Brevet FR2643291A1 — publié le 19900824

La présente invention concerne un dispositif destiné à permettre dans des conditions de rendement et. d'efficacité améliorées et avec une rentabilité considérablement accrue, la proJection d'un ou d'une pluralité de jets de liquide destinés à participer à une opération de nettoyage notamment de nettoyage industriel ou de découpe de matériaux. La présente invention sera décrite plus spécialement en rapport avec son application pour les opérations de nettoyage notamment de nettoyage industriel à l'intérieur de capacités, volumes, citernes et plus spécialement encore de tuyaux, tubulures ou canalisations. De tels volumes et canalisations sont fréquemment encrassés et encombrés de dépôts notamment de nature minérale (caicaire ou autre) et ces dépots constituent un frein dans le déplacement du liquide véhiculé par la canalisation en diminuant par conséquent le débit et le rendement de l'installation. Il est donc nécessaire de procéder de temps à autre et à intervalles réguliers ou non, à des opérations de nettoyage visant à éliminer les dépôts parasites qui se sont accumulés sur les parois. Il doit cependant être compris que l'invention n'est pas limitée à cette application et sera exploitable chaque fois qu'un jet de liquide est-utilisé pour attaquer un matériau en vue de le percer, d'en détruire la structure globale et de l'eliminer, soit å des fins d'évacuation d'un dépôt parasite, soit afin de réaliser une découpe ou un perçage dans la structure elle-meme. On utilise couramment dans l'art actuellement connu des jets de liquide, notamment d'eau, sous forte pression à projeter à partir de buses en acier traité. La pression de service généralement utilisée est de l'ordre de 600 à 800 bars pour des opérations de nettoyage, tandis qu'elle peut dépasser 2000 bars et atteindre 000 bars pour des opérations de découpe du matériau. On comprend qu'une condition essentielle pour obtenir un rendement maximum du jet proJeté soit sa compacité et son homogénéité. Dans la mesure en effet où le jet demeure cohérent et attaque le matériau selon un point précis, permettant une action ponctuelle et focalisée sur une surface extremement réduite, l'action de décomposition physique du matériau subissant cette force est plus efficace et permet par conséquent rapidement de détruire la structure du matériau attaqué. Or l'expérience montre que les buses utilisées actuellement et réalisées en acier traité, dont ''orifice de sortie est sim?lemens perçé, débitent un Je; débouchant à l'air libre qJ perd rapidement sa cohésion et qui ne reste homogène que sur une longueur relativeent faible de l'ordre de 6 à 10 mm ; au-del & le jet commence à se disperser de sorte que il attaque la matière sur une surface plus large en perdant ainsi une partie de son efficacité puisque la force est dispersée sur une surface impact qui devient de plus en plus importante au fur et à mesure que s'élève la distance entre la buse et la surface attaquée. L'expérience montre en outre que les buses en acier traité couramment utilisées sont rapidement dégradées et érodées par la force des filets de liquide cui les traverse ; de sorte que par un processus cumulatif, cette dégradation de l'état de surface des buses entraine des pertes de charge et la formation de mouvements tourbillonnaires au sein du jet qui sont une nouvelle cause de dispersion du jet et d'une efficacité diminuée. La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs de projection d'eau et qui permettent d'améliorer considérablement l'efficacité, la rentabilité et le rendement des opérations tant de nettoyage que de découpe. A cet effet l'invention concerne en premier lieu un dispositif pour la projection d'au moins un jet de liquide sous haute pression, supérieure à 500 bars, à des fins de nettoyage de surface ou de découpage de matériau, et le dispositif est caractérisé en ce qu'il est constitué d'une part d'un corps cylindrique formant porte-buses raccordé par une conduite à une source de liquide sous pression, ledit corps cylindrique définissant une chambre intérieure prolongeant l'extréinité de ladite conduite, ladite chambre comportant une pluralité d'ouvertures vers l'extérieur et d'autre part une pluralité de buses amovibles susceptibles d'être immobilisées chacune dans une desdites ouvertures. On voit que selon cette première caractéristique de l'lnvention