EP0320399A1

EP0320399A1 - Dispositif de nettoyage de l'intérieur d'un récipient avec un jet de liquide

Info

Publication number: EP0320399A1
Application number: EP88403132A
Authority: EP
Inventors: Patrick Jean-Marie Ballu
Original assignee: Tecnoma SA
Current assignee: Tecnoma SA
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1989-06-14
Also published as: FR2624408A1; FR2624408B1; US4930531A

Abstract

L'invention est relative à un dispositif de nettoyage de l'intérieur d'un récipient.

Un rotor (10) porte au moins une buse (12) orientée tangentiellement de façon à faire tourner le rotor lorsqu'elle émet le jet (13) de liquide destiné à nettoyer l'intérieur du récipient. Le rotor (10) est lui-même monté sur une tête rotative (6), capable de tourner sur un axe xx′ non parallèle à l'axe yy′ du rotor, cette tête est pourvue d'un ajutage auxiliaire (7) qui la fait tourner autour de cet axe xx′, si bien que l'ensemble de la surace intérieure du récipient est balayé. De préférence, la buse (12) et l'ajutage auxiliaire (7) sont alimentés par le même liquide de nettoyage.

Description

La présente invention est relative à un dispositif de nettoyage de l'intérieur d'un récipient, à l'aide d'au moins un jet de liquide.
Pour nettoyer l'intérieur d'un récipient, il est connu d'utiliser une buse capable de projeter un jet de liquide vers les faces intérieures de ce récipient, l'orientation de cette buse pouvant être changée pour permettre au jet d'atteindre sensiblement tous les points de la surface intérieure du recipient. Le plus souvent, la buse est montée au bout d'un tuyau souple, et un opérateur agit manuellement pour envoyer le jet successivement sur tous les points de l'intérieur du récipient.
La présente invention a pour but de fournir un appareillage qui permette d'assurer de façon automatique le balayage complet de toute la surface intérieure d'un récipient, cet appareillage etant simple de fabrication et peu coûteux en entretien.
L'invention fournit, en conséquence, un dispositif pour projeter un fluide sur les faces intérieures d'une enceinte, comprenant:
- au moins une buse capable de projeter un jet dudit fluide sur lesdites faces intérieures du récipient, portée par un rotor capable de tourner sur un premier axe yy′, la buse étant orientée de telle sorte que le jet de fluide est tangentiel audit premier axe, si bien que la réaction du jet fait tourner le rotor sur ledit axe,
- une tête rotative creuse portant ledit premier axe yy′, capable de tourner sur un second axe xx′ qui rencontre le premier sous un angle non nul, la tête rotative étant pourvue d'un ajutage auxiliaire orienté pour produire un jet de fluide tangentiel audit second axe, si bien que la réaction de ce jet fait tourner la tête rotative sur ledit axe,
- un support creux qui peut être immobilisé par rapport à l'enceinte, porte ledit premier axe de la tête rotative, ledit support étant capable de servir de conduit d'amenée du fluide destiné audit ajutage et à ladite buse,
- au moins une surface de joint cylindrique ou plane prévue sur le rotor pour coopérer avec une surface de joint correspondante prévue sur la tête rotative, dans lequel la surface de joint prévue sur le rotor et/ou la surface de joint correspondante prévue sur la tête rotative présente une rainure hélicoïdale ou spirale, dont la forme est choisie pour que, lors de la rotation du rotor sous l'effet du jet de liquide projeté par la buse, ladite rainure renvoie le liquide vers l'intérieur de la tête rotative et constitue un joint d'étanchéité dynamique.
Par "jet tangentiel par rapport à un axe", on entend un jet qui n'est ni parallèle a cet axe, ni sécant de celui-ci. On démontre qu'un jet qui n'est ni parallèle ni sécant par rapport à un axe comporte obligatoirement une composante qui est tangente à un cercle perpendiculaire à cet axe et centré sur lui. C'est la partie de la force de réaction du jet qui est dirigée selon cette composante tangentielle qui crée la force de réaction entraînant le rotor ou la tête rotative en rotation par rapport à l'axe.
De préférence, l'ajutage auxiliaire est alimenté en liquide par une dérivation de l'alimentation de la buse, la forme et les dimensions de l'ajutage auxiliaire et de la buse sont calculées pour que les vitesses de rotation du rotor et de la tête rotative ne soient pas dans un rapport simple.
De préférence, ladite surface de joint du rotor est conique ou plane et dirigée à l'opposé du second axe xx′ de rotation de la tête rotative, et vient en appui sur une surface de joint correspondante de la paroi d'une chambre intérieure, maintenue à la pression atmosphérique, de la tête rotative, si bien que la force centrifuge résultant de la rotation de la tête rotative tend à forcer lesdites surfaces de joint l'une contre l'autre alors que la pression du fluide à l'intérieur de la tête rotative creuse agit en sens inverse.
Avantageusement dans ce cas, ladite chambre intérieure de la tête rotative est reliée à l'atmosphère par un passage prévu à l'intérieur du rotor.
Suivant un mode de réalisation préféré, des surfaces extérieures du rotor, de la tête rotative et du support sont des parties d'une même sphère, si bien que l'ensemble a la forme générale d'une sphère montée à l'extrémité d'un cylindre.
L'invention va être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'exemples pratiques de réalisation illustrés à l'aide des dessins parmi lesquels:

Figure 1 est une vue perspective schématique montrant le principe du dispositif,
Figure 2 est un schéma théorique montrant comment le milieu du fond d'un récipient peut être atteint par le jet sans que l'orifice d'ouverture le soit,
Figure 3 est une vue en élévation et coupe partielle d'un dispositif conforme à la présente invention,
Figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la Figure 3,
Figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la Figure 3.
Figure 6 à 9 sont des vues analogues aux figures 3 à 5 et relatives à des variantes du dispositif.

La figure 1 montre schématiquement un dispositif de l'invention désigné dans son ensemble par 1, placé à l'intérieur d'un récipient à nettoyer 2, représenté en tirets.
Le dispositif 1 comprend un tube-support 3, pourvu à sa partie supérieure d'un joint 4 de raccordement à un conduit 5 d'amenée du liquide de nettoyage sous pression. A sa partie inférieure, le tube-support 3 porte une tête rotative 6, qui peut tourner autour de l'axe vertical xx′ du tube-support 3.
La tête rotative 6 est creuse. Elle porte un ajutage 7, tangentiel, situé dans un plan horizontal. Lorsque du liquide est envoyé dans la tête 6, par 1 intermédiaire du tube-support 3, la réaction créée par le jet 8 sortant de l'ajutage 7 tend à faire tourner la tête 6 autour de l'axe xx′, dans le sens indiqué par la flèche 9. La tête 6 porte, en outre, un rotor 10, monté sur un arbre creux 11, qui communique avec l'intérieur de la tête 6. L'axe yy′ de l'arbre creux 11, qui est aussi l'axe de rotation du rotor 10, est horizontal. Le rotor 10 est lui-même creux et en communication avec l'intérieur de l'arbre 11. Il porte deux ajutages tangentiels 12, qui, lorsque le système est alimenté en liquide de rinçage, créent des jets tangentiels 13, entraînant le rotor en rotation selon la flèche 14.
Il est aisé de comprendre que, si la tête 6 était immobile, les jets 13 balayeraient un plan vertical dont la trace sur le fond 15 du récipient est représentée par la droite en tirets 16. Cette droite est tangente à un cercle horizontal 17, centré sur l'axe xx′, et dont le rayon est égal à la distance du plan du rotor 10 à cet axe xx′. La rotation de la tête 6 a pour résultat de faire tourner le plan des jets 13 autour de l'axe xx′, si bien que la trace 16 de ce plan vertical tourne autour de l'axe xx′ en restant tangente au cercle 17. Cela signifie que le plan des jets 13 balaye tout l'espace autour d'un volume cylindrique d'axe xx′ et dont la section correspond au cercle 17. On observera que la surface ainsi préservée est restreinte, et que d'autre part cette situation empêche la sortie de liquide de rinçage par l'orifice 18 du récipient par laquelle le dispositif a été introduit à l'intérieur de celui-ci.
Dans beaucoup de cas, la surface 17, qui se trouve en face de l'orifice, peut être facilement nettoyée par d'autres moyens, ou bien est suffisamment nettoyée par l'impact des éclaboussures provoquées par le choc des jets 13 sur le fond adjacent.
Si on désire, cependant, que cette surface préservée n'existe pas, il suffit, comme on l'indique à la figure 2, de prévoir que l'axe yy′, au lieu d'être horizontal, est légèrement incliné sur celle-ci, faisant avec elle un angle A alors que les ajutages 12 font avec cet angle yy′ un angle B tel que B + A = 90°, et que la tangente de l'angle (B-A) est égale au rapport h/d de la hauteur h du rotor 10 au-dessus du fond 15 du récipient à la distance d de ce rotor à l'axe xx′. De cette façon, la volume qui n'est pas atteint par les jets 13 comporte une partie cylindrique à axe vertical incluant l'orifice 18 du récipient, et une partie conique, dont le sommet est au point où l'axe xx′ traverse le fond 15 du récipient 2.
D'autres dispositions, bien entendu,, sont possibles selon les parties de l'intérieur du récipient qu'on veut atteindre ou préserver.
La figure 3 montre que le tube-support 3 porte, à son extrémité inférieure, une pièce d'extrémité 20, sur laquelle est vissée une première pièce d'appui 22. Celle-ci supporte une tige axiale 23 dont l'extrémité est filetée, et sur laquelle est vissée une seconde pièce d'appui 24. Une pièce 25 formant entretoise maintient la distance entre les pièces 22 et 24 à la valeur convenable. La tête rotative 6 est intercalée entre les deux pièces d'appui 22 et 24, avec possibilité de rotation autour de l'axe xx′. Comme on le voit mieux à la figure 4, la tête 6 porte, d'une part, un ajutage tangentiel 7, constitué d'un tube horizontal coudé qui débouche à l'intérieur de la cavité interne 26 de la tête 6, et, d'autre part, l'axe 11 du rotor 10. Le rotor 10 est une pièce creuse, dont la forme est indiquée à la figure 5. Il comprend deux buses d'éjection 12, tangentielles, diamétralement opposées, et son espace intérieur communique avec celui de la tête 6 grâce à des perçages longitudinaux et transversaux 27 de l'arbre 11.
Pour que le dispositif fonctionne de façon efficace, il est nécessaire que les vitesses de rotation respectives de la tête 6 autour de l'axe xx′ et du rotor 10 autour de l'axe yy′ ne soient pas dans un rapport simple. Si, par exemple, les deux vitesses étaient égales, les points d'impact des deux jets 13 sur la paroi du récipient 2 décriraient une courbe fixe, et le nettoyage serait limité aux environs immédiats de cette courbe. Avantageusement, la vitesse de rotation du rotor 10 est notablement plus élevée que celle de la tête 6, de façon à limiter les effets de force centrifuge qui tendent à écarter les jets 13 de l'axe.
