Brevet FR2369530A1 — publié le 19780526

L'invention concerne les joints d'étanchéité,en particulier pour échangeurs de chaleur. Pans un échangeur de chaleur à régénération du type rotatif, une masse de matière d'absorption de chaleur, couramment composée de tôles ondulées empilées, est placée dans un passage d'écoulement de gaz chaud de manière à absorber la chaleur contenue dans les gaz passant au travers des tôles. Après que les tôles ont été chauffées dans les gaz chauds, elles sont amenées dans un passage d'écoulement d'air froid où ces tôles chauffées transmettent la chaleur absorbée à un courant d'air froid ou d'un autre fluide les traversant. La matière d'absorption de chaleur est portée par une virole de rotor qui est entourée par un corps fixe comportant des plaques enforme de secteur à ses extrémités opposées en vue de séparer les gaz chauds de l'air froid Pour empêcher un mélange des gaz chauds avec l'air froid, les bords extrêmes du rotor sont en outre pourvus de lames flexibles d'étanchéité qui frottent contre les extrémités du rotor afin d'empêcher des fuitesftandis que des plaques axiales d'étanchéité prévues dans l'intervalle annulaire existant entre le rotor et le corps empêchent les gaz ou l'air de contourner le rotor. Par le passe, il a été d'une pratique courante de ne pas tenir compte de la relation précise devant exister entre les extrémités des joints d'étanchéité, comme dans le brevet des Etats Unis d'Amérique NO 3.216.488. On a estimé qu'on pouvait obtenir une étanchéité satisfaisante simplement en plaçant les extrémités des joints axiaux et des plaques en forme de secteur dans des positions étroitement adjacentes de manière définie dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.217,789.Cependant, une augmentation des rendements et la nécessité d'obtenir un fonctionnement économique se sont traduites par l'utilisation de joints de transition perfectionnés pour assurer l'étanchéité de l'intervalle existant entre les extrémités des joints axiaux et les plaques en forme de secteur-afin d'empêcher des fuites entre eux En outre, l'écoule- ment de fluide entraînant des particules de matière dans un étranglement existant entre l'extrémité d'un joint axial et la plaque en forme de secteur dans un échangeur de chaleur standard engendre un jet de fluide qui a un effet de "sablage"produisant rapidement une abrasion de parties adjacentes du rotor et de son corps, en élargissant ainsi le trajet d'écoulement de fluide, ce qui augmente les fuites et réduit le rendement de fonctionnement de l'appa reis. Selon l'invention, il est prévu une disposition nouvelle dans laquelle un joint d'étanchéité, placé entre le rotor et le corps de rotordans la zone de jonction entre une plaque en forme de secteur et le joint axial d'étanchéité, est entouré par une enceinte dans laquelle est introduite une masse de matière fibreuse de garnissage afin d'empêcher l'écoulement de fluide dans un intervalle intercalaire existant entre le rotor et le corps. Cette structure comporte des moyens permettant de régler le joint axial d'étanchéité et la plaque en forme de secteur à partir d'un point d'appui situé à l'extérieur de l'échangeur de chaleur, de façon à pouvoir maintenir en permanence les joints dans une relation d'éétanchéité optimale. Dtautres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une section droite d'un échangeur de chaleur du type rotatif et à régénération qui est agencé selon l'invention. Fig. 2 est une coupe à échelle agrandie du joint de transition représenté sur la figure 1. Fig. 3 est une vue de détail à échelle agrandie des moyens de réglage de joint, et Fig. 4 est une vue en plan montrant la relation entre la plaque d'étanchéité axiale et le joint axial. Sur les dessins, on a désigné par la référence 12 une masse de-matière d'absorption de chaleur qui est portée par une virole annulaire 15 logée dans un corps 20 de forme semblable. Le corps 20 comporte une entrée et une sortie de fluide chauffant ainsi qu'unie entrée et une sortie d'un fluide à chauffer, les deux fluides pouvant être simultanément dirigés au travers de parties espacées du rotor qui est supporté par des paliers 28 et 30 et qui est entraîné en rotation autour de son axe par un moyen approprié tel qu'un moteur 26de façon que de la chaleur cédée par le fluide chauffant puisse être transmise de façon continue au fluide à chauf fer par l'intermédiaire de l'élément d'absorption de chaleur. Le corps cylindrique 20 entoure le rotor à une certaine distance de façon à ménager entre eux un intervalle annulaire tandis que des plaques 34 en forme de secteur prévues aux extrdmi- tés opposées du rotor sont placées entre les ouvertures espacées de passage du fluide de chauffage et du fluide à chauffer. Pour que des courants de fluide ne contournent pas le rotor en passant dans l'intervalle annulaire existant entre le rotor et le corps, des plaques 36 spéciales d'étanchéité axiale, concentriques au rotor et réglables radialement par des moyens indiqués en 54 sont agencées pour frotter contre les joints axiaux 32 portés par le rotor. Théoriquement, les extrémités radiales extérieures des plaques 34 viennent buter contre les extrémités extérieures des plaques d'étanchéité axiale 36 afin d'empecher un écoulement de fluide dans l'intervalle intercalaire. Cependant,en réalité, ces moyens d'étanchéité ne se rejoignent pas avec précision pour empêcher tout écoulement entre euxmais ils sont espacés l'un de l'autre afin de former un passage qui pelmet une fuite limitée de fluide à grande vitesse. Des cendres volantes et d'autres particules de matière entralnées dans le courant gazeux se déplacent également à grande vitesse de sorte que ;L'ensemble du courant de fluide a un effet abrasif sur les parties métalliques adjacentes de l'échangeur de chaleur qui sont pour ainsi dire soumises à un effet continu de sablage. Pour empêcher cette fuite, il est prévu des joints de transition entre les extrémités des plaques en forme de secteur et les extrémités des plaques d'étanchéité axiale et pour isoler la zone entourant 11 extrémité de chaque plaque 34 et l'extrémité adjacente de la plaque d'étanchéité axiale 36 par rapport au reste de l'échangeur de chaleur; des joints statiques 42A espacés verticalement sont fixés sur les plaques d'étanchéité axiale 36 et sont agencés pour s'étendre radialement vers l'extérieur à partir de celles-ci afin de chevaucher de façon glissante des plaques d'é- tanchéité 44A qui s'étendent vers l'intérieur à partir du corps de rotor 20.Des plaques verticales 42B et 44B orientées normalement aux extrémités des plaques 42A et 44A complètent une enceinte expansible qui isole les chambres 80 à leurs extrémités supérieure et inférieure. Les chambres 80 sont ensuite garnies d'une certaine quantité de matière filamentaire telle que de la laine céramique qui empêche encore l'écoulement de fluide. Les joints axiaux et les plaques en forme de secteur ainsi que les joints de transition intermédiaires sont tous agencés pour etre réglés et entretenus à partir d'une zone située à l'extérieur de l'échangeur de chaleur, de façon à pouvoir être ajustés si nécessaire en cours de marche en vue d'obtenir une relation optimale se traduisant par le minimum de fuites de fluide et par le maximum de performances de l'échangeur. Les plaques 34 en forme de secteur sont mobiles axialement à leurs extrémités extérieures par vissage d'un écrou de réglage 43 sur une tige filetée 45 qui traverse axialement une structure fixe 47 à partir de la plaque 34. Les plaques d'étanchéité axiale 36 sont munies de moyens d'ajustement/d'un type semblable, de façon qu'elles puissent être déplacées radialement pour établir la relation optimale d'étanchéité par rapport aux lames axiales d'étanchéité 32 portées par le bord périphérique du rotor. Du fait que les plaques 34 sont mobiles axialement et que les plaques d'étanchéité 36 sont déplacées radialement pour être placées dans une condition optimale par rapport aux bords extrêmes du rotor-, on peut dégager un intervalle existant entre leurs ex trémités adjacentes afin de créer un autre trajet d'écoulement qui permet le passage de .quantités excessives de fluide de fuite.Bien que ce trajet d'écoulement soit essentiellement obturé par les joints de transition 56, l'espace situé dans une zone adjacente à la jonction des joints est garni d'une certaine quantité de laine céramique ou d'un matériau semblable afin dtempecher efficacement l'écou- lement de fluide qui pourrait fuir en passant sur les joints de transition. Les lames 56 d'étanchéité de transition sont incurvées de façon à venir buter avec possibilité de glissement sur le côté d'une plaque d'étanchéité axiale 36 et à chevaucher l'intervalle existant entre les extrémités opposées de la plaque d'étanchéité axiale et de la face correspondante de la plaque 34 adjacente. Chaque lame 56 d'étanchéité de transition comporte plusieurs fentes 60 oblongues espacées qui sont agencées pour recevoir des goujons radiaux 35 orientés vers l'extérieur à partir de la plaque d'étan cherté axiale 36 adjacente Les goujons 35 s'étendent axialement dans un élément cylindrique 65 sur lequel est fixée une rondelle 67.La rondelle 