Brevet FR2612267A1 — publié le 19880916

Dispositif pour le maintien en position dlune extrémité d'un élément monté mobile en rotation dans un tube et application de ce dispositif. La présente invention concerne un dispositif pour le maintien en position d'une extrémité d'un élément monté mobile en rotation dans un tube. L'invention concer- ne également une application de ce dispositif à la préven- tion de l'encrassement et au nettoyage en continu d'un conduit o circule un fluide. On sait que les matières dissoutes ou en suspension dans les fluides liquides ou gazeux circulant dans des conduits ont tendance à se déposer sur les parois internes de ces conduits. C'est le cas, par exemple, des solutions aqueuses contenant des sels tels que du carbonate de soude ou encore des mélanges d'hydrobarbures contenant des matières en suspension minérales et/ou organiques, hydro- carbures susceptibles de former du coke par craquage thermique au contact de parois chaudes. Ce phénomène se rencontre généralement dans les tubes d'échangeurs thermiques, dont l'efficacité diminue très rapidement, si l'on ne prévient pas ou ne limite pas leur encrassement. Clest le cas, en particulier, des échangeurs de préchauffe des distillations atmosphérique ou sous pression réduite rencontrés dans l'industrie pétrolière. Bien entendu, il est possible de procéder au nettoyage périodique de ces tubes, mais il s'agit là d'une opération longue et coûteuse, puisqu'elle implique l'arrêt des unités de production, le démontage au moins partiel des échangeurs et leur remontage après nettoyage. C'est pourquoi on préfère généralement prévenir l'encrassement de ces tubes en disposant à l'intérieur de ceux-ci un élément mobile, par exemple de forme héli- coidale, qui est entraîné en rotation par le fluide circulant dans le tube et qui assure le nettoyage et/ou la prévention de l'encrassement du tube, que cet élément mobile vienne ou non en contact avec la paroi interne de celui-ci (voir par exemple les brevets U.S. NO -2 - 4 174 750 et 3 648 754, le brevet anglais No 347 904, ainsi que la demande de brevet français NO 2 569 829). Le maintien en position des éléments mobiles à l'in- térieur des tubes pose cependant certains problèmes, car ces éléments doivent être librement entraînés en rotation par le fluide, sans affecter notablement la circulation de celui-ci dans les tubes et sans provoquer une forte chute de pression. La présente invention vise à proposer un dispositif de maintien en position d'une extrémité d'un élément monté mobile en rotation dans un tube, qui répond aux conditions ci-dessus et limite l'encrassement des échangeurs thermiques, en vue d'améliorer les transferts de chaleur. L'invention a également pour but de proposer un tel dispositif de fixation qui soit peu coûteux à réaliser et qui puisse être aisément monté sur le tube équipé de l'élément mobile en rotation, sans nécessiter d'outils ou de pièces annexes telles que des vis et des broches. L'invention a encore pour but de proposer un dispositif de ce type qui puisse être rendu solidaire simultanément de l'extrémité amont du tube équipé de l'élément mobile en rotation et de l'extrémité amont de cet élément mobile. L'invention a enfin pour but de proposer un tel dispositif qui puisse être facilement adapté à des tubes de diamètres différents. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour le maintien en position d'une extrémité d'un élément entraîné en rotation par un fluide circulant dans un tube, l'autre extrémité dudit élément étant libre, ce dispo- sitif étant du type comprenant un organe formant palier, apte à être rendu rigidement solidaire d'une extrémité dudit tube, et un élément monté en rotation par rapport audit organe formant palier et apte à être rendu solidaire d'une extrémité de l'élément mobile, ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'organe formant palier est un organe monobloc en un matériau rigide apte à se dé- former élastiquement, cet organe monobloc comprenant au moins deux branches séparées par une distance telle 2612 2 6 7 -3- qutelles puissent être engagées à force dans une extré- mité ouverte dudit tube pour prendre appui élastiquement contre la paroi interne de celui-ci, de manière à en rendre rigidement solidaire dudit tube ledit organe formant palier. Celui-ci pourra avantageusement être réalisé par mise en forme d'une pièce initialement plane. Ctest ainsi que, dans sa forme de réalisation la plus simple, o l'organe formant palier aura, par exemple, sensiblement la forme d'un U comportant deux branches divergentes à partir de la partie centrale ou base du U, cet organe pourra être réalisé par pliage d'une simple bande métallique. Naturellement, bien que les chutes de pression résultantes soient plus