Brevet FR2405453A1 — publié le 19790504

La présente invention concerne un procédé de montage d'un faisceau de tubes aile tés dans une enveloppe d'échangeur thermique. Les échangeurs thermiques jusqu'ici réalisés comportent montés dans une enveloppe extérieure équipée d'orifices d'entrée et de sortie du fluide caloporteur ainsi que du fluide à traiter, une plaque tubulaire sur laquelle sont fixés les tubes constituant le faisceau, des plaques supports intermédiaires, l'ensemble étant consolidé par une structure de raidisseurs et d'entretoises déterminée en fonction du pas du faisceau lui-mtme déterminé par la surface d'échange calculée de 11 appareil. Ce procédé de construction interdit tout démontage pour réfection ou entretien de tout ou partie de l'échangeur sans interrompre le fonctionnement du reste de l'installation dans laquelle il stintè ge. Par ailleurs, l'usinage des plaques tubulaires et des plaques supports ne peut se faire que sur des machines dont le plateau peut admettre des pièces de dimensionnement important. D'autre part, la circulation classique du fluide caloporteur dans les tubes implique la réalisation de coudes de rayons différents dont l'élaboration des épingles en U assurant la circulation du dit fluide à partir des boites de distribution. Enfin, les structures classiques d'échangeurs présentent des espaces morts entre les faisceaux tubulaires et leur enveloppe et plus particulièrement dans la zone des coudes des épingles en U. Le procédé de fabrication, selon l'invention, a pour but la construction d'échangeurs à partir de sous-ensembles de faisceaux tubulaires standard s'incorporant en nombre donné dans une enveloppe permettant l'obtention de surfaces d'échange répondant à des besoins différents, tout ou partie de ces sous-ensembles pouvant Qtre utilisés, une fraction de l'ensemble pouvant titre neutralisée pour des besoins d'intervention à des fins d'entretien ou de réparation, l'appareil restant en exploitation. Ce procédé permet une préfabrication en parallèle des sous-ensembles.L'invention vise également à maîtriser la répartition de la circulation du fluide caloporteur circulant dans les tubes conformément aux besoins des échanges, cette répartition permettant l'utilisation de coudes standard pour la réalisation des épingles des tubes en U Enfin, l'invention vise également à masquer les espaces morts entre les faisceaux tubulaires et leur enveloppe de façon à y limiter les fuites parasites et éviter la formation de parcours préférentiels du fluide à traiter. Le procédé, objet de l'invention, consiste dans la préfabrication de sousensembles de faisceaux dits sous-ensembles tiroirs constitués chacun d'une plaque tubulaire et des plaques supports s'incorporant à une structure comportant des entretoises et raidisseurs, laquelle structure se présente selon un volume parallélépipédique de faible épaisseur. Le positionnement des sous-ensembles tiroirs dans l'enveloppe ou casing de l'échangeur s'effectue au moyen de glissières longitudinales.La boite de distribution de chaque sous-ensemble tiroir est compartimentée et les tubulures sont raccordées de façon à faire circuler le fluide caloporteur selon les besoins de 1'échange. La réduction des zones de circulation parasites du fluide à traiter, telles que les jeux entre tiroirs et enveloppe, et les zones dans lesquelles se situent les coudes non ailetés s'effectuent par l'adjonction à la structure de l'échangeur ou des sous-ensembks de déflecteruB ou d'écrans ayant pour effet de créer un labyrinthe offrant une très forte résistance aux écoulements parasitaires. Les dessins annexés illustrent à titre d'exemple un mode de réalisation d'échangeur portait appleation du procédé selon la présente invention. Ceux-ci représentent : - en figure 1, une vue longitudinale d'une enveloppe d'échangeur équipé de trois sous-ensexbles tiroirs, - ai figure 2, une vue en coupe transversale de l'échaEgeur, - en figure 3, use vue schématique du circuit de circulation du fluide caloporteur dans ur faisceau d'échangeur classique, - en figure 4, une vue schématique du circuit du dit nuide dans le faisceau, - en figures 5 et 6, des vues schématiques d'un sous-ensemble tiroir définissant les zones de circulation parasite, - en figures7 et 8, des détails d'écrans freinant la circulation du fluide dans ces zones. Tel qu'il est représenté en figures 1 et 2, l'ereloppe i de l'échangeur comportant en partie supérieure une culotte d'arrivée du fluide à traiter et en partie inférieure une culotte de sortie du dit fluide se compose d'un empilage de sous-ensembles tiroirs 2 réalisait chacun un faisceau de tubes 3 entrant dans la composition d'une structure comportant une plaque tubulaire 4 et des plaques supports 5 ; l'épingle des tubes en U est réalisée en utilisant des coudes préfabriqués 6 de rayons de cintrage uniformes. La structure de chaque sous-ensemble réalise un volume parallélépipédique de faible épaisseur qui s'intègre dans l'enveloppe de l'échangeur, supporté par des glissières longitudinales 7.Selon la surface d' échange à obtenir, l'échangeur peut compor- ter un nombre différent de sous-ensembles : dans l'exemple choisi en figures 1 et 2, l'échangeur se compose de trois sous-ensembles 2 s'intercalant entre des entretoises 8 de l'enveloppe 1. Ce mode de réalisation présente de nombreux avantages, entre autres, ceux de permettre une préfabrication séparée des sous-ensembles tiroirs et de l'enveloppe d'une part et de faciliter les interventions pour les travaux de contrtle ou d'entretien sur certaines parties du faisceau tubulaire, le remplacement d'un sous-ensemble défectueux n'entrainsnt pas un temps d'immobilisation trop long de l'appareil.D'autre part, l'invention permet la détermination rapide de la capacité d'un échangeur en fonction de l'échange thermique à réaliser. Selon la figure 3, illustrant