Brevet FR2521714A1 — publié le 19830819

La présente invention se rapporte au nettoyage par na- vettes ou"racleurs"de tubes d'échangeurs de chaleur et elle constitue un perfectionnement par rapport aux concepts révé- lés dans les brevets des EUA N O 3 319 710, délivré le 16 mai 1967 aux noms de Heeren et autres et N O 4 124 065, délivré le 7 novembre 1978 aux noms de Leitner et autres. Il est déjà connu, du fait des brevets américains ci- dessus mentionnés, d'assembler des cages ou paniers allongés individuels d'emprisonnement d'élément de nettoyage aux deux extrémités de tubes s'étendant longitudinalement disposés dans une enveloppe d'échangeur de chaleur Les extrémités des tubes sont maintenues en place aux deux extrémités par des plaques tubulaires transversales Les paniers sont agencés pour contenir des éléments de nettoyage susceptibles de se déplacer en va-et-vient, tels que des brosses Le fluide qui s'écoule dans une direction dans les tubes maintient les élé- ments de nettoyage emprisonnés dans leur chambre de panier respective tandis que le fluide est évacué vers l'extérieur à travers des ouvertures du type fente formées dans les pa- rois des paniers Après inversion du sens d'écoulement du fluide, les éléments de nettoyage sont repoussés hors de leur panier et dans les tubes jusqu'aux paniers situés aux extré- mité opposées des tubes de façon à effectuer ainsi une action de nettoyