Brevet FR2950270A1 — publié le 20110325

L'invention porte sur un dispositif et un procédé de travail par jets de fluide, en particulier de fluide cryogénique, sous haute pression, en particulier de traitement de surface, de décapage ou d'écroutage, de matériaux revêtus ou non, tels les métaux, le béton, le bois, les polymères, les céramiques et les plastiques ou tout autre type de matériau. Actuellement, le traitement de surface de matériaux revêtus ou non, en particulier le décapage, l'écroutage ou analogue, se fait essentiellement par sablage, par projection d'eau à ultra haute pression (UHP), à la ponceuse, au marteau-piqueur, à la bouchardeuse ou encore par voie chimique. Toutefois, lorsqu'il doit ne pas y avoir d'eau, par exemple en milieu nucléaire, ou de 10 produit chimique, par exemple du fait de contraintes environnementales drastiques, seuls des procédés de travail dits « à sec » peuvent être utilisés. Cependant, dans certains cas, ces procédés « à sec » sont difficiles à mettre en oeuvre, sont très laborieux ou pénibles à utiliser ou encore génèrent des pollutions supplémentaires, par exemple du fait de l'ajout de grenaille ou de sable à retraiter ensuite. 15 Une alternative à ces technologies repose sur l'utilisation de jets cryogéniques sous très haute pression comme proposé par les documents US-A-7,310,955 et US-A-7,316,363. Dans ce cas, on utilise un ou des jets d'azote liquide à une pression de 1000 à 4000 bars et à température cryogénique comprise par exemple entre -100 et -200°C, typiquement environ -140 et -160°C, qui sont distribués par un outil porte-buses animé d'un mouvement rotatif 20 Plus précisément, cet outil porte-buses est fixé à l'extrémité d'une canalisation d'amenée de fluide cryogénique qui alimente l'outil en fluide cryogénique. On confère alors à la canalisation et à l'outil, un mouvement rotatif autour de l'axe de la canalisation, par un système d'entraînement à pignons ou courroies mus par un moteur. L'étanchéité dynamique du système rotatif est habituellement assurée par un joint 25 cylindre tournant, typiquement en Tivar®, agencé autour de la canalisation. Typiquement, ce joint de forme cylindrique est traversé longitudinalement par une pièce en bronze et entouré pour une pièce massive en inox. Du fait des températures cryogéniques mises en oeuvre, on a remarqué en pratique que l'efficacité de ce joint diminue au fil du temps, ce qui engendre à plus ou moins courte 30 échéance des fuites et donc des pertes de rendement du procédé, notamment lors d'opérations d'écroutage de béton ou de décapage de peinture par exemple. En effet, sous l'effet des températures cryogéniques mises en oeuvre, les matériaux se déforment de manière différente les uns des autres, en fonction de leur coefficient de dilatation thermique respectif, comme illustré dans le Tableau I. 35 Tableau I Coefficient de dilatation thermique (x 10-6/K) Tivar® Acier inoxydable Bronze 180 15 17.5 Comme on le voit, ces matériaux réagissent très différemment aux températures cryogéniques et, de ce fait, au cours des cycles alternatifs de refroidissement et de réchauffement, il se produit des déformations, voire des détériorations du joint et ce, d'autant plus rapidement qu'il est soumis à des pressions très importantes, à savoir jusqu'à typiquement 4000 bars. En effet, on a constaté en pratique qu'un jeu apparaît progressivement entre le joint et les pièces métalliques, lequel induit des fuites, qui sont rédhibitoires pour un fonctionnement normal du système. En conséquence de quoi, il faut changer régulièrement le joint, ce qui occasionne des coûts de matériel et de maintenance. Or, ceci est critique dans les milieux à risques, notamment les domaines nucléaire ou chimique par exemple, où l'intervention humaine doit être la moins fréquente possible. Afin d'augmenter la fiabilité d'un système de distribution de fluide, notamment de fluide cryogénique, en particulier d'azote liquide, tel que décrit ci-dessus, il a été proposé dans la demande de brevet français n° FR 0955058, un système