Brevet FR2350567A1 — publié le 19771202

La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur à tubes comportant des moyens destinés à assurer llétancheité entre une plaque tubulaire et les tubes qui la traversent tout en permettant la libre dilatation des tubes par rapport au corps de l'échangeur ou à l'enveloppe à laquelle sont fixées les plaques tubulaires. Une solution connue pour assurer cette étancheité consiste à former dans la plaque tubulaire, à l'extrémité extérieure des alésages recevant les tubes, des évidements annulaires dans lesquels sont logés des joints toriques, maintenus en place par des bagues et des goupilles fixées aux tubes0 Cette solution nécessite, outre le perçage des alésages, un usinage de la plaque tubulaire pour former les évidements recevant les joints. Il faut aussi percer les tubes pour la fixation des clavettes et, pour éviter de détériorer les joints lors de leur mise en place, il faut ébavurer ou marne fraiser I1 extrémité de ces trous.Par ailleurs, il y a des risques de corrosion due à la différence des potentiels électrochimiques des matières utilisées pour les tubes et la plaque tubulaire, ces risques étant accrus par le fait que, les joints se trouvant à une extrémité des alésages, l'un des fluides circulant dans l'échangeur peut pénétrer entre les tubes et les parois des alésages par leur autre extrémité. D'autres solutions plus compliquées nécessitant le filetage des alésages et/ou des tubes, des ressorts, des joints spéciaux, etc . . ont également été proposées. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients des solutions connues et de réaliser un échangeur thermique équipé de moyens d'étancheité ne nécessitant aucun usinage supplémentaire de la plaque tubulaire et des tubes et permettant de supprimer les risques de corrosion. L'échangeur à tubes objet de l'invention est caractérisé en ce que les alésages de la plaque tubulaire ont un dianetre nettement supérieur au diamètre extérieur des tubes; une bague est placée dans chaque alésage, autour du tube respectif et fixée sur la plaque tubulaire, et cette bague qui remplit tout ltespace annulaire entre le tube et l'alésage comporte au moins une gorge extérieure et au moins une gorge intérieure dans lesquelles sont logés des joints toriques assurant l'étancheité entre l'alésage et la bague et entre la bague et le tube, respectivement. Les bagues sont avantageusement munies de collerettes ou d'oreilles servant à leur fixation sur la plaque tubulaire, au moyen de vis, goujons, etc ..0 Chaque vis ou goujon peut servir à la fixation de plusieurs bagues1 en utilisant des rondelles s'appuyant sur les collerettes ou oreilles de deux, trois ou quatre bagues voisines. Suivant un mode de réalisation particulier, chaque bague est munie de deux oreilles diametralement opposées et décalées axialement de telle sorte qu'une oreille de chaque bague recouvre oreille adjacente de la bague voisine quand les bagues sont en place; des moyens sont prévus sur les bagues pour empêcher leur rotation dans les alésages Cette solution permet de réduire le nombre des organes de fixation. Dans le cas où les deux extrémités des tubes sont munies de dispositifs d'étancheité de ce type, il faut prévoir des butées pour limiter les déplacements des tubes par rapport aux plaques tubulaires. Ces butees peuvent faire partie intégrante des bagues et être constituées, par exemple, par des collerettes intérieures formées à l'extrékité d'appendices prolongeant les bagues au-delà de l'extrémité des tubes, ces collerettes étant situées à une distance suffisante de l'extrémité des tubes pour permettre leur dilatation. Ces butées peuvent aussi être rapportées sur la plaque tubulaire; on peut, par exemple, utiliser une contre-plaque percée d'alésages alignés avec les tubes et de diamètre inférieur au diamètre extérieur des tubes et fixée sur la plaque tubulaire à une distance convenable; cette contre-plaque peut éventuellement s'appuyer sur l'extrémité des bagues et servir à leur fixation. Le matériau des bagues est choisi pour éliminer tout risque de corrosion électrochimique; on peut notamment utiliser des matières plastiques et, dans ce cas, X les bagues peuvent être obtenues par