insufflée dans le tuyau par l'effet d'un courant d'air rectiligne rapide. La peinture utilisée peut par exemple être à base de résine époxy. On peut modifier sa viscosité en faisant varier la concentration du solvant. Mais sa distance de parcours est très courte puisqu'elle est insufflée à l'état de gouttes liquides de diamètre relativement fort Du fait que ces gouttes sont grosses et lourdes, elles retombent au voisinage du début ou entrée du tuyau considéré pour revenir à l'état liquide original. Le rapide courant d'air la repousse alors dans cet état à l'intérieur du tuyau. Le liquide s'avance donc progressivement dans ce dernier jusqu a recouvrir la totalité de sa surface interne. Toutefois ce procédé de revêtement n'est pas le meilleur. I1 exige un temps trop long ainsi qu'une trop forte consommation d'air ; il gaspille une grande quantité de peinture. La vitesse d'un courant d'air rectiligne à travers la section d'un tuyau est maximale au centre et minimale au voisinage de la face interne. Or c'est la couche extérieure du courant d'air, c'est-à-dire celle animée de la vitesse minimale, qui fait avancer la peinture liquide sur le bas du tuyau. En outre la force qui agit sur la peinture est une simple contrainte de cisaillement qui apparaît sur une couche limite mince entre le courant d'air et le liquide que la peinture constitue. Il en résulte que seule une faible fraction du courant d'air contribue à l'action de revêtement. La plus grande partie de l'air comprimé s'écoule inutilement dans le tuyau considéré. La méthode exige donc un compresseur puissant et encombrant pour remédier à ces inconvénients et elle aboutit à une forte consommation d'énergie électrique. De plus la gravité a un effet défavorable. En fait, en raison de son action, s'il se forme une couche de peinture épaisse dans la partie basse du tuyau, ou ne trouve qu'une couche mince dans le haut de celui-ci. L'épaisseur de la couche de revêtement n'est donc pas uniforme. Si par un calcul approprié l'on détermine pour elle une valeur minimale admissible, il se forme alors sur le bas du tuyau une couche inutilement épaisse puisque dans la partie haute de celui-ci, la plus faible épaisseur doit dépasser la valeur admissible ainsi déterminée. On gaspille ainsi trop de peinture. La présente invention vise à établir un procédé et une installation pour le revêtement de la surface interne d'un tuyau, suivant lesquels les gouttelettes de peinture sont entraînées dans le tuyau considéré par un courant d'air tournant en hélice. Ltécoulement hélicoIdal de l'air permet de réaliser une plus grande rapidité pour un flux ou débit confiné déterminé. La vitesse tangentielle Vt n'affecte pas la valeur du flux. Ce dernier n'est en effet déterminé que par la vitesse longitudinale V1 étant donné qu'il est défini par l'expression Q = P .SV1, P désignant la densité de l'air et S la section du tuyau. La possibilité d'entraîner une peinture à l'état de gouttelettes liquides est à peu près proportionnelle à la vitesse totale Vo.En outre cette vitesse totale Vo est maximale au voisinage de la surface du tuyau dans le cas d'un courant d'air hélicoidal. Par conséquent un tel courant d'air est deux fois plus efficace pour entraîner la peinture liquide à l'intérieur des tuyauteries que le courant d'air rectiligne avec lequel la vitesse tangentielle est substantiellement nulle. L'invention vise encore - à réaliser un procédé et un appareil pour le revêtement de la surface interne d'un tuyau, dans lesquels un courant d'air transsonique ou supersonique transforme la peinture liquide en très fines gouttelettes qui, du fait de la très grande vitesse de l'air, s'avèrent extrêmement stables et restent longtemps en suspension à l'encontre de la gravité - à établir un procédé et un appareil du genre en question dans lesquels un cône d'étranglement diminue substantiellement la section d'écoulement de l'air pour en augmenter la vitesse. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est un schéma montrant une forme d'exécution de l'invention. Fig. 2 est une coupe partielle d'une tuyère d'atomisation utilisée dans cette forme d'exécution. Fig. 3 est une coupe a grande échelle d'un éjecteur hélicoïdal propre à réaliser un mélange d'air et de peinture dans une seconde forme d'exécution de l'invention. Fig. 4 est une vue en perspective de cet éjecteur. Fig. 5 est une coupe à plus grande échelle d'un éjecteur suivant une troisième forme d'exécution de l'invention. En fig. 1 une tuyère d'atomisation 1 est disposée à l'entrée d'une canalisation d'eau existante 2 préalablement nettoyée ou décapée par un procédé quelconque. On a démonté de cette canalisation un robinet et un raccord de manière que ses deux extrémités soient découvertes. Bien entendu la canalisation en question peut comporter plusieurs coudes, parties incurvées ou dérivations bien que pour la simplicité du dessin on ne l'ait représentée en fig. 1 que sous la forme d'un tuyau rectiligne. Dans l'exemple illustré l'on utilise une peinture à base de résine époxy. On dispose donc d'une solution principale A et d'une solution durcissante B, lesquelles sont stockées dans des réservoirs respectifs 3 et 4. Ces deux solutions traversent des vannes 5 et 6 pour arriver aux tuyaux souples individuels 7 et 8 à un mélangeur 9 à l'intérieur duquel elles se mélangent l'une à l'autre. Le mélange de peinture ainsi réalisé traverse une vanne 10, un compteur de débit 11 et un tuyau souple 12 pour venir alimenter l'entrée correspondante de la tuyère d'atomisation 1. D'autre part de l'air déshumidifié est comprimé et emmagasiné dans le réservoir d'une unité 13 comportant en outre un compresseur et un déshumidificateur. Cet air est amené à l'entrée d'air de la tuyère ou atomiseur 1 à travers un tuyau souple 14 et une vanne 15. Dans cette tuyère la peinture est atomisée sous l'effet de l'air comprimé et est ainsi transformée en un brouillard de fines gouttelettes. Une autre fraction de l'air comprimé du réservoir de l'unité 13 est amenée à travers une vanne 16 et un régulateur 17 dans une chambre à tourbillonnement ou volute 18 par l'intermédiaire d'entrées tangentielles de manière à y créer un courant gazeux tournant à grande vitesse. La tuyère d'atomisation 1 éjecte le brouillard de peinture (c'est-àdire de mélange des solutions A et B) au centre de la chambre ou volute 18. Ce brouillard est ainsi entraîné en rotation rapide par le courant d'air sortant de celle-ci. Le brouillard ainsi mis en suspension avance à l'intérieur du tuyau 2, il vient au contact de la surface interne de celui-ci et il y adhère. Sa fraction résiduelle apparait à l'autre extrémité du tuyau. Si l'on place vers celle-ci un dispositif collecteur approprié 19, on peut la récupérer sous forme liquide. En fig. 2 la tuyère d'atomisation 1 comprend un corps cylindrique extérieur 20, une tête 21 et un cylindre tubulaire intérieur 22. Le cylindre ou tube intérieur 22 est monté concentriquement dans le corps 20. Quant a la tête 21, elle est fixée à l'extrémité avant dudit cylindre 22. A l'extrémité arrière du corps 20, ainsi qu > à celle du cylindre intérieur 22, il est prévu une partie hexagonale ou six-pans 23, respectivement 24, pour permettre la manoeuvre à la clé ou autre outil. L'extrémité arrière du corps 20 comporte un filetage intérieur 25 dans lequel vient se visser un filetage mâle correspondant 26 du tube ou cylindre 22. Un joint torique 27 est prévu sur ce dernier en avant du filetage 26. Le corps extérieur 20 et le cylindre intérieur ou tube 22 sont ainsi assemblés de façon étanche par la partie filetée 25, le filetage mâle 26 et le joint torique 27. Une entrée d'air 28 est percée transversalement dans la partie hexagonale 23 du corps 20. I1. apparaît de ce fait un passage d'air annulaire 29 entre le corps 20 et le cylindre intérieur 22. L'extrémité avant de ce cylindre 22 porte un filetage mêle 30 auquel correspond un alésage fileté 31 prévu à l'arrière de la tête 21 de la tuyère. Le cylindre intérieur 22 et la tête 21 se trouvent ainsi reliés par cet alésage 31 et par ce filetage 30. La tête 21, qui comporte des surfaces coniques sur son avant et sur son arrière, ressemble