Brevet FR2126323A1 — publié le 19721006

La présente invention concerne un perfectionnement à un échangeur thermique ayant un liquide de refroidissement pour refroidir de l'air ou d'autres gaz. 1'échangeur thermique est particulièrement destiné à refroidir de l'air de balayage dans 5 des moteurs diesel de grande puissance, par exemple dans des moteurs diesel de navires, et il comprend une pluralité de sections de refroidissement qui comportent, chacune, une pluralité de tubes nervurés où circule le liquide, fixés par leurs extrémités à des plaques tubulaires. Les sections de refroidissement 10 sont montées de façon interchangeable dans un carter, à travers lequel l'air ou les gaz sont mis en circulation au moyen, par exemple, d'une soufflerie actionnée par une turbine à gaz d'échappement, et ces sections de refroidissement sont munis, à chaque extrémité, d'une enveloppe à eau qui forme, avec les 15 plaques tubulaires, des boîtiers contenant les tubes nervurés. Les enveloppes à eau sont munies d'une ouverture centrale qui forme entrée ou sortie pour chaque section de refroidissement, et les sections de refroidissement sont connectées, à travers lesdites ouvertures, à une tubulure d'admission et d'évacuation 20 du liquide de refroidissement, qui est de préférence de l'eau. Comme on l'a indiqué ci-dessus, des échangeurs thermiques de grande dimension sont déjà connus, particulièrement pour être employés dans des moteurs diesel de grand modèle pour navires, lesdits moteurs étant divisés en sections qui sont inter-25 changeables. Le but de l'invention est de réaliser un échangeur thermique dans lequel lesdites sections de refroidissement puissent facilement être retirées séparément et remplacées par des sections de refroidissement de réserve tandis que le moteur est en 30 marche, peut-être avec une vitesse de rotation quelque peu réduite. Il est ainsi possible d'assurer un entretien continu de 1'échangeur thermique, puisque les sections de refroidissement retirées peuvent être remplacées et nettoyées, éventuellement réparées, et ensuite remontées dans 1'échangeur thermique à la 35 place des nouvelles sections de refroidissement. Les sections de refroidissement sont conçues, quant à leurs moyens de fixation, de telle sorte qu'on puisse les retourner sens dessus dessous et/ou les faire tourner de 180° autour de leur axe longitudinal; l'action possible de corrosion dans les tubes de refroidissement, 40 causée par les turbulences du fluide de refroidissement habi 72 06044 2 2126323 tuellement à l'entrée et à la sortie des tubes, peut ainsi être répartie sur une surface plus grande, de sorte que la durée de service d'une section de refroidissement peut atteindre trois ou quatre fois celle de sections de refroidissement montées à de-5 meure. De plus, les nervures des tubes de refroidissement qui sont disposés parallèlement à l'écoulement de l'air à travers le carter, dans lequel sont montées les sections de refroidissement, seront aussi retournées par la rotation de 180° de la sec-10 tion de refroidissement autour de son axe longitudinal, de sorte que les parties des nervures qui font face à l'arrivée de l'air, et qui se sont usées, seront portées en une position opposée; ainsi, les bords usés des nervures ne continueront pas à être aplatis ou courbés par l'écoulement de l'air. Il est alors pos-15 sible d'utiliser les nervures pendant une durée considérablement plus longue que dans des sections de refroidissement fixes, puisque les nervures usées ne seront pas recourbées de façon à s'opposer à la circulation de l'air. Comme les sections de refroidissement sont de préférence disposées en paires l'une au-dessus 20 de l'autre, une section dont les nervures sont usées peut aussi être placée au bas du courant d'air, où les nervures sont moins affectées que celles du haut de la section de refroidissement. Tous ces résultats sont obtenus grâce à 1'échangeur thermique suivant l'invention, du fait que les sections de refroidisse-25 ment sont étanches à l'air à l'une de leurs extrémités, et montées de façon amovible dans une enveloppe -à air, les ouvertures des enveloppes à eau étant disposées en saillies dans les enveloppes à eau, lesdites saillies traversant des ouvertures de l'enveloppe à air, qui est montée de façon amovible et étanche à 1'-30 air dans une ouverture du carter. Du fait que les saillies des enveloppes à eau situées aux extrémités opposées des sections de refroidissement s'étendent à travers des ouvertures d'une enveloppe à air, montée de façon amovible et étanche à l'air dans une ouverture placée en opposition à la susdite première ouver-35 ture du carter, les saillies étant scellées de façon étanche à l'air contre lesdites ouvertures de l'enveloppe à air et étant mobiles axialement dans ces ouvertures, les sections de refroidissement étant connectées en paires par leurs extrémités mobiles axialement au moyen de coudes tubulaires à 180°, et étant 72 06044 3 2126323 connectées à la tubulure par leurs premières extrémités. Ainsi qu'il ressort de cet exposé, les sections de refroidissement de 1'échangeur thermique suivant l'invention peuvent être agencées de façon qu'à l'une de leurs extrémités, elles 5 soient fixées à une plaque d'enveloppe à air qui scelle l'ouverture du carter dans lequel est monté 1*échangeur thermique, les autres extrémités des sections de refroidissement étant capables de se dilater librement dans la direction longitudinale des sections, à travers une plaque d'enveloppe à air qui recouvre une ouverture placée à l'opposé de ladite première ouverture du carter, de telle sorte que les sections de refroidissement puissent librement se dilater ou se contracter dans leur direction longitudinale sous l'action des diverses températures qui s'établissent. 15 Les sections de refroidissement peuvent aussi être mobiles axialement dans les ouvertures de la plaque d'enveloppe à air par leurs susdites premières extrémités, ce qui réalise le libre mouvement des sections de refroidissement par rapport à la plaque d'enveloppe à air. 20 Les caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation, donnée avec référence aux dessins, sur lesquels s la Fig. 1 montre en élévation latérale, avec coupe partielle, une section de refroidissement montée dans un carter 25 dans la canalisation d'air à travers laquelle l'air de refroidissement et de balayage est fourni au moteur par une soufflerie; la Fig. 2 est une vue en perspective avec coupe partielle de 1'échangeur thermique; la Fig. 3 est une vue schématique éclatée de deux sections 30 de refroidissement formant une paire, avec des moyens de connexion respectivement à la tubulure et au coude tubulaire; la Fig. 4- est une vue en perspective éclatée d'une section de refroidissement; la Fig. 5 est une vue en perspective de l'enveloppe à air 35 à l'une des ouvertures du carter, avec anneaux de serrage et cadre ou espaceur; la Fig. 6 est une vue éclatée d'une enveloppe divisée à air à l'ouverture opposée du carter, avec le cadre ou espaceur, des fentes de serrage et des bandes de pression; 72 06044 4 2126323 la Fig. 7 est une vue éclatée de l'enveloppe à air de la Fig. 5 avec plaque de pression et bague en 0; la Fig. 8 est une vue éclatée d'une section de l'enveloppe à air de la Fig. 6 avec bague en 0; ^ la Fig. 9 est une vue perspective éclatée du système de tubulure ; et la Fig. 10 montre le coude tubulaire à 180° qui relie les paires de sections de refroidissement. la Fig. 1 montre une section de refroidissement 1 disposée 10 dans un carter 2, monté dans une canalisation d'air 3» Le carter 2 possède une ouverture avant 4 et une ouverture arrière 5. Les sections de refroidissement sont de préférence montées par paires 1, 1', comme le montre la Fig. 2, l'une au-dessus de l'autre, et reliées par un coude tubulaire 6 à 180°. Ces sections de re-15 froidissement sont montées côte à côte dans le carter 2, et, à l'une de leurs extrémités, elles sont fixées ai» moyen de boulons et d'écrous à une enveloppe à air 7 placée à l'extrémité avant 4 du carter, une saillie 8 d'une enveloppe à eau 9 pénétrant à travers des ouvertures 10 de l'enveloppe à air 7* I>es saillies 8 2q de l'enveloppe à eau 9 sont en outre reliées à une tubulure 12, de sorte que la section de refroidissement supérieure 1 est reliée à un tube d'adduction de liquide 1?, la section de refroidissement inférieure 1' étant reliée à un tube 14 pour l'évacuation du liquide, qui constitue le fluide de refroidissement. Les extrémités opposées des sections de refroidissement 25 font saillie à travers des ouvertures 15 pratiquées dans l'enveloppe à air arrière 16, qui est divisée en sections 17 pour permettre l'échange facile des sections de refroidissement, individuellement ou par paires. Les saillies 8 des enveloppes à eau 9 sont scellées à ces extrémités opposées, contre des ouvertures 15, et sont adaptées pour pouvoir se mouvoir axialement dans 30 celles-ci, de sorte que les sections de refroidissement, par