importantes, l'organe formant palier pourra aussi comporter trois ou quatre branches, ou même davantage, attenantes à une même partie centrale et disposées régulièrement par rapport à celle-ci. Dans ce cas, l'organe formant palier fourra être réalisé par pliage à partir d'une pièce plane en forme d'étoile à trois ou quatre branches, ou plus. Les branches de l'organe formant palier auront généralement la forme de bandes mais pourront avoir également la forme de tiges. Les branches de l'organe formant palier pourront être introduites directement dans l'ouverture d'un tube en les rapprochant les unes des autres et en les laissant ensuite s'écoarter par élasticité pour venir s'appliquer contre la paroi interne du tube dont elles deviennent ainsi solidaires. Lesdites branches pourront avantageuse- ment se prolonger à une de leurs extrémités par un ergot de dimensions transversales réduites, qui seul sera introduit dans le tube, tandis que les arêtes trans- versales de l'extrémité de ces branches, de part et d'autre dudit ergot, prendront appui contre la tranche de l'ex- trémité correspondante du tube, donnant ainsi une position fixe audit organe et évitant par là même son entraînement dans le tube. 4- On peut concevoir que, dans le cas de branches étroites (par exemple d'une largeur inférieure à 4 mm), les ergots décrits précédemment soient remplacés par des ergots perpendiculaires la direction générale des branches. Inversement, puisque les branches de l'organe formant palier divergent à partir de la partie centrale, on pourra engager d'abord cette partie centrale à force dans l'ex- trémité ouverte du tube avec les extrémités libres des branches dirigées vers l'ouverture de ce tube. Le dispositif conforme à l'invention permet donc à l'utilisateur de s'adapter aux conditions locales des tubes à équiper d'un élément mobile. Pour donner de la rigidité audit palier après pliage des branches à partir d'une pièce plane, au moins une encoche pourra avantageusement être ménagée dans ladite pièce plane au niveau de la ligne de pliage de chacune des branches, dans la direction générale de celles-ci, de part et d'autre de cette ligne de pliage. L'élément monté rotatif par rapport à l'organe formant palier pourra être constitué, de façon connue en soi, par un tourillon comportant une tête et une tige engagée dans un orifice de la partie centrale de la pièce formant palier, l'extrémité de ladite tige pouvant être rendue solidaire par tout moyen connu dans la technique de l'élément mobile associé au tube sur lequel est monté l'organe formant palier. L'extrémité libre de ladite tige pourra, par exemple, être recourbée et coopérer avec une extrémité en forme d'anneau de l'élément mobile ou vice-versa. L'extrémité libre de la tige pourra aussi être creuse, de manière à pouvoir y engager l'extrémité correspondante de l'élément mobile, les extrémités asso- ciées pouvant être rendues solidaires l'une de l'autre par sertissage, par soudure, par un système de vis ou autre. Afin d'éviter une usure rapide des parties en contact de la tête du tourillon et du palier, ceux-ci seront réa- lisés en des matériaux aptes à réduire leur friction. Une rondelle antiusure pourra être interposée entre ces organes et avantageusement sertie sur le palier. Un avantage essentiel du dispositif selon l'inven- tion est donc qu'il peut être monté à l'extrémité d'un tube et rendu solidaire de celui-ci sans nécessiter quelque outil ou quelque organe d'assemblage que ce soit. Un autre avantage est de pouvoir réaliser, par un pliage adéquat de la pièce plane, des dispositifs adaptés à des tubes de diamètres différents. Naturellement, l'utilisation du dispositif conforme à l'invention pour le maintien en position d'une extrémité d'un élément mobile, disposé à l'intérieur d'un tube et apte à être entraîné en rotation par un fluide circulant dans celui-ci, en vue de prévenir l'encrassement de ce tube, constitue un autre objet de la présente invention. Cette application de l'invention se révèle très avantageuse dans le cas des tubes d'un échangeur de chaleur. En effet, les extrémités de ces tubes sont habituellement engagées dans des orifices de plaques de maintien qui ferment l'échangeur à chacune de ses extrémités et les tubes soit font saillie de quelques millimètres en dehors de ces plaques, soit sont soudés à ras de ces plaques. Dans les deux cas, l'utilisation du dispositif conforme à l'invention est avantageuse. Les dessins schématiques annexés illustrent la mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une coupe suivant l'axe d'un tube d'un échangeur thermique,illustrant l'utilisation du dispositif conforme à l'invention pour le maintien en position d'une extrémité amont dtun élément mobile disposé à l'intérieur de ce