Brevet FR2430588A1 — publié le 19800201

La présente invention concerne les faisceaux de tubes à structure hélicoïdale munis d'un dispositif antivibratoire, destinés notamment aux échangeurs thermiques. Dans les échangeurs thermiques, on connais déjà un certain nombre de structures présentant des qualités inté- ressantes, notamment les structures où les échanges thermiques s'effectuent entre un ou plusieurs fluides parcourant des tubes formant des hélices réparties de telle sorte que toutes les hélices de même diamètre soient enroulées selon une même surface cylindrique (à la manière d'une vis présentant plusieurs filets) et que les hélices de diamètres différents soient disposées concentriquement pour former des surfaces cylindriques concentriques de diamètres différents, et un fluide parcourant longitudinalement le faisceau de tubes ainsi constitué. Les tubes constituant ces faisceaux, si ces derniers ne sont pas munis de dispositifs appropriés, peuvent être sujets à des vibrations extrêmement-graves. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient, et concerne à cet effet un faisceau de tubes à structure hélicoïdale, du type dont les tubes sont disposés en hélices de telle sorte quelles hélices de même diamètre soient enroulées selon une même surface cylindrique et que les hélices'de diamètres différents soient disposées concentriquement pour former de tels cylindres concentriques de diamètres différents, faisceau caractérisé en ce que les cylindres sont répartis en groupes concentriques de telle sorte qu'à l'intérieur d'un même groupe tous les cylindres comportent le même nombre de tubes et présentent une répartition en quinconce dans une section radiale par rapport au faisceau, et en ce qu'il comporte un dispositif antivibratoire muni d'entretoises en contact avec les tubes et disposées dans des plans orientés radialement, lesdites entretoises étant solidarisées à des barrettes orientées longitudinalement dans le faisceau et délimitant les groupes de cylindres comportant un même nombre de tubes. Il en résulte une grande adaptabilité aux différentes applications envisagées, et les opérations de montage d'un tel faisceau ne sont pastcompliquées par la présence de ce dispositif d-'une grande efficacité. D'autres caractéristiques, avantages et particularités de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre concernant une forme de réalisation possible, en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe schématique radiale d'une partie d'un faisceau selon l'invention, suivant la ligne I-I de la figure 2 ; et la figure 2 est une vue schématique de dessus de la région représentée sur la figure 1, dans laquelle les tubes sont seulement esquissés en traits fins. Le faisceau selon l'invention est constitué par exemple autour d'un corps cylindrique 1 dont seule la paroi extérieure est représentée, verticale sur la figure 1 ; différents tubes sont enroulés en hélice autour du corps 1, de telle sorte d'une part que les tubes 11,12,13 ;21,22,23 ;32, 32, 33, 34 ; 41, 42, 43, 44 ; 51, 52, 53, 54 ; 61, 62, 63, 64 formant des hélices d'un même diamètre aient leurs spires disposées imbriquées selon une même surface cylindrique à la manière des filets d'une vis à plusieurs filets, et d'autre part, que les cylindres 10 20, 30, 40, 50, 60 de diamètres différents ainsi formés chacun de tubes enroulés en hélice d'un même diamètre soient disposés concentriquement les uns autour des autres. Selon l'invention, les vibrations des tubes sont empêchées grace à l'insertion d'entretoises 2, 3, 4, 5 entre les tubes, disposées ici en rangées verticales, les entretoises 2, 5 étant inclinées vers le haut en direction de l'extérieur de la structure et les entretoises 3, 4 étant inclinées vers le bas en direction de l'extérieur, ces entretoises étant disposées de telle sorte qu'elles viennent en contact avec les tubes en certains endroits de la périphérie de ceux-ci. Les entretoises sont maintenues en place grâce à des barrettes 6, 7, 8, par exemple en forme de fers plats, disposées longitudinalement par rapport au corps 1, les barrettes 6, les plus proches du centre, étant fixées au corps cylindrique 1 par des vis, par soudage, ou par tout autre moyen approprié, les autres barrettes étant solidarisées par exemple à des barrettes radiales non représentées et disposées aux extrémités de la structure ; chaque entretoise est ici, pour des raisons de facilité de montage, immobilisée horizontalement par rapport à la barrette la plus centrale à laquelle elle est reliée, et fixée à la barrette la plus périphérique, par soudure, rivetage, accrochage mécanique dans des orifices (par tenon et mortaise par exemple), ou tout autre moyen approprié. Il faut noter que les barrettes 6, 7, 8 sont disposées de façon à délimiter des groupes de cylindres de diamètres différents formés chacun de tubes de même diamètre de telle sorte que chaque cylindre d'un même groupe comporte le même nombre de tubes, par exemple ici trois tubes 11,12, 13 pour le cylindre 10 et trois tubes 21, 22, 23 pour le cylindre 20 constituant le premier groupe entre les barrettes 6, 7, et quatre tubes 31, 32, 33, 34 pour le cylindre 30, quatre tubes 41, 42, 43 44 poule cylindre 40, quatre tubes 51, 52 53, 54 pour le cylindre 50, quatre tubes 61, 62, 63, 64 pour le cylindre 60, constituant le deuxième groupe entre les barrettes 7, 8 ; par contre, chaque groupe peut comporter un nombre quelconque de cylindres, extrêmement différents de ceux du groupe voisin, aussi bien en ce qui concerne le diamètre des tubes que le pas de l'hélice, et on peut même avoir des groupes formés dthé- lices ayant un pas à gauche et des groupes formés d'hélices ayant un pas à droite. De plus, la section de cette structure par un plan radial montre pour chaque groupe une implantation des tubes en quinconce, avec une même configuration géométrique à l'intérieur de chaque groupe. Il en résulte que, dans chaque groupe, les entretoises peuvent être calibrées selon les intervalles entre les tubes, et que les barrettes les plus centrales ont un rôle de guidage pour les entretoises du groupe le plus central, que les barrettes placées à l'opposé de ces entretoises ont un rôle de fixation pour lesdites entretoises et un rôle de guidage pour les entretoises du deuxième groupe, que les barrettes suivantes ont un rôle de fixation pour ces entretoises du deuxime groupe et de guidage pour celles du troisième, etc. Ici, les extrémités des entretoises 2, 3, 4, 5 ont la forme de fourches dont les parties latérales 101 constituent les dents entre lesquelles sont insérées les barrettes 6, 7, avec fixation par soudure en ce qui concerne l'extrémité la plus extérieure de chaque entretoise. Comme il a déjà été vu, de préférence, deux rangées verticales d'entretoises placées côte à côte peuvent être l'une disposée "montante " et l'autre disposée "descendante ", ce qui constitue une configuration croisée comme sur les figures, de telle sorte que, dans une région déterminée, chaque spire d'un tube soit en contact avec au moins une entretoise, par exemple quatre entretoises croisées parallèles deux à deux l'écartement des rangées peut être choisi faible pour bien maintenir les tubes, ou plus important pour minimiser les écoulements préférentiels du fluide extérieur aux tubes, selon les impératifs particuliers à l'application envisagée. Lorsque la structure est munie de plaques support (non représentées) disposées radialement à intervalles réguliers, percées de trous pour le passage des tubes, on peut choisir le nombre de rangées verticales d'entretoises désiré entre deux plaques, de façon à obtenir sur chaque partie de tube entre ces deux plaques le nombre de contacts nécessaire à un bon maintien, par exemple deux rangées pour obtenir quatre contacts ; ces rangées peuvent être placées à proximité de la partie centrale de la région délimitée par les deux plaques, par exemple à égale distance du centre ; bien entendu, on peut prévoir trois rangées d'entretoises ou même davantage entre deux plaques consécutives. Préférentiellement, les entretoises sont munies d'orifices 102, par exemple circulaires ou oblongs tels que ceux représentés sur les entretoises de la même figure (figure 2) pour ne pas multiplier le nombre des dessins, afin de diminuer les pertes de charge et d'éviter des surfaces d'échange thermique inactives trop importantes, et éventuellement d'éviter l'accumulation de produits non liquides susceptibles de provoquer des corrosions. Bien entendu, on peut réaliser les entretoises et les barrettes en matériaux différents appropriés pour éviter la formation de couples électrochimiques générateurs de corrosion. Les tubes peuvent être lisses, ou moletés, ou ailettés, etc., de façon à améliorer les échanges thermiques, comme représenté sur une partie de tubes de la figure 2. Le montage est extrêmement simple, puisqu'il suffit de fixer les barrettes intérieures 6 au corps cylindrique 1, de mettre en place les tubes du cylindre intérieur lo, puis ceux du cylindre 20, etc. jusqu'à la fin du premier groupe, d'insérer les entretoises 2, 3, de placer les barrettes 7 et d'y fixer les entretoises 2, 3, dé mettre en place successivement les tubes des cylindres 30, 40, 50, 60, etc.,~d'insérer les entretoises 4, 5, de placer les barrettes 8 et les y fixer de mettre en place les tubes des cylindres constituant le groupe suivant, etc. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation ci-dessus décrites et représentées, à partir desquelles on pourra prévoir d'autres formes de réalisation; sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Faisceau de tubes à structure hélicoidale, du type dont les tubes sont disposés en hélices de telle sorte que les hélices de même diamètre soient enroulées selon une même surface cylindrique et que les hélices de diamètres différents soient disposées concentriquement pour former de tels cylindres concentriques de diamètres différents, faisceau caractérisé en ce que les cylindres sont répartis en groupes concentriques de telle sorte qu'à l'intérieur d'un même groupe tous les cylindres comportent le même nombre de tubes et présentent une répartition en quinconce dans une section radiale par rapport au faisceau, et en ce qu'il comporte un dispositif antivibratoire muni d'entretoises en contact avec les tubes et disposées dans des plans orientés radialement, lesdites entretoises étant solidarisées à des barrettes orientées longitudinalement dans le faisceau et délimitant les groupes de cylindres comportant un même nombre de tubes. 2. Faisceau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des plaques support disposées radialement et munies d'orifices pour le passage des tubes. 3. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif antivibratoire muni d'entretoises inclinées. 4. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un groupe de cylindres comportant un même nombre de tubes est muni d'entretoises parallèles inclinées vers le bas en direction de l'ex- térieur du groupe et d'entretoises parallèles inclinées vers le haut en direction de l'extérieur du groupe. 5. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les entretoises sont disposées en rangées disposées dans des plans orientés radialement. 6. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes sont disposés autour d'un corps cylindrique. 7. Faisceau selon la revendication 6, caractérisé en ce que son dispositif antivibratoire est muni de barrettes fixées longitudinalement à la périphérie du corps cylin dorique. 8. Faisceau selon lune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que son dispositif antivibratoire comporte des entretoises guidées par une barrette à leur extrémité la plus proche du centre du faisceau et fixées à une barrette à leur extrémité opposée. 9. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que son dispositif antivibratoire est muni d'entretoises comportant des extrémités en forme de fourches entre les dents desquelles sont insérées les barrettes.. 10. Faisceau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les entretoises sont munies d'orifice5*