paires, peuvent se dilater, et/ou se rétracter, suivant les conditions de température, sans aucune contrainte sur le carter dans lequel sont montées les sections. La Fig. 1 montre plus clairement la construction d'une 35 section de refroidissement 1 et la fixation de celle-ci au carter 2. La section de refroidissement comprend deux plaques tubulaires 18, dans lesquelles sont sertis plusieurs tubes de refroi 72 06044 5 2126323 dissement parallèles 19. Dans les tubes de refroidissement, sont en outre insérées des nervures de refroidissement 20, chaque nervure consistant en une plaque comportant une pluralité d'orifices alignés avec les tubes. A chaque plaque tubulaire 18, est 5 montée une enveloppe à eau 9 ayant une saillie 8 avec une ouverture centrale 21 pour raccordement à la tubulure par l'intermédiaire d'un coude 22. Dans la plaque tubulaire sont prévus des orifices filetés pour des goujons qui traversent des orifices correspondants de l'enveloppe à eau, de sorte que l'enveloppe à 10 eau 9 peut être pressée de façon étanche aux liquides contre la plaque tubulaire 18, au moyen d'écrous 23 coopérant avec lesdits goujons 24, Ceux-ci ont une longueur suffisante pour faire saillie à travers des orifices alignés de l'enveloppe à air 7 et une plaque de pression 25 extérieure à l'enveloppe à air 7« La plaque de pression 25 a une ouverture centrale 26, et elle coopère 15 avec une bague 27 en 0, en comprimant celle-ci contre la saillie 8 de l'enveloppe à eau, et aussi contre un bord 28 incliné vers l'extérieur dans l'ouverture 10 de l'enveloppe à air 7» lorsque les écrous 29 placés sur les goujons 24 sont serrés. La section de refroidissement 1 est ainsi maintenue sur l'enveloppe à air 20 7 en un montage amovible, mais sûr. L'enveloppe à air 7 est, en outre, fixée à l'ouverture avant 4 du carter 2, par l'intermédiaire d'un cadre ou espaceur 30, au moyen de goujons 31 et d'écrous 32. L'extrémité opposée de la section de refroidissement est 25 équipée d'une enveloppe à eau correspondante 9» toutefois les goujons 24 se terminent immédiatement au-dessus des écrous 23, de sorte que l'enveloppe à eau n'est pas reliée à l'enveloppe à air 16 qui recouvre l'ouverture arrière 5 du carter 2. La saillie 8 de l'enveloppe à eau traverse ici encore une ouverture 15 de 30 l'enveloppe à air 16, et une bague 33 en 0 est comprimée de la même façon que la bague 27 en engagement avec une surface inclinée de l'ouverture 15 et contre la saillie 8, au moyen d'un anneau de pression 34 qui est fixé à l'enveloppe à, air 16 par des goujons 35 et des écrous 36. L'enveloppe à air 16 est, en outre, 35 fixée à l'ouverture 5 de la même façon que l'enveloppe à air 7 à l'ouverture 4. L'enveloppe à air 16 est divisée en sections 17, et les bords adjacents sont coupés obliquement de façon à former des 72 06044 O 212632:5 rainures en Y ouvertes vers l'extérieur, comme le montre la Fig. 6. les sections 17 comportent à leurs bords supérieurs et inférieurs, des orifices 37 pour coopérer avec des goujons, en vue de la fixation aux deux ouvertures arrière 5 du carter.avec 5 joints intermédiaires 38 et cadre ou espaceur 30. Les intervalles entre les sections 17 sont scellés au moyen de bandes de joint 39, qui sont pressés en engagement étanche contre les rainures en V entre les sections 17, au moyen de pièces de pression 40 qui ont de préférence une section en forme de T. Les pièces de 10 pression 40 sont prévues, le long de leurs côtés avec des encoches 41 qui coopèrent avec des goujons vissés dans des orifices 42 le long des bords des sections 17, de sorte que les pièces de pression peuvent, au moyen de ces goujons et d'écrous, être pressées contre les bandes de joint 39 de façon à sceller les 15 intervalles entre les sections 17. Ainsi, lors de l'échange de sections de refroidissement, l'extrémité avant de ces sections peut être détachée de la tubulure 12, et le coude de liaison 22 est éventuellement détaché de l'enveloppe à eau 9 au moyen d'écrous 43. Ensuite, l'enveloppe à 20 eau 9 est détachée de l'enveloppe à air 7 au moyen des écrous extérieurs placés sur les goujons 24. Il est évident que les tubulures 12 sont équipées dé vannes pour fermer l'adduction et l'évacuation du fluide de refroidissement aux sections de refroidissement que l'on doit retirer. 