Brevet FR2483043A1 — publié le 19811127

La présente invention a pour objet un dispositif à bague d'étanchéité conçu pour convenir au montage de tubes dans des plaques dites tubulaires, en particulier dans les appareils à tubes de verre multiples du type de ceux que l'on utilise comme échangeurs de chaleur sur des circuits de fluides. Le principal intérêt des tubes de verre dans la réalisation d'àchangeurs est qu'ils résistent à la corrosion et en particulier à l'attaque des composés du soufre et de l'acide sulfurique. Tfais dans la construction pratique de ces appareils, on rencontre des difficultés au niveau de la réalisation de l'étanchéité autour des tubes, entre ceux-ci et les plaques tubulaires qui limitent la circulation des fluides à l'extérieur des tubes et qui, elles, sont en général métalliques, par exemple en fonte ou en acier. Dans une forme d'exécution préférée l'invention permet de réaliser cette étanchéité au moyen d'organes tubulaires ou de bagues dont la forme est étudiée pour qu'elles assurent une étanchéité efficace, tandis qu'elles sont avantageusement constituées en un matériau résistant aux agents chimiques, tel que les polyoléfines fluorées, pour qu'elles soient faciles à mettre en place dans les trous des plaques tubulaires lors du montage des tubes, et pour éviter qu'elles favorisent, lorsque l'échangeur est en service, une corrosion des parties métalliques qui pourrait faire casser les tubes de verre par suite des contraintes mécaniques exercées sur eux du fait du foisonnement du métal. Conformément à l'invention, un.dispositif d'étanchéité pour le montage d'un tube dans un orifice de plaque tubulaire comporte une bague comprennant une première partie cylindrique munie d'une collerette radiale extérieure et une seconde partie renflée vers l'intérieur et creusée du côté extérieur, présentant en coupe longitudinale la forme courbe d'un crochet, ladite seconde partie étant annulairement sans discontinuité et moulée d'une seule pièce avec la première, mais étant rétractable et expansible radialement par articulation de la base du crochet sur ladite première partie. Une telle bague peut aisément être dimensionnée de manière à permettre une mise en place facile dans l'orifice correspondant, moyen- nant une déformation minime qui évite d'avoir à procéder à un préchauffage en cas de température ambiante basse. En effet, la déformation nécessaire peut rester suffisanmment faible pour que la limite élastique du matériau ne soit pas dépassée, de telle sorte qu'il n'y a pas alors lieu de lui appliquer un traitement spécial de remise en forme après mise en place, la bague étant directement prête à assurer l'étanchéité autour d'un tube engagé selon son axe. De préférence, le dimensionnement est tel que dans la bague au repos, la tête du crochet de la seconde partie atteigne un cercle de diamètre intermédaire entre ceux de la première partie cylin- drique et de ladite collerette. De plus, la forme en crochet avec articulation sur la partie cylindrique permet d'assurer toutes les fonctions, d'abord lors du montage de la bague sur la plaque tubulaire, puis lors de la mise en place du tube, par des déformations qui s'opèrent essentiellement en direction radiale, sans allongement parallèlement à l'axe. On n'a donc pas à craindre qu'il ne reste des jeux qui seraient préjudiciables à l'étanchéité. Pour une plaque tubulaire déterminée et un diamètre d'orifice également déterminé, la bague d'étanchétié est avantageusement prévue avec une partie cylindrique de diamètre extérieur correspondant au diamètre de l'orifice, de telle sorte que la collerette radiale extérieure forme butée sur une première face de la plaque tubulaire, tandis que la partie expansible constitue par la tête du crochet une portée d'appui sur la face opposée de la plaque tubulaire. Le tube qui est ensuite engagé est d'un diamètre tel qu'il provoque l'expansion radiale de la seconde partie de la bague. Cette déformation elle-même tend à renforcer les appuis précédents. Grâce à l'élasticité de la bague, l'étanchéité est assurée autour du tube par la partie courbe renflée vers l'intérieur. La bague d'étanchéité est avantageusement réalisée en une matière à base de polyoléfines fluorées, polyétrafluoréthylène par exemple, d'une manière qui est d'ailleurs en elle-même déjà connue. Il en est de même pour une feuille protectrice que le dispositif de l'invention peut aussi comporter. Une telle feuille se dispose sur l'une des faces de la plaque tubulaire, celle-qui se trouve à l'intérieur d'un échangeur par exemple, de manière à être maintenue autour des orifices par la partie cylindrique de la bague et sa collerette. Dans un mode de réalisation préféré, surtout utile dans les applications o la plaque tubulaire doit supporter en fonctionnement des différences de pression importantes entre ses deux faces, la bague comporte, en outre, un talon annulaire à l'intérieur de la