moulage, sans usinage, ou avec usinage limité à la confection de la gorge interne par exemple. Pour éviter que les fluides circulant dans l'échangeur pénètrent dans les alésages, on prevoit sur chaque bague deux gorges extérieures où sont logés deux joints placés aux deux extrémités de l'alésage. Pour faciliter le montage des bagues, la longueur dont les tubes dépassent la plaque tubulaire et les positions des gorges sur les bagues sont choisies pour que le joint intérieur soit mis en place sur le tube avant que le joint extérieur soit introduit dans l'alésage de la plaque tubulaire. étant donné que les bagues ne peuvent pas se déplacer par rapport à la plaque tubulaire, il n'y a pas de risque d'usure des surface alésées de la plaque et on peut utiliser pour cette dernière les nuances de métaux les moins coûteuses pourvu qu'elles résistent convenablement aux produits circulant dans l'échangeur. La description qui suit se réfère aux dessins l'accoxpa- gnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, quelques modes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est une coupe par un plan diamétral montrant l'extrémité d'un tube, une portion de la plaque tubulaire dans laquelle il est monté et le dispositif assurant l'étancheité entre le tube et la plaque tubulaire; La figure 2 est une vue en coupe analogue à la figure 1 illustrant un second mode de fixation des bagues du dispositif d'étancheité sur la plaque tubulaire; La figure 3 est une vue en élévation de l'ensexble de la figure 2; La figure 4 est une coupe verticale montrant une variante de l'invention;; La figure 5 est une vue en élévation de 1 t ensemble de la figure 4; La figure 6 est une vue en coupe analogue à la figure 1 montrant une troisième variante de l'invention; et La figure 7 est une vue en plan, a plus petite échelle, de la contre-plaque utilisée dans la variante de la figure 6. La figure 1 montre l'extrémité d'un tube 10 reçue dans un alésage 12 d'une plaque tubulaire 14 d'un échangeur thermique. Cet appareil comporte une série de tubes identiques dont les extrémités sont reçues dans des alésages de deux plaques tubulaires, dont la plaque 14, qui sont fixées au corps de l'échangeur ou à une enveloppe pour former une chambre 16 qui est traversée par les tubes et où circule un premier fluide, les tubes étant parcourus par un second fluide qui est collecté dans des chambres d'extrémités isolées de la chambre 16 par les plaques tubulaires. L'étancheité entre chaque tuba et la plaque tubulaire est assurée par une bague 20 placée dans l'alésage 12 et autour du tube 10. Cette bague comporte une gorge intérieure 22 dans laquelle est logé un joint torique 24 assurant ltétancheité entre la bague et le tube et deux gorges extérieures 26 dans lesquelles sont logés des joints toriques 28 assurant l'étancheité entra la bague et la plaque tubulaire. Le nombre et la dimposition des gorges et des joints ne sont pas limitatifs et ne sont donnés qutà titre d'exemple. La bague comporte une collerette 30 qui sert à sa fixation sur la plaque tubulaire au moyen de vis 32. Elle se prolonge au-delà de l'extrémité du tube par un appendice 34 qui se terrine par un rebord intérieur 36 formant butoir et servant à limiter le déplacement longitudinal des tubes tout en permettant leur dilatation. Lorsque le dispositif d'étancheité du type décrit n'est prévu qu'a une extrémité des tubes, l'autre extrémité étant fixée à la plaque tubulaire par soudage, dudgeonnage, etc ... appen- dice 34 et le rebord 36 sont inutiles. L'extrémité des tubes et l'entrée des alésages sont chanfreinés, de façon classique, pour faciliter la aise en place des joints, D'autre part, les tubes dépassent la plaque d'une longueur suffisante pour que le joint intérieur 24 soit on place sur le tube avant que le premier joint extérieur 28 ntatteigne ltentree de l'alésage, lors du montage des bagues, pour faciliter cette opération Les figures-2 et 3 montrent une variante de fixation des bagues 20 sur la plaque tubulaire 14 qui limite le nombre de points de fixation. Dans cette variante, plusieurs bagues voisines sont maintenues par une rondelle 40 pressée sur les collerettes 30 par une vis ou un écrou 42 vissé sur un goujon 44. Dans la variante