Brevet FR2067159A1 — publié le 19710820

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité, notamment pour 'changeurs de chaleur, pouvant être utilisé dans des échangeurs de chaleur même de très grandes dimensions, et pouvant travailler a des pressions él@vé@@. l'objet principal de l'invention est de créer un tel dispositif qui assure une parfaite étanchéité et une grande souplesse d'ewploi, qui peut entre démonté rapidement et qui est relativement simple et bon marché. L@ dispositif conforme à l'invention est @s@@nti@llement caractérisé en ce que les joints ayant des formes et étant réalisés en des matériaux appropriés sont disposés dans des logements appropriés d'un ou des éléments délimitant des espaces entre lesquels l'étanchéité doit être assurés et que leur appli- cation, lors du serrage desdits éléments les uns contre les autres, est offac- tuée de façon régulière par l'utilisation des moy@n@ de positionnement de ces éléments les uns par rapport aux autres. Selon un soda de réalisation, un seul joint est utilisé pour effec- tuer l'étanchéité entre tous les espaces de service délimités per les éléments aus-mentionnés, ainsi qu'entre c@s espace@ et l'atmosphère ambiants. Selon un autre iode de réali@@tion, un premier joint sert pour assu- r@r l'étanchéité entre un premier espace de service et l'atmosphère, tandis qu'un deuxième joint @ert à assur@r l'étanchéité entre un deuxième élément et l'atmosphère ambiants. Dans ce mode de réalisation l@ moyen de positionnement desdits éléments est particulièrement simple et b@n marché, tout en étant d'une précision suffisante. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront du texte suivant et d@s dessins y afférent, dont : - la figure 1 .ontre, an coupe, un premier iode de réalisation du dispositif conforme à l'invention. - la figure 2 montre, de façon schémetique, @n coupe selon la ligne a-a de la fig. 1 le moyen de positionnement des éléments délimitant les espaces de service de l'échang@ur de chaleur. - la figure 3 sontre de façon schém@tique un échangeur d@ chaleur pourvu d'un dispositif d'étanchéité conforme à celui montré dans les fig. 1 et 2. - la figure 4 montre, en coupe, un deuxième mode de réalisation du dispositif cqpforee à l'invention. - la figure 5 montre, de façon schématique, un échangeur de chaleur pourvu d'un dispositif d'étenchéité conforme à celui montré dans la fig. 4. La figure 1 montre, en coups, une partie de l'extrémité d'un échangeur de chaleur correspondant a celui de ie fig. 3. Du côté gauche se trouve la calandre C reliée par soudure à une bride Fc. Cette bride peut être serrée au moyen de boulons 10, par exemple, contre la bride Ff du fond F auquel elle est également joint par soudure La plaqua tubulaire P portant les tubes T est positionnée par rapport aux brides Fc et Ff par un moyen de positionnement fai sant partie du dispositif d'étanchéité conforme b l'invention.Deux espaces E1 et E2 sont alors crées de part et d'autre de la plaque P Les pressions et températures régnant dans ces espaces peuvent être considérables ; la pression dans l'espace E1 du faisceau tubulaire peut atteindre 60 bora, et la pression dene l'espace E2 du fond F, 200 bars, avec des températures pouvant aller jus- qu'à 500 C. Afin d'is@ler de façon étanche les espaces E1 de E2 et ces deux espaces de l'atmosphère, conformément à l'invention, un seul joint annulaire 1 est utilisé en combinaison avec le moyen de positionnement susmentionné de la plaque P. Le joint annulaire 1 est, en général, en aci@r, mais peut être constitué de teut autre métal, ou matériau autre que métal, ou @ncore être constitué en une combinaison de deux ou plusieurs matériaux.Ce joint 1 est logé dans la rainure annulaire 2 dans la bride Ff d'une part, et dans un équivalent de rainure annulaire 3 d'autre part, constitué essentiellement par des surfa- cas 3' et 3", usiné en biais sur les borda de la bride F et de la plaque P c respectivement, et de façon talle que ces surfaces 3' et 3" constituent des surfaces latérales de saintien du joint 1 correspondant aux faces 2' et 2" de la rainure 2.Le forme du joint dans le mode de réalisation montre est telle que la section du joint montre au moins deux axes de symétries verticaux et horizontaux (dans le plan de la figure) perpendiculaires entre eux, st que la rainure 2 a une section trapézoïdale, ainsi que le pseudo-rainure 3,3'. Il est évid@nt que d'autres formes de joint peuvent être utilisées, las sièges de maintien du joint dens la rainure 2 et la pseudo-rainure 3 devant être usinés en conséquence. @i, pour le serrage du joint 1, les brides opposées Ff et Fc peuvent être positionnées avec assez de précision par les boulons 1G par exemple, pour assurer l'assise parfaite du joint 1 dane la rainure 2 et le bord 3' desdites brides Ff et Fc respectivement, il n'en est pas de même pour la plaque tubulaire P.Aussi, conformément à l'invention, sa position est parfaitement bien déterminée par rapport h le brida F de la calandre C par l'action d'un moyen c de positionnement, par exemple comme celui décrit ci-après te moyen de positionnement eet @@@@ntiellement constitué par un car- tain nombre de a@ctaurs d'une couronne circulaire d'un disque (disque annulaire) s'étendant sur un angle prédétarminé (par exemple 120 , voir fig. 2), ces éléments ayant une épaisseur @ telle qu'ile puissent pénétrer avec leurs parties inférieures (donc correspondant au plus petit rayon du disque ) dans une rainure corre@pondante pratiquée dans la partie périphérique de la plaque tubulai r@ P d'une part, et d'autre part, par laurs parties périphériques (donc corr@s- pondent au rayon l@ plue grand du disQ e) extérieures dans une rainure pratiquée dans le partie intéri@ure de la brida Fc , de façon telle que la face de serrage Sc de la br@d@, Fc et la face tubulaire extéri@ure ST de la plaque P soient dans un même plan, qui est sensiblement parallèle au plan de la face de serr@- ge Sf de la bride Ff. Le montage et démontage de ce moyen de positionnement sont simples et permettent l'accès rapide au faisceau tubulaire pour répar@tion, entretien,etc. En effet, il suffit pour le démontage du faisceau tubulaire (donc de la plaque P) de r@tir@r les éléments sect@urs 5 de la r@inure 4 dans la rainure 6 pratiqué@ dans l@ partie intériaure de la bride Fc, et l@@ y m@intendir. Une tige filetée 7 est vissée par son extrémité inférieur@ 7@@ dans la partie périphérique de chaque élément-secteur 5, de préférence au centre de l'arc. Il est toutefois possible d'utilisar plusi@urs tiges 7 par élément 5 et de les dispo@ar de façon symétriqu@ au no@-symétrique. La partie centrale 7@ de la tige filatés 7 a un diemètre d@ tel que la tige 7 puis@e couliss@r avec précision dans un alé@age 6" d'un diamètre d1 @ débouch@nt d@n@ l@ rainure 6. C@t elé@@g@ communique avec un autre alésage 6' dans la périphérie de la bride Fc qui a un di@mètre D supériaur @u diemètre d1@ de l'@lé@@ge 6" d'une part et d'@utre part avec la rainure 6. Après démontage du bouchon fil@té 9 et du joint d'étanchéité @, on a @cc@@ à l'@lésage 6@ via l'@lésage 6'. Il suffit que le di@mètre de l'alésage @ 6" soit plus grend que celui d@ l'extrémité fil@tée 7' de la tige 7 pour per m@ttre l'introduction d'un outil (ou des outils) per@@ttent de soulever chacun des éléments-@@ctaur 5 de la couronne circulaire vissé@ sur l'autre extrémité filatés 7"' de la tige 7. L@s tig@s 7 grâce à leurs parti@s cylindriques 7" coulaient librement dans lea alésag@@ 6j. 11 suffit alors, que la hauteur de la rainure 6 soit égale ou plus grande que l@ distance h4 (différence entre la diamètre axtéri@ur D@ at le diamètre intérieur Di de ladite couronne circulaire).On peut, en généra@, admettre que (h1 + h2 + h3) - h4 # h3, ou @ncore # h3 + h2, ou h1 @ hauteur de la rainure 6 h2 @ distance de l'espace entre la face inférieure de la bride Fc et la face périphérique de la plaque P h @ profondeur de pénétration de l'êlessnt S dans la plaque P h4 @ est la distance entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur de la couronne circulaire. L'exemple décrit dans les figures, montre le couronne circulaire divisée en trois éléments-secteurs 5', 5" et 5"', chacun ayant une étendue angulaire de 120 (fig. 2). Les élémente 5', t" et 5"' sont disposés à D', D" et D"' de façon 8 laisser un certain espacs libre entra eux pour tenir compta des dilatations thermiques. Chaque élément est pourvu