L'étanchéité de la tête rotative 6 par rapport aux pièces d'appui 22 et 24 de même que celle du rotor 10 par rapport à la tête rotative est assurée au moins en partie par des joints d'étanchéité dynamique constitués de la façon suivante : la tête rotative 6 présente une surface cylindrique qui tourne, avec un jeu très faible, à l'intérieur d'une surace cylindrique coaxiale de la pièce d'appui 22 ou 24, et l'une de ces surfaces cylindriques est creusée d une gorge hélicoïdale 28, 29 qui débouche, à une de ses extrémités, dans la cavité intérieure de la tête rotative. L'une de ces gorges a un pas à gauche, l'autre un pas à droite, de telle façon que lorsque la tête rotative tourne, sous l'effet de la force créée par le jet 8, cette gorge agisse à la façon d'une vis d'Archimède pour renvoyer le liquide dans la cavité. Il est clair que le débit de la gorge est proportionnel à la vitesse de rotation, donc à la pression de liquide elle-même. La fuite est ainsi toujours à un taux très faible. Le rotor présente, lui aussi, des gorges hélicoïdales 30-31 coopérant avec des surfaces cylindriques de la tête rotative, ou vice-versa, et qui fonctionnent de la même façon.
Les figures 6 à 8 sont relatives à des variantes d'exécution du support, de la tête rotative et du rotor, destinées à obtenir des frottements très réduits lorsque le système est en marche.
La tige axiale 23 visible à la figure 3 est remplacée par un tube métallique axial 32, emmanché dans le support 20, débouchant par une de ses extrémités à l'intérieur de celui-ci, et percé de trous radiaux 33 dans sa partie centrale. Deux paliers 34 sont vissés a l'intérieur de la tête rotative 6 et emmanchés sur le tube 32, autour duquel ils peuvent tourner. Deux rondelles métalliques 35 d'épaisseur convenable sont enfilées sur le tube 32, l'une entre le palier 34 situé en haut, sur la figure, et le support 20, l'autre entre le second palier 34 et une butée 36 fixée sur le tube 32, et qui obture celui-ci tout en assurant le maintien de la tête rotative.
Comme on peut le voir à la figure 7, la fixation du rotor fait, de même, appel à un tube 39, qui comporte des trous 40 dans sa partie centrale. Le tube 39 est emmanché dans le rotor 10 et tourne avec lui, son extrémité débouche dans la cavité interne 41 du rotor. Deux paliers 42 sont vissés dans la tête rotative 6, ils sont coaxiaux et soutiennent le tube 40 tout en permettant sa rotation. Des rondelles métalliques 43 sont enfilées sur le tube 39, l'une entre le rotor 10 et le palier 42 le plus proche, l'autre entre le second palier 42 et une butée 44, fixée sur le tube 40 et qui assure à la fois l'obturation de ce tube et le maintien en place du rotor.
La figure 8 est une coupe analogue à la figure 6, d'une autre variante. Un tube axial 50 prolonge le support 20. Il est terminé par une butée 51, dont la surface extérieure est sphèrique, et percé de trous radiaux 52. La tête rotative 6 est formée de deux coquilles creuses en forme de fraction de sphère, assemblées par des vis 53. Des paliers d'étanchéité dynamique 54, 55, constitués par des rondelles pourvues de rainures en spirale, assurent le maintien de la tête rotative par rapport au tube 50. Un ajutage latéral non représenté, assure la mise en rotation de la tête rotative 6. Deux rotors 10, disposés symétriquement sont montés à rotation dans la tête rotative 6. Ils comprennent une tête 56, dont la surface extérieure est en forme de portion de sphère, et qui est pourvue des ajutages 12, dont un seul est représenté, et une tige creuse radiale 57, percée d'un trou transversal 58 qui débouche dans le vide intérieur de la tête rotative. Des nervures 59, portant des joints d'étanchéité dynamique 60 maintiennent les rotors 10 dans la tête rotative, en venant s'appuyer sur une surface interne, tournée vers l'axe de la tête rotative, d'un palier 61 à section en C ouverte dans la direction opposée à l'axe de la tête rotative. Un conduit 62 traverse chaque rotor 10 selon son axe de symétrie, et met l'intérieur de la bague 61 en communication avec l'atmosphère. Ainsi, le rotor 10 est maintenu dans la bague 61 par la seule force centrifuge qui résulte de la rotation de la tête rotative 6 et du rotor 10 par rapport à l'axe de la tête rotative.
Les surfaces extérieures de la butée 51 de la tête rotative 6, et des rotors 10 forment ensemble une sphère presque complète et dépourvue de saillie, ce qui réduit les risques d'endommagement du dispositif et du récipient à nettoyer.
Les dispositions qu'on vient de décrire, qui peuvent être utilisées indépendamment, assurent un frottement très faible, et donc une efficacité maximale des jets pour une pression donnée.
Dans tout ce qui précède, on a supposé que l'axe xx′ du tube-support 3 est vertical, le joint 4 d'amenée de liquide étant au-dessus de la tête rotative 6. Cette disposition convient pour un récipient d'assez grande dimension et pourvu d'un orifice de vidange, non représenté, à sa partie inférieure. Il est, bien entendu, possible d'adopter toutes sortes de dispositions différentes, et l'homme de métier comprendra, par exemple, que, pour des récipients dépourvus d'orifice de vidange, on pourra placer le récipient avec son ouverture 18 dirigée vers le bas, l'ensemble du dispositif étant alors utilisé dans une position inversée par rapport à celle de la figure 1, c'est-à-dire de haut en bas.
D'autres dispositions, par exemple avec le tube-support 3 horizontal, sont également possibles.