de distribution avec outil de distribution de fluide sans joint rotatif, avec lequel les problèmes liés à l'usure du joint et au fuites n'existent pas. Ce dispositif comprend une canalisation d'amenée de fluide alimentant une ou des buses de distribution de fluide, et un moteur coopérant avec la canalisation d'amenée de fluide par l'intermédiaire d'un axe de transmission rotatif et d'un mécanisme de transmission. La canalisation d'amenée de fluide comprend une portion amont de premier axe XX et une portion aval de deuxième axe YY portant l'extrémité aval de la canalisation avec la ou lesdites buses, agencées de manière à ce que les premier et deuxième axes XX, YY forment entre eux un angle a compris entre 5 et 50°. Par ailleurs, le mécanisme de transmission comporte des moyens de mise en mouvement agissant sur ladite portion aval de canalisation pour lui conférer un mouvement déterminé. Préférentiellement, le mécanisme de transmission comprend un pignon-porteur mobile en rotation autour d'un axe de rotation situé au centre dudit pignon-porteur, la canalisation d'amenée de fluide étant agencée de manière ex-centrée et libre au travers dudit pignon-porteur. Le mécanisme de transmission est agencé dans une boite de transmission et comporte, en outre, des moyens de maintien de pignon comprenant un ou plusieurs patins ou roulements, notamment un roulement à billes, servant à maintenir le pignon-porteur lors de ses rotations. Or, il est apparu en pratique qu'une utilisation du dispositif pendant des durées longues, à savoir de plusieurs heures, en particulier de 8 heures ou plus, pouvait engendrer une surchauffe des moyens de maintien de pignon, tels des patins ou des roulements, laquelle surchauffe est d'autant plus intense que le temps de mise en oeuvre du procédé est long. Ce problème de surchauffe apparaît d'ailleurs plus rapidement lorsque la vitesse de rotation croît, c'est-à-dire devient supérieure à 1000 tr/min . On comprend aisément que cette surchauffe est préjudiciable au bon fonctionnement à long terme du dispositif ou de l'installation et qu'il convient donc d'y remédier. Le problème à résoudre est dès lors de résoudre ce problème de surchauffe des moyens de maintien de pignon d'un tel dispositif de distribution avec outil de distribution de fluide sans joint rotatif La solution de l'invention est alors un dispositif de distribution d'un ou plusieurs jets de fluide comprenant une canalisation d'amenée de fluide alimentant une ou plusieurs buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation, et un moteur coopérant avec la canalisation d'amenée de fluide par l'intermédiaire d'un axe de transmission rotatif et d'un mécanisme de transmission, et dans lequel la canalisation d'amenée de fluide comprend une portion amont de premier axe XX et une portion aval de deuxième axe YY, les premier et deuxième axes XX, YY formant entre eux un angle a compris entre 5 et 50°, la portion aval de deuxième axe YY porte l'extrémité aval de la canalisation avec la ou lesdites buses de distribution de fluide, et le mécanisme de transmission est agencé dans une boite de transmission au sein de laquelle pénètre l'axe de transmission et comprend des moyens de mise en mouvement agissant sur ladite portion aval de canalisation pour lui conférer un mouvement déterminé, caractérisé en ce qu'au moins une partie du mécanisme de transmission est maintenue par des moyens de maintien agencés dans la boite de transmission, lesdits moyens de maintien étant refroidis par des moyens de refroidissement. Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens de refroidissement comprennent un ou plusieurs ponts thermiques agencés, dans la boîte de transmission, au niveau d'une ou des zones d'échauffement desdits moyens de maintien. - les moyens de refroidissement comprennent au moins une ligne d'amenée de gaz de refroidissement agencée de manière à distribuer un gaz de refroidissement au contact ou au voisinage au niveau d'une ou des zones d'échauffement desdits moyens de maintien. - une source d'air comprimé ou d'azote alimente la ligne d'amenée de gaz de refroidissement en air ou en azote de refroidissement. - le pignon-porteur est maintenu par des moyens de maintien de pignon comprenant un ou plusieurs patins ou roulements et les moyens de refroidissement étant aptes à et conçus pour refroidir le ou les patins ou roulements. - le mécanisme de transmission comprend un pignon-porteur mobile en rotation autour d'un axe de rotation situé au centre dudit pignon-porteur, la canalisation d'amenée de fluide étant agencée de manière ex-centrée et libre au travers dudit pignon-porteur. - le mécanisme de transmission comprend en outre un moyen d'entraînement de pignon coopérant avec le pignon-porteur. - le moyen d'entraînement de pignon est un pignon ou une courroie. - le pignon-porteur est maintenu par des moyens de maintien de pignon comprenant un ou plusieurs roulements à billes. - les premier et deuxième axes XX, YY formant entre eux un angle a compris entre 10 et 40°, de préférence de l'ordre de 20 à 30°. - les moyens de mise en mouvement agissent sur ladite portion aval de canalisation pour lui conférer un mouvement déterminé choisi parmi les mouvements de rotation et oscillation. - l'axe de transmission coopère avec le moyen d'entraînement de pignon, et le moyen d'entraînement de pignon coopère avec ledit pignon-porteur de manière à transmettre, via le moyen d'entraînement de pignon, le mouvement de rotation de l'axe de transmission au pignon-porteur et obtenir ainsi un mouvement circulaire de la ou des buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation. - le mécanisme de transmission est agencé dans une boite de transmission au sein de laquelle pénètre l'axe de transmission. - la canalisation d'amenée de fluide coopère avec un moyen d'ancrage permettant de maintenir ladite canalisation, ledit moyen d'ancrage étant agencé sur la canalisation en amont du pignon-porteur. - il comporte des moyens de réglage permettant de choisir ou d'ajuster la longueur de canalisation d'amenée de fluide mesurée entre le moyen d'ancrage et l'extrémité aval de ladite canalisation. Par ailleurs, le dispositif de l'invention peut être avantageusement utilisé pour mettre en oeuvre un procédé de traitement de surface, de décapage ou d'écroutage d'un matériau par distribution de fluide à haute pression, avec distribution d'un fluide au contact de la surface dudit matériau, au moyen d'une ou plusieurs buses, sous forme d'un ou plusieurs jets de fluide à une pression d'au moins 500 bar. Typiquement, les jets de fluide sont à une pression entre 1000 et 5000 bar et le fluide est à une température inférieure à -140°C, de préférence entre -150 et -200°C. Préférentiellement, le fluide est de l'azote liquide. L'invention va être mieux comprise grâce aux explications illustratives suivantes, faites en rapport avec les figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 est une vue schématique (de côté) d'un dispositif de distribution de jets de fluide à haute pression selon la présente invention, - la Figure 2 est une vue schématique (de face) des pignons porteur et moteur d'un dispositif selon la Figure 1, - la Figure 3 est une vue schématique (de côté) du pignon porteur et du tube à haute pression d'un dispositif selon la Figure 1 et - la Figure 4 représente le détail des moyens de maintien de pignon. La Figure 1 illustre le principe d'un dispositif de distribution de jets de fluide, de préférence un fluide à température cryogénique, et à haute pression sans joint tournant, tel qu'enseigné par la demande de brevet français n° FR 0955058. Ce dispositif comprend une canalisation 7 d'amenée de fluide, tel un tube en acier inoxydable, alimentant une ou plusieurs buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation 7. En général, les buses sont portées par un outil porte-buses 5. Selon un mode de réalisation, le fluide à distribuer est un fluide à température cryogénique et à haute pression, en particulier de l'azote liquide à une pression entre 1000 et 4000 bar et une température