le schéma d'un circuit de circulation du fluide caloporteur dans un faisceau d'échangeur classique, les boites de distribution 9 sont divisées en deux compartiments 9a et 9b correspondant aux boites d'entrée et de sortie du dit fluide caloporteur, lesquelles boites sont montées en série dans le circuit d'alimentation ; cette disposition nécessite le cintrage des épingles des tubes selon des rayons différents. Une disposition représentée en figure 4 illustre le schéma de circulation du fluide caloporteur dans les boites de distribution selon l'invention : celles-ci sont compartimentées de façon à pouvoir réaliser des rayons de cintrage de tubes identiques et par conséquent utiliser des coudes préfabriqués.Dans cette disposition comportant un sous-ensemble tiroir 1 à deux rangées de tubes associé à deux sous-sensembles tiroirs 3 et C à trois rangées de tubes, la 'circulation s'effectue de la façon suivante sur le sous-ensemble A, l'arrivée du fluide caloporteur a'ombre par une boite centrale 10 a et les retours s'effectuent par deux boites latérales lOb et 10c dont les orifices de sortie sont collectés pour alimenter le sous-ensemble B au moyen des boites d'arrivée lia et lib alimentant respectivement une et deux rangées de tubes les retours s'opérant par deux boites lic et i Id collectant respectivement une et deux rangées de tubes, les orifices de sortie des boites 11e et ild étant collectés pour alimenter d'une façon identique le sous-ensemble C. Le compartimentage des boites de distribution est déterminé de façon à assurer une circulation régulière du fluide caloporteur. La structure de l'échangeur ainsi définie comporte des espaces libres créant autant de zones de circulation parasites du fluide à traiter tels que les espacements des tiroirs assurant la place aux glissières et aux entretoise; de l'enveloppe, les jeux latéraux, jeux en bout de faisceau cJté opposé aux boites de distribution. 3ien que ces jeux représentent les sections de passage relativement faibles par rapport à la section de passage de référence dans le faisceau de 1/10 à 1/100,iils offrent par contre une résistance aux écoulements plus faibles que le faisceau, jusqu'à dix fois moins à égalité de section de passage. Pour y remédier, l'invention consiste à disposer des écrans en tales pliées ou en profilés disposés en série dans le champ d'écoulement du fluide à traiter dans les passages morts, lesquels' écrans sont fixés aux tiroirs ou à ltenveloppe et laissent des jeux ou clairs entre leurs bords et les tubes de la périphérie du faisceau et l'enveloppe, plus faibles que les passages entre les tubes du faisceau. De plus, comme ces écrans présentent un mauvais profil aérodynamique de forte trainée, l'écoulement dans ces zones est freiné considérablement et leur effet néfaste est ramené au moins au niveau du rapport des sections libres non maquées. Les figures 5 et 6 représentent les zones parasites d'un sous-ensemble tiroir en 12, la zone des coudes des tubes en U à l'extrémité opposée aux boites de distributiaien 13 les zones de passage latéral. La figure 7 représente le détail de réalisation possible d'un écran 14 placé dans la zone 12, le Jeu résiduel entre l'extrémité du profilé et la paroi de l'enveloppe étant limité au maximum. Dans chacune des zones 13, l'écran peut titre un profilé cornière 15 placé obliquement dans le chais d'écoulement du fluide à traiter. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation spécialement indiqués mais elle admet toutes variantes possibles à condition que les modifications envisqées ne soient pas en contradiction avec ltobjet de chacune des revendications annexées à la présente description. Le procédé, selon l'invention, s'applique à la fabrication de tous appareils comportant un faisceau tubulaire et plus particulièrement des échangeurs thermiques. - REXBNDICADIONS 1.- Procédé de montage d'un faisceau de tubes ailetés dans l'enveloppe d'un échangeur thermique, caractérisé en ce outil consiste à utiliser des sousensembles de faisceaux tubulaires standard préfabriqués et montés en série selon un nombre permettant l'obtention d'une surface d'échange désirée, lesquels sous-ensembles sont facilement démontables pour des besoins d'intervention à des fins d'entretien ou de réparation, les boites de distribution de ces sousensembles étant compartimentées de façon à maitriser la répartition de la circulation du fluide caloporteur dans les tubes conformément aux besoins des échanges, lequel procédé est également caractérisé en ce qu'il consiste à incorporer à la structure de l'échangeur des écrans dans le but de réduire les zones de circulation parasites et d'éviter la formation de parcours préféren- tiels du fluide à traiter entre les dits sous-ensembles et l'enveloppe de l'échangeur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque sousensemble de faisceaux tubulaires est constitué d'une plaque tubulaire et de plaques supports de tubes en U dont l'épingle est réalisée au moyen de coudes préfabriqués de rayons de cintrage identiques, l'ensemble des plaques et tubes s'intégrant dans une structure de volume parallélépipédique de faible épaisseur comportant des entretoises et des raidisseurs. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sousensembles s'intègrent par empilage dans l'enveloppe de ltéchangeur, chacun de ces sous-ensembles étant maintenu au moyen de glissière3 longitudinales fixées sur la structure de ltenveloppe 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les écrans destinés à réduire les zones de circulation parasites du fluide à traiter telles que la zone des coudes des tubes en U opposées aux boites de distribution et les zones de passage latéral sont des tôles pliées ou des profilés disposés en série de façon à présenter un mauvais profil aérodynamique de forte trainée dans le champ d'écoulement du fluide.