Claims

1. Dispositif pour projeter un fluide sur les faces intérieures d'une enceinte, comprenant:
- au moins une buse (12) capable de projeter un jet dudit fluide sur lesdites faces intérieures du récipient, portée par un rotor (10) capable de tourner sur un premier axe yy′, la buse étant orientée de telle sorte que le jet de fluide est tangentiel audit premier axe, si bien que la reaction du jet fait tourner le rotor sur ledit axe,
- une tête rotative creuse (6) portant ledit premier axe yy′, capable de tourner sur un second axe xx′ qui rencontre le premier sous un angle non nul, la tête rotative étant pourvue d'un ajutage auxiliaire orienté pour produire un jet de fluide tangentiel audit second axe, si bien que la réaction de ce jet fait tourner la tête rotative sur ledit axe,
- un support creux (3) qui peut être immobilisé par rapport à l'enceinte, porte ledit premier axe de la tête rotative, ledit support étant capable de servir de conduit d'amenée du fluide destiné audit ajutage et à ladite buse,
- au moins une surface de joint cylindrique ou plane prévue sur le rotor (10) pour coopérer avec une surface de joint correspondante prévue sur la tête rotative (6),
caractérisé en ce que la surface de joint prévue sur le rotor et/ou la surface de joint correspondante prévue sur la tête rotative présente une rainure hélicoïdale ou spirale, dont la forme est choisie pour que, lors de la rotation du rotor (10) sous l'effet du jet de liquide projeté par la buse (12), ladite rainure renvoie le liquide vers l'intérieur de la tête rotative et constitue un joint d'étanchéité dynamique.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface de joint (60) du rotor est conique ou plane et dirigée a l'opposé du second axe xx′ de rotation de la tête rotative, et vient en appui sur une surface de joint correspondante de la paroi d'une chambre intérieure (61), maintenue à la pression atmosphérique, de la tête rotative, si bien que la force centrifuge résultant de la rotation de la tête rotative tend à forcer lesdites surfaces de joint l'une contre l'autre alors que la pression du fluide à l'intérieur de la tête rotative creuse agit en sens inverse.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chambre intérieure de la tête rotative est reliée à l'atmosphère par un passage (62) prévu à l'intérieur du rotor.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des surfaces extérieures du rotor (10), de la tête rotative (6) et du support (51) sont des parties d'une même sphère, si bien que l'ensemble a la forme générale d'une sphère montée à l'extrémité d'un cylindre.