Brevet FR2793171A1 — publié le 20001110

L'invention concerne un racleur bidirectionnel pour conduite de distribution de fluides. L'invention est notamment bien adaptée pour résister à la fois à des agressions chimiques importantes et à l'abrasion. Lorsqu'une mme conduite est utilisée pour successivement distribuer des fluides différents, il est connu d'utiliser des bouchons racleurs pour séparer les fluides entre eux tout en nettoyant au mieux les parois de la conduite. On peut également déplacer ces racleurs sur toute la longueur de la conduite pour retirer à intervalle régulier les dépôts qui peuvent s'tre formés sur les parois internes. On connaît par le document EP-376796 un racleur bidirectionnel dont les segments d'usure en élastomère ne présentent pas une résistance chimique et une résistance à l'abrasion suffisante pour certaines applications. Pour pallier cet inconvénient, il apparaît avantageux de combiner des éléments de renfort mécanique avec des éléments d'étanchéité et de raclage. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de raclage bidirectionnel pour une conduite de distribution de fluide. Le dispositif comporte au moins un disque mince en polymère rigidifié par des moyens de renfort, et le disque est découpé en pétales par au moins deux fentes radiales de longueur inférieure au rayon dudit disque, ledit rayon étant sensiblement supérieur au diamètre intérieur de ladite conduite. Un deuxième disque mince peut tre superposé sur le premier de façon telle que les fentes des deux disques soient disposées en quinconce les unes par rapport aux autres. Deux ensembles d'étanchéité et de raclage constitués chacun par au moins un disque mince peut tre lié par un arbre et deux pièces d'extrémité de façon à espacer lesdits deux ensembles d'environ la longueur dudit arbre. Les ensembles peuvent avoir une épaisseur inférieure à l'espace compris entre l'arbre et les pièces d'extrémité de façon que lesdits disques minces puissent fléchir dans les deux sens. L'ensemble de raclage et d'étanchéité peut comporter, en outre, au moins un disque en polymère non renforcé. Les moyens de renfort peuvent tre métalliques. Dans une variante, les moyens de renforts peuvent tre en matériau composite. Les moyens de renfort peuvent tre constitués par un disque fendu radialement. Les moyens de renfort peuvent tre constitués par un disque fendu de la mme façon que le disque en polymère de raclage et d'étanchéité. Les moyens de renfort peuvent tre noyés dans le disque en polymère. Les moyens de renfort peuvent tre plaqués sur le disque en polymère. Le polymère peut tre un thermoplastique de type polyamide, polyéthylène, polymère fluoré, par exemple PEUHMW, ETFE, FEP, PVDF, ECTFE, PFA, PTFE, PEEK, et leur mélange ; un thermodurcissable, par exemple l'époxy ou le polyuréthanne ; un élastomère. Le polymère peut tre chargé de matériau résistant à l'abrasion. L'invention concerne également l'application du dispositif au raclage et/ou à la séparation entre deux fluides, dans une conduite de distribution de fluides chimiquement agressifs vis-à-vis des élastomères. L'invention est donc fondée sur une conception utilisant des moyens différents pour assurer deux fonctions principales : * des éléments en polymère pour assurer les fonctions de raclage, d'étanchéité et de résistance à l'abrasion au contact de la conduite, * des moyens de renfort, par exemple en acier"à ressort"ou en composite pour assurer une rigidité suffisante pour la fonction de maintien en contact avec la paroi du tube, en particulier au passage des coudes et lors des changements de sens de raclage. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture des exemples suivants, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles : 'la figure 1 montre en coupe schématique une réalisation d'un racleur selon l'invention, * la figure 1A montre schématiquement un autre mode de réalisation, 'la figure 2 montre en vue de face un exemple de disque de raclage, * la figure 2A montre la superposition de deux disques de raclage, * la figure 2B montre plusieurs variantes pour les moyens de renfort, * la figure 3 montre en coupe partielle les déformations d'un disque de raclage lors d'un changement de sens. La figure 1 décrit un racleur 1 comprenant un corps central 2 compris entre deux pièces d'extrémité 3, généralement identiques dans la mesure où le racleur est bidirectionnel, mais cette configuration n'est pas une limitation de la présente invention. Ces éléments ont pour fonctions principales la fixation des éléments de raclage et le guidage du racleur lors de son déplacement dans la conduite et à travers des coudes. La forme des pièces d'extrémité peut tre adaptée pour permettre de stopper le racleur contre tout dispositif d'arrt sans endommagement. L'assemblage de ces trois pièces est tel que dans chacun des deux espaces 4, on empile des disques de raclage 5. Ces disques sont de faible épaisseur, de diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre intérieur de la conduite à racler. Les jeux j entre les disques et le corps 2 ou les pièces d'extrémité 3 sont généralement nécessaires pour que les disques puissent se déformer en flexion et/ou flambage lors de l'introduction du racleur dans la conduite, et lors des changements de sens de raclage. La fonction des jeux j apparaîtra plus clairement sur la figure 