Brevet FR2419488A1 — publié le 19791005

La présente invention concerne un dispositif de compensation pour assurer l'étanchéité des secteurs d'échangeurs de chaleur rotatifs à régénération,notamment un dispositif qui assure, en fonction des déformations en forme de calottes des surfaces frontales des masses d'accumulation et de la modification correspondante des intervalles d'étanchéité, un réglage des plaques ou barres d'étanchéité, en relation avec une grandeur de mesure et avec amplification de force par l'intermédiaire de sa tringlerie de manoeuvre, en vue de maintenir un intervalle présélectionné. On sait déjà détecter la position instantanée des surfaces frontales de masses d'accumulation de chaleur par l'intermédiaire de leurs brides extérieures ou intérieures dans toute la zone située entre les secteurs contenant les masses d'échange de chaleur et assurer, avec amplification de force, le réglage des plaques-secteurs ou également de portions desdites plaques en correspondance à une modification de l'intervalle d'étanchéité par suite de l'incurvation en forme de calotte du support de masses d'accumulation de chaleur en agissant par l'intermédiaire d'uncservo-commande. Comme moyen de détection, on utilise dans les réalisations connues un levier mécanique de palpage glissant sur les brides du support de masses d'accumulation de chaleur, ces palpeurs pneumatiques se présentant sous la forme de buses placées en regard d'une bride et des palpeurs magnétiques comportant des systèmes magnétiques fixés sur la plaque de secteur et placés également en regard d'une bride. En cas de modification de largeur de l'intervalle d'étanchéité, on mesure avec Ces palpeurs une modification de longueur, une modification de pression ou une modification de la résistance magnétique1 et on transmet la grandeur de mesure,comme paramètre de réglage, à un amplificateur de force qui assure hydrauliquement ou électriquement,par l'intermédiaire d'un ensemble à vérin ou d'un moteur de manoeuvre, l'actionnement de la tringlerie portant l'étanchéité dans le sens d'une adaptation de la plaque-secteur dans la direction désirée. Ces dispositifs connus permettent, en utilisant de faibles forces de palpage, condition d 'une faible usure et d'une grande durée de service, de disposer, par l'intermédiaire d'un système d'amplification, de forces de manoeuvre de grandeur suffisante pour établir l'étanchéité nécessaire. L'usure des leviers de palpage de type glissant, le risque d'encrassement des buses et la sensibilité à la température des systèmes magnétiques conduisent cependant à un certain risque de panne et nécessitent par conséquent un entretien constant des dispositifs connus. Au contraire,l'invention a pour objet un dispositif de compensation dont les organes de palpage sont exempts d'usure, insensibles à des constituants gazeux à effets corrodants et érodants et fonctionnent bien à des températures ambiantes accrues. Un dispositif de compensation du type précité est, selon l'invention,caractérisé en ce qu'il est associéJà chaque plaque ou barre d'étanchéité, au moins une sonde de mesure qui comporte une plaque détectrice électriquement conductrice, disposée de façon isolée par rapport au joint d'étanchéité et placée en regard d'une bride annulaire métallisée et symétrique par rapport au support de masses d'accumulation de chaleur, et en ce qu'il est prévu, en liaison conductrice avec la plaque détectrice d'une part et avec la plaque d'étanchéité ou une partie de celle-ci d'autre part, un amplificateur haute fréquence qui assure l'amplification des signaux de variation de capacité se produisant lors de la modification de l'intervalle entre la bride annulaire etla plaque détectrice et qui fournit des signaux de manoeuvre permettant la compensation de position des plaques ou barres d'étanchéité. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la sonde de mesure comporte un tube enveloppe dont les deux extrémités sont obturées par des plaques isolantes, la plaque isolante tournée vers le support de masses d'accumllla- tion portant la plaque détectrice, laquelle est reliée à conducteur qui traverse les deux plaques d'isolation connecté, du côté opposé au support de masses d accutul} od à une prise d'appareil. En outre,on peut prévoir une seconde prise d'appareil qui est placée dans une position adjacente à la première prise et qui est reliée à une sonde électrique de mesure de température placée sur le tube de la sonde de mesure. Le conducteur relié à la plaque détectrice traverse, sur le côté opposé au support de masses d'accumulation, la plaque dtisolationwde préférence avec du jeunet il est maintenu en tension par un ressort de compression de manière que le centrage du conducteur par rapport au tube d'enveloppe soit toujours conservétmême en cas de variations de longueur sous l'effet de dilatations thermiques. On peut brancher en série avec le premier conducteur un autre conducteur établissant la liaison avec la prise d'appareil et qui comporte comme organe élastique un coude de dilatation. Le tube d'enveloppe de la sonde de mesure est de préférence formé de métal tandis que les plaques d'isolation sont formées d'un oxyde d'aluminium. Pour maintenir la capacité propre de la sonde de mesure à une valeur faible, le tube-enveloppe présente un diamètre intérieur compris entre 80 et 120 mm et le conducteur centré par les plaques d'isolation possède une épaisseur de 3 à 5 mm. Dans la liaison électrique entre l'amplificateur haute fréquence et is organes électriques, hydrauliques ou pneumatiques assurant la commande de compensation de position des joints d'étanchéité, il est prévu avantageusement des moyens de temporisation qui empêchent des effets de variations de capacité de courte durée et qui évitent ainsi que les joints d'étanchéité soient soumis à des mouvements pendulaires, c'est à-dire que les joints soient périodiquement rapprochés et écartés de la surface frontale associée du support de masses d'accumulation de chaleur. D'autres 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 sur lesquels Fig. 1 représente en coupe une moitié d'un échangeur de chaleur à régénération comportant une masse d'accumulation de chaleur du type tournant et dans lequel il est prévu un dispositif de compensation de position selon l'invention placé sur les surfaces frontales opposées du support de masses d'accumulation de chaleur. Fig. 2 est une coupe centrale d'une sonde de mesure utilisée dans le dispositif de compensation de position de la figure 1 et à l'aide de laquelle on explore la grandeur de l'intervalle existant entre les surfaces frontales du support de masses d'accumulation de chaleur et les joints d'étanchéité de secteurs associés. La figure 1 est une coupe partielle d'une moitié d'un échangeur de chaleur à régénération de type tournant et d'axe vertical, le support de masses d'accumulation de chaleur et les joints d'étanchéité de secteurs associés ayant été particulièrement mis en évidence alors que les contours du carter sont seulement schématisés. Le support rotatif 1 de masses d'accumulation de chaleur est monté par l'intermédiaire de son arbre dans un palier supérieur 3 et un palier inférieur 5 et il est entouré par un carter 7. De chaque côté des surfaces frontales des masses d'accumulation de chaleur, il est prévu une plaque-secteur supérieure 9 et une plaque-secteur inférieure 11 ainsi que des plaques périphériques 13 servant à assurer l'isolement des courants de fluides d'échange de chaleur l'un par rapport à l'autre. La plaque-secteur supérieure et la plaque-secteur inférieure sont pourvues de plusieurs divisions et se raccordent à une partie centrale 9a, Ila, de chaque côté de l'arbre, par des parties 9b et llb qui sont articulées sur la partie centrale. L'articulation entre la partie 9a et le tronçon adjacent 9b de la plaque-secteur supérieure est soutenue de façon réglable par la plaque frontale supérieure du carter par l'intermédiaire d'une tringlerie de manoeuvre et d'un organe élastique 15. Le tronçon 9b qui est placé à l'extérieur est pourvu,à peu près dans sa zone médiane entre les extrémités radialement intérieure et extérieure, d'une sonde de mesure 17 agencée selon l'invention et qui est branchée en série avec un amplificateur haute fréquence 19. Les signaux produits par cet amplificateur assurent la commande d'une vanne -non repré sentêe - qui est reliée à un tuyau d'alimentation en fluide sous-pression 21 d'un cylindre de travail 23.Ce cylindre actionne une tringlerie de manoeuvre équilibrée par un contre-poids et qui s'accroche sur l'extrémité radialement extérieure de la partie 9b de la plaque-secteur supérieure. Des dispositifs 25a à 25e semblables à la tringlerie de manoeuvre pourvue de l'organe élastique 15 