tube et entraîné en rotation par le fluide qui y circule; La figure 2 est une vue en plan d'une pièce plane à partir de laquelle peut être réalisé par pliage l'organe formant palier de ce dispositif; La figure 3 est une vue latérale de cet organe formant palier; - 6 - La figure 4 est une coupe axiale illustrant lten- gagement à force de cet élément formant palier dans l'ouverture d'un tube; La figure 5 est une vue suivant la flèche F de la figure 4; La figure 6 illustre deux modes de montage du dispositif selon l'invention pour le maintien en position des extrémités de deux éléments mobiles disposés à l'intérieur d'un tube en U et entrainés en rotation par le fluide qui y circule. Le dispositif représenté sur les dessins comprend, d'une part, un organe 1 formant palier, à section sensi- blement en U, dont les deux branches 2 divergent à partir de la base 3, et, d'autre part, un tourillon 4, comportant une tête 5 et une tige 6 engagée dans une ouverture 7 de la base 3 du palier 1. Dans le montage illustré par la figure 1, la tige 6 du tourillon est disposée à l'intérieur du palier 1 entre les branches 2. Les branches 2 du palier se prolongent, à chacune de leurs extrémités, par un ergot 8. On a représenté sur la figure 3 en 8', en lignes discontinues, des ergots perpen- diculaires aux branches 1 et 2,pouvant se substituer aux ergots 8. On a aussi représenté sur la figure 2, en lignes discontinues, des fentes 20 permettant de réduire les chutes de pression. Entre la tête 5 du tourillon 4 et la base 3 du palier 1 est interposée une rondelle anti-friction 9 qui peut être libre, soudée ou sertie. Sa surface de contact avec la tête 5 du tourillon peut être plane ou hémisphériquetselon le profil de cette tête. Le palier 1 est monobloc et peut être réalisé à partir d'une pièce métallique plane en forme de bande, représentée sur la figure 2, par pliage autour de deux lignes 10. Afin de donner de la rigidité après pliage, des encoches 11 pourront être ménagées sur la bande 1, perpen- diculairement aux lignes de pliage. On notera qu'à partir d'une même pièce plane 1, il est possible, en faisant -7 varier l'écartement x des lignes de pliage 10, de réaliser des paliers adaptés à des tubes de diamètres différents. En effet, comme on le voit sur les figures 3 à 5, le montage du palier 1 à l'extrémité d'un tube 12 peut s'effectuer en rapprochant l'une de l'autre les branches 2, pour engager les ergots 8 à l'intérieur du tube 12, les arêtes transversales des branches 2 contiguës aux ergots 8 venant prendre appui contre la tranche du tube 12. Si l'on relâche ensuite ces branches 2, elles tendent, par élasticité, à s'écarter l'une de l'autre et les ergots 8 viennent s'appuyer contre la paroi interne du tube 12,en rendant le palier 1 solidaire de ce tube, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser quelque outil et quelque pièce d'assemblage que ce soit. La figure 1 illustre l'application du dispositif conforme à l'invention au maintien en position d'une extrémité d'un élément hélicoïdal 13, entraîné en rotation dans un tube 12 d'un échangeur thermique par le fluide circulant dans ce tube dans le sens indiqué par la flèche Fi en vue de prévenir l'encrassement de celui-ci et/ou d'assurer son nettoyage interne. Dans le cas du dessin, la tige 6 du tourillon 4 est creuse et l'extrémité du tube 12 y est engagée et sertie ou soudée. Naturellement, la tige 6 et l'extrémité 14 de l'élé- ment mobile 13 pourraient être rendues solidaires par d'autres moyens connus en soi, par exemple,en utilisant une tige dont l'extrémité, recourbée à la manière d'un crochet, est engagée dans un anneau dont est équipée l'extrémité de l'élément mobile 1, ou inversement en repliant à la manière d'un crochet cette extrémité de l'élé- ment mobile et en l'engageant dans un anneau prévu à l'extrémité de la tige du tourillon. On remarquera que le tube 12 de la figure 1 est engagé dans une ouverture 15 d'une plaque frontale 16 d'un échangeur thermique et ne fait pas saillie en dehors de cette plaque. Le même montage reste valable pour des tubes faisant saillie. La figure 6 représente une mise en oeuvre, dans un 26 12267 -8- tube 18 recourbé en U, aux extrémités dudit tube, de deux dispositifs conformes à l'invention. Le fluide circule dans le sens indiqué par la flèche F2, de l'extrémité amont 21 du tube 18 à l'extrémité aval 22 dudit tube. A l'extrémité 21 du tube 18, les ergots 8 terminant les branches 2 du palier 1 sont engagés dans le tube de la manière décrite en relation avec la figure 1, et la tête 5 du tourillon, comme précédemment, est à l'exté- rieur du palier 1. En revanche, à l'extrémité 22 opposée du tube 18, le palier 1 a été engagé en sens inverse dans le tube, avec la base 3 de ce palier disposée à l'intérieur