quelque peu à un obus. Sur sa face arrière 32 on a creusé un certain nombre de rainures d'éjection d'air 33 orientées longitudinalement. Dans l'exemple représenté il est ainsi prévu dix rainures, mais une seule peut suffire en certains cas. A partir d'un espace intérieur ou chambre 34 de la tête 21 partent des canaux radiaux 35 destinés à la sortie de la peinture, ces canaux étant orientés à angle droit par rapport à la surface latérale. Les canaux 35 sont perforés juste en avant des rainures 33 de façon que l'air sous pression impose à la peinture une diffusion en fines goutelettes. Des plats 37 sont établis sur la surface conique antérieure 36 pour permettre à un opérateur de manoeuvrer la tête à la clé. A l'extrémité arrière du cylindre intérieur tubulaire 22 s'ouvre une entrée de peinture 38 à filetage intérieur qui communique avec l'alésage 39 du cylindre précité. Le fonctionnement de la tuyère d'atomisationKl est le suivant 2 L'air comprimé (entre 1 et 7 kg/cm au manomètre, c'est-a-dire par rapport à l'atmosphère) s'écoule sous l'effet de sa pression dans le passage annulaire 29 en traversant l'entrée d'air 28. I1 sort à grande vitesse à travers les passages étroits déterminés par les rainures d'éjection 33 recouvertes extérieurement par la surface conique évasée 40. Comme la section des rainures est très petite, il s'établit dans celles-ci des jets d'air à grande vitesse. Plus la pression est forte dans le passage 29 plus cette vitesse est élevée. Toutefois de façon générale la vitesse du jet d'air qui traverse un orifice ne peut excéder celle du son, laquelle est uniquement déterminée en fonction de la température et de la pression. Pour projeter des jets d'air à la vitesse du son à partir des rainures 33, il faut que la pression de l'air soit supérieure à une valeur critique. Au point de vue théorique celle-ci est d'environ 1,8 2 2 kg/cm en valeur absolue. En pratique la pression doit dépasser 2 kg/cm 2 (soit 1 kg/cm au manomètre usuel indiquant la pression par rapport à l'atmosphère) en raison des pertes par friction. En outre les rainures d'éjection d'air 33 peuvent être profilées à la façon de tuyères de Laval, c'est-à-dire avec leur point le plus étroit dans leur milieu et en allant en s'évasant vers l'extérieur. En pareil cas l'on peut réaliser des jets d'air supersoniques à partir desdites rainures 33. Au point le plus étroit (qu'on appelle la "gorge') le jet d'air atteint la vitesse du son.Quant ensuite la section des rainures s'élargit, il se dilate brusquement, sa densité s'abaisse et sa vitesse s'accroît en fonction de ce fort abaissement. I1 en résulte que les jets d'air peuvent sortir des rainures 33 à des vitesses supersoniques si celles-ci sont conformées en tuyères de Laval ; il suffit alors que la 2 pression de l'air comprimé soit supérieure à 1 kg/cm (pression relative ou au manomètre). La tuyère d'atomisation 1 représentée en fig. 1 peut aisément débiter de l'air à une vitesse transsonique ou supersonique, définie respectivement par un nombre de Mach allant de 0,8 à 1, ou au-dessus. De façon générale une telle tuyère permet à l'usager de réaliser un écoulement d'air supersonique ou simplement sonique. Par ailleurs la peinture arrive par l'entrée 38, s'écoule dans l'alésage 39 et atteint l'espace ou chambre intérieure 34. Elle est alors divisée et s'échappe par les sorties 35. Les jets d'air à vitesse sonique, transsonique ou supersonique frappent cette peinture à peu près à angle droit avec mise en jeu d'une puissance élevée et ils lui imposent de très fortes ondes de choc. Entre la face intérieure et la face arrière du plan de discontinuité d'une onde de choc, la pression, la densité et l'énergie libre se modifient dans une mesure considérable. La forte réduction de énergie libre transforme la peinture liquide en un fin brouillard. Le diamètre des gouttelettes constituant celui-ci > est à peu près de 20 à 30/t . De telles gouttelettes sont 5 à 10 fois plus petites que celles produites par les tuyères d'atomisation classiques. Les gouttelettes de peinture ainsi éjectées par la tuyère 