Brevet FR2554520A1 — publié le 19850510

La présente invention concerne un dispositif pour fixer en rotation un élément dans un tube tel que par exemple un tube allongé d'échangeur pluritubulaire de cha- leur, condenseur de vapeur ou autre. On connait des réalisations qui permettent de mainte- nir en permanence propre la surface interne des tubes et d'améliorer le transfert thermique par diminution de l'é- paisseur de la couche laminaire en contact avec les parois internes des tubes ainsi que par l'augmentation du nombre de Reynolds. Par exemple, un tel dispositif peut être constitué par une vis d'Archimède, montée libre en rotation dans le tube de façon a pouvoir être entrainée en rotation par le fluide qui circule dans le tube. Un tel dispositif est en particulier décrit dans le brevet US n 4 174 750. Selon ce brevet, chaque vis d'Archimède est positionnée dans un tube par un système à émerillon maintenu en place par un bouchon creux comprenant une collerette d'appui et un support constitué par un fil métallique. Ce support présente sensi- blement la forme d'un V dont les branches sont insérées dans la collerette du bouchon et dont la pointe forme un anneau d'accrochage pour l'émerillon qui est d'un type tout à fait classique. Ce mode de fixation des vis d'Archimède, présente plusieurs inconvénients en particulier celui d'être en saillie par rapport à la plaque tubulaire puisque non seulement le bouchon repose sur celle ci par l'intermédiaire d'une collerette mais encore l'émerillon émerge au moins en partie de cette collerette puisqu'il est fixé à l'intérieur des branches du V. Cette réalisation empêche donc une utili- sation concomitante des vis d'Archimède et d'un dispositif déplaçable sur la plaque tubulaire, par exemple un disposi- tif permettant l'inspection de l'étanchéité de chaque tube avec la plaque tubulaire, par des caissons de différentes dimensions glissant sur la plaque qui donc impérativement doit être lisse pour cet usage. C'est donc un premier objectif de l'invention que de prévoir un dispositif de fixation d'un élément dans un tube qui ne présente- aucune partie en saillie par rapport à la plaque tubulaire. Un autre inconvénient que l'on rencontre lors de l'utilisation de dispositifs d'attache tels que ceux décrits plus haut apparait lorsque le liquide circulant à l'intérieur du tube, qui est généralement de l'eau, n'est pas complète- ment exempt d'impuretés et contient par exemple des débris végétaux. Ceux ci peuvent venir s'accrocher sur l'émerillon ou le fil support limitant ainsi la surface de passage et/ou bloquant la rotation du dispositif, soit mécaniquement, soit par bouchage de l'entrée du tube. C'est un autre objectif de l'invention que de prévoir un dispositif qui est auto-nettoyant par rapport aux debris végétaux ou autres qui peuvent se trouver dans le fluide et se présenter à l'intérieur des tubes. Enfin, un troisième objectif de l'invention est de prévoir un dispositif qui permette de remonter au maximum vers l'entrée du tube l'effet de la vis d'Archimède en assurant des turbulences même dans la partie du tube qui ne se trouve pas en contact avec la vis d'Archimède ce qui permet d'éviter l'encrassement de cette zone. Un autre objectif de l'invention est de prévoir le montage simple, rapide et industriel du dispositif pour des séries importantes pouvant aller jusqu'à plus de 100.000 pièces pour un seul appareil. Ces divers objectifs sont atteints par le dispositif selon l'invention qui comporte: - un fourreau conique destiné a être emmanché en force dans ledit tube et muni d'un palier annulaire fixe, ledit palier étant réuni audit fourreau par au moins deux bras qui sont inclinés vers ce palier; un crochet plat qui comporte une première et une seconde branches latérales réunies entre elles par une branche supérieure et une branche inférieure, ladite branche supé- rieure étant munie d'un alésage débouchant et d'au moins une languette souple d'encliquetage, située sensiblement dans le prolongement de cet alésage, la première branche latérale étant munie d'une ouverture; - un tourillon, pour solidariser en traction ledit fourreau et ledit crochet tout en permettant la rotation du crochet, constitué par un axe dont une première extrémité est munie d'une surface annulaire d'appui et dont l'autre extrémité est munie d'au moins une encoche latérale, ledit tourillon étant engagé d'une part dans ledit palier annulaire du fourreau et, d'autre part dans ledit alésage du crochet, dans une position telle que ladite languette d'encliquetage vienne s'appuyer dans ladite encoche. Selon une caractéristique complémentaire de l'inven- tion, l'alésage de la branche supérieure du crochet et l'axe du tourillon comportent chacun au moins une surface plane qui sont situées en vis à vis quand le crochet et le fourreau sont solidarisés