25 Le coude tubulaire 6 à 180° est ensuite détaché et l'an neau de pression 34 placé à l'extrémité arrière des sections (le refroidissement est détaché, en même temps qu'une section 17 de l'enveloppe à air 16, de l'ouverture arrière 5 du carter 2, au moyen d*écrous correspondant aux écrous 32 qui maintiennent l'en-30 veloppe à air 7* La pièce de pression 40 est alors détachée sur l'un des côtés de la section 17» et éventuellement sur les deux côtés dans le cas où la paire de sections de refroidissement est placée entre d'autres paires de sections. La section 17 d'enveloppe à air peut ensuite être retirée de la saillie 8 de l'en-35 veloppe à eau, après quoi les sections de refroidissementl, 1' peuvent être enlevées. Le montage des sections de refroidissement a lieu dans l'ordre inverse. Pendant une telle opération d'échange, la circulation de l'air à travers le carter doit, bien entendu, être réduite afin de réduire la pression qui peut atteindre 72 06044 7 2126323 2 kgs de surpression pendant le fonctionnement normal. Le remplacement d'une paire de sections de refroidissement demandera de 1 à 2 heures, tandis que l'échange de quatre sections, qui est le nombre usuel dans un échangeur thermique ordi-5 naire, demande 4 heures environ. Afin d'épargner du travail dans le remplacement des sections de refroidissement, et afin de laisser celles-ci se déplacer axialement à leurs extrémités par rapport à l'enveloppe à air 7» les goujons 24 qui fixent l'enveloppe à eau 9 à la plaque 10 tubulaire 18 et qui fixent en même temps la section de refroidissement à l'enveloppe à air 7j peuvent être remplacés par deux boulons, comme on l'a représenté aux extrémités opposées de la section de refroidissement sur le côté droit de la Fig. 1. La section de refroidissement peut alors être retirée directement 15 de l'ouverture de l'enveloppe à air 7» car il n3y a plus de boulons fixant la section à l'enveloppe 7* L'échangeur thermique décrit ci-dessus présente de notables avantages qui ont été cités dans l'introduction, à savoir que les sections de refroidissement peuvent rapidement et aisément 20 être remplacées pendant la marche du moteur, de sorte qu'un programme d'entretien peut être établi pour 1'échangeur thermique. L'entretien permanent des sections de refroidissement, tel que réparations, nettoyage etc... est ainsi possible, et la position des sections de refroidissement peut être changée, en les retour-25 nant sens dessus dessous et en les faisant tourner de 180° autour de leur axe longitudinal, afin de réaliser la durée de service maximale relativement à la corrosion dans les tubes de refroidissement, à l'usure et aux déchirures des nervures de refroidissement. 30 La Fig. 3 montre une paire de sections de refroidissement avec coude tubulaire à 180° et tubulures à coudes de eonnection, tous les composants étant détachés les uns des autres. De la même façon, la Fig. 4, montre en réalité la section de refroidissement 1 avec enveloppe à eau 9 et joints intermédiaires.Sur 35 la Fig. 5, on voit l'enveloppe à air 7 avant, avec le cadre es-paceur 30 et les joints intermédiaires. A la partie arrière du dessin, est représentée l'ouverture avant 4 du carter. La Fig.7 montre un détail de l'enveloppe à air 7> avec l'ouverture 10 à bord incliné 28 pour coopérer avec la bague 27 en 0 et la plaque de pression 25 à ouverture sentrale 26. Les composants sont déta 72 06044 8 2126323 chés les uns des autres. La Pig, 8 montre, de la même manière, un détail d'une section 17 de 1*enveloppe à air arrière 16, avec l'ouverture 15 à bord incliné pour coopérer avec la bafeùe 33 en O et l'anneau de pression 34 qui est fixé à la section 17 au 5 moyen de goujons 35 et d'écrous 36. Sur la Fig. 9» on voit tin détail de la tubulure 12 comprenant un tube inférieur d'adduction 14, et un tube supérieur d'évacuation 13 du fluide de refroidissement. On a représenté, en outre, les coudes de connection supérieur et inférieur 22. On voit enfin, sur la Fig. 10, 10 un coude à 180° pour relier les extrémités arrière d'une paire de sections de refroidissement. 