1 sont si petites et si légères qu'elles n'obéissent presque pas à l'effet de la gravité. Elles ne retombent donc pas aisément et flottent dans l'air pendant une longue durée. En plus de l'avantage de la finesse des gouttelettes de peinture, l'écoulement d'air hélicoIdal qui s'établit à l'intérieur de la chambre de tourbillonnement ou volute 18 entraîne obligatoirement en rotation le brouillard formé par la peinture. Celui-ci s'écoule donc à travers le tuyau ou canalisation d'eau 2 en étant entraîné par le courant d'air précité. Comme l'air s'écoule en hélice, sa vitesse totale dont dépend la faculté de retenir les gouttelettes liquides à l'encontre de la gravité, peut être augmentée sans qu'il en résulte une augmentation du flux ou débit. Si l'on appelle respectivement Vo, V1 et Vt les vitesses totale, longitudinale (ou axiale) et tangentielle (ou de rotation), Vo est la somme vectorielle de V1 et de Vt. Le flux total peut approximativement s'écrire p .S.V1, expression dans laquelle est la densité et S la section du tuyau 2. En outre dans un courant d'air hélicoidal, sous l'effet de la viscosité la vitesse tangentielle est presque nulle sur l'axe central et elle est maximale au voisinage de la paroi interne. Pour réduire les pertes dues à cette viscosité, la vitesse tangentielle Vt est presque proportionnelle au rayon R, sauf dans une couche mince au contact de la paroi précitée. Du fait de ce caractère du courant d'air hélicoldal, c'est donc sa partie la plus active qui contribue à transporter les gouttelettes de peinture dans le tuyau. La gravité n'agit pas de façon effective sur les gouttelettes de peinture. I1 en résulte que le tuyau 2 peut être revêtu de façon uniforme. La différence d'épaisseur de la couche entre le haut et le bas de celui-ci est infime puisque la force centrifuge est beaucoup plus importante que la gravité. Cette uniformité diminue beaucoup la consommation de peinture. Le courant d'air hélicoïdal permet de déplacer beaucoup plus rapidement les gouttelettes de peinture dans la canalisation parce qu'elles sont portées par l'air au lieu de retomber sur la paroi. Dans le cas classique du courant d'air rectiligne, la peinture liquide se dépose ainsi sur la paroi du tuyau et elle est repoussée vers l'avant par la peu puissante action de contrainte de cisaillement qui apparaît entre l'air et le liquide. La force qui fait avancer la peinture dans le tuyau est faible parceque ce genre de contrainte est lui-même naturellement faible et que la fraction du courant d'air qui l'engendre est la moins forte dans le courant d'air total.L'invention économise au contraire beaucoup de temps pour l'opération de revêtement du fait que c'est au contraire la fraction la plus active du courant d'air hélicoïdal qui assure le transport des gouttelettes de peinture et que la force qui agit sur elles à cet égard résulte d'une pression directe, laquelle est plus puissante dans tous les cas qu'une contrainte de cisaillement. Fig. 3 et 4 montrent une autre forme d'exécution de l'invention. On y voit un éjecteur hélicoIdal 41 qui combine les rôles de la tuyère d'atomisation 1 et de la volute ou chambre de soufflage 18 de la première forme d'exécution. Cet éjecteur 41 comprend un corps cylindrique 42 fermé à son extrémité arrière, une entrée d'air tangentielle 43, un tube à peinture 44, une tête de tuyère 45 et un cône d'étranglement 48. La peinture liquide traverse le tube 44 et sort dans l'espace interne du corps 42 à partir de tuyères radiales 46 de la tête 45. L'air comprimé arrive à grande vitesse par l'entrée tangentielle 43 et il réalise un tourbillon hélicoldal rapide à l'intérieur du corps 42. Le cône d'étranglement 48 est retenu par des écrous 49 sur une tige filetée 50 fixée à l'avant de la tête 45. Le débouché circulaire 51 ménagé entre ce cône 48 et le corps 42 est réglable. I1 retient l'air à l'intérieur du corps et contribue ainsi à y établir un tourbillon permanent. Dans cette seconde forme d'exécution l'air n'est pas éjecté a la vitesse du son. Par conséquent les gouttes de peinture engendrées par son