Brevet FR2637659A1 — publié le 19900413

DISPOSITIF PERFECTIONNE POUR LE MAINTIEN EN POSITION D'UNE EXTREMITE D'UN ELEMENT MONTE MOBILE EN ROTATION DANS UN TUBE. La présente invention concerne un dispositif perfectionné pour le maintien en position d'une extrémité d'un élément monté mobile en rotation dans un tube, notamment d'un organe entratne en rotation par un fluide circulant dans le tube et destiné a prévenir l'encrassement de celui-ci ou à assurer son nettoyage en continu. 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'hydrocarbures contenant des matières en suspension, minérales et/ou organiques, ces hydrocarbures étant 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. C'est le cas, en particulier, des échangeurs de préchauffe des distillations atmosphériques 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 la d'une opération longue et conteuse, 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 hélicoidale, 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 demandes de brevet français n0 2 569 828 et 2 592 924). Le maintien en position des éléments mobiles à l'intérieur des tubes pose cependant certains problèmes, car ces éléments doivent être librement entratnés en rotation par le fluide, sans affecter notablement la circulation de celui-ci dans les tubes et sans provoquer une forte chute de pression. Un dispositif de maintien répondant à ces exigences a été décrit par la Demanderesse dans sa demande de brevet français n0 87 03462, déposée le 13 Mars 1987. Cette demande a pour objet un dispositif pour le maintien en position d'une extrémité d'un élément entrainé en rotation par un fluide circulant dans un tube, 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 ltélément mobile, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'organe formant palier est un organe monobloc en un matériau rigide apte à se déformer élastiquement, cet organe monobloc comprenant au moins deux branches séparées par une distance telle qu'elles puissent être engagées à force dans une extrémité ouverte dudit tube pour prendre appui élastiquement contre la paroi interne de celui-ci, de manière à rendre rigidement solidaire du tube l'organe formant palier. Celui-ci peut avantageusement être réalisé par mise en forme d'une pièce initialement plane. C'est ainsi que, dans sa forme de réalisation la plus simple, où l'organe formant palier a, par exemple, sensiblement la forme d'un U comportant deux branches divergentes à partir d'une partie centrale ou base du U, cet organe peut être réalisé par pliage d'une simple bande métallique. C'est à ce genre de dispositif que s'intéresse la présente invention, et elle vise à éviter un coulissement longitudinal de l'élément monté libre en rotation par rapport au palier. En effet, cet élément libre en rotation est généralement constitué par un tourillon comportant une tête disposée à 11 extérieur de la partie formant palier et une tige engagée dans une ouverture de la partie centrale du palier, réunissant les branches de celui-ci. L'élément entratné en rotatiOn dans le tube sera alors fixé sur la tige du tourillon et sera par exemple engagé dans l'extrémité recourbée de cette tige (montage en "hameçon1,). La tige du tourillon est donc libre de se déplacer longitudinalement suivant l'axe du palier, en particulier lorsque le mobile rencontre des particules dures et adhérentes à la paroi du tube, et il peut en résulter certains inconvénients, notamment une usure prématurée de la tête du tourillon. Divers systèmes de maintien en position de la tige du tourillon peuvent être envisagés dans la technique, mais, compte tenu du très faible coût du dispositif mentionné ci-dessus et de sa simplicité de fabrication, les moyens visant à limiter le déplacement longitudinal de la tige du tourillon doivent eux-mêmes être simples , peu coûteux et faciles à mettre en oeuvre C'est à ces exigences que se propose de répondre la présente invention. Un premier but de l'invention est donc de proposer, dans un dispositif du type ci-dessus de maintien en position d'une extrémité d'un élément entraîné en rotation par un fluide circulant dans un tube, un moyen pour prévenir ou limiter les déplacements longitudinaux de l'élément du dispositif monté libre en rotation par rapport à son palier. L'invention a également pour but de proposer un tel moyen qui soit facile à adapter sur un dispositif de maintien du type ci-dessus et à démonter de celui-ci, et qui n'en accroisse pas sensiblement l'encombrement. L'invention a aussi pour but de proposer un tel moyen qui puisse être adapté sur les dispositifs de maintien du type ci-dessus sans majorer sensiblement le cotit de ceuxci. L'invention a enfin pour but de proposer un tel moyen qui ne contrarie en rien l'utilisation du dispositif de maintien qui en est équipé. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour le maintien en position d'une extrémité d'un élément entratné en rotation par un fluide circulant dans un tube, ce dispositif étant du type comprenant un organe formant palier, apte à être rendu rigidement solidaire d'une extrémité du tube, et un élément monté libre en rotation par rapport à l'organe formant palier et apte à être rendu solidaire d'une extrémité de l'élément mobile, l'organe formant palier étant un organe monobloc en un matériau rigide apte à se déformer élastiquement, qui comprend au moins deux branches séparées par une distance telle qu'elles puissent pincer extérieurement une extrémité ouverte du tube ou être engagées à force dans cette extrémité pour prendre appui élastiquement contre la paroi interne du tube, de manière à en rendre rigidement solidaire l'organe formant palier, tandis que l'élément monté libre en rotation par rapport à ce palier comporte une tige engagée dans une ouverture de la partie centrale du palier réunissant les deux branches de celui-ci, cette tige étant solidaire de l'élément entraîné en rotation ou faisant corps avec lui, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'une structure rigide fixée sur ledit palier à l'extérieur du tube forme un support pour une première butée fixe disposée sensiblement en regard de l'ouverture de la partie centrale du palier dans le prolongement de la dite tige, en ce que ladite ouverture est bordée par une seconde butée fixe sur la face externe de la partie centrale du palier, et en ce que la portion de la tige faisant saillie à travers ladite ouverture à l'extérieur du palier comprend une partie ou un organe faisant saillie latéralement et formant une butée mobile solidaire en déplacement de la tige, qui est apte à se déplacer entre lesdites butées fixes. De façon analogue à l'organe formant palier, la structure portant la première butée fixe pourra avoir la forme d'un U, dont les branches viendront s'appliquer à l'extérieur de celles du palier et comporteront des ergots aptes à être repliés et engagés dans des découpes des branches du palier. Comme le palier, également, une telle structure pourra être réalisée de façon simple par mise en forme d'une pièce initialement plane et son cott sera donc très réduit. On notera qu'une telle structure est d'un encombrement minimum et qu'elle n t exige pratiquement pas de modification du palier décrit dans la demande de brevet français précitée n* 87-03462, à l'exception des découpes ou encoches destinées à recevoir lesdits ergots servant d'organes de fixation sur ce palier.On remarquera aussi l'extrême simplicité de ce mode d'assemblage de cette structure et du palier, qui ne nécessite aucun outil quel qu'il soit. La seconde butée fixe pourra être formée par un élément tubulaire engagé en force dans l'ouverture du palier et que traversera la tige solidaire de ltélément tournant dans le tube. La butée mobile pourra etre avantageusement constituée par la tête du tourillon. Alternativement, la première butée fixe pourra elle aussi être constituée par un élément tubulaire solidaire de la structure rigide et dans lequel sera engagée la tige du tourillon, la butée mobile étant alors constituée par un élément rendu solidaire du corps de la tige. Des rondelles en un matériau anti-friction pourront avantageusement être enfilées sur la tige entre la butée mobile et la seconde butée fixe ou entre la butée mobile et les deux butées fixes, suivant les formes de réalisation. Le dispositif conforme à l'invention convient particulièrement bien au maintien 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, en particulier 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 bien adaptée à ces tubes. Les dessins annexés, qui ntont pas de caractère limitatif, illustrent deux formes de réalisation du dispositif conforme à l'invention. Sur ces dessins : La figure i est une coupe suivant l'axe d'un tube d'un échangeur thermique, illustrant l'utilisation d'une première forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention pour le maintien en position d'une extrémité amont d'un élément mobile disposé à l'intérieur de ce tube et entrainé en rotation par le fluide qui y circule La figure 2 est une vue en perspective éclatée de cette première forme de réalisation La figure 3 est une vue latérale d'une seconde forme de réalisation La figure 4 est une vue de détail en coupe de la figure 3 La figure 5 est une vue en perspective éclatée d'une troisième forme de réalisation La figure 6 est une vue de détail de la figure 5. Le dispositif représenté sur la figure 1 est d'un type général décrit dans la demande de brevet précitée numéro 87.03462. Il comprend d'une part, un organe i formant palier, à section sensiblement en U, dont les deux branches 2 divergent à partir de la base 3, et, d'autre part, un élément mobile en rotation par rapport au palier et comprenant une tige 6 engagée dans une ouverture 7 de la base 3 du palier 1. Les branches 2 du palier se prolongent, à chacune de leurs extrémités, par un ergot 8. Le palier i est monobloc