Brevet FR2874076A1 — publié le 20060210

DISPOSITIF DE POUSSAGE POUR CONDUITES, EN PARTICULIER POUR INDUSTRIES ALIMENTAIRES. L'invention est relative à un dispositif de poussage pour conduites, en particulier pour industries alimentaires, du genre de ceux qui comportent au moins deux éléments de pousseur reliés entre eux par un moyen d'articulation propre à transmettre un effort de traction, chaque élément de pousseur étant muni d'un moyen d'étanchéité pour s'appuyer contre la surface interne de la conduite, et un soufflet qui entoure le moyen de liaison entre éléments de pousseur. D'après EP-0 760 717, on connaît un dispositif de poussage de ce genre dans lequel un groupe d'éléments de pousseur constitue un piston moteur et un autre groupe d'éléments constitue un ou plusieurs wagons attachés par un lien flexible au piston moteur. Ce dispositif est relativement compliqué et ne permet qu'un sens de déplacement dans la conduite. Le maintien d'un tel dispositif de poussage dans les conditions de propreté et d'hygiène imposées par les industries alimentaires est en outre difficile. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de poussage relativement simple qui permet d'assurer un nettoyage et une stérilisation satisfaisante du dispositif et des accessoires, et une possibilité de fonctionnement dans les deux sens (aller et retour). Il est en outre souhaitable de pouvoir assurer: - un raclage des conduites permettant d'évacuer l'intégralité du produit de la conduite; - un passage des irrégularités intérieures des conduites (soudure, ovalisation des tubes ou des coudes, irrégularité d'accostage...) ; - un passage dans des coudes à rayon court utilisés dans les normes DIN ou SMS; - un passage dans les tés sans perte de contact totale des moyens d'étanchéité ; - une détection efficace du pousseur à l'intérieur de la conduite; - une translation rapide et maîtrisée dans les conduites, notamment lors de poussée par gaz amont contre 5 gaz aval; - une compacité du pousseur pour que des stations de réception du pousseur soient le moins encombrantes possible. Selon l'invention, un dispositif de poussage pour conduites du genre défini précédemment est caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments rigides de pousseur, chaque élément de pousseur étant prévu pour constituer un piston moteur et comportant, en deux zones écartées axialement, un moyen de guidage dans la conduite, et en ce que le moyen d'articulation est prévu pour transmettre également un effort de compression d'un élément de pousseur à l'autre. Avantageusement, les moyens de guidage de chaque élément de pousseur comprennent vers chaque extrémité de l'élément de pousseur un renflement périphérique. Le moyen d'articulation peut être constitué par un plot en matière élastomère, muni à chaque extrémité d'un moyen de fixation à un élément de pousseur associé. Selon une autre possibilité, le moyen d'articulation comprend une bielle avec une rotule à chaque extrémité portée respectivement par l'un des éléments de pousseur. La bielle peut avoir une longueur réglable. Avantageusement, le soufflet est réalisé avec des ondes extérieures qui restent ouvertes, pour faciliter le nettoyage, lorsque les spires intérieures sont jointives, ce qui améliore en outre la résistance à la pression. Les éléments de pousseur sont réalisés en un matériau dur à faible coefficient de frottement. Le soufflet est avantageusement réalisé en polytétrafluoréthylène (PTFE). Pour améliorer le nettoyage extérieur du soufflet, chaque élément de pousseur peut comporter à son extrémité tournée vers l'autre élément de pousseur et voisine du soufflet, une jupe comportant des ouvertures réparties sur une couronne circulaire et situées radialement à l'extérieur du soufflet, ces ouvertures étant propres à créer des turbulences de liquide autour du soufflet. Le moyen d'étanchéité de chaque élément de pousseur peut être constitué par un joint / lèvre d'étanchéité situé dans un plan orthogonal à l'axe géométrique de l'élément de pousseur qui comporte une lèvre périphérique située, au repos, dans un