on met en oeuvre un dispositif mobile constitué d'un porte-buses, au sein duquel les buses individuelles sont montées de façon amovible en permettant par conséquent l'interchangeabilité des buses après usure. L'utilisation d'un "porte-buses" susceptible de recevoir des buses amovibles, permet encore d'adapter en fonction des besoins les buses individuelles qui seront mises en oeuvre sur chaque tête notamment d'adapter les dimensions et caractéristiques des jets projetés, dimensions qui seront déterminées par les caractéristiques notamment les sections de sortie desdites buses individuelles. Enfin il est encore possible grâce & l'invention et en utilisant le porte-buses ainsi spécifié, de réaliser une tête de projection susceptible d'émettre une pluralité de jets dans des directions divergentes avec de préférence une force résultante susceptible d'assurer la progression de la tête à l'intérieur du volume traité, la multiplicité des ouvertures prévues sur la tête permettant d'ajuster non seulement le débit et les caractéristiques des jets individuels mais également leur nombre et leur direction. Il est en effet possible selon l'invention de mettre en place sur la tête formant porte-buses ainsi réalisé un nombre de buses correspondant aux besoins tandis que certaines des ouvertures seront simplement neutralisées. Selon unie autre caracteristique le dispositif comporte ainsi au cls un et de préférence une pluralité d'organes d'obturation aptes à erre mois en place sur une ou plusieurs desdites ouvertures neutralisées et refermées sans que ces ouvertures comportent de buses de projection. Selon une autre caractéristique lesdites ouvertures prévues sur le porte-buses comportent des alèsages filetés et les buses elles-memes, de même que les organes d'obturation, sont prévus avec un filetage extérieur permettant leur immcblisation par vissage dans lesdits alèsages. Selon encore une autre caractéristique les buses sont constituées chacune d'un manchon amovible apte à être engagé et immobilisé dans une des ouvertures du corps cylindrique formant porte-buses, et chaque buse comporte à sa base une couronne dont l'orifice intérieur définit la section de passage du jet et ladite couronne est réalisée en matériau à haut coefficient de dureté tel que céramique, pierre naturelle et/ou artificielle. Par exemple ladite couronne est réalisée en saphir. Selon une autre caractéristique lesdites ouvertures sont réparties en hélices le long du corps cylindrique formant porte-buses. Selon encore une autre caractéristique ce corps cylindrique formant porte-buses comporte une paroi frontale obturant son extrémité distale et cette paroi comporte des ouvertures réceptrices de buses de projection. Plus spécialement cette paroi frontale est de forme générale tronconique et elle forme avec la face interne de la paroi intérieure cylindrique un angle compris entre 45 et 600. Selon une autre caractéristique les ouvertures disposées sur le corps cylindrique et réceptrices desdites buses sont orientées dans des directions divergentes et de préférence dans des directions radiales depuis le centre dudit corps. Selon encore une caractéristique la paroi frontale tronconique comporte une ouverture centrale coaxiale à la directrice de la chambre cylindrique formant porte-buses. Selon une autre caractéristique les ouvertures sont disposées de telle façon que la poussée de réaction globale résultant de l'addition des forces constituées par les jets provenant de l'ensemble des buses s'exerce dans une direction coaxiale à l'axe median de ladite chambre et dans une direction opposée au raccordement sur la tubulure d'arrivée et d'alimentation de liquide. Selon encore une autre caractéristique la surface intérieure de la chambre au sein du corps cylindrique formant porte-buses est usinée jusqu'à l'obtention d'un état de surface inférieur à 0,05 micron. Plus spécialement encore chaque buse formée d'un manchon cylindrique, est dimensionnée de façon à venir afleurer au niveau de la paroi extérieure du corps cylindrique formant porte-buses, d'une part, et au niveau de la paroi intérieure de ce corps cylindrique d'autre part. Selon encore une autre caractéristique chaque manchon cylindrique est dimensionné de façon à ce que la longueur de l'alèsage intérieur à ce manchon représente li à 7 fois le diamètre intérieur de la couronne définissant la section de passage