72 06044 9 2126323 BETEroiCATIOHS 1 - Perfectionnement à un échangeur thermique ayant un liquide de refroidissement pour refroidir de l'air ou d'autres gaz, particulièrement destiné à refroidir l'air de balayage dans les moteurs diesel à grande puissance, par exemple les 5 moteurs diesel de navires, et comprenant une pluralité de sections de refroidissement qui comportent, chacune, une pluralité de tubes nervurés où circule le liquide, fixés par leurs extrémités à des plaques tubulaires, lesdites sections de refroidissement étant montées de façon interchangeables dans un car-10 ter à travers lequel l'air ou les gaz sont mis en circulation au moyen par exemple, d'une soufflerie actionnée par une turbine à gaz d'échappement, et dans lequel les sections de refroidissement sont équipées, à chaque extrémité, d'une enveloppe à eau qui forme, avec les plaques tubulaires, des boîtiers 15 contenant les tubes nervurés, chaque enveloppe à eau étant prévue avec une ouverture centrale formant entrée ou sortie pour chaque section de refroidissement, les sections de refroidissement étant connectées à travers lesdites ouvertures, à une tubulure d'admission et d'évacuation du liquide de refroidissement; 20 ledit perfectionnement étant caractérisé en ce que les sections de refroidissement sont étanches à l'air à l'une de leurs extrémités et montées de façon amovible dans une enveloppe à air, les ouvertures des enveloppes à eau étant disposées en saillies dans les enveloppes à eau, lesdites saillies s'étendant à tra-25 vers des ouvertures dans l'enveloppe à air, qui est montée de façon amovible et étanche à l'air dans une ouverture du carter; et en ce que les saillies des enveloppes à eau situées aux extrémités opposées des sections de refroidissement s'étendent à travers des ouvertures d'une enveloppe à air montée de façon 30 amovible et étanche à l'air dans une ouverture placée en opposition à la susdite première ouverture du carter, les saillies étant scellées de façon étanche à l'air contre lesdites ouvertures de l'enveloppe à air, et mobiles axialement dans ces ouvertures, lesdites sections de refroidissement étant reliées en 35 paires par leurs extrémités mobiles axialement au moyen de coudes tubulaires à 180°, et étant connectées à la tubulure par leurs premières extrémités. 72 060kk 1U 2126325 2 - Perfectionnement selon revendication 1 caractérisé en ce que les premières extrémités des sections de refroidissement sont elles aussi mobiles axialement dans la première enveloppe à air. 5 3 - Perfectionnement selon revendication 1 caractérisé en ce que l'enveloppe à air située aux extrémités mobiles axialement des sections de refroidissement est divisée en sections qui comprennent, chacune, des ouvertures pour les saillies de l'enveloppe à eau; et en ce que les bords adjacents des sections 10 sont coupées obliquement de façon à former des rainures en Y ouvertes vers l'extérieur, dans lesquelles des bandes élastiques de joint sont susceptibles d'être comprimées par des pièces de pression, ayant de préférence une section en forme de T, qui sont fixées auxdites sections au moyen de boulons et d'écrous, 15 4 - Perfectionnement selon revendication 1 caractérisé en ce que les bords des ouvertures de l'enveloppe à air sont inclinés, la surface inclinée faisant face à l'extérieur; et en ce qu'une bague en 0 est susceptible d'être comprimée en contact de scellement au moyen d'une plaque de pression ayant une ouver-20 ture centrale, ou d'un anneau de pression contre la surface inclinée et la saillie de l'enveloppe à eau, 5 - Perfectionnement selon revendications 1 et 4 caractérisé en ce que l'enveloppe à eau et une extrémité de la section de refroidissement sont assemblées l'une à l'autre de façon 25 amovible et étanche à l'eau au moyen d'écrous et de goujons connectés à la plaque tubulaire, lesdits goujons traversant des orifices de l'enveloppe à eau et ayant une longueur suffisante pour faire saillie à travers des orifices alignés, pratiqués autour de l'ouverture dans l'enveloppe à air et dans la plaque de 30 pression, le.sdits goujons servant à maintenir les sections de refroidissement sur l'enveloppe à air et à presser la plaque de pression contre la bague en 0, lorsqu'on serre sur les goujons un jeu d'écrous extérieurs; en ce que l'enveloppe à eau placée à l'autre extrémité de la section de refroidissement est fixée 35 de manière analogue, mais avec des goujons plus courts pour fixation seulement de l'enveloppe à eau; et en ce que l'anneau de pression est fixé à l'enveloppe à air au moyen de boulons et d'écrous, et comprime ainsi la bague en 0 contre la surface inclinée de l'ouverture de l'enveloppe à air et contre la saillie 40 de l'enveloppe à eau. COPY 72 060kk 11 2126323 6 - Perfectionnement selon revendication 1 caractérisé en ce que la distance entre les plaques tubulaires des sections de refroidissement est au moins aussi grande que la distance entre les ouvertures du carter; et en ce que les enveloppes à air 5 sont fixées de façon étanche à l'air et amovible au carter par l'intermédiaire de cadres servant d'espaceurs. COpy