et peut être réalisé par pliage à partir d'une pièce métallique plane en forme de bande. Ce palier est engagé dans le tube 12 d'un échangeur thermique dans lequel circule un fluide, qui entrain en rotation un élément hélicoidal 13 destiné à prévenir l'encrassement du tube 12 et à assurer en continu son nettoyage interne. Les ergots 8 des branches 2 viennent s engager dans le tube 12, alors que les épaulements 9 reposent sur l'extrémité du tube. L'extrémité 13a de l'élément 13 est fixée à une extrémité de la tige 6 par exemple par un système anneau 13a-hameçon 6a. Comme on le voit sur la figure 1, le tube 12 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. Conformément à l'invention, une structure rigide 20 est fixée sur le palier 1, à l'extérieur du tube 12. Cette structure 20 a, elle aussi, la forme d'un U dont les deux branches 21 divergent à partir de la base 22 et lui donne ainsi une certaine élasticité. En position montée, les branches 21 s'appliquent contre la face externe des branches 2 du palier 1 et des ergots 23 de ces branches 21, repliés parallèlement à la base 22, viennent s'engager dans des encoches 24 des branches 2, pour verrouiller la structure 20 en position assemblée. Comme le palier 1, la structure 20 peut être réalisée facilement par pliage à partir d'une unique pièce métallique plane. Dans l'ouverture 7 de la partie centrale 3 du palier est engagé à force un élément tubulaire 25, dans lequel coulisse la tige 6, qui fait saillie en dehors de l'élément 25, en regard d'une butée 26 fixée sur la face interne de la partie centrale 22 de la structure 21. Une tête plane 27 est fixée ou formée à l'extrémité libre de la tige 6 et cette tête 27 forme ainsi une butée mobile limitant le déplacement de la tige 6 entre une première butée fixe, constituée par la butée 26 et une seconde butée fixe, formée par l'élément tubulaire 25. Afin d'éviter une usure rapide des parties formant butées 25, 26 et 27, celles-ci seront avantageusement réalisées en des matériaux aptes à réduire la friction. Dans le meme but, une rondelle 29 en un matériau antifrottement pourra être interposée entre la tête 27 et l'élément tubulaire 25. On notera le faible encombrement du dispositif et la simplicité de la structure 20 fixée sur le palier 1. De préférence, les encoches 24 ménagées dans les branches 2 du palier seront assez proches de la partie centrale 3 de celui-ci, afin d'éviter que la structure 20 ne sollicite trop fortement ces branches 2, en risquant ainsi de les écarter des parois internes du tube et de dégager les ergots 8 de leurs logements. Les figures 3 et 4 illustrent une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle la structure rigide fixée sur le palier est d'un encombrement encore plus réduit. Sur ces figures, les organes déjà décrits en relations avec les figures 1 et 2, sont désignés par les mêmes chiffres de référence affectés du signe Comme précédemment, une butée tubulaire 25' est engagée dans l'orifice 7' de la portion centrale 3' du palier 1', et la tige 6' traverse la butée 25' du tourillon. Dans cette variante, toutefois, la butée fixe 26' portée par la partie centrale 22' de la structure 20' est elle aussi une butée tubulaire, bloquée dans un orifice de la partie 22', dans l'axe de la butée 25'. La tige 6' est engagée dans cette butée tubulaire 26' et traverse celle-ci, la butée mobile 27' étant disposée sur la tige 6' entre les butées fixes 25' et 26' et séparée de celles-ci par des rondelles anti-frottement 32'. L'encombrement de la structure 20' de cette variante du dispositif de l'invention est réduit, mais la butée tubulaire 26' doit être alignée avec précision avec la butée 25' et la tige 6', le guidage de cette dernière étant en revanche ainsi amélioré. Les figures 5 et 6 illustrent une autre forme de réalisation, dans laquelle la structure rigide fixée sur le palier est d'une conception telle qu'elle n'induit pas de modification dudit palier. Sur ces figures, les organes déjà décrits en relation avec les figures précédentes sont désignés par les memes chiffres de références affectés du signe Dans cette variante, la structure 20" a toujours la forme d'un U dont les deux branches 21" divergent à partir de la base 22", mais les extrémités de ces branches 21" ne sont plus des ergots, mais une partie recourbée définissant une gorge 33, à section préférentiellement semi-circulaire. Cette structure 20" yient alors se placer, non plus sur les branches du palier, mais sur les arêtes libres (34, 35) de la partie centrale 3" du palier. Il est à remarquer que la structure 20 avec ergots peut également convenir à cet usage, et venir se placer non plus sur les branches du palier 1, mais sur les arêtes libres de même palier. La gorge ou l'ergot constitue alors un moyen de rétention, apte à retenir la structure 20 lorsque l'élément hélicoïdal 13 vient buter contre celleci. L'Homme de l'Art sera à même d'imaginer toute variante à ce moyen, sans pour cela faire oeuvre créatrice, donc sans sortir du cadre de la présente invention. De la sorte, le palier 1 n'est pas modifié en sa forme, et la structure 20 est encore suffisamment simple pour être réalisée par pliage-emboutissage. L'invention apporte donc un moyen simple, peu coûteux et facile à mettre en oeuvre, pour limiter le mouvement longitudinal dans les tubes de l'extrémité des organes entraînés en rotation dans ces tubes par un fluide qui y circule, en vue de prévenir la rupture prématurée de ces organes. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour le maintien en position d'une extrémité d'un élément entratné en rotation par un fluide circulant dans un tube (12), ce dispositif étant du type comprenant un organe (1) formant palier, apte à être rendu rigidement solidaire d'une extrémité du tube, et un élément monté libre en rotation par rapport à l'organe (1) formant palier et apte à être rendu solidaire d'une extrémité de l'élément mobile (13), l'organe formant palier (1) étant un organe monobloc en un matériau rigide apte à se déformer élastiquement, qui comprend au moins deux branches (2) séparées par une distance telle qu'elles puissent pincer extérieurement une extrémité ouverte du tube (12) ou être engagées à force dans cette extrémité pour prendre appui élastiquement contre la paroi interne du tube, de manière à en rendre rigidement solidaire l'organe (1) formant palier, tandis que l'élément monté libre en rotation par rapport à ce palier comporte une tige (6) engagée dans une ouverture de la partie centrale (3) du palier réunissant les deux branches (2) de celuici, cette tige (6) étant solidaire de l'élément (13) entraîné en rotation ou faisant corps avec lui, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'une structure rigide (20) fixée sur ledit palier (i) à l'extérieur du tube (12) forme un support pour une première butée (26) fixe disposée sensiblement en regard de l'ouverture (7) de la partie centrale (3) du palier (i) dans le prolongement de ladite tige (6), en ce que ladite ouverture (7) est bordée par une seconde butée fixe (25) sur la face externe de la partie centrale (3) du palier, et en ce que la portion de la tige (6) faisant saillie à travers ladite ouverture (7) à l'extérieur du palier (1) comprend une partie ou un organe faisant saillie latéralement et formant une butée mobile (27) solidaire en déplacement de la tige, qui est apte à se déplacer entre lesdites butées fixes (25,26). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure rigide (20) portant la première butée fixe (26) a la forme d'un U dont les branches (21) viennent s'appliquer à l'extérieur des branches correspondantes (2) du palier (1). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les branches (21) de la structure rigide comportent à leur extrémité au moins un ergot (23) apte à être engagé dans une découpe ou une encoche (24) pratiquée dans les branches (2) du palier (1) contre lesquelles elles prennent appui. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure rigide (20") portant la première butée fixe (26") a la forme d'un U dont les branches (21") sont munies chacune en leur extrémité de moyens de rétention, ces moyens venant se placer sur les are tes libres (35, 36) de la partie centrale (3) du palier, 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces moyens de rétention sont constitués par un ou des ergots (8, 8'). 6.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces moyens de rétention sont constitués par une partie recourbée (33", 34") définissant une gorge. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à fi, caractérisé en ce que la seconde butée fixe (25) est constituée par un élément tubulaire engagé et bloqué dans ltouverture (7) de la partie centrale du palier (1) et que traverse la tige (6). 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première butée fixe (26) est fixée sur la face interne de la partie centrale (22) de la structure rigide (20) et en ce que la butée mobile (27) est constituée par une tete fixée à l'extrémité libre de la tige (6). 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que une rondelle (29) en un matériau anti-friction est interposée entre ladite tête formant butée mobile (27) et la seconde butée fixe (25). 10.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première butée fixe est constituée par un élément tubulaire (26') engagé et bloqué dans une ouverture (31') de la partie centrale de la structure rigide (20') et dans lequel est engagée l'extrémité libre de la tige (6'). 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la dite butée mobile est constituée par un élément en saillie (27') porté par le corps de la tige (6') entre les butées fixes (25') et (26'). 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une rondelle (32') en un matériau antifriction est interposée entre ladite butée mobile (27') et chacune des butées fixes (25', 26').