du jet liquide, et cet alèsage tubulaire du manchon est supérieur à ladite section de passage. Selon encore une autre caractéristique la somme des surfaces des buses, .mis en place sur le corps cylindrique formant porte-buses, est comprise entre 2,9 et O,tl fois la surface intérieure de la chambre. L'invention concerne enfin une u'ii sation du dispcsitif précédem*.er.v spécifiée en vue d'une opératIon de nettoyage et elle est caractérIsée en ce que la vitesse dans la conduite d'alineftation est comprise entre 0,6 et 0,4 fois la vitesse ce déplacement du jet liquide au sein de chaque buse unitaire, pour une pression d'alimentation comprise entre 600 et E33 bars. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec des formes de réalisation présentées à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexes. La figure 1 représente une vue en perspective du porte-buses selon l'invention avec les ouvertures nues. La figure 2 représente le porte-buses de la figure 1 dans lequel les buses sont mises en place. La figure 3 représente une vue en coupe du porte-buses des figures 1 et 2 avec mise en place des buses dans les ouvertures réceptrices, étant précisé que la figure 3 ne représente pas une coupe dans un même plan mais fait apparaitre des buses qui se situent dans des plans différents ceci pour une meilleure clarté de l'invention. La figure 4 représente une vue en coupe d'une buse individuelle. La figure 5 représente une vue en perspective de la buse de la figure 4. Selon l'ensemble des figures on voit que selon l'invention on a prévu un corps cylindrique 1 formant porte-buses raccordé à l'extrémité d'une tubulure 2 d'arrivée du liquide sous pression, cette tubulure 2 étant de préférence souple pour permettre le déplacement du porte-buses 1 dans des tubulures ou des capacités difficilement accessibles. Le porte-buses 1 se compose d'un corps principal cylindrique 3 et se termine par une paroi distale, opposée à l'alimentation tubulaire 2 ; cette paroi distale 4 obture l'extrémité du corps tubulaire 3 formant le porte-buses t et elle est de forme générale tronconi-que. L'intérieur du porte-buses 1 définit une chambre 5 dans laquelle débouche par conséquent la canalisation d'alimentation 2 et -cette chambre communique avec l'extérieur, à travers la paroi 3 par des ouvertures 6,7 (figure 3) ou 8,9,10 (figure 1). Pareillement des ouvertures 71,12 sont disposées sur la parci distale de forme cylindrique ; et cette dernière se termine par une partie frontale offrant un méplat 13 lequel est lui-meme traversé par une ouverture 14 ainsi disposée de façon coaxiale par rapport à la directrice du corps cylindrique 3. Tandis que la figure 1 représente le porte-buses à l'état nu, les figures 2 et 3 représentent ce même porte-buses garni d'une pluralité de buses individuelles respectivement 15,16 (figure 3), et 17,18,19 (figure 2). Les figures 4 et 5 représentent des vues respectivement en coupe et en perspective de ces buses individuelles susceptibles d'être mises e place dans les ouvertures. On voit selon la figure 2 que les ouvertures sont avant a geusement réparties, pour obtenir un équilibre dans la répartifiicr. des ouvertures évitant de créer des zones de faiblesse cans la paroi cylindrique, selon une ligne hélicoldale le ong ce la paroI 3. Csmme on le va sur la figure 4 chaque buse indivIduelle est constItuée d'un manchon 20 définissant intérieurement un alèsage 21 cui constitue un tube de protection du jet 22 à sa sortie de la section de passage 23 défini par la couronne 2+. Cette couronne est réalisée en matériau à fort coefficient de dureté par exemple en céramique et de préférence en pierre naturelle ou synthétique telle que le saphir. Cette couronne 24 définit par son diamètre intérieur la section de passage 23 et par conséquent les caractéristiques du jet 22. L'utilisation d'une couronne définissant cette section de passage en matériau à forte résistance à la corrosion physique, permet d'améliorer la longévité de chaque buse individuelle r.zse en place sur le porte-buses. L'alèsage intérieur 21 constitue par ailleurs une structure de protection qui évite la formation de tourbillons dans les filets périphériques du jet lorsque ce dernier débouche à l'air libre. - Comme on le voit sur la figure 5, la paroi extérieure du manchon 20 comporte un filetage 20b qui permet par conséquent l'engagement et l'immobilisation