plan orthogonal à l'axe de l'élément, la lèvre d'étanchéité pouvant se retourner et permettre un fonctionnement bidirectionnel du dispositif de poussage. De préférence, la distance axiale entre les lèvres d'étanchéité des deux éléments de pousseur est supérieure au diamètre nominal de la conduite afin de permettre un franchissement plus facile des raccordements en té. Chaque élément de pousseur peut être réalisé en deux parties dont l'une comporte un trou taraudé et l'autre un manchon fileté, l'assemblage des deux parties étant réalisé par vissage avec serrage du joint / lèvre d'étanchéité entre les deux parties assemblées. L'un des éléments de pousseur peut comporter un nez allongé pour le logement d'éléments de détection, notamment d'aimants, permettant de repérer, de l'extérieur de la conduite, la position du dispositif de poussage à l'intérieur de la conduite. Le diamètre intérieur du soufflet à ses extrémités est supérieur à celui du moyen d'articulation et la fermeture étanche du soufflet à chaque extrémité, autour du moyen d'articulation, est réalisée à l'aide d'un joint torique logé dans une gorge du soufflet, ce joint étant monté autour d'une rondelle anti-extrusion, le serrage axial du joint torique permettant d'exercer un effort de compression radiale. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits en détail avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins: Fig. 1 est une coupe suivant la ligne I-I de Fig.4 d'un dispositif de poussage selon l'invention en position de repos, les deux éléments de pousseur étant alignés. Fig. 2 est une coupe semblable à Fig.l du dispositif de poussage en déplacement dans un coude de conduite. Fig. 3 est une coupe, semblable à Fig. 1, d'une variante de réalisation. Fig. 4 est une vue suivant la ligne IV-IV de Fig. 1 10 des ouvertures pour créer des turbulences autour du soufflet. Fig.5 est une coupe suivant la ligne V-V de Fig.6 d'une variante de réalisation avec échancrures. Fig. 6 est une vue selon la ligne VI-VI de Fig.5. Fig. 7 est un détail en coupe, à plus grande échelle du montage du joint torique à une extrémité du soufflet, et Figs. 8 à 11 sont des schémas en coupe d'un dispositif retourneur de lèvre pour l'inversion de la course du dispositif de poussage, dans plusieurs phases. En se reportant aux dessins, on peut voir un dispositif de poussage P pour conduites de diamètre relativement petit, par exemple dans la plage non limitative de 40 à 200 mm. Ce dispositif de poussage est plus particulièrement destiné aux industries alimentaires, cosmétiques ou pharmaceutiques. Le dispositif P comporte seulement deux éléments de pousseur rigides 1, 2 réalisés en un matériau dur à faible coefficient de frottement, par exemple en polyéthylène 1000. Chaque élément de pousseur 1, 2 a une forme globalement de révolution, et est prévu pour constituer un piston moteur. L'élément de pousseur 1 est réalisé en deux parties la, lb. La partie la comporte un logement borgne 3 taraudé ouvert en direction de l'autre élément de pousseur 2. L'autre partie lb comporte un manchon fileté 4 propre à être vissé dans le trou taraudé 3. L'ensemble est prévu pour qu'une gorge annulaire 5, par exemple de section rectangulaire, subsiste entre les parties la, lb en fin de vissage. Cette gorge 5 sert de logement à un moyen d'étanchéité formé par un joint / lèvre 6 annulaire qui a été enfilé autour du manchon fileté 3. Le joint / lèvre 6 comporte une lèvre périphérique 7 à section transversale sensiblement en losange. Le plan du joint / lèvre 6 est orthogonal à l'axe géométrique de l'élément 1 et, en position de repos, la lèvre 7 a également son plan moyen orthogonal audit axe géométrique. La base du joint/lèvre 6 présente avantageusement une section transversale en U dont les branches sont orthogonales à l'axe géométrique de l'élément de pousseur 1,2. Un insert 6b rigide, en particulier en plastique, est logé dans la concavité du U pour le maintien du joint/lèvre. L'insert 6b constitue un jonc annulaire. La forme, les dimensions et la matière de l'insert 6b sont choisies de manière appropriée. Les