3. Le nombre de disques superposés peut tre choisi en fonction de l'efficacité de raclage recherchée ou du niveau d'étanchéité longitudinale dont on a besoin. Dans certaines variantes, des disques de l'empilage peuvent ne pas comporter de moyens de renfort et tre en matériau favorisant l'étanchéité entre disques sans avoir de fonction mécanique à assurer. On pourra utiliser de tels disques d'étanchéité fendus comme le disque de raclage, ou non fendus. La figure 1A décrit un racleur 25 constitué principalement de deux empilages 26 de disques de raclage. Un arbre 27 sert d'entretoise entre les deux empilages et de moyen de fixation en coopérant avec deux pièces d'extrémité 28, dont la forme peut permettre d'améliorer le centrage et le guidage du racleur dans la conduite. On a mis en évidence sur cette figure la présence des jeux j qui autorisent la déformation nécessaire des disques en opération dans la conduite. Les disques, décrits plus précisément par la figure 2, sont fabriqués à partir d'une âme de renfort 8 gainée de matière plastique. Le diamètre de la gaine de plastique est tel que le disque comporte une couronne extérieure en plastique seul qui constitue la lèvre d'étanchéité et d'usure. Les disques sont soumis à des efforts de compression et de flexion, lesquels sont restitués sur la surface interne du tube sous la forme de forces de contact et de frottement. Ces forces permettent d'assurer l'étanchéité et le raclage de la paroi interne du tube. La figure 2 montre, en vue de face, un disque de raclage comportant des fentes 11 selon une direction radiale de façon à découper le disque en plusieurs"pétales"6. L'âme de renfort est également fendue. Sur l'extérieur d'un pétale, une partie 7 de largeur I est en polymère seul. C'est-à-dire que le diamètre extérieur du renfort 8 est inférieur au diamètre extérieur du disque de raclage. Ainsi, un disque peut tre usé par abrasion sur la surface interne de la conduite sans que sa fonction d'étanchéité et de raclage soit trop rapidement supprimée. Le renforcement 8 comporte un perçage central 9 pour l'assemblage sur l'arbre ou le corps du racleur. L'âme de renfort peut tre métallique en acier à ressort, en titane ou alliage de nickel, ou en matériau suffisamment rigide de façon à jouer le rôle de renfort de rigidité de 1'ensemble du disque de raclage, par exemple en matériau composite ou équivalent. Le rayon Rr du renfort est déterminé, compte tenu du rayon interne de la conduite, de manière à renforcer la zone du disque qui supporte le plus de contrainte lors du fléchissement du disque placé dans la conduite, lors du passage d'un coude ou lors du changement de sens de raclage. Le diamètre extérieur du renfort est, de préférence, inférieur au diamètre interne de la conduite. Un certain nombre de perforations 10 peuvent permettre de renforcer l'accrochage du plastique sur l'âme de renfort. L'âme de renfort peut tre surmoulée par la matière plastique, ou éventuellement plaquée, par exemple par collage, sur le disque de façon à solidariser l'âme de renfort au disque en matière plastique. Il est clair que cette forme fendue ne conduit pas alors à une structure étanche en elle-mme, comme le serait une coupelle de racleur selon l'art antérieur. La découpe radiale du disque est cependant indispensable pour que chaque disque admette la déformation nécessaire au bon fonctionnement dans la conduite. La figure 2B décrit d'autres réalisations possibles des moyens de renfort. La référence 30 désigne un renfort constitué par des fils disposés radialement et noyés dans le plastique. La raideur et le nombre de fils déterminent le niveau de renforcement du disque 6. Dans le centre 31, l'extrémité de chaque fil peut tre maintenue par des rondelles portées par l'axe du racleur. La référence 32 montre une âme de renfort constituée par une série de lames radiales. La rigidité d'un disque de renfort, métallique ou composite, peut en effet tre diminuée par la découpe d'un certain nombre de fentes radiales. Le pétale renforcé 33 est constitué par du polymère renforcé par un tissage, fils d'acier, fibres de verre, ou équivalent. Le tissu de renfort a une surface et une épaisseur déterminées pour obtenir la rigidité désirée du pétale. Pour obtenir une étanchéité du racleur, on empile au moins deux disques de raclage et d'étanchéité géométriquement identiques de façon que les fentes 11 soient en quinconce d'un disque à l'autre. La figure 2A montre la méthode de superposition de deux disques 21 et 22 (représenté en ligne tiretée). Les fentes 23 et 24 respectivement de chaque disque ne doivent pas coïncider afin de sensiblement reconstituer une rondelle en plastique par la combinaison de deux disques. Il est clair que l'un des deux disques peut ne pas comporter de renfort, donc tre entièrement en polymère, ou tout autre matériau adéquat, de préférence fendu en "pétales"également, mais ce n'est pas une obligation dans la présente invention. Ce disque n'assure principalement que la fonction d'étanchéité. De préférence, ce disque en polymère seul, ou tout autre matériau adéquat, est placé entre deux disques renforcés. Exemple : Les disques de géométrie suivante ont été testés en étanchéité et en déplacement alterné dans une conduite de rayon intérieur 53,5 mm : * épaisseur du disque gainé : 2 mm ; * épaisseur du renfort en acier à ressort : 0, 1 mm ; * rayon du ressort : 40 à 45 mm ; largeur L de couronne plastique : 9 à 18 mm ; Le rayon du disque peut tre compris dans la fourchette de 54 et 58 mm, de préférence entre 55 et 57 mm pour une conduite de rayon interne 53,5 mm. Le disque est découpé en huit pétales d'égale largeur. La figure 3 décrit la déformation d'un disque lors d'un changement de sens de raclage dans le conduit interne 12. La position de la lame 13 montre la déformation d'un disque lorsque le racleur est introduit dans la conduite dans les sens indiqués par la référence 14. Lorsque le racleur est déplacé dans le sens contraire, chaque disque fléchit et flambe selon les déformations représentées par les sections 15 et 16, pour ensuite prendre la forme finale 17, symétrique à la forme 13. Les silhouettes de butées 18 et 19 démontrent l'utilité et le rôle des jeux j de la figure 1. En particulier, la distance d lors du flambage du disque en retournement montre qu'il faut un jeu suffisant, dépendant de la géométrie du disque et de son renfort, pour que le disque admette un retournement de sens de raclage. Il faut noter que l'usure de la tte des pétales en plastique engendre une diminution de la longueur de la lamelle et par conséquent un changement des forces de contact contre la paroi. L'usure de la tte conditionne donc directement la durée de vie du racleur. Ainsi, il peut tre intéressant d'optimiser ce paramètre en diminuant le taux d'usure du matériau. Pour cela, on peut améliorer la formulation du plastique de base, par exemple en le chargeant de particules résistantes à l'abrasion, ou en le mélangeant avec un autre polymère, par exemple du PTFE. On peut également, par exemple, charger le plastique de fibres courtes de carbone. Le module du matériau passe alors de E=655 MPa à E=6550 MPa. On constate dans tous les cas que le retournement de la lame n'est pas affecté. Exemple de matériaux utilisés : Module Module de flexion Coefficient de Limite Déformation à la d'Young E G=E/2 (1+v) Poisson v élastique rupture (Gpa) (MPa) (MPa) (%) PFA 700 0, 44 29 300 ETFE 1700 0, 42 28 150 Acier 200 1200-2000 Titane 100-120 350-800 AlliageNi 180 200-350 La présente invention permet ainsi la constitution d'un racleur optimisé du point de vue usure et tenue à des fluides agressifs, mais également au point de vue mise en oeuvre. En effet, pour une mme conduite, on peut choisir de superposer le nombre de disques nécessaires en fonction de la situation opérationnelle : fluide visqueux ou non, chargé ou non, séparation étanche, etc. De plus, la remise en état d'un racleur ne pourrait consister qu'en un changement d'un seul disque et non pas de l'ensemble complet d'empilage d'étanchéité et de raclage. REVENDICATIONS 1) Dispositif de raclage bidirectionnel pour une conduite de distribution de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un disque mince (6) en polymère rigidifié par des moyens de renfort (8), en ce que ledit disque est découpé en pétales par au moins deux fentes radiales de longueur inférieure au rayon dudit disque, ledit rayon étant sensiblement supérieur au diamètre intérieur de ladite conduite. 2) Dispositif selon la revendication 1, dans lequel un deuxième disque mince est superposé sur le premier de façon telle que les fentes des deux disques soient disposées en quinconce les unes par rapport aux autres. 3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel deux ensembles d'étanchéité et de raclage constitués chacun par au moins un disque mince sont liés par un arbre (2,27) et deux pièces d'extrémité (3,28) de façon à espacer lesdits deux ensembles d'environ la longueur dudit arbre. 4) Dispositif selon la revendication 3, dans lequel lesdits ensembles ont une épaisseur inférieure à l'espace compris entre l'arbre et les pièces d'extrémité de façon que lesdits disques minces puissent fléchir dans les deux sens. 5) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble de raclage et d'étanchéité comporte, en outre, au moins un disque en polymère non renforcé. 6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de renfort sont métalliques. 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de renfort sont en matériau composite. 8) Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel les moyens de renfort sont constitués par un disque fendu radialement. 9) Dispositif selon la revendication 8, dans lequel lesdits moyens de renfort sont constitués par un disque fendu de la mme façon que ledit disque en polymère de raclage et d'étanchéité. 10) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de renfort sont noyés dans le disque en polymère. 11) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les moyens de renfort sont plaqués sur le disque en polymère. 12) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit polymère est un thermoplastique de type polyamide, polyéthylène, polymère fluoré, par exemple PEUHMW, ETFE, FEP, PVDF, ECTFE, PFA, PTFE, PEEK, et leur mélange ; un thermodurcissable, par exemple l'époxy ou le polyuréthanne ; un élastomère. 13) Dispositif selon la revendication 12, dans lequel ledit polymère est chargé de matériau résistant à l'abrasion. 14) Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes, au raclage et/ou à la séparation entre deux fluides, dans une conduite de distribution de fluides chimiquement agressifs vis-à-vis des élastomères.