de la buse dans son ouverture réceptrice 7t Ce filetage 20b s'arrête à proximité du sommet 20a de la buse (sortie du jet) en permettant un blocage de la buse dans son logement. L'ouverture 7,7', comporte intérieurement un filetage correspondant au filetage 20b de la buse de sorte que la buse est aisément engagée et immobilisée dans son logement constitué par cette ouverture 6,7 (figure 3) ou' 7' (figure 4) Afin de faciliter la mise en place de chaque buse, la tête ou sommet 20a de cette buse comporte une fente diamètrale 20c qui facilite le serrage de l'ensemble par le jeu d'un tournevis. On comprend que il est aisé de remplacer les buses sur la tête porte-buses au fur-et-à-mesure de leur usure pareillement il est aisé en utilisant le porte-buses de diamètre approprié en fonction de la capacité dans laquelle il doit travailler, de monter sur ce porte-buses des buses individuelles de caractéristiques, notamment de sections de passage appropriées déterminant en fonction d'une certaine pression, la vitesse de sortie du jet liquide, ceci étant commandé par la nature du matériau devant être attaqué dans sa structure par;les jets de nettoyage. On peut donc à partir d'une tête unique prévoir des adaptations en fonction de chaque besoin. Pareillement il n'est pas nécessaire que toutes les ouvertures de la tête reçoivent une buse et il est possible d'ajuster et de moduler les jets dispersés depuis la tête en fonction des besoins en neutralisant par exemple certaines des ouvertures par la mise en place d'un obturateur vissé purement et simplement dans cette ouverture. Plus spécialement on prévoit dans le cadre de l'invention que les ouvertures et par conséquent les directions des buses mises en place dans les ouvertures, soient crientées de fanon divergente par rapport à une position centrale intérieure à la chambre 5, les orientations des buses et des ouvertures correspondantes étant prévues de façon généralerent radiale. Il est notamment prévu que les ouvertures soient disposées de façon à prévoir une majorité d'ouvertures dirigées vers ''arrière. Ainsi on obtiens une poussée résultant de l'addition conjointe des forces correspondant aux jets cumulés, s'exerçant en direction de l'avant c'est-à-dire vers la parce frontale en assurant ainsi une progression de la tête cheminant à l'IntérIeur de la canalisation, dans le cadre du nettoyage d'une structure tubulaire ; la conduite d'alimentation 2 progressant à la suite de la tête de porte-buses. La paroi intérieure de la chambre 5 est usinée de façon à obtenir un état de surface d'un parfait poli, de l'ordre de 0,03 micron, de façon à éviter toute source d'écoulement tourbillonnaire parasite au niveau du déplacement des filets de liquide le long de cette paroi à l'intérieur de la chambre 5. On prévoit en outre que la section de chaque buse vient afleurer et prolonger la paroi intérieure du porte-buses. En outre selon les expériences et essais auxquels il a été procédé par le demandeur, il est apparu que au sein de chaque buse, le diamètre de ltalèsage 21 doit être légèrement supérieur à la section de passage 23 de façon à permettre l'écoulement du jet 22 évitant tout frottement et toute dispersion. La longueur de l'alèsage 22 est de préférence comprise entre 4 et 7 fois le diamètre dela section de passage 23. Tandis que il a également été défini par les essais et expérimentations de l'inventeur que la surface cumulée occupée par la base des buses individuelles doit représenter sensiblement le dizième de la surface totale de la paroi intérieure de la chambre 5. Le dispositif de l'invention a été décrit plus spécialement en rapport avec son ap?lication pour des opérations de nettoyage industriel, décapage, enlèvement de dépits parasites, etc... Ih peut cependant être utilisé dans les mêmes conditions pour des opérations de découpe et dans ce cas la tête porte-buses sera de préférence équipée d'une seule buse, axiale, les autres buses étant neutralisées, des obturateurs étant mis en place dans les ouvertures. Dans le cas de l'utilisation du dispositif en cours de nettoyage, on a prévu l'exploitation avec une alimentation de liquide, par exemple d'eau, telle que la vitesse dans le canal d'alimentation 2 soit compris entre 0,6 et 0,4 fois la vitesse au sein de chaque buse unitaire, la vitesse de sortie du jet étant de l'ordre de 300 mètres seconde ; la pression d'alimentation est comprise entre 600 et 800 bars. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la projection d'au moins un jet de liquide sous autre pression, supérieure à 500 bars, à des fins de nettoyage de surface ou de découpage de matériau, et le dispositif est caractérisé en ce qu'il est constitué d'une part d'un corps cylindrique (1) formant porte-buses raccordé par une conduite (2) à une source de liquide sous pression, ledit corps cylindrique définissant une chambre intérieure '5) prolongeant l'extrémité de ladite conduite, ladite chambre comportant une pluralité d'ouvertures (6,7) vers l'extérieur et d'autre part une pluralité de buses (15,16) amovibles susceptibles d'être immobilisées chacune dans une desdites ouvertures. 2 - dispositif selon ia revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte ainsi au moins un et de préférence une pluralité d'organes d'obturation aptes à être ms en e place sur une ou plusieurs desdites ouvertures neutralisées et refermées sans que ces ouvertures ccrprtent de buses de projection. 3 - Dispositif selon ia revendication 1 et/ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce que lesdites ouvertures (6,7,8,9,10) prévues sur le porte-buses fl, comportent des alèsages filetés et les buses elles-mêmes (15,16,17,18), de même que les organes d'obturation, sont prévus avec un filetage extérieur permettant leur immobilisation par vissage dans lesdits alèsages. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce;que les buses (15,16,17,18) sont constituées chacune d'un manchon (20j amovible apte à être engagé et immobilisé dans une des ouvertures du corps cylindrique formant porte-buses, et chaque buse comporte à sa base une couronne (24) dont l'orifice intérieur définit la section d passage du jet et ladite couronne est réalisée en matériau à haut coefficient de dureté tel que céramique, pierre naturelle et/ou artificielle. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites ouvertures (6,7,8,9,10) sont réparties en hélices le long du corps cylindrique formant porte-buses. 6 - Dispositif selon l'une des revendicatIons 1 à 5, caractérisé en ce que ce corps cylindrique (1) formant porte-buses comporte une parci frontale (4) obturant son extrémité distale et cette paroi comporte des ouvertures réceptrices de buses de projection. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que cette parci frontale (4) est de forme générale tronconIque et elle forme avec la face interne de la paroi intérieure cylindrique un angle compris entre 45 et 600. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 72 caractérisé en ce que les ouvertures disposées sur le corps cylindrique et réceptrices desdites buses sont orientées dans des directions divergentes et de préférence dans des directions radiales depuis le centre dudit corps. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les ouvertures (6,-7t8,9,10) sont disposées de telle façon que la poussée de réaction globale résultant de l'addition des forces constituées par les jets provenant de l'ensemble des buses s'exerce dans une direction coaxiale à l'axe médian de ladite chambre et dans une direction opposée au raccordement sur la tubulure d'arrivée et d'alimentation de liquide. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la surface intérieure de la chambre au sein du corps cylindrique formant porte-buses es; usinée jusqu'a' l'obtention d'un état de surface inférieur à 0,05 micron. 11 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque manchon cylindrique formant une buse est dimensionné ce façon à ce que la longueur de l'alèsage intérieur à ce manchon représente 4 à 7 fois le diamètre intérieur de la couronne définissant la section de passage du jet liquide, et cet alèsage tubulaire du manchon est supérieur à ladite section de passage. 12 - Dispositif selon l'une des revendIcations 1 à 11, caractérisé en ce que la soze des surfaces des buses, mis en place sur le corps cylindrique formant porte-buses, est comprise entre r, et 0,11 fois la surface intérieure de la chambre. 13 - Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 12 er. vue d'une opération de nettoyage et elle est caractérisée e ce que la vitesse dans la conduite d'alimentation est comprise entre o,6 et 0,4 fois la vitesse de déplace=:ent tu jet liquide au seIn de chaque buse uni aire, pour une pression d'alimentation comprise entre 600 et SO bars.