zones transversales en vis-à-vis des parties la, lb présentent un épaulement rayonné 8, 9 proche de la lèvre 7. Les épaulements 8, 9 sont prévus pour assurer un serrage à la base de la lèvre 7 et empêcher son retournement lors du déplacement dans un sens de l'élément de poussage P. La lèvre périphérique 7 est en matière élastomère susceptible de suivre les irrégularités internes de la conduite. La qualité de la matière élastomère est adaptée au produit. La lèvre 7, lorsque le dispositif de poussage est engagé dans la conduite, est contrainte dans le tube et est inclinée dans le sens opposé à la progression comme illustré sur Fig. 2. La lèvre 7 peut être retournée dans un dispositif C retourneur de lèvre (voir Figs. 8 à 11), inclus par exemple dans des stations pour l'inversion du sens de déplacement du dispositif de poussage. Le dispositif retourneur de lèvre C est constitué par une cavité annulaire qui permet, pour une inversion du sens de la course de l'élément de pousseur, le redressement de la lèvre 7 dans un plan orthogonal à l'axe de l'élément de pousseur. Lorsque cet élément repart en sens inverse, comme illustré par Figs.9 à 11, la paroi de la cavité permet d'incliner la lame 7 en sens opposé à celui de l'arrivée, pour le changement de sens de progression de l'élément de pousseur. L'élément de pousseur 1 est muni, en deux zones écartées axialement, d'un moyen de guidage ml, nl dans la conduite. Le moyen ml est formé par un renflement périphérique et l'élément 1 se prolonge au-delà de ml par un nez 10 sensiblement tronconique dont la petite base est située à l'opposé de l'élément lb. Le trou taraudé 3 est prolongé par une partie lisse pour offrir un volume suffisamment long afin de recevoir des éléments de détection 11, par exemple des aimants, disposés dans des logements répartis angulairement de manière régulière dans le manchon 4. Huit aimants 11 peuvent ainsi être prévus afin de permettre de repérer la position du dispositif de pousseur depuis l'extérieur de la conduite. Le moyen de guidage nl est constitué également par un renflement formant, à l'extrémité de l'élément 1 voisine de 2, une sorte de collerette périphérique de diamètre supérieur à la partie de l'élément de pousseur 1 comprise entre ml et n1. Un logement concave 12 est entouré par la collerette n1 et est ouvert du côté de l'élément de pousseur 2. Des ouvertures ou lumières 13 inclinées vers l'axe du côté opposé au nez 10 sont prévues dans la collerette nl pour permettre un écoulement de fluide, notamment de liquide, de l'extérieur vers le logement 12 avec création de turbulences. L'élément de pousseur 2 est réalisé de manière semblable à l'élément 1 avec deux parties 2a, 2b vissées l'une dans l'autre. Toutefois, l'élément 2 est plus court suivant la direction axiale que l'élément 1 car il ne comporte pas d'aimants 11. De ce fait, l'élément 2a présente, du côté opposé à l'élément 1, une paroi d'extrémité 14 orthogonale à l'axe géométrique de l'élément 2, formant un disque plein voisin du moyen de guidage m2. Les mêmes références numériques ont été utilisées pour désigner sur l'élément 2 des parties semblables à celles de l'élément 1, sans que leur description soit reprise. Les deux éléments de pousseur 1, 2 sont reliés entre eux par un moyen d'articulation A propre à transmettre non seulement un effort de traction mais aussi un effort de compression. Ainsi, pour un déplacement suivant le sens de la flèche F (Fig. 2), selon les circonstances, l'élément 1 peut constituer le piston moteur et entraîner l'élément 2, ou l'élément 2 peut constituer le piston moteur et pousser l'élément 1. Les mêmes remarques s'appliquent à un déplacement en sens inverse. Le moyen d'articulation A doit assurer: - une souplesse suffisante pour sa torsion dans les coudes sans entraîner d'augmentation de l'effort de translation; - une robustesse suffisante pour encaisser les chocs lors des translations rapides; - un amortissement de l'élément de pousseur aval 2, 1 lors de l'arrêt brutal de l'élément de pousseur amont 1, 2. Avantageusement, le moyen d'articulation A