Brevet FR2501356A1 — publié le 19820910

1. La présente invention concerne une structure de tu- be d'alimentation et de tube de lance pour souffleur de suie avec système perfectionné de formation de turbulences. Les tubes de lance des souffleurs de suie ayant une course de retrait de grande longueur qui, pendant leur fonc- tionnement, sont introduits dans les zones à haute températu- re d'échangeurs de chaleur, tels que les grosses chaudières industrielles et publiques et analogues, sont protégés con- tre les effets de la chaleur, après leur introduction dans l'échangeur, par le refroidissement créé par le passage d'un milieu de soufflage (typiquement de la vapeur ou de l'air). (On entend par "chaudière" d'autres types d'échan- geurs de chaleur). De façon à améliorer l'efficacité de l'ef- fet de refroidissement, on utilise généralement des disposi- tifs de formation de turbulences à l'extrémité ouverte du tube d'alimentation, de façon à conférer un mouvement héli- coldal au milieu de soufflage pendant son entrée dans le tube de lance, ce qui a pour effet de créer un certain de- gré de turbulence et d'augmenter le contact effectif entre le milieu de soufflage et la paroi du tube de lance. Lorsque le débit du milieu de soufflage doit être élevé, l'utilisation de dispositifs formant des turbulences s'est avérée impraticable dans le passé, au-dessus de certai- nes valeurs débit, car il se produit des vibrations dans le 2. 2501356 tube d'alimentation et, dans certaines conditions, ces vibra- tions sont si importantes que les chocs ainsi provoqués du tube d'alimentation contre le tube de lance entraînent une défaillance rapide de ce dernier due à la fatigue. L'objet global de la présente invention est une construction perfectionnée de tube de lance et de tube d'ali- mentation de souffleur de suie, équipé d'un dispositif de formation de turbulences, qui permette d'éviter de telles vibrations et une telle défaillance à des débits dépassant grandement les valeurs atteintes dans l'art antérieur. D'autres objets et avantages de la présente inven- tion apparaîtront à l'homme de l'art à la lecture de la présente description. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation de côté, en cre- vé dans la partie centrale d'un souffleur de suie à longue course du type dit IK, comportant un tube d'alimentation équipé d'un dispositif de formation de turbulences selon la présente invention; La figure 2 est une vue partielle en élévation de côté, en partie en coupe dans le sens diamétral, de la partie extrême du tube d'alimentation; La figure 3 est une vue en élévation en bout pri- se suivant la ligne et les flèches III-III de la figure 2; La figure 4 est une vue en coupe du dispositif de formation de turbulences prise sensiblement le long de la li- gne IV-IV de la figure 3 dans le sens des flèches; La figure 5 est une vue en perspective de côté des parties extrêmes extérieures du tube de lance et du tube d'alimentation, dans les positions relatives qu'ils occupent lorsque le tube de lance est ramené en arrière et avec ce tu- be en crevé de façon à représenter les parties extrêmes du tu- be d'alimentation comprenant le dispositif de formation de tur- bulences et les orifices des jets de réaction; et La figure 6 est un graphique représentant les per- formances relatives de souffleurs de suie équipés d'un dis- 3 2501356 positif de formation de turbulences avec et sans orifices de jets de réaction qui sont utilisés dans la pratique de la présente invention. La référence 10 représente, dans ses grandes li- gnes, un souffleur de suie du type bien connu dit IK, dont la construction peut être conforme à la description donnée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2.668.978 du 16 février 1954 au nom de DeMart. Depuis la délivrance du brevet DeMart, de nombreuses modifications, bien connues dans l'art, ont été incorporées à des souffleurs de suie à longue course de ce type, mais de tels détails ne concernent pas la présen- te invention et le souffleur du type DeMart sera considéré comme typique d'un ensemble structurel o la présente inven- tion peut être