entre -140 et -200°C. Le fluide émanant d'une source de fluide (non montrée), tel un compresseur, un réservoir, une ligne d'alimentation, une ou des bouteilles de gaz ou analogue, alimentant l'extrémité amont de la canalisation 7 de fluide. Comme illustré en Figure 3, la canalisation 7 d'amenée de fluide du dispositif de distribution de fluide coopère avec un moteur 1 par l'intermédiaire d'un axe de transmission 2 rotatif et d'un mécanisme de transmission 4a, 4b, qui sera détaillé ci-après. La canalisation 7 d'amenée de fluide comprend, quant à elle, une portion amont 7a de premier axe XX et une portion aval 7b de deuxième axe YY formant entre eux un angle a compris entre 5 et 50°, typiquement entre 10 et 40°, de préférence de l'ordre de 20 à 30°. La portion aval 7b porte l'extrémité aval de la canalisation 7 où sont agencées la ou les buses de distribution de fluide, par exemple sur un outil porte-buses. Par ailleurs, le mécanisme de transmission 4a, 4b comprend des moyens de mise en mouvement agissant sur la portion aval 7b de canalisation de manière à lui conférer un mouvement déterminé, en particulier un mouvement de rotation ou d'oscillation. Le moteur 1 coopérant avec la canalisation 7 d'amenée de fluide par l'intermédiaire de son axe de transmission 2 rotatif et du mécanisme de transmission 4a, 4b auquel l'axe de transmission 2 transmet son mouvement de rotation. Le moteur est un moteur pneumatique, électrique, à essence ou tout autre type de moteur. Comme visible en Figure 2, le mécanisme de transmission 4a, 4b comprend un pignon-porteur 4b mobile en rotation autour d'un axe de rotation situé au centre dudit pignon-porteur 4b, et la canalisation 7 d'amenée de fluide cryogénique étant agencée de manière ex-centrée au travers dudit pignon-porteur 4b. En d'autres termes, l'axe de la canalisation 7 est l'axe du pignon-porteur 4b ne sont pas confondus. La canalisation 7 est donc agencée dans un passage ou orifice 10 formé au travers du corps du pignon-porteur 4b, lequel passage est situé au sein du disque que forme le pignon-porteur 4b, à l'exclusion du centre dudit disque. De préférence, le passage pour la canalisation 7 est situé à au moins 1 mm du centre du pignon, c'est-à-dire de l'axe dudit pignon-porteur 4b. Par ailleurs, un moyen d'entraînement 4a de pignon, tel un pignon-moteur ou une courroie, coopère avec le pignon-porteur 4b de manière à entraîner ledit pignon-porteur 4b en rotation. Plus précisément, l'axe de transmission 2, entraîné par le moteur 1, coopère avec le moyen d'entraînement 4a de pignon, et le moyen d'entraînement 4a de pignon coopère lui-même avec ledit pignon-porteur 4b de manière à transmettre, via le moyen d'entraînement 4a de pignon, le mouvement de rotation de l'axe de transmission 2 au pignon-porteur 4b et obtenir ainsi un mouvement, de préférence circulaire, de la ou des buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation 7, c'est-à-dire agencée sur l'outil 5 porte- buses utilisé pour distribuer les jets 6 de fluide à haute pression. Comme illustré en Figure 1, une boîte de transmission 3 formant carter de protection et dans laquelle pénètre l'axe de transmission et laquelle abrite le mécanisme de transmission 4a, 4b. Dans cette boite de transmission 3, le pignon 4b est maintenu en place par un jeu de patins ou par des roulements de tout type, par exemple à aiguilles ou billes, de préférence à billes, tel que schématisé en Figure 4. En d'autres termes, des éléments 9, tels des patins, des roulements radiaux ou des tétons, sont prévus pour conserver une bonne rotation du pignon-porteur 4b. En fait, le pignon-porteur 4b est rainuré pour accueillir les éléments 9 car il n'est pas tenu sur son axe. Le pignon 4b est maintenu par des dispositifs 9 qui sont positionnés sur le pignon 4b à une distance R de l'axe de rotation du pignon 4b supérieure à la distance r entre l'axe de rotation et l'orifice 10, comme illustré en Figure 3. Toutefois, en pratique, il est apparu qu'une utilisation de ce dispositif pendant des durées longues, à savoir de 