servent à soutenir et à affectuer la compensation de position des plaques périphériques 13. On a prévu pour la plaque-secteur inférieure une solution différente de celle choisie pour la plaque-secteur supérieure; dans ce cas, le côté frontale trouvant en haut sur le dessin, de l'échangeur de chaleur est considéré comme le côté chaud alors que le côté inférieur est considéré comme le côté frontal froid du support de masses d'accumulation de chaleur. Ces surfaces frontales prennent en cours de marche, par suite des différents gradients de température, une courbure convexe ou concave. Au voisinage immédiat de la tringlerie de manoeuvre portant l'articulation entre le tronçon médian ila et le tronçon extérieur lîb raccordés radialement, il est prévu sur le tronçon llb une première sonde de mesure 31 qui est branchée en série avec un amplificateur haute fréquence 33.Le signal produit par l'amplificateur haute fréquence 33 commande dans ce cas une vanne non représentée, placée dans un tuyau d'alimentation en fluide sous-pression 35 d'un cylindre de travail -29, qui assure dans ce cas le rapprochement ou l'éloignement de l'articulation existant entre le tronçon médian lla et le tronçon llb raccordés radialement vers l'ex- térieur, en fonction des signaux fournis par la sonde de mesure 31 et par l'intermédiaire de la tringlerie 27, par rapport à la surface frontale inférieure de la masse d'accumulation de chaleur.A l'extrémité radialement extérieure du tron çon de plaque-secteur llb, il est prévu une autre sonde de mesure 37 coopérant avec un amplificateur haute fréquence 39. Les signaux fournis par l'amplificateur 39 agissent sur une vanne actionnée électromagnétiquement, et non représentée,qu-it prévue dans un tuyau d'alimentation 41 d'un cylindre de travail 43lequel détermine, par l'intermédiaire d'une tringlerie de manoeuvre 45, la position correspondante de l'extrémité ex térieure du tronçon Ilb du joint en forme de secteur (plaque) Alors que la position des tronçons extérieurs 9b des joints de secteur supérieurs du côté chaud - e'est-à-dire prenant une courbure convexe - ne peut être réglés que par une sonde de mesure à la fois, il est possible, en tenant compte de l'incurvation concave de la surface frontale inférieure du support de masses d'accumulation de chaleur, d'effectuer la régulation tant des articulations existant entre la partie centrale et les parties extérieures reliées radialement que de leurs extrémités radialement extérieures à l'aide d'une sonde de mesure. La figure 2 représenteoà une échelle fortement agrandie par rapport à.la figure 1, une coupe de la sonde de mesure selon l'invention. Cette sonde de mesure se compose essentiellement d'un tube périphérique 50, qui est relié par l'intermédiaire d'un filetage comportant des canaux de passage servant à ltauto- nettoyage de la tête de sonde dans la zone marginale dtune ou verture de passage de ladite sonde, avec le tronçon de la plaque-secteur. Le tube périphérique est obturé des deux côtés par des plaques d'isolation 52, 54.La plaque d'isolation 52 sert simultanément de support pour une plaque détectrice 5, de préférence métallique, électriquement conductrice et à laquelle est relié un conducteur 58 qui traverse au centre les deux plaques d'isolation. Sur l'extrémité extérieure de ce conducteur 58, en considérant le carter du réchauffeur d'air, il est prévu une plaque de pression 60 qui entouressen coopération avec une plaque de pression 62,un ressort de compression 64 de manière que le conducteur 58 soit maintenu en tension même lors de variations thermiques de longueur. L'extrémité extérieure du conducteur 58 est reliée à un autre tronçon de conducteur 66 qui est pourvu d'un coude de dilatation et qui aboutit à une prise d'appareil 68 montée dans une plaque de base 70.La plaque de base 70 s'appuie par l'intermédiaire de trois éclisses 72 sur le tube périphérique de la sonde. Un capteur électrique de température 73 est relié par l'intermédiaire d'un conducteur 74 à une seconde prise d'appareil 76 prévue dans la plaque de base 70. Le capteur de température sert à compenser la sensibilité à la température de la caractéristique bi-électrique des gaz Les prises 68, 76 sont reliées par l'intermédiaire de câbles à l'entrée de l'amplificateur de haute fréquence associé tandis que les signaux amplifiés sont transmis à la sortie, par des conducteurs, à