avantageusement utilisée. Le tube de lance 12 de tels souffleurs de suie est amené à pénétrer dans une chaudière ou analogue (que l'on suppose située à droite de la figure 1) de façon à procéder au nettoyage des surfaces d'échange de chaleur par décharge de vapeur et/ou d'air à partir d'un moyen de buse 14 placé à proximité de l'extrémité de la lance. Le tube de lance est fixé à un chariot motorisé 15 et peut être avancé ou ramené en arrière à l'aide de ce chariot, lequel confère aussi à la lance, typiquement, un mouvement de rotation ou d'oscilla- tion le long de son axe longitudinal. Le tube de lance est monté en coulissement au-dessus d'un ensemble comprenant un tube d'alimentation fixe, qui comporte un élément 16 de tube d'alimentation. Le tube d'alimentation comprend une extrémi- té de décharge 19 qui débouche dans le tube de lance et par l'intermédiaire de laquelle le milieu de soufflage sous pres- sion est introduit dans le tube de lance de façon à être dé- chargé de la manière décrite. Dans la construction typique re- présentée en figure 1, le fluide de soufflage est fourni au tube d'alimentation à partir d'une source sous pression (non représentée) telle que le collecteur de vapeur de la chaudière, et/ou une alimentation en air pressurisé, sous la commande d'une vanne de soufflage 17. Par suite des températures élevées et des grandes 250 1356 4. variations de températures auxquelles le tube de lance est typiquement soumis, ainsi que d'autres considérations, le diamètre intérieur du tube de lance est sensiblement supé- rieur au diamètre extérieur du tube d'alimentation, laissant un interstice 18 de forme généralement annulaire entre eux. De façon à éviter son endommagement par les hautes températures régnant à l'intérieur de la chaudière ou autre échangeur de chaleur, le tube de lance est ramené en arrière jusqu'à une position située à l'extérieur de la chaudière lorsqu'il n'est pas en service. Alors qu'il se trouve dans la chaudière, il est nécessaire d'avoir un débit volumétrique suffisant du milieu de soufflage de façon à maintenir la température du tube de lance à un niveau de sécurité, quel que soit le débit requis pour permettre un nettoyage effectif de l'emplacement. Lorsque le tube de lance est avancé et que le mi- lieu de soufflage circule, les caractéristique de son débit à l'intérieur du tube de lance auront un effet sur son ef- ficacité de refroidissement. Par exemple, si le courant de milieu de soufflage à l'intérieur de la lance est essentiel- lement laminaire, le refroidissement de la lance, en se di- rigeant vers l'extérieur de la buse, diminuera rapidement car les mêmes composantes du milieu de soufflage resteront proches de la paroi intérieure du tube de lance et s'échauf- feront alors que les parties intérieures plus froides du fluide de refroidissement situées près de l'axe ne pourront avoir un contact effectif avec la paroi du tube de lance.On admettra que ces facteurs sont relatifs en ce sens qu'il est peu probable qu'un courant véritablement laminaire ne se produise jamais dans de telles conditions. De façon à augmenter jusqu'au degré désiré la turbulence du milieu de soufflage dans le tube de lance et favoriser un contact effi- cace entre le milieu de soufflage et la paroi du tube de lan- ce, on a utilisé des dispositifs de formation de turbulences à l'extrémité avant ouverte du tube d'alimentation, comme on l'a indiqué précédemment. Un dispositif de formation de turbulences d'un type 5. 250 1356 connu est représenté dans les figures 2 et 5. Le dispositif est soudé à l'extrémité avant ouverte de l'élément 16 du tube d'alimentation et prolonge cet élément sur une cour- te longueur, il contient une pluralité d'ailettes 22 de déflecteur inclinées hélicoldalement formant des passages 24 ayant la même inclinaison, par l'intermédiaire desquels le milieu de soufflage circule dans le tube de lance et grâce auxquels une composante latérale ou vitesse angulaire est conférée au milieu en circulation. Une telle déviation laté- rale créée un degré souhaitable de turbulences et un courant non laminaire présentant une certaine contre-pression. De