8 heures ou plus, pouvait engendrer une surchauffe du système de maintien du pignon 4b, c'est-à-dire une surchauffe des patins ou des roulements, d'autant plus intense que le temps de mise en oeuvre du dispositif est long. Ce problème de surchauffe apparaît d'ailleurs plus rapidement lorsque la vitesse de rotation croît, c'est-à-dire devient supérieure à 1000 tr/min. Pour pallier ces inconvénients, on aménage des ponts thermiques dans la boîte de transmission 3, au niveau des zones d'échauffement afin d'utiliser la convection de l'air ambiant pour refroidir les pièces et/ou préférentiellement on y injecte de l'air comprimé ou tout autre gaz pour refroidir les éléments des patins ou roulements qui tendent à s'échauffer. En effet, afin d'éviter une surchauffe des éléments en rotation, à savoir les roulements ou patins des moyens de maintien de pignon, on prévoit des moyens de refroidissement 11 permettant de refroidir efficacement au moins une partie des moyens de maintien, c'est-à-dire d'évacuer au moins une partie des calories dégagées lors des échauffements. Les moyens de refroidissement 11 comprennent par exemple une ou plusieurs lignes d'alimentation 12 en gaz froid venant se raccorder par exemple à au moins un orifice agencé dans la paroi de la boite de transmission 3. De préférence, le gaz froid est un gaz ayant une température inférieure à 80°C choisi parmi l'air comprimé, l'azote gazeux ou tout autre gaz. Ce gaz froid est injecté dans les orifices percés dans la boîte de transmission 3 de manière à venir refroidir les roulements ou patins des moyens de maintien de pignon par échange thermique avec ceux-ci. De préférence, les moyens de refroidissement 11 comprennent une ou plusieurs lignes 12 d'alimentation en gaz froid et sec est à une pression supérieure à la pression atmosphérique, de préférence à une pression supérieure à 1 bar et inférieure ou égale à 400 bar. Avantageusement, le gaz de refroidissement est de l'azote provenant du dispositif d'échappement d'un échangeur thermique de l'installation et/ou du ciel gazeux de la source de fluide cryogénique, tel un stockage ou une citerne. En d'autres termes, pour obtenir un refroidissement des roulements ou patins des moyens de maintien de pignon agencés dans la boite de transmission 3, on injecte dans la boîte de transmission, via un ou plusieurs orifices, un gaz froid venant au contact direct des éléments à refroidir, en particulier de l'azote gazeux s'échappant d'un ou plusieurs évents de l'installation de travail par jets d'azote. Par ailleurs, la canalisation 7 d'amenée de fluide coopère avec des moyens d'ancrage 8, tel un presse étoupe, permettant de maintenir la canalisation 7 en position, lesdits moyens d'ancrage 8 étant agencés sur la canalisation 7 en amont du pignon-porteur 4b, c'est-à-dire que le pignon-porteur 4b est situé entre les moyens d'ancrage 8 et l'extrémité de la canalisation 7 portant la ou les buses. En d'autres termes, la canalisation 7 est, d'une part, maintenue fixe ou approximativement fixe au niveau de et du fait des moyens d'ancrage 8, et, d'autre part, comporte une extrémité aval 7b munie de la ou des buses qui est mobile et décrit un mouvement donné, de préférence circulaire, lorsque le moteur 1 entraîne l'axe de transmission 2, le pignon-moteur 4a relié à l'axe 2, et le pignon-porteur 4b, qui lui-même entraîne le tube 7 selon une trajectoire déterminée, en particulier circulaire ou analogue. Afin d'obtenir une déformation élastique (flexibilité) suffisante de la canalisation 7, on choisit avec soin les caractéristique de ladite canalisation 7, ou pour le moins de la partie 7b de canalisation 7 située entre les moyens d'ancrage 8 et l'extrémité portant l'outil porte-buses 5, en particulier, la nature du matériau constituant le tube 7, et son dimensionnement, i.e. diamètres intérieur et extérieur dudit tube. Le dispositif de la présente invention est applicable dans toute opération ou procédé de traitement thermique nécessitant la mise en oeuvre d'une rotation de jets de fluide, en