Brevet FR2008170A1 — publié le 19700116

Les échangeurs de chaleur tubulaires comportant un faisceau de tubes placé dans une enveloppe entre deux plaques de fixation avec des chicanes appropriées de façon à diriger le fluide sur les tubes, sont souvent réalisés de telle sorte qu'une des plaques de fixation des tubes est fixe et que l'autre peut se déplacer ou "flotter" afin de permettre la dilatation et la contraction thermique des tubes par rapport à l'enveloppe. Dans de tels cas, un organe de fermeture terminal ou "tête" qui est normalement nécessaire pour contenir et renvoyer le fluide circulant à l'intérieur des tubes, est fixé sur le pourtour de la plaque de fixation des tubes de façon à se déplacer avec elle. On utilise donc une bague cylindrique convenable pour réaliser un joint d'étanchéité empêchant l'échappement du fluide de l'en- veloppe lorsque la plaque de fixation et la tête se déplacent. Un tel exemple de réalisation est indiqué dans le brevet américain ne 2.978.226. Un des problèmes impliqués dans la réalisation précédente réside dans le fait qu'un espace notable est nécessaire sur le pourtour de la plaque de fixation des tubes pour la bride, utilisée pour fixer par boulonnage ou par un autre procédé, la tête sur la plaque de fixation considérée. Cela réduit le nombre des tubes, qui pourraient autrement être logés dans l'enveloppe de l'échangeur de chaleur, et, par conséquent, cela limite la capacité de transfert de chaleur pour une enveloppe de diamètre donné. En conséquence, la présente invention a pour but de réaliser un échangeur de chaleur perfectionné tubulaire comportant une plaque de fixation flottante pour les tubes, et qui renferme un plus grand nombre de tubes dans l'enceinte de ltenve- loppe que les réalisations précédentes. Un autre but de la présente invention est de fournir un montage perfectionné d'une garniture d'étanchéité annulaire pour un échangeur de chaleur tubulaire comportant une plaque de fixation flottante pour les tubes. D'autres caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d'exemple et représentée au dessin annexé, dans lequel La figure 1 est une vue en élévation avec arrachement et coupe partiels, d'un exemple de réalisation suivant l'invention d'un échangeur de chaleur tubulaire. La figure 2 est une vue en bout par en-dessous de la tête de l'échangeur de chaleur. La figure 3 est une coupe transversale agrandie suivant III-III de la figure 2. La figure 4 est une coupe transversale agrandie suivant IV-IV de la figure 4. En résume, la réalisation conforme à l'invention réside dans le fait qu'on interpose une bague cylindrique intermédiaire entre les brides de l'enveloppe et de la tête de l'échan- geur de chaleur. Une garniture d'étanchéité comportant un dispositif convenable de détection des fuites est disposée entre l'enveloppe et la bague cylindrique afin de permettre le déplacement de la plaque de fixation des tubes0 Les faces de cette dernière sont entièrement utilisables pour la fixation des tubes de l'échangeur de chaleur. La bague cylindrique est fixée, de façon à pouvoir être ajustée, sur Ia bride de l'enveloppe au moyen d'un dispositif d'assemblage accessible à travers la bride de la tête. Sur la figure 1, un échangeur de chaleur tubulaire, tel qu'un refroidisseur d'huile lubrifiante, comprend une enveloppe cylindrique 1, un faisceau de tubes 2 d'échange de chaleur fixés entre les plaques de fixation 3 et 4, un collecteur compartimenté 5, pour l'un des fluides échangeant de la chaleur, un dispositif 6 de collecteurs d'entrée et de sortie pour l'autre fluide échangeant de la chaleur et des chicanes appropriées 7 échelonnées le long des tubes 2. Conformément à l'invention, un organe de fermeture terminal ou tête 8 comportant une bride périphérique 9 est fixé de façon étanche à une bague cylindrique 10. Cette dernière est fixée, de façon à pouvoir être ajustée, par une garniture d'étanchéité sur une bride périphérique 13, qui est attachée à l'enveloppe 1, ou fait corps avec elle. La bague cylindrique 10 comporte un rebord 