est constitué par un plot cylindrique 15 en matière élastomère de qualité et de dimension appropriées comportant à chaque extrémité axiale un disque métallique rigide 16, 17 adhérisé au plot en élastomère. Chaque disque 16, 17 est solidaire d'une tige axiale 16a, 17a cylindrique qui traverse un trou prévu dans la paroi de fond de l'élément lb, 2b et qui débouche dans une cavité cylindrique 18, 19 respectivement de la partie lb, 2b. Les tiges 16a, 17a peuvent être filetées pour recevoir un écrou de blocage sur la partie correspondante lb, 2b. Des plots cylindriques tels que 15 sont commercialisés notamment comme éléments anti-vibratoires par la société française PAULSTRA. L'articulation centrale A est primordiale pour le bon fonctionnement du pousseur. L'élastomère du plot 15 reconnu pour ses caractéristiques mécaniques ne peut résister à la corrosion de tous les produits circulant dans les conduites où intervient le dispositif de poussage P. La protection contre la corrosion du moyen d'articulation A est assurée par un soufflet 20 en accordéon, qui entoure le plot 15. Les parties évidées 12 des éléments de poussage 1, 2 permettent de loger en partie l'articulation centrale A et de réduire l'encombrement total des dispositifs de poussage P suivant la direction axiale. Le soufflet 20 de protection doit assurer: - une étanchéité totale et la protection du plot 15 contre toute agression chimique; - une variation dimensionnelle entre les rayons intérieur et extérieur lors du passage dans les coudes; - une contrainte parasite aussi faible que possible pour éviter de modifier les efforts de flexion, donc les caractéristiques du dispositif de poussage P. Le soufflet 20 est réalisé avec des ondes extérieures W qui restent ouvertes, pour faciliter le nettoyage, lorsque les spires intérieures I sont jointives, comme illustré sur Fig.2 pour la partie du soufflet située dans l'intérieur de la courbe. Par ondes extérieures ouvertes on désigne des ondulations ou sinuosités dont les flancs en regard restent écartés pour permettre au liquide d'atteindre le fond de la sinuosité. Les spires intérieures jointives I permettent une meilleure résistance à la pression. L'ensemble doit permettre le nettoyage et la stérilisation en place classique (CIP = cleaning in place) selon les critères retenus par les industries alimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques utilisatrices. Le polytétrafluoréthylène (PTFE) constitue un matériau bien approprié pour réaliser le soufflet 20 en raison de sa résistance à la corrosion. Les propriétés anti-adhérentes du PTFE facilitent en outre le nettoyage des plis du soufflet lors des nettoyages et stérilisations. Les extrémités 20a, 20b du soufflet sont constituées par des parties cylindriques dont le diamètre interne est égal ou légèrement supérieur au diamètre externe du plot 15. Chaque partie 20a, 20b comporte sur sa paroi cylindrique interne une gorge annulaire 21 dans laquelle est logé un joint 22 souple. Une rondelle 23 en matériau dur est engagée autour de chaque tige 16a, 17a et est en appui contre le disque correspondant 16, 17. La rondelle 23 (Fig.7) comporte à sa périphérie, une gorge annulaire 24 propre à compléter la gorge 21 pour le logement du joint 22. La rondelle 23 a un effet antiextrusion du joint 22. Le serrage du joint 22 entre le disque d'extrémité du plot 15 et l'élément de pousseur lb, 2b, par l'intermédiaire de la rondelle 23, transforme la poussée axiale en une poussée radiale exercée par le joint 22 contre l'extrémité du soufflet. Ceci permet d'assurer l'étanchéité du soufflet dans son logement. Selon une variante le soufflet peut être réalisé en polyéthylène 1000 et l'étanchéité à ses extrémités axiales peut être réalisée, par exemple, avec un jonc en acier inoxydable. Figs. 5 et 6 montrent une variante de réalisation selon laquelle les ouvertures de la collerette n2 sont constituées par des échancrures 13a à sa périphérie pour le passage du fluide et la création de turbulences. Ceci étant, l'utilisation et le fonctionnement du dispositif de poussage P sont les