déplacement sont plus grosses et plus lourdes que celles obtenues suivant la forme d'exécution précédente. Toutefois le cône 48 concentre toute l'énergie de rotation dans le débouché annulaire étroit 51, ce qui contribue à assurer leur transport dans le tuyau. La large zone intérieure du tourbillond'air convient mal en pratique à assurer pareil transport. Fig. 5 illustre un autre éjecteur hélicoïdal référencé 60. Celui-ci comprend un corps cylindrique creux 61 avec une entrée de peinture 62 dans une paroi qui ferme son extrémité arrière et une entrée d'air tangentielle 63 dans sa paroi périphérique. La peinture liquide pénètre dans un espace intérieur 65 à partir de l'entrée 62. L'air comprimé débouche dans cet espace à grande vitesse et y établit un écoulement hélicoidal. La peinture liquide divisée par celui-ci et ainsi chargée d'énergie libre, se transforme en très fines gouttelettes qui avancent dans le tuyau en étant portées par l'air. Elles ne sont pas aussi légères que celles obtenues avec la tuyère d'atomisation 1 de la première forme d'exécution, mais la construction de l'éjecteur est simplifiée. En conclusion suivant l'invention l'on utilise pour revêtir la paroi interne de canalisations un courant d'air hélicoïdal renfermant de fines gouttelettes de peinture. Ce courant d'air qui se trouve pratiquement à l'abri de l'action de la gravité, permet de réaliser un revêtement uniforme. I1 aboutit à une économie de peinture et de temps. En outre, comme c'est la fraction la plus active du courant d'air qu'on utilise pour transporter effectivement les gouttelettes de peinture, on peut également économiser de l'air comprimé Du fait que suivant l'invention le milieu utilisé pour transporter la peinture est l'air, on peut revêtir correctement n'importe quelle tuyauterie complexe avec courbes, coudes ou dérivations. Dans l'exemple décrit l'on utilise une résine époxy, mais toute autre sorte de peinture peut servir à la mise en oeuvre de l'invention on peut notamment recourir à des laques, ainsi qu'a des résines vinyliques, de mélamine, d'acide phtalique ou d'acide méthacrylique. Pour de telles peintures l'on n'utilise qu'un seul réservoir correspondant puisqu'elles n'exigent pas le mélange de deux composants préalablement à leur application. L'installation nécessaire suivant l'invention comprend donc un compresseur pour comprimer et emmagasiner l'air sous pression, un ou plusieurs réservoirs à peinture, un éjecteur qui débite un courant d'air hélicoldal renfermant des gouttes de peinture, et un dispositif d'alimentation pour amener à celui-ci la peinture à l'état liquide. Dans la première forme d'exécution, cet éjecteur est constitué par une tuyère d'atomisation et par une chambre de tourbillonnement ou volute. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'a titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Procédé pour revêtir la surface intérieure d'un tuyau, conduite, canalisations ou analogue, par le moyen d'une peinture en suspension dans l'air, caractérisé en ce qu'on y fait circuler un courant d'air hélicoïdal rapide renfermant des gouttes de cette peinture. 2. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend les éléments suivants dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après - un compresseur propre à comprimer et à emmagasiner de l'air sous pression - un ou plusieurs réservoirs destinés à renfermer de la peinture - un éjecteur susceptible d'engendrer un courant d'air hélicoïdal renfermant des gouttes de peinture - et un dispositif d'alimentation qui amène la peinture à l'éjecteur. 3. Installation quivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'éjecteur comprend une tuyère d'atomisation propre à débiter de fines gouttelettes de peinture sous l'effet d'un jet d'air rapide à vitesse sonique, transsonique ou supersonique, et une chambre de tourbillonnement ou volute à entrées d'air tangentielles. 4. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'éjecteur comprend un cône d'étranglement à s,on extrémité de sortie en vue d'accroitre la vitesse du courant d'air.