partie cylindrique. Suivant une autre forme de réalisation, convenant à des applications impliquant une plaque tubulaire de forte épaisseur supportant des tubes verticaux, la bague peut ne pas comporter de collerette extérieure sur 2483043- la partie cylindrique. L'étanchéité peut être suffisamment assurée par la pression de l'extrémité supérieure évasée d'un tube vertical appliquant la tête du crochet sur la plaque tubulaire, avantageusement complétée par l'action dutube sur un talon annulaire interne, tendant à presser la partie cylindrique de la bague sur le pourtour de l'orifice0 Les différentes caractéristiques mentionnées ci-dessus peuvent être combinées de multiples manières dans les réalisations particulàres de dispositifs selon l'invention. Ceci apparaîtra plus clairement à l'examen des modes de réalisation décrits ci-après lesquels cependant ne - constituent que des exemples nullement limitatifs. Fig. 1 et 6 des dessins annexés illustrent respectivement ces différents exemples. Dans chaque variante, la figure correspondante représente la bague d'étanchéité en position autour d'un tube engagé dans un orifice de plaque tubulaire et vue en coupe selon un plan diamétral. Sur toutes les figures on a désigné par la réf4rence 1 la bague d'étanchéité dans son ensemble, par la référence 2 une plaque tubulaire d'échangeur thermique, réalisée par exemple en acier, et par la référence 3 un tube de verre monté par l'intermédiaire de la bague 1 dans l'un des orifices 4 de la plaque tubulaire 2. Cette dernière délimite une chambre traversée par les tubes. Sa face interne porte la référence 5 et sa face externe la référence 6. Dans l'échangeur en fonctionnement, les tubes peuvent être horizontaux ou verticaux, sauf en fig. 6 o ils sont supposés verticaux. Conformément à fig. 1, la bague 1 est de forme annulaire et réalisée d'une seule pièce en polytétrafluoréthylène, sans discontinuité tout autour de sa conformation. Mais on y distingue deux parties se succédant axialement. La première, vers la gauche sur la figure, est une partie cylindri- que 7, présentant intérieurement un diamètre supérieur au diamètre externe du tube 3, et extérieurement un diamètre légèrement supérieur à celui de l'orifice 4. Elle est munie d'une collerette 8, débordant radialement vers l'extérieur à son extrémité. Comme montré fig. 1, l'épaulement que forme la collerette 8 est destiné à s'adapter tout autour de l'orifice 4, sur la plaque 2, du côté de sa face interne 5. La seconde partie prolonge annulairement la première à l'extrémité opposée à la collerette 8. Elle est d'abord renflée vers l'axe, puis recourbée vers l'extérieur, de telle sorte qu'elle présente en coupe - longitudinale la forme d'un crochet. Dans toute la zone renflée, elle 2 48 30 43 comporte sensiblement la même épaisseur que la partie cylindrique. Elle est donc là creusée, de sorte qu'elle s'écarte de la paroi de l'orifice 4, ce qui lui laisse une certaine latitude d'expansion. Ensuite, la tête du crochet forme une portée radiale plane 9 en regard de la collerette 8. A l'extérieur, elle est taillée en biais en Il pour faciliter la mise en place de la bague dans l'orifice 4. La forme de la bague 1-confère à sa partie renflée des possibilités de déformation radiale, aussi bien dans le sens d'une expansion que dans le sens d'une rétraction vers l'axe. Ces déformations n'impliquent pratiquement aucun allongement parallèlement à l'axe. Elles s'effectuent essentiellement par pivotement de la partie renflée autour d'une zone d'articulation située à sa jonction avec la partie cylindrique. Au repos, la forme de la bague est celle qui est représentée en traits mixtes en fig. 1. La tête de la partie formant un crochet vient alors en 12 suivant un cercle de diamètre intermédiaire entre le diamètre externe de la partie cylindrique 7 et celui de la collerette 8. La possibilité de déformation par rétraction est utilisée lors de la mise en place de la bague dans l'orifice 4. Au moyen d'un outil simple approprié, on pousse la partie renflée vers l'axe et l'on peut engager dans l'orifice 4 la tête du crochet, qui prend alors le diamètre de cet orifice, comme le montre la forme de la bague rétractée représentée en traits interrompus sur la figure. Il suffit de pousser cette bague à force, par la collerette 8, jusqu'à ce que le crochet vienne en prise sur la plaque tubulaire 2, grâce à son élasticité. Les dimensions de la bague sont telles que, dans cette position, la portée plane 9 appuie sur la face externe 6 de la plaque lorsque la collerette est en butée sur la face interne 5. Quand ensuite on engage le tube 3 dans l'axe de la bague, il repousse la partie renflée dans le sens de l'expansion, jusqu'à la forme initiale représentée sur la figure. Grâce à la forme en crochet cette déformation améliore encore le serrage de la bague sur la plaque 2. Les avantages de la bague de fig. 1 se retrouvent dans les vari- antes