suivants. Lorsque l'on souhaite effectuer un raclage ou un poussage dans une conduite D (Fig.2) où circule généralement un liquide ou un mélange solide-liquide, on commande l'introduction de l'élément de poussage P dans la conduite à partir d'une gare de départ (non représentée sur le dessin). On suppose que le déplacement s'effectue suivant le sens de la flèche F sur Fig. 2. Une pression de fluide, notamment de liquide, est exercée sur la face 14 de l'élément 2. Les lèvres 7 sont retournées vers l'arrière par rapport à la flèche F. Dans les portions de conduite en ligne droite, les éléments de pousseur 1, 2 sont coaxiaux et les lèvres d'étanchéité 7 des deux éléments sont appuyées correctement contre la paroi de la conduite. L'élément arrière 2 constitue principalement le piston moteur. Le passage des tés nécessite un écartement conséquent des lèvres 7 suivant la direction axiale alors que le passage de coudes courts demande au contraire des lèvres 7 le plus proches possible pour éviter leur retournement et une perte de traction. Avec l'élément de poussage P, comme illustré sur Fig. 2, le joint /lèvre 6 reste, à sa base, sensiblement perpendiculaire à la tangente au coude de la conduite au niveau des points de contact de la lèvre 7 avec cette conduite. Cette condition est satisfaite même avec un écartement des lèvres 7, suivant la direction axiale, au moins égal au diamètre interne de la conduite pour assurer le bon passage des tés. Dans un coude, comme illustré sur Fig.2, le plot 15 fléchit et permet une orientation différente pour chaque élément 1, 2 et facilitant le passage du coude. Lors d'une inversion du sens de course (voir Figs.8 à 11), le retour du dispositif de poussage peut être commandé, en sens inverse de la flèche F, par injection d'une pression de gaz ou de liquide contre l'élément de pousseur 1. Le retournement des lèvres 7 est assuré par un dispositif retourneur tel que C. Lors de ce mouvement retour, l'élément 1 constitue principalement le piston moteur. Dans les coudes, comme illustré sur Fig. 2, les moyens de guidage m1, n1 et m2, n2 situés à l'extérieur prennent appui contre la paroi interne de la conduite et assurent le maintien de l'élément de poussage selon une orientation convenable. Lors d'une opération de nettoyage de la conduite par injection d'un liquide de lavage, les lumières 13 ou échancrures 13a permettent le passage du fluide et la création de turbulences dans la zone entourant le soufflet 20, ce qui permet un nettoyage efficace des ondes du soufflet. Fig. 3 montre une variante de réalisation selon laquelle le moyen d'articulation A est constitué par une bielle centrale 25 munie à chaque extrémité d'une rotule sphérique 25a, 25b maintenue dans un logement concave sphérique 26a, 26b prévu dans les parties l'b, 2'b des éléments de pousseur 1', 2'. La bielle 25 est entourée par le soufflet 20. Les logements 26a, 26b sont ouverts axialement en direction de la zone centrale pour le passage de la bielle 25. Ces logements 26a, 26b sont prévus à l'extrémité des alésages 18', 19' dans lesquels on peut introduire les rotules 25a, 25b.Le maintien des rotules dans leur logement est assuré à l'aide de pièces 27a, 27b bloquées dans les alésages 18', 19'. Les pièces 27a, 27b présentent, à leur extrémité située vers le centre, une surface concave en calotte sphérique. La bielle 25 peut être de longueur réglable en étant constituée de deux parties, comportant une extrémité filetée, assemblées par un manchon 28 taraudé permettant par rotation d'allonger ou de raccourcir la longueur effective de la bielle 25. Le centre des rotules 25a, 25b est situé de préférence au centre de gravité de la lèvre 7, pour assurer la meilleure poussée possible. Il est à noter que les rondelles anti-extrusion 23 des Figs. 1 et 2 pourraient faire partie du plot 15. Le dispositif de poussage selon l'invention permet d'obtenir un raclage de qualité et une bonne motricité dans les coudes à rayon court et dans les tés. REVENDICATIONS 1. Dispositif de poussage pour conduites, en particulier pour industries alimentaires, comportant au moins