par le tourillon, et la surface annulaire d'appui est solidaire de la base d'un cône coaxial audit axe et ce cône est muni d'au moins une ailette radiale. Selon une autre caractéristique de l'invention, la seconde branche latérale du crochet comporte une ailette extérieure longitudinale. Les avantages et autres caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation, faite d'une manière illustrative mais nullement limitative en référence aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1 est une vue latérale du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe latérale de la partie supérieure du dispositif, - la figure 3 est une vue de l'arrière de la partie supé- rieure du dispositif, c'est à dire côté sortie du fluide - la figure 4 est une vue latérale du crochet - la figure 5 est une coupe selon l'axe V-V de la figure 4,- - la figure 6 est une vue latérale du tourillon - la figure 6a est une coupe selon l'axe A-A de la figure 6, - la figure 7 est une vue de face du tourillon, c'est à dire côté entrée du fluide - la figure 8 est une vue similaire à la figure 2 mais lorsque le tourillon est en place sur le palier, - la figure 9 est une vue en coupe d'un ensemble de tubes munis de dispositifs selon l'invention. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte une partie supérieure (1), un tourillon (2) et un crochet (3). Il-est destiné à être introduit dans un tube (4) - fig.9 - afin de maintenir la spirale (5) par l'intermédiaire de la partie inférieure du crochet (3) qui est engagée dans l'orifice (6) de la spirale. La partie supérieure (1) est essentiellement constituée par un fourreau (7) conique qui est destiné à être emmanché dans le tube (4), par exemple à l'aide d'un maillet. Les dimensionnements de ce cOne sont calculés de manière à permettre son ancrage dans le tube (4) sous le simple effet de son emmanchement en force, de la souplesse relative de la matière le constituant et du diamètre inté- rieur du tube. - Le fourreau (7) est relié par deux bras (11) et (12) à un palier annulaire (13) dont la surface d'appui (14) est sphérique. Les bras (11) et (12) ont une section suffisante pour supporter les efforts auxquels est soumis le palier et ils présentent une coupe ovale de meilleure pénétration du fluide. La figure (4) est une vue latérale du crochet (3) qui comporte deux branches latérales (15) et (16) réunies entre elles par la branche supérieure (17) et la branche infé- rieure (18). La branche supérieure (18) est cylindrique et les branches latérales (15) et (16) se présentent sous la forme de segments cylindriques coaxiaux à la branche supé- rieure (18). La branche latérale (15) est munie d'une ou- verture (20) située à proximité de la branche inférieure(18) Elle est munie d'une ailette (21) de section trapézoidale qui s'étend depuis sa face antérieure jusqu'à une distance (d) de l'ouverture (20). La partie de la branche (15) comprise entre l'ouverture (20) et l'extrémité aval (23) de l'ailette (21) définit une languette souple (24) de longueur (d). La branche latérale (16) est munie d'une ailette (25) de même section trapézoidale que l'ailette (21). L'ailette (25) s'étend sur toute la longueur de la branche (16). La branche inférieure (18), l'extrémité de la branche latérale (15) et celle de la branche latérale (16) définis- sent la zone d'accrochage de la spirale. La branche supérieure (17) du crochet comporte un alésage (30) de section carrée qui débute par un tronc de pyramide (31). Au niveau de la face de sortie de cet alésage (30), la branche (17) comporte deux languettes dont unique- ment une est visible sur la figure (4) et repérée par le repère (35). Le tourillon (2) est plus spécialement représenté sur les figures 6 et 7. Il comporte un axe (40), une surface d'appui (41) portée par un cylindre (42) et une partie conique (43). L'axe (40) est divisé en quatre parties. La partie (44) qui est solidaire de la surface d'appui (41) est cy- lindrique et a une longueur au moins égale à la hauteur du palier annulaire (13). Le diamètre de cette partie cylin- drique est légèrement inférieur au diamètre intérieur dudit palier annulaire (13). La partie cylindrique (44) est reliée a une partie intermédiaire (45) de section octogonale présentant quatre parois planes (46), (47),(48) et (49) et quatre parois légèrement arrondies (50), (5I), (52) et (53). La coupe de cette partie intermédiaire est représentée figure 6a,L'épaisseur de la partie intermédiaire est égale à la largeur de l'alésage (30) et sa hauteur est légèrement supérieure à la profondeur du même alésage (30). Enfin, l'axe (40) comporte une zône extrême d'encli- quetage (55), composée d'un axe (56) cylindrique et d'un embout (57) octogonal qui définissent une encoche latérale (58). La longueur de l'axe (57) est égale à celle des languettes (35). La surface