11, axialement en saillie, disposé de façon à comprimer une garniture d'étanchéité 12 afin d'empêcher les fuites. Cette garniture est placée dans une gorge périphérique entre le rebord 11 de fuite et l'enveloppe. On notera que le diamètre intérieur du rebord 11 est le même que celui de l'enveloppe 1 de l'échangeur de chaleur de sorte que la plaque 3 de fixation des tubes peut glisser en s'adaptant à la dilatation et à la contraction thermique des tubes de l'échangeur de chaleur. De préférence également, l'épaisseur de la plaque de fixation des tubes est plus grande que la longueur axiale de la gorge, comme cela a été indiqué. La figure 2 est une vue en bout montrant le dessus de la tête 8 et indiquant l'agencement de la fixation. De gros et de petits perçages sont alternativement ménagés à intervalles réguliers sur le pourtour de la bride 9 de la tête. Les gros perçages contiennent des écrous noyés 14 qui servent à maintenir la bague cylindrique 10 sur le rebord 11 de l'enveloppe, et sont suffisamment grands pour permettre le serrage des écrous au moyen d'une clef à douille normalisée. Les petits perçages permettent le passage de boulons, sur lesquels sont vissés les écrous 15, fixant la tête 8 sur la bague cylindrique 10. Les figures 3 et 4 sont des coupes agrandies de deux sortes de liaisons de la bague cylindrique aux brides respecti- ves. La figure 3 montre des détails de la garniture d'étan chéité 12. Des garnitures compressibles 12a, 12b en un matériau tel que le caoutchouc sont disposées de chaque coté d'une bague perforée 12c, permettant le passage d'une fuite de fluide en direction d'un raccord 16 d'une conduite de contrôle. La téte 8 est fixée par un fort serrage sur la bague cylindrique 10 au moyen de boulons 17 traversant les perçages situés sur le pourtour de la bride 9 et maintenus par des écrous 15. La garniture d'étanchéité est constituée par un joint d'étanchéité torique classique 18. La figure 4 illustre le procédé préféré de fixation de la bague cylindrique 10 sur la bride 13 de l'enveloppe. Des boulons 19 sont engagés dans les perçages ménagés dans la bague 10 et passent à l'intérieur de trous plus larges 9a percés dans la bride 9 de la tête. Les écrous 14 peuvent donc être serrés ou desserrés au moyen d'une clef à douille afin de régler la compression de la garniture d'étanchéité 12 sans retirer la tête 8. Les boulons 19 sont également de préférence d'une longueur suffisante pour permettre d'amener la tête 8 et la bague cylindrique 10 à une distance notable au-dessous de l'enveloppe sans retirer les écrous 14.Cette distance est plus grande que la longueur axiale rentrante du rebord 11 de sorte que ce dernier degagera suffisamment la bride 13 de l'enveloppe pour permettre le changement de la garniture d'étanchéité 12 depuis l'extérieur de l'échangeur de chaleur sans retirer la tête. Le fonctionnement du dispositif suivant l'invention apparaîtra dans la description suivante. Les faces des plaques de fixation des tubes sont entièrement utilisables pour des tubes de transfert de chaleur étant donné que la tee n'est pas fixée sur la plaque de fixation des tubes mobile comme dans les réalisations précédentes.La plaque 3 de fixation des tubes peut se déplacer à l'intérieur de l'enveloppe et de la bague cylindrique, cependant que la garniture d'étanchéité 12 empeche les fuites des deux fluides échangeant de la chaleur. S'il zig produit une fuite quelconque, soit du fluide situé au-deesus d la plaque de fixation des tubes, soit de l'autre fluide situé au-dessous de cette même plaque, le liquide s'échappant traversera la bague perfore 12c et sera détecté par le dispositif de congr81e 16. Comme le montre l'étude des figures 3 et 4, un certain nombre d'avantage résultent de l'invention. On peut serrer ou desserrer ou même entièrement remplacer la garniture d'étant chéité 12 sans retirer la tête 8 en manoeuvrarC convenableeent les écrous 14. De même, lors du montage initial, la bague cylindrique 10 peut entre insérée séparément d'elle même sans sqpporer le poids supplémentaire