du tube, la section en U du palier s'ouvrant en direction de l'extrémité 22 dudit tube. Les deux branches, ayant un profil de préférence courbe, sous l'effet du fluide circulant, prennent appui par élasticité contre la paroi interne du tube 18. La rondelle 9 est disposée de la même façon que précédemment. Par contre, le tourillon 4' est réalisé différemment. La tête 5' du tourillon, disposée à l'inté- rieur du tube et raccordée par la tige 6' à un autre mobile 13', est prolongée par une tige 23 traversant la base 3 du palier 1. Pour que le tourillon reste prisonnier du palier, l'extrémité 24 de la tige 23, est par exemple, au préalable fendue de telle façon qu'au montage, en écartant les deux lèvres 25 de la tige, le tourillon reste solidaire du palier. Ainsi, sous l'effet du fluide circulant dans le tube, la tête 5' reste constamment en contact avec la surface interne de la rondelle 9. On notera la grande simplicité du dispositif conforme à l'invention et sa facilité de montage sur des tubes, qui ne nécessite aucun outil ou organe d'assemblage. On notera également la possibilité de réaliser à partir d'une même pièce plane, des paliers adaptés à des tubes de diamètres différents. -9 REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour le maintien en position d'une extrémité d'un élément entraîné en rotation par un fluide circulant dans un tube (12), l'autre extrémité dudit élément étant libre, ce dispositif étant du type comprenant un organe (1) formant palier, apte à être rendu rigidement solidaire d'une extrémité dudit tube, et un élément (4),monté en rotation par rapport audit organe (1) formant palier et apte à être rendu solidaire d'une extrémité de l'élément mobile (13), ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'organe formant palier (1) est un organe monobloc en un matériau rigide apte à se déformer élastiquement, cet organe monobloc comprenant au moins deux branches (2) séparées par une distance telle qu'elles puissent être engagées à force dans une extré- mité ouverte dudit tube (12) pour prendre appui élastique- ment contre la paroi interne de celui-ci, de manière à en rendre rigidement solidaire ledit organe (1) formant palier. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe formant palier est réalisé à partir d'une pièce plane, par pliage desdites branches (2) autour de lignes de pliage (10). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que des encoches (11) s'étendent perpendiculairement auxdites lignes de pliage, de part et d'autre de celles-ci. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit palier (1) a un profil sen- siblement en U et comporte deux branches (2) correspondant aux branches du U et divergeant à partir de la base (3) de celui-ci. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit palier (1) comprend plus de deux branches réparties régulièrement par rapport à une partie centrale et est issu d'une pièce plane en forme d'étoile à plusieurs branches. 26 1 2267 - 10 - 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que lesdites branches (2) dudit palier (1) se prolongent par des ergots (8, 8') maintenant en place le dispositif sur le tube (12). 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément (4) monté en rotation par rapport audit palier (1) est un tourillon, comportant une tête (5) et une tige (6) engagée dans une ouverture (7) de la partie centrale (3) dudit palier réunissant lesdites branches (2). 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite tige (6) est creuse, de manière à pouvoir recevoir l'extrémité dudit élément mobile. 9.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite tige comprend une extrémité recourbée, apte à coopérer par accrochage avec une partie en forme d'anneau de l'extrémité dudit élément mobile ou vice- versa. 10.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les branches (2) comportent des fentes (20). 11.- Dispositif selon l'une des revendications 7 à , caractérisé en ce qu'une rondelle (9) est interposée entre le palier (3) et la tête (5) du tourillon (4). 12.- Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, pour le maintien en position d'une extrémité d'un organe mobile (13), disposé à l'intérieur d'un tube (12) et apte à être entraîné en rotation par un fluide circulant dans ledit tube, en vue de prévenir l'encrassement dudit tube et d'assurer son nettoyage en continu. 13.- Utilisation dans un tube en U de deux dispositifs selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif disposé à l'extrémité aval du tube en U est réalisé de telle façon que la tête (5') du tourillon est disposée à l'intérieur dudit tube et est prolongée par une tige (23) traversant la base (3) du palier (1) dont l'extrémité maintient le tourillon sur le palier.