67 est dimensionnée de façon à recouvrir chaque fente 60 afin qu'un serrage de l'écrou 74 sur l'extrémité filetée du goujon 35 maintienne étroitement la lame d'étanchéité 56 dans n'importe quelle position prédéterminée. Chaque lame d'étanchéité 56 porte sur son bord extrême axial un élément incurvé 58 qui est agencé pour être tiré vers la surface correspondante de la plaque 34 et pour recouvrir les ouvertures 62 ménagées dans celle-ci lorsque l'écrou de réglage vissé sur l'extrémité du goujon 64 est appliqué contre l'extrémité du cylindre 72. En conséquence, un mouvement axial de la plaque 34 susceptible d'ouvrir un trajet de fuite entre la plaque 34 et le bord extrême de la plaque 36 d'étanchéité axiale peut être compensé par ajustement axial des lames d'étanchéité 56. L'enceinte 80 entourant le joint de transition 56 est garnie d'une matière du type laine céramique qui est introduite dans ladite enceinte par l'intermédiaire d'une porte amovible 76. La porte est placée dans une zone adjacente aux moyens de réglage 65 de façon à pouvoir commodément accéder à tous moments à ces moyens de réglage en vue de l'exécution de l'ajustement nécessaire et les fuites sont réduites au minimum du fait du garnissage prévu dans l'enceinte. Un carter 82 pourvu d'un couvercle 84 à son extrémité extérieure est garni de la même façon de laine céramique afin de permettre d'accéder à l'extrémité du goujon 64 commandant le mouvement axial du joint de transition 56 tout en s'opposant àune libre fuite de fluide à partir de celui-ci. L'espace compris entre l'extrémité de la plaque en forme de secteur 34 et le carter peut être obturé par un autre couvercle 86 qui peut être ajusté de façon à recouvrir toute ouverture intercalaire. Du fait que le débit de fluide passant par cette ouverture a déjà été réduit à des valeurs relativement faibles, il n'est pas nécessaire de prévoir un garnissage supplémentaire. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à régénération du type rotatif comportant un rotor formé d'une matière absorbant la chaleur, qui est monté à rotation autour d'un fût central, un corps entourant le rotor à une certaine distance de façon à ménager entre eux un intervalle annulaire, ledit corps comportant aux extrémités opposées du rotor des plaques munies d'ouvertures de façon à diriger un fluide chauffant et un fluide à chauffer au travers du rotor, un moyen assurant l'entrainement en rotation du rotor autour de son axe afin de faire déplacer progressivement la matière d'absorption de chaleur entre le fluide chauffant et le fluide à chauffer, des plaques en forme de secteur, prévues aux extrémités opposées du corps entre le rotor et les plaques extrêmes du corps et agencées pour séparer le fluide chauffant du fluide à chauffer, des plaques d'étanchéité axiale,placées à l'extérieur des extrémités des plaques en forme de secteur et s'étendant axialement dans ledit intervalle annulaire pour empêcher un écoulement de fluide autour du rotor, ledit échangeur étant caractérisé par un joint d'étanchéité de transition, qui est situé entre les extrémités extérieuresdu joint axial et les plaques adjacentes en forme de secteur et qui est agencé pour obturer l'intervalle existant entre eux afin d'empêcher un écoulement de fluide. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit joint de transition comprend des moyens placés entre l'extrémité de la plaque en forme de secteur et un joint axial, lesdits moyens étant mobiles radialement et axialement, en vue d'établir entre eux une relation d'étanchéité optimale. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte expansible, qui est située entre le joint d'étanchéité de transition et le corps pour isoler l'espace existant entre les extrémités des plaques en forme de secteur et les joints axiaux afin d'empêcher l'écoulement de fluide dans ledit intervalle. 4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une masse de matière filamentaire qui est introduite dans ladite enceinte afin d'empêcher une fuite de fluide au travers de celle-ci. 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des reven dictions 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage, s'étendant à partir dudit joint d'étanchéité de transition, au travers de ladite enceinte, jusqu'en un point adjacent à la périphérie extérieure du corps. 6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite enceinte comporte une plaque de recouvrement amovible qui est placée dans une zone adjacente aux moyens de réglage d'étanchéité, afin de permettre d'accéder à ceux-ci pendant la marche de l'échangeur de chaleur.