de la tête 8, ce qui rend la mise en place plus aisée. On peut retirer la tête 8 pour nettoyer l'intérieur des tubes 2, effectuant les échanges de chaleur, sans retirer la bague cylindrique 10. I1 n'est pas nécessaire dans ce casn de déplacer le joint d'étanchéité cylindrique et on peut laisser en place le fluide situé au-dessus de la plaque de fixation des tubes pendant cette opération; Cependant, le principal avantage de la réalisation décrite ci-dessus réside dans le fait qu'il n'est pas nécessaire de réserver un espace sur le pourtour de la plaque 3 de fixation des tubes pour fixer la bride 9 de la tête. C'est pourquoi un plus grand nombre de tubes 2, effectuant les échanges de chaleur, peut être logé à l'intérieur d'une enveloppe B de mêmes dimensions. Réciproquement le diamètre de l'enveloppe peut être réduit sans entraîner une réduction de la capacité de transfert de chaleur et l'exemple de réalisation décrit ci-dessus permet de réduire jusqu'S S à 108 le diamètre de l'enveloppe pour la même capacité de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur tubu laire d'une longueur donnée. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur tubulaire comportant un faisceau de tubes disposés à l'intérieur d'une enveloppe allongée entre deux plaques de fixation auxquelles ils sont rattachés, l'une des plaques de fixation des tubes étant fixe et l'autre plaque étant disposée de façon à pouvoir se déplacer à l'intérieur de ladite enveloppe, caractérisé par le fait qu'il comporte une bride périphérique disposée sur l'extrémfté de l'enveloppe qui est en regard de ladite plaque de fixation mobile des tubes, et, à l'intérieur de ladite enveloppe, une gorge adjacente à la plaque de fixation des tubes considérée, une bague cylindrique coaxiale écartée de la bride de l'enveloppe et comportant un rebord rentrant à l'intérieur de ladite gorge et de même diamètre intérieur que I'enveloppe, une garniture d'étanchéité placée à l'intérieur de la gorge entre le rebord rentrant et l'enveloppe, un organe de fermeture terminal pour retenir le fluide issu des tubes effectuant les échanges de chaleur et possédant une bride périphérique de tête coaxiale à ladite bague cylindrique et aboutée avec elle, des moyens amovibles reliant la bride de la tête à la bague cylindrique et des moyens réglables reliant cette dernière à la bride de l'enveloppe, ces derniers moyens étant accessibles sans qu'on ait à retirer la tête. 2. Echangeur de chaleur tubulaire suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier moyen de liaison comporte des éléments filetés disposés sur le pourtour de la bride de la tête et que le second moyen de liaison comporte des éléments filetés disposés circonférentiellement dans des évidements ménagés dans la bride de la tête. 3. Echangeur de chaleur tubulaire suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la bague de garniture comporte des organes compressibles, un organe annulaire perforé et un conduit disposé à l'intérieur de la bride de l'en- veloppe et adjacent audit organe perfore pour recevoir le fluide de fuite provenant des deux côtés de la plaque de fixation des. tubes mobile. 4. Echangeur de chaleur tubulaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les brides et la bague intermédiaires sont circulaires, que le premier moyen de liaison comporte un ensemble d'attaches filetées, disposées sur une circonférence, fixant la bride de la tête sur la bague cylindrique, et que le second moyen de liaison comporte un ensemble de boulions, disposés suivant une circonférence, fixés à l'intérieur de la bride de I'enveloppe, traversant la bague cylindrique et se prolongeant également sur une certaine distance à l'intérieur de perçages plus larges ménagés dans la bride de la tête afin de recevoir des écrous, lesdits boulons se prolongeant au delà des écrous sur une distance supérieure à celle sur laquelle le rebord se prolonge à l'intérieur de la bride de I'enveloppe, ce qui rend la garniture d'étanchéité accessible depuis l'extérieur sans retirer la tête.