représentée sur les figures 4 et 5, chaque bague comporte deux oreilles 46 et 48 décalées axialement l'une par rapport à l'autre et diamétralement opposées. Lorsque les bagues sont en place, l'oreille 46 est en appui sur la plaque tubulaire et l'oreille 48 recouvre l'oreille 46 de la bague voisine. Cette solution permet de utiliser qu'un nombre limité de vis pour fixer toutes les bagues dune rangée de tubes. Pour que les oreilles 46 ne puisse pas se dégager des oreilles 48, la rotation des bagues dans les alésages doit entre interdite. La figure 5 illustre un moyen pour empocher cette rotation qui consiste à former sur les bagues des surfaces coopérantes 50. Les bagues peuvent être obtenues par moulage de matières plastiques. Lorsqu'il n1 est pas possible d'utiliser des matières plastiques, par exemple lorsque la température des fluides est trop élevée, on peut utiliser des bagues métalliques. Dans ce cas, il est avantageux de pouvoir réaliser les bagues par perçage et décolletage. La figure 6 montre une bague de ce type constituée par une pièce tubulaire comportant un épaulement 52 limitant l'enfoncement de la bague dans l'alésage. Les bagues sont maintenues par une contre-plaque.54 fixée sur la plaque tubulaire au moyen de vis ou de goujons et percée de trous alignés avec les tubes 10 et dont le diamètre est égal au diamètre intérieur des dé tubes de façon à former un rebord intérieur limitant le % lacement des tubes. Ce dispositif dlétancheité peut être adopté quelles que soient la nature et la temperature des fluides en présence, les différents éléments devant être judicieusement choisis dans chaque cas. RVENDlCÂT10NS 1. échangeur de chaleur comportant une série de tubes montés dans une plaque tubulaire, caractérisé en ce que les alésages de la plaque tubulaire ont sur toute leur longueur un diamètre nettement supérieur au diamètre extérieur des tubes, une bague est placée dansschaquo alésage, autour du tube respectif et fixée sur la plaque tubulaire, et cette bague remplit tout l'espace annulaire entre le tube et l'alésage et comporte au moins une gorge extérieure et au moins une gorge intérieure, dans lesquelles sont logés des joints toriques assurant llétancheité entre l'alésage et la bague et entre la bague et le tube, respectivement0 2;Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bagues sont munies de collerettes servant à leur fixation sur la plaque tubulaire. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs bagues sont maintenues en place par une rondelle s'appuyant sur leurs collerettes et fixé à la plaque tubulaire par une vis ou un goujon. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérivé en ce que chaque bague est munie de deux oreilles diamètra lement opposées et décalées axialement lXune par rapport a l'autre de telle sorte qu'une oreille de chaque bague recou vre l'oreille adjacente de la bague voisine quand les bagues sont en place, des moyens étant prévus pour empêcher la rota tion des bagues dans les alésages. 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les bagues comportent des butées coopé rant avec les extrémités des tubes pour limiter leur déplace ment longitudinal. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les butées sont constituées par des rebords intérieurs prévus à ll'extrémité d'un appendice prolongeant la bague au delà de l'extrémité du tube. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bagues comportent un épaulement qui limite leur enfoncement dans les alésages et sont maintenues en place par une contre-plaque fixée à la plaque tubulaire et percée d'alé sages alignés avec les tubes et de diamètre inférieur au dia mètre extérieur des tubes0 8 e Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur dont les tubes dépassent la plaque tubulaire est telle que le joint intérieur est mis en place sur le tube avant que le joint extérieur soit introduit dans l'alésage de la plaque tubulaire, lors de la mise en place d'une bague. 9. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague comporte deux gorges extérieures situées aux deux extrémités de l'alésage. 10. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bagues sont obtenues par moulage d'une matière plastique.