deux éléments de pousseur reliés entre eux par un moyen d'articulation propre à transmettre un effort de traction, chaque élément de pousseur étant muni d'un moyen d'étanchéité pour s'appuyer contre la surface interne de la conduite, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments rigides de pousseur (1,2; l',2'), chaque élément de pousseur étant prévu pour constituer un piston moteur et comportant, en deux zones écartées axialement, un moyen de guidage (ml,n1; m2, n2) dans la conduite, et en ce que le moyen d'articulation (A) est prévu pour transmettre également un effort de compression ou de traction d'un élément de pousseur à l'autre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que les moyens de guidage de chaque élément de pousseur comprennent un renflement périphérique (ml, n1; m2, n2). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen d'articulation (A) est constitué par un plot (15) en matière élastomère, muni à chaque extrémité d'un moyen de fixation (16a, 17a) à un élément de pousseur associé, et en ce qu'un soufflet (20) entoure le plot (15). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le soufflet (20) est réalisé avec des ondes extérieures (W) qui restent ouvertes, pour faciliter le nettoyage, lorsque les spires intérieures (I) sont jointives. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque élément de pousseur (1,2; 1',2') comporte à son extrémité tournée vers l'autre élément de pousseur une jupe comportant des ouvertures (13, 13') réparties sur une couronne circulaire, situées radialement à l'extérieur du soufflet (20), ces ouvertures étant propres à créer des turbulences de liquide autour du soufflet (20) pour son nettoyage extérieur. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du soufflet (20) à ses extrémités est supérieur à celui du moyen d'articulation (15) et la fermeture étanche du soufflet à chaque extrémité, autour du moyen d'articulation, est réalisée à l'aide d'un joint torique (22) logé dans une gorge (21) du soufflet, ce joint étant monté autour d'une rondelle anti-extrusion (23), le serrage axial du joint torique (22) permettant d'exercer un effort de compression radiale. 7. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen d'articulation (A) comprend une bielle (25) avec une rotule (25a, 25b) à chaque extrémité, portée respectivement par l'un des éléments de pousseur (1',2'). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bielle (25) a une longueur réglable. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de pousseur (1,2; 1',2') sont réalisés en un matériau dur à faible coefficient de frottement. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce 30 que les éléments de pousseur (1,2; l',2') sont réalisés en polyéthylène 1000. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité de chaque élément de pousseur est constitué par un joint/lèvre d'étanchéité (6) situé dans un plan orthogonal à l'axe géométrique de l'élément de pousseur qui comporte une lèvre périphérique (7) située, au repos, dans un plan orthogonal à l'axe de l'élément, la lèvre d'étanchéité pouvant se retourner et permettre un fonctionnement bidirectionnel du dispositif de poussage. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la distance axiale entre les lèvres (7) d'étanchéité des deux éléments de pousseur (1,2) est supérieure au diamètre nominal de la conduite afin de permettre un franchissement plus facile des raccordements en té. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de pousseur (1,2) est réalisé en deux parties (la, lb; 2a,2b) dont l'une (la, 2a) comporte un trou taraudé et l'autre (lb, 2b) un manchon fileté, l'assemblage des deux parties étant réalisé par vissage avec serrage de la rondelle d'étanchéité entre les deux parties assemblées. 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un (la) des éléments de pousseur comporte un nez allongé (10) pour le logement d'éléments de détection, notamment d'aimants (11), permettant de repérer, de l'extérieur de la conduite, la position du dispositif de poussage à l'intérieur de la conduite.