d'appui (41) présente la forme d'un anneau sphérique complémentaire de la surface d'appui (14) du palier annulaire (13). Elle est portée par une pastille cylindrique (42) d'usure surmontée par le cône (43). La base du cône (43) a le même diamètre que la pastille (42). On a représenté sur la figure (8) la partie supérieure du tourillon (2) quand il est mis en place pour l'assembla- ge du dispositif. Le cône (43) est muni de quatre ailettes (60), (61), (62) et (63) - figure 7 - qui s'étendent selon quatre génératrices orthogonales et sur toute la longueur de celles ci. Chaque ailette a la forme d'un triangle dont le grand côté est porté par une génératrice du cône et dont le petit côté est orienté vers la base du cône (43). Les dimensions res- pectives de ces pièces apparaissent nettement sur cette figure 8. La pointe (65) du cône est située à l'intérieur du fourreau (7). La pointe (66) des ailettes est située en vis à vis de la partie centrale des branches (11) et (12) et le petit côté (67) de ces ailettes est sensiblement parai- lèle aux branches (11) et (12) - Le grand côté (67) des ailettes s'étend entre la pointe (65) du cône et la pointe (66) du triangle. La mise en place et le fonctionnement du dispositif ci-dessus représenté sont les suivants. On choisit un fourreau (7) dont les dimensions sont compatibles avec les dimensions du tube dans lequel on veut insérer le dispositif. C'est en effet un avantage du dispo- sitif selon l'invention de pouvoir être installé dans des tubes de différents diamètres puisqu'il suffit d'avoir à sa disposition des pièces supérieures (1) dont les fourreaux différent par leurs tailles mais dont les dimensions du palier (13) et la hauteur des branches sont identiques, les tourillons (2) et les crochets (3) restant identiques. Le tourillon (2) est introduit dans le palier (13) puis dans l'alésage (30) du crochet (3) et l'ensemble est maintenu en place lors de l'encliquetage des ailettes (35) contre l'embout octogonal (57). La spirale (5) est fixée au crochet (3) et l'ensemble introduit dans le tube (4) ob il est emmanché en force jusqu'à ce que tout le fourreau(7) soit introduit dans le tube (7) de façon à ce qu'aucune partie du dispositif ne fasse saillie par rapport à la plaque tubulaire (10) dans laquelle sont fixés les tubes (4). Un fluide circule dans le tube de l'amont vers l'auel, c'est à dire depuis l'extrémité du tube solidarisée à la plaque tubulaire (10). Ce fluide assure la mise en rotation de la vis d'Archimède (5). D'une manière connue, la rotation de cette vis permet de maintenir en permanence propre la surface interne des tubes et améliore le transfert thermique par diminution de l'épaisseur de la couche laminaire en contact avec les parois internes des tubes ainsi que par l'augmentation du nombre de Reynolds. La rotation de la vis d'Archimède est transmise au tourillon (2) puisque celui ci et le crochet présentent des surfaces prismatiques en vis à vis, à savoir les parois de l'alésage carré (30) et les parois (46), (47), (48) et (49) de la partie inter- médiaire (45) de l'axe (40). Les ailettes (61), (62), (63) et (64) sont donc animées d'un mouvement de rotation. Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, il peut arriver que le fluide qui circule dans le tube (4) contienne différentes matières en suspension, en particulier des débris végétaux. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter que ces débris ne viennent obstruer le tube dans la zone d'entrée,c'est à dire au niveau de l'accrochage de la vis d'Archimède, obs- truction qui pourrait être due à l'interception de ces débris par les bras (11) et (12). En effet, du fait de l'orientation inclinée de ces bras, les éventuels débris végétaux sont dirigés vers la base du cône (43) , c'est à dire en vis à vis des petits côtés (67) des ailettes. L'espace libre entre les bras (11) et (12) et le volume généré par les ailettes, lors de leur rotation, en parti- culier par la rotation des petits côtés, est suffisamment faible pour que ces particules soient remises en circulation par arrachement. Mais ce fluide peut aussi contenir d'autres matières en suspension, en particulier des particules abrasives dont l'effet pourrait être néfaste pour la surface d'appui du palier (13) et celle de l'émerillon (2). Ces particules sont ejectées vers l'extérieur du palier, d'une part du fait de la forme conique de la partie supérieure du tourillon (cône (43)), et d'autre part par l'effet de centrifugation dû à la rotation des ailettes. On a donc réalisé un dispo- sitif qui est parfaitement auto-nettoyant. Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, les branches latérales (14) et (15) du crochet sont munies d'ailettes (21) et (25) qui permettent d'assurer le renfort du crochet et de prevenir sa déformation. Mais ces ailettes présentent aussi une fonction complémentaire qui est de générer des turbulences dans la zone comprise entre le palier (13)et l'extrémité amont de la vis. Ces turbulences permettent donc de minimiser au maximum la longueur du tube qui n'est pas soumise à l'effet de nettoyage. En outre, dans le cas o l'épaisseur de la plaque tubulaire est telle que la zone du tube située en vis à vis desdites ailettes participe à l'échange thermique, on amé- liore encore les performances de cet échange. On peut encore noter que le dispositif ainsi décrit assure un maintien parfait de la vis d'Archimède même en cas d'inversion du sens de circulation du fluide du fait de la présence de la languette souple (24) qui permet l'accro- chage manuel de la vis tout en l'empêchant de se décrocher lors de la circulation inverse du fluide. Cette languette est une sécurité supplémentaire du décrochage de la vis d'Archimède qui, étant en place dans le tube et fixée au dispositif ne peut s'en désolidariser du fait de sa rigidité latérale puisque le crochet reste axé dans le tube par l'intermédiaire du fourreau. Mais l'invention n'est pas limitée au mode de réali- sation décrit, elle en englobe au contraire toutes les variantes. Par exemples, les languettes (21) et (25) fixées aux branches latérales du crochet qui sont droites sur les dessins pourraient très bien avoir une forme spiralée avec par exemple le même pas que la vis d'Archimède. Il en est de même pour la forme et le nombre des ailettes (60), (61), (62) et (63) qui ne sont pas limitatifs, l'important étant que ces ailettes assurent, lors de leur rotation, la remise en circulation par arrachement des particules fibreuses qui peuvent se déposer sur les branches inclinées de la partie supérieure. Le dispositif décrit ci-dessus présente en outre l'avantage de pouvoir être facilement fabriqué par moulage sous pression, et ceci pour chaque composant. Les matières plastiques utilisées peuvent être des matières plastiques composites ou pas, chargée éventuellement d'additif, leurs qualités étant choisies en fonction des différentes utilisa- tions prévues. Dans un mode de réalisation préféré, on pourra choisir de réaliser le fourreau et le crochet en polyacetal, le tourillon étant en polyacetal chargé de bisulfure de molybdène. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de fixation rotative d'un élément dans un tube, caractérisé en ce qu'il comporte: - un fourreau conique (7) destiné a être emmanché en force dans ledit tube (4) et muni d'un palier annu- Laire fixe (13), ledit palier étant réuni audit fourreau par au moins deux bras (11) (12)les deux bras étant inclinés vers ledit palier, - un crochet (3) comportant au moins une première et une seconde branches LatéraLes (15) (16) réunies entre eLLes par une branche supérieure (17) et une branche inférieure (18), ladite branche supérieure étant munie d'un alésage débouchant (30) et d'au moins une Languette souple d'encliquetage (35) située sensiblement dans le prolongement dudit alésage, la première branche Latérale étant munie d'une ouverture (20), - un tourillon (2), pour solidariser en traction ledit crochet et ledit fourreau tout en permettant la ro- tation du crochet constitué par un axe (40) dont une première extrémité est munie d'une surface annulaire d'appui (41) et dont l'autre extrémité est munie d'au moins une encoche LatéraLe (58), Ledit tourillon étant engagé d'une part dans ledit palier annulaire du fourreau et d'autre part dans ledit alésage du crochet dans une position telle que ladite languette d'encliquetage vienne s'appuyer dans ladite encoche latérale. 2 Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que ledit alésage (30) de la branche supérieure du crochet et l'axe (40)dudit tourillon comportent chacun une surface plane qui sont situées en vis à vis quand le crochet et le fourreau sont solidarisés par le tou- riLlon et en ce que ladite surface annulaire d'appui est solidaire de la base d'un cône (43) coaxial dudit axe ledit cône étant muni d'au moins une ailette radiale (60). 3 - Dispositif seLon La revendication 2, caractérisé en ce que Ladite ailette (60) est triangulaire et comporte un côté (67) ayant sensiblement la même inclinaison que les bras de liaison du fourreau au palier. 4 - Dispositif seLon La revendication 2, caractérisé en ce qu'iL comporte un cylindre (42) intercallé entre- Ladite surface annulaire d'appui et la base dudit cône. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité du cône (43) est située à l'inté- rieur dudit fourreau. 6 - Dispositif selon La revendication 1, caractérisé en ce que La seconde branche latérale (16) comporte une ailette extérieure longitudinale (25). 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau et le crochet sont réalisés en polya- cétaL et le tourillon en polyacetal chargé de bisulfure de molybdène.