particulier de fluides cryogénique, tel que traitement de surface, décapage ou écroutage d'un matériau, tel les métaux, le béton, la pierre, les plastiques, le bois, la céramique...20 Revendications1. Dispositif de distribution d'un ou plusieurs jets de fluide (6) comprenant une canalisation (7) d'amenée de fluide alimentant une ou plusieurs buses (5) de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation (7), et un moteur (1) coopérant avec la canalisation (7) d'amenée de fluide par l'intermédiaire d'un axe de transmission (2) rotatif et d'un mécanisme de transmission (4a , 4b), et dans lequel la canalisation (7) d'amenée de fluide comprend une portion amont (7a) de premier axe (XX) et une portion aval (7b) de deuxième axe (YY), les premier et deuxième axes (XX, YY) formant entre eux un angle (a) compris entre 5 et 50°, la portion aval (7b) de deuxième axe (YY) porte l'extrémité aval de la canalisation (7) avec la ou lesdites buses de distribution de fluide, et le mécanisme de transmission (4a, 4b) est agencé dans une boite de transmission (3) au sein de laquelle pénètre l'axe de transmission (2) et comprend des moyens de mise en mouvement agissant sur ladite portion aval (7b) de canalisation pour lui conférer un mouvement déterminé, caractérisé en ce qu'au moins une partie du mécanisme de transmission (4a, 4b) est maintenue par des moyens de maintien (9) agencés dans la boite de transmission (3), lesdits moyens de maintien (9) étant refroidis par des moyens de refroidissement (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (11) comprennent un ou plusieurs ponts thermiques agencés, dans la boîte de transmission (3), au niveau d'une ou des zones d'échauffement desdits moyens de maintien (9). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (11) comprennent au moins une ligne (12) d'amenée de gaz de refroidissement agencée de manière à distribuer un gaz de refroidissement au contact ou au voisinage au niveau d'une ou des zones d'échauffement desdits moyens de maintien (9). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une source d'air comprimé ou d'azote alimente la ligne d'amenée (12) de gaz de refroidissement en air ou en azote de refroidissement. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pignon-porteur (4b) est maintenu par des moyens de maintien de pignon (9) comprenant un ou plusieurs patins ou roulements et les moyens de refroidissement (11) étant aptes à et conçus pour refroidir le ou les patins ou roulements. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme de transmission (4a, 4b) comprend un pignon-porteur (4b) mobile en rotation autour d'un axe de rotation situé au centre dudit pignon-porteur (4b), la canalisation (7) d'amenée de fluide étant agencée de manière ex-centrée et libre au travers dudit pignon-porteur (4b). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme de transmission (4a, 4b) comprend en outre un moyen d'entraînement (4a) de pignon coopérant avec le pignon-porteur (4b). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe de transmission (2) coopère avec le moyen d'entraînement (4a) de pignon, et le moyen d'entraînement (4a) de pignon coopère avec ledit pignon-porteur (4b) de manière à transmettre, via le moyen d'entraînement (4a) de pignon, le mouvement de rotation de l'axe de transmission (2) au pignon-porteur (4b) et obtenir ainsi un mouvement circulaire de la ou des buses de distribution de fluide agencées à l'extrémité aval de ladite canalisation (7). 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pignon-porteur (4b) 20 est maintenu par des moyens de maintien de pignon (9) comprenant un ou plusieurs roulement à billes. 10. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes pour mettre en oeuvre un procédé de traitement de surface, de décapage ou d'écroutage d'un matériau par 25 distribution de fluide à haute pression, avec distribution d'un fluide au contact de la surface dudit matériau, au moyen d'une ou plusieurs buses, sous forme d'un ou plusieurs jets de fluide à une pression d'au moins 500 bar.