tels dispositifs de formation de turbulences construits et installés dans la manière décrite dans les figures ont été utilisés depuis de nombreuses années, mais avec des éléments de tube d'alimentation massifs, sans perforations, et ont permis d'améliorer le transfert de chaleur entre le tube de lance et le milieu de soufflage sur une distance de plusieurs mètres en avant du dispositif. Mais, dans le cas o il est nécessaire d'avoir un soufflage à haute pression et débit élevé de façon à obtenir un nettoyage convenable, il n'a pas été possible d'utiliser dans le passé un dispositif de formation de turbulences de cette nature à cause des vibrations et des dégâts résultants occasionnés au tube de lance dont il a été question précédem- ment. Par exemple, avec un tube d'alimentation de 60 mm, l'utilisation d'un tel dispositif a été limité à des débits de vapeur ne dépassant pas 90 kg/minute et à des débits d'air ne dépassant pas 100 mètres cubes par minute. Des tentatives malheureuses ont été faites pour résoudre ce problème, en formant des trous radiaux dans la paroi extérieure du dispo- sitif lui-même. Au cours des recherches et de l'expérimentation ayant abouti à la présente invention, on a trouvé que le fac- teur pression, y compris la chute de pression due au dispo- sitif de formation de turbulences et l'effet de l'interstice 18, est tel quesi des trous radiaux sont formés dans la pa- roi du tube d'alimentation lui-même dans une zone à haute pression en amont du dispositif de formation de turbulences, 6. 2501356 les vibrations peuvent être effectivement amorties au point qu'il n'y a aucun contact indésirable par vibration entre le tube d'alimentation et le tube de lance. Avec un tube de lance de 60 mm de diamètre exté- rieur, quatre trous de 11 mm de diamètre percés dans le tube d'alimentation à 150 mm en amont du dispositif de for- mation de turbulences et à la même distance périphérique les uns des autres autour du tube comme représenté en 25, assu- rent un amortissement effectif et, en dehors de cet amor- 1- tissement, il y a une augmentation réelle du transfert de chaleur et de l'effet de refroidissement sur une distance en avant du dispositif de formation de turbulences équiva- lant à environ 140 fois le diamètre intérieur du tube de lance. Au-delà d'une telle distance, le transfert de chaleur et l'effet de refroidissement tombent à des valeurs infé- rieures à celles que l'on rencontre lorsqu'on utilise un dispositif de formation de turbulences ne comprenant pas les orifices 25 de jets d'amortissement des vibrations, à cause du plus grand transfert de chaleur vers le milieu de soufflage qui est plus rapproché du dispositif de forma- tion de turbulences, mais la présente invention peut natu- rellement rester néanmoins avantageuse selon les conditions de fonctionnement. Dans la figure 6, l'ordonnée représente l'améliora- tion du transfert de chaleur en termes du rapport entre les coefficients de transfert de chaleur avec dispositif de for- mation de turbulences sans dispositif. L'ordonnée représente la longueur du tube de lance en avant de l'extrémité du tu- be d'alimentation et représente des multiples du diamètre intérieur du tube de lance. La courbe en trait plein de la figure 6 représente l'amélioration du transfert de chaleur obtenue dans des conditions typiques lors du fonctionnement d'un souffleur de suie à longue course du type IK équipé d'un tube d'alimentation ayant un diamètre de-60 mm, un tube de lance de 100 mm, et comportant un dispositif de formation de turbulences du type représenté, positionné comme l'indique la figure, mais ne comportant aucun trou dans le tube d'ali- mentation. La courbe en pointillé représente l'amélioration 7 2501356 du transfert de chaleur avec le même appareil et dans les mêmes conditions, mais avec incorporation de trous de jets de réaction, tels que les trous 25, selon le mode de réali- sation décrit précédemment. On verra que l'adjonction de cette caractéristique a pour effet d'augmenter réellement l'efficacité du refroidissement,jusqu'à environ 140 fois le diamètre, en plus de l'élimination des problèmes de vibra- tions et de fatigue. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, une rainure ou un contre-alésage peut être prévu dans le tube d'alimentation, entourant les orifices, ce qui a pour effet d'évider les extrémités extérieures des orifi- ces de jets, quelque peu au-dessous de la surface du tube d'alimentation. Cela est effectué dans le but d'augmenter le rapport entre la force de réaction et le diamètre des trous et de minimiser la déviation du fluide de soufflage. Dans une autre modification, les orifices des jets de réaction ne sont pas percés dans le sens radial, mais sui- vant une direction angulaire similaire par rapport à l'in- clinaison des ailettes du dispositif de formation de turbu- lences. Aucune des deux modifications venant d'être décri- tes n'a encore été essayée.Elles sont décrites ici dans le but de faire une description complète des différents modes conçus par l'inventeur pour la mise en pratique de l'inven- tion, avec la perspective d'améliorer encore ses performances. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles pro- viennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Construction de souffleur de suie, rétracta- ble, comprenant un tube d'alimentation (16) destiné à être relié à une source de fluide de soufflage sous pression, un tube de lance (12) ayant un diamètre intérieur supé- rieur au diamètre extérieur du tube d'alimentation et mon- té en coulissement sur celui-ci et prévu pour être alimen- té par un fluide de soufflage provenant du tube d'alimen- tation, à la suite de quoi, le fluide peut être dirigé à partir du tube de lance contre les surfaces à nettoyer,et un moyen de formation de turbulences (20) supporté par une partie extrême ouverte du tube d'alimentation à l'inté- rieur du tube de lance, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité d'ouvertures (25) s'étendant dans la paroi du tube d'alimentation en des endroits distants radiale- ment les uns des autres, ces ouvertures étant situées à une certaine distance longitudinale du dispositif de forma- tion de turbulences et de l'extrémité ouverte. 2 - Tube d'alimentation assembln pour tube de lan- ce d'un souffleur de suie à longue course comprenant un élément de tube d'alimentation (16) ayant une extrémité de décharge (19) par laquelle le fluide de soufflage est dé- chargé dans un tube de lance (12)qui est monté en coulis- sement sur le tube d'alimentation et est situé à- une cer- taine distance radiale de celui-ci, et un moyen de forma- tion de turbulences (20) situé près de l'extrémité de l'élément de tube d'alimentation pour conférer une dévia- tion latérale au fluide de soufflage circulant à l'avant du tube d'alimentation pour entrer dans le tube de lance, pendant le fonctioqnnement du souffleur de suie, ce moyen de formation de turbulences provoquant une chute de pres- sion entre l'intérieur de l'élément de tube d'alimenta- tion et le tube de lance pendant le fonctionnement, ca- ractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'orifices (25) s'étendant dans la paroi de l'élément de tube d'alimentation à une certaine distance à l'arrière du mo- yen de formation de turbulences en des endroits o une 8. 9. 2501356 pression existe dans le tube d'alimentation qui est supé- rieure à la pression dans le tube de lance régnant à l'avant du moyen de formation de turbulences. 3 - Tube d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les orifices sont à la même dis- tance les uns des autres sur le périphérie. 4 - Tube d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des parties évidées dans laparoi extérieure de l'élément de tube d'alimenta- tion, et en ce que les orifices sont situés dans ces par- ties évidées. - Tube d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces confère une composante hélicoïdale (par 22) au fluide de soufflage, et en ce que les axes des orifices sont in- clinés dans des directions permettant la décharge du fluide de soufflage suivant des angles non radiaux qui confèrent une rotation au fluide de soufflage dans la même direction angulaire générale que le moyen de formation de turbulences.