des vannes actionnées électromagnétiquement et qui sont branchées dans les tuyaux d'alimentation en fluide sous pression des cylindres de manoeuvre ou de travail correspondants.Lorsque ces vannes sont commandées, les cylindres sont chargés en fluide ou déchargés en vue d'assurer la compensation de position des plaques d'étanchéité de secteurs de manière que l'intervalle d'étanchéité formé entre les joints et les surfaces frontales du support de masses d'accumulation de chaleur prennent une grandeur optimale dans chaque condition de marche de l'échangeur de chaleur. On va maintenant décrire la structure et le mode de fonctionnement du dispositif de compensation de position selon l'invention. Chaque sonde de mesure est associée à un amplificateur haute fréquence. La tension alternative de l'amplificateur haute fréquence agit sur un circuit qui est essentiellement constitué par les plaques parallèles (la plaque détectrice,la sonde de mesure d'une part et la bride annulaire du support de masses d'accumulation de chaleur d'autre part), du conducteur de la sonde de mesure, de la prise de masse de l'enveloppe de sonde de mesure ainsi que des conducteurs associés et du gaz situé entre les plaques et servant de diélectrique. Par l'intermédiaire d'un discriminateur, on définit la résistance capacitive de ce circuit. Les signaux engendrés dans le cas d'un écart négatif ou positif correspondant de la & résistance capacitive par suite d'une modificationA'interval- le existant entre deux plaques assurent, par l'intermédiaire de relais, la commande des vannes électromagnétiques prévues dans les tuyaux d'alimentation en fluide sous pression de manière que le cylindre de travail associé soit relié à la source de fluide sous pression ou bien à un conduit de décharge. On effectue ainsi la manoeuvre des tronçons des joints d'étanchéité par l'intermédiaire des tringleries de manoeuvre reliées aux pistons de cylindres en vue de ramener l'intervalle à la largeur présélectionnée. De cette manière, les intervalles d'étanchéité existant entre les plaques-secteur 9 ou 13 et les surfaces frontales associées du support de masses d'accumulation de chaleur sont ramenés à une grandeur constante pour toutes les déformations en forme de calotte pouvant se produire en cours de marche dans l'échangeur de chaleur. Des organes de temporisation -non représentés - branchés entre les amplificateurs haute fréquence et les vannes de commande placées en aval empêchent en permanence que les surfaces frontales du support de masses d'accumulation de chaleur exécutent axialement des mouvements de rapprochement et d'éloignement. Les organes de temporisation sont avantageusement adaptés à une vitesse de rotation du support de masse d'accumulation de chaleur de manière que les plaques d'étanchéité ne subissent une compensation d'opposition que pendant le maintien de l'instruction de rapprochement ou d'éloignement pendant un intervalle de temps assez long. Dans le cas d'une perturbation mécanique, par exemple sous l'effet d'une déformation de la bride annulaire prévue sur le support de masses d'accumulation de chaleur et-coopérant avec la plaque détectrice de la sonde de mesure, il est également possible de produire un écartement rapide du joint d'étanche- ité radial par ouverture d'une vanne de limitation de pression qui évacue le volume de fluide se trouvant dans le cylindre en direction du coté de la source de fluide qui n'est pasen prise sion ou bien en direction d'un réservoir de fluide sous pression. Suivant une caractéristique essentielle de l'invention, il est prévu une sonde de mesure et un amplificateur haute fréquence associé, tandis que la manoeuvre des joints d'étanchéité en forme de secteurs ou de plaques-secteur peut s'effectuer par l'intermédiaire de leur tringlerie de manoeuvre non seulement de la manière décrite à l'aide de cylindres de travail sollicités par un fluide sous pression mais, en variante, également par exemple par des moteurs électriques de manoeuvre. Dans le cas de réchauffeurs d'air de grand diamètre, le dispositif de compensation selon l'invention peut être complété en associant d'autres sondes de mesure qui sont branchées en série avec des amplificateurs haute fréquence et d'autres moyens de manoeuvre à d'autres tronçons de plaques d'étanchéité qui sont reliés entre-eux de façon articulée, et le cas échéant également a leurs articulations de jonction. A l'aide de la sonde de mesure selon l'invention, il est également possible d'explorer les intervalles d'étanchéité existant entre les surfaces périphériques de support de masses d'accumulation de chaleur 1 et le carter 7 et d'effectuer la régulation de position en utilisant les signaux électriques produits par l'amplificateur haute fréquence et en faisant intervenir des moyens de manoeuvre correspondants (cylindres hydrauliques, moteurs électriques de manoeuvre, etc...). Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variations accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de les prit de l'invention. Notamment, il est à noter que le dispositif selon l'invention est également applicable à un échangeur de chaleur à régénération du type rotatif dans lequel la masse d'accumulation de chaleur est immobile et où les canaux de raccordement tournent, en tenant compte de l'inversion des conditions cinématiques. REVENDICATIONS I. Dispositif de compensation pour assurer ltétanchéité des secteurs d'échangeurs de chaleur rotatifs à régénération, notamment un dispositif qui assure, en fonction des déformations en forme de calotte des surfaces frontales des masses d'accumulation et de la modification correspondante des intervalles d'étanchéité, un reglage des plaques ou barres d'étanchéité, en relation avec une grandeur de mesure et avec amplification de force par l'intermédiaire de la tringlerie de manoeuvre en vue de maintenir un intervalle présélectionné, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il est associé,à chaque plaque ou barre d'étanchéité (9, 11), au moins une sonde de mesure (17, 31, 37) qui comporte une plaque détectrice (56) électriquement conductrice, disposée de façon isolée par rapport au joint d'étanchéité et placée en regard d'une bride annulaire métallisée et symétrique par rapport au support (1) de masses d'accumulation de chaleur, et en ce qu'il est prévu, en liaison conductrice avec la plaque conductrice (56) d'une part et avec la plaque d'étanchéité (9,11) ou une partie de celle-ci, d'autre part, un amplificateur haute fréquence (19, 33, 39) qui assure l'amplification des signaux de variation de capacité se produisant lors de la modification de l'ínter- valle entre la bride annulaire et la plaque détectrice (56) et qui fournit des signaux de manoeuvre permettant la compensation de position des plaques ou barres d'étanchéité (9,11). 2. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que les sondes de mesure (17, 31, 37) comportent un tube périphérique (50) dont les deux extrémités sont obturées par des plaques isolantes(52,54), en ce que la plaque d'isolation (52) tournée vers le support (1) de masses d'accumulation de chaleur porte la plaque détectrice (56) et est reliée à un conducteur (58) qui est guidé entre les deux plaques isolantes et qui est relié, du côté opposé au support (1),à une prise d'appareil (68). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu une seconde prise d'appareil (76) placée dans une position adjacente à la première prise d'appareil (68) et reliée à un capteur (73) électrique de température placé sur le tube périphérique (50) de la sonde de mesure (17, 31, 37). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le conducteur (58) relié à la plaque détectrice (56) traverse avec du jeu la plaque isolante (54), du côté opposé au support (1) de masses d'accumulation de chaleur (1) et est maintenu en tension par un ressort de compression (64), et en ce que le premier conducteur (58) est branché en série avec un autre conducteur (66) établissant la liaison avec la prise d'appareil précitée (68) et qui comporte comme organe élastique un coude de dilatation. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le tube périphérique (50) est formé d'un métal et les plaques isolantes (52, 54) d'oxyde d'aluminium, en ce que le tube phériphérique comporte un diamètre intérieur compris entre 80 et 120 mm et en ce que le conducteur (58) passant au centre des plaques d'isolation (52, 54) possède une épaisseur de 3 à 5 mm. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que des organes de temporisation sont branchés dans la liaison électrique établie entre l'amplificateur haute fréquence (19, 33, 39) et les composants électriques assurant la commande de compensation de position des joints d'é étanchéité,