d'un dispositif de position n@ment au milieu de l'arc de 12@ . Com@e c'est déjà précisé plus haut, plusieurs dispositifs de positionnement peuvent être prévus pour chaque élément-secteur 5. Dans la figure 3, on peut voir la disposition du dispositif d'étan- chéité dans un changeur de chaleur. Afin d'améliorer encor@ sa t@@ue à la pression, on peut réaliser le dispositif d'étanchéité conforme à l'invention comme c'est montré dans les figurus 4 et 5. En utilisent un joint principal 1 et un joint secondair@ 1', il est possible d'obtenir une parfaite étanchéité entre les espaces de service @@ et E2 et l'atmosphère ambiante, pour des pressions pouvant atteindre BDC bars dans l'espace E2 et 100 bars dans l'espace E1, et des températures all@nt jusqu' à 250 à 310 C selon le type et les matériaux du joint utilisés. Le joint 1 parut être en tout matériau résistant au fluide qui se trcu ve dans l'espace E.. Ce fluide peut être un gaz @u de l'eau, de l'huila, etc... Aussi est la joint, de préférence en néoprène. Il est placé dans une rainure annulaire 12 pratiquée dans la périphérie de la plaque tubulaire P; Afin d'évi- ter toute corrosion sur le partie 11' de la périphérie de la plaque tubulaire P et de la face intérieure 11 de la bride Fc, corrosion qui rendra l@ démontage du joint1 difficile et son échange possible seulement après un ré-usinage approprié desdites surfaces 11 et 11', celles-ci sont chargées en acier inoxy dalle sur une profondeur C d'environ 3 mXm par exemple, et sur une longueur allant jusqu'aux logements d@@ moyen@ de positionnement. La distance (a) entre la rainure 12 logeant le joint 1 et la face intérieure de la plaque P est choi- sia de façon b obtenir une excellente assise dutit Joint 1 lares du serrage de la bride Fc contre l@ fond F. Le moyen de positionnement est constitué par deux sect@urs 5' et 5", éléments d'une courenne circuleire 5. Ces secteurs 5' et 5" pouvant être semi circulair@@ sont logés dans une rainure circulaire R pratiquée dans la périphéri@ de la plaque tubtdaira P d'une part at d'autre pert dans un évidement annulaire V usiné dans la face de serrage de la bride Fc. La largeur (b) de la rainure R est dgale b colla de l'évidement V et lég@rement plus grande que l'ép@isseur de la couronne circulaire 5.Las faces latérel@s de la rainure R et de l'évidement V ainsi que les faces latérales 51 et 52 de secteurs de la couronne 5 sont usi- nées avec sufisamment de précision pour que, en position de serrage de l'ens@@- ble, la face de serrage de la bride Fc et la face 52 de la couronne 5 soient dans le mêm@@plan. De préférence, pour la bonne tenue du moyen de positionnemont lors du fonctionnement de l'échangeur de chal@ur, et afin de diminuer les efforts dos aux dilatations thermiques sur les brides, le couronne et la plaque tubulaire, on peut admettre que : (h1 + h2 + h3) - h4 , , > h2 , nu h1 = hauteur de la partie de la couronne disposés dans l'évidement V usiné dans la bride Fc. h2 = distance entre la bride Fc et la plaque tubulaire P. h3 hauteur de la partie de la couronne disposée dans la rainure R pratiquée. h4 = heuteur de la couronne 5, c'@@t à dire différence entre la diamètre extérieur et la diamètre intérieur de la couronn@ 5. La dispositif d'étanchéité conforme à l'invention est complèté par un j@int 1' placé en un logement approprié entre la plaque tubulaire P et la face du serrage du fond F. Ce joint est de préférance du genre " 0 - RING" ou simi- laire. La figure 5, enfin, montre la disposition du dispositif d'étanchéité conf@rme à l'invention d@@s un échang@@ur de ch@leur. De nombreuses modification@ @t améliorations p@uv@nt être faites au dispositif d'étanchéité selon l'invention, sans pour @ut@nt sortir du cadre de d'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif d'étanchéité, notamment pour échangeurs de chaleur, caractérisé en ce qu'au moins un joint est dispose dens un logement dans au moins l'un des éléments délimitant des espaces entre lesquel@ l'étanchéité doit être assurée, et que des Moyens de positionnement de ces éléments les uns par rapport aux autres sont prévus pour que l'application dudit joint resta régulière lors d@ serrage desdits éléments les uns c@ntre les autres. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un seul joint est prévu pour assur@@ l'étanchéité entre tous les aspaces de @@rvice délimités par les éléments sus-mentionnés, ainsi qu'entre ces espaces et l'atmosphère ambiante. 3. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1,caractérisé en c@ qu'un premier joint est prévu pour assurer l'étanchéité entre un premier esp@- ce de service et l'atmosphère ambiante et qu'un deuxième joint est prévu pour assurer l'étanchéité entre un deuxième espace et l'atmosphère ambiante. 4. Dispositif sel on le revendication 2, caractérisé en ce que le joint est disposé dans ut logeant constitué d'une part par une rainure de section trapezoïdale pr@tiquée dans l@ face de serr@g@ de la bride du fond de l'échangeur de chaleur, et d'autre part per deux faces en biais opposées, qui sont usinées sur les bords de le bride de la calandre et ce la plaque tubulaire de façon telle que ces@@deux faces font fonction de support et de maintien du joint et constituent ainsi l'équivalent d'une autre rainure section trapezoïdale, les grandes bases des sections trapezoïdales étant @n face l'une de l'autre. 5. Dispositif selon la revendication 2 ou 18 revendication 4, carac- térisé an ce que le moyen de positionnement comporte un nombre déterminé d'élé Pnents, secteurs d'une couronne circulaire, dont chacun s'ét@nd engulairement sur un arc prédéterminé ; cas éléments ont une épais@eur telle qu'elle pénètr@ partiellement du côté intérieur, correspondant aux diamètres les plus petits de la couronna circulaire, dans une rainura pratiquée dans la partie périphéri que de la plaque tubulaire et qui a des dimension@ corr@@pondant à celles de ladite partie de la couronne circulaire, tandis que les parties supérieures desdits éléments correspondant aux diamètres les plus grands de la couronne circulaire pénètrent dans une rainura correspondante pratiquée dans la bride de la calandre de l'échangeur de chaleur, la hauteur deaditea rainures étant au moins égale à la larg@ur de ladite couronne circulaire. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé an ce que des alésages aboutissent aux extrémités supérieures desdites rainures dans la bride de la calandre pour y laisser peasir des outils destinés a Stre fixés sur les dits éléments, secteurs de la couronne circulaire, afin de parmettre leur dépla- cament vars ladite extrémité de ladite rainure pour le montage ou démontage du faisceau tubulaire. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'outil est une ti@@ filetée à ses extrémités et ayant une partie cylindrique an son miliau, l'une extrémité étant vissée en parmanence dans la périphéri@ dudit élé sent, tandis que l'autre @xtrémité peut Btra attachée a un appareil de levage. 8. Dispositif s@lon la revendication 7, caractérisé @n ce que lesdits alésages sont ,en service normal de l'échangeur,f@rmés de façon étanche par un joint qui est appliqué par un bouchon. 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé an ce que le premiar joint est disposé entre la plaque tubulaire et la bride de la celandre dans une rainure dans la périphérie de la plaque tubulaire du côté du faisceau tubulaire, à environ mi-distance entre la face intérieure de ladite plaque et le moyen de positionnement, tandis que le Xeuxi & s joint est serré entre une parai d'un évidement dans la face extérieure de la plaque tubulaire et une peroi d'un autre Bvidewnrt dans la face de serrage du fond de l'échangeur. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les bords de le périphérie de la plaque tubulaire et de la face intérieure de la bride de la calandre sont chargés d'une couche protectrice contra la corrosion. 11. Dispositif salon la revendication 10, caractérisé an ce que ladite couche protectrice est en acier inoxydable. 12. Dispositif salon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen de positionnement est constitué par deux couronnes semi-circulaires dont la partie inférieure est logea dans une rainure correspondante dans la periph- rie de la plaque tubulaire, et dont la partie supérieure est logea dans un évi- dament lusin dans la face extérieure (face de serrage) de la bride de la calan- dre de l'échangeur