auxquelles il sera maintenant fait référence, notamment la facilité de mise en place et la sécurité de l'étanchéité. Dans chaque cas on a représenté la bague dans sa position définitive après montage du tube 3, en rappelant en traits mixtes sa forme au repos, avant mise en place du tube. Dans la variante de fig. 2, la bague se distingue de celle de fig. 1 par la présence d'un talon annulaire 14 qui déborde de la partie cylindrique 7 vers l'intérieur. Son diamètre interne est inf6rieur au diamètre externe du tube 3, de sorte qu'il forme une lèvre appliquée sur lui. Grâce à cette disposition, la bague reste toujours dans sa position correcte et les qualités mécaniques du montage sont améliorées. De ce point de vue, on préfère souvent, contrairement à ce qui est représenté sur la figure, disposer le talon 14 à quelque distance de lextrémité de la bague, de manière qu'il se place, au moins en partie à l'intérieur de l'orifice, au regard de la plaque tubulaire. Dans le cas de fig. 3, la bague 1 est représentée conforme à celle de fig. 1, mais elle est utilisée en association avec une feuille protectrice 15, appliquée contre la face interne 5 de la plaque 2. Cette feuille est pourvue de perforations plus petites que les orifices de la plaque tubulaire. Au montage, elle est repliée par dessus le bord de l'orifice et maintenue dans cette position par la bague d'étanchéité. Les dimensions de la bague peuvent être légèrement modifiées pour admettre cette feuille et la maintenir contre la plaque par la collerette 8. La variante de fig. 4 est dérivée de celle de la fig. 3 par addition d'un talon annulaire interne 16 qui rappelle celui de fig. 2. Dans le cas présent, ce talon 16 est représenté décalé de l'extrémité de la bague par rapport à la collerette 8. La même forme de bague se retrouve sur fig. 5, toujours avec une feuille protectrice 15. Mais cette figure illustre la possibilité d'adapter la bague à des plaques tubulaires plus Épaisses en prévoyant une partie cylindrique 7 allongée axialement par rapport aux variantes précédentes. On peut en profiter pour augmenter la pénétration de la feuille protectrice à l'intérieur de l'orifice. Pour ce qui concerne fig. 6, on a déjà indiqué que dans ce cas, le tube 3 est vertical. Il présente une extrémité supérieure évasée 17 par laquelle il est suspendu à la plaque 2 par l'intermédiaire de la bague 1, et plus pr6cisemment de la tête de crochet de celle-ci comme le montre la figure. Dans cette variante, la plaque tubulaire 2 est suppo- sée épaisse et la bague 1 ne comporte plus de collerette 8, mais seule- ment un talon 16. Elle peut être plus profondément engagée dans l'ori- fice 4. L'étanchéité est assurée par la pression exercée par le tube de verre qui, d'une part appuie la tête du crochet sur la face extérieure de la plaque 2, et d'autre part repousse par le talon 16 la partie cylindrique 7 de la bague contre la paroi de l'orifice. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I 0 S 1. Dispositif de bague annulaire d'étanchéité pour le montage d'un tube dans un orifice d'une plaque, et notamment d'une plaque à orifices multiples du genre dit tubulaire, caractérisé en ce qu'il comprend une première partie cylindrique et une seconde partie présentant en section la forme courbe d'un crochet, ladite seconde partie étant annulairement sans discontinuité et réalisée d'une seule pièce avec la première, mais étant ritractable et expansible radialement par articulation de la base du crochet sur ladite première partie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie cylindrique est munie d'une collerette radiale extérieure à l'ex- trémité opposée à la seconde partie. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans la bague au repos, la tête du crochet de la seconde partie atteint un cercle de diamètre intermédiaire entre celui de la première partie cylin- drique et celui de ladite collerette. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que la bague comporte en outre un talon annulaire du cêté interne de la partie cylindrique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le talon est décalé axialement par rapport à la collerette, vers l'autre extrémité de la partie cylindrique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, carac- térisé en ce qu'une fois montée dans un orifice de plaque tubulaire, la bague est en butée par la collerette extérieure sur une première face de celle-ci, tandis que la partie expansible constitue par la tête du crochet une portée d'appui sur la face opposée de la plaque tubulaire. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une feuille protectrice propre à être maintenue apposée contre la plaque, autour de l'orifice, par la partie cylindrique et la collerette. 8. Echangeur thermique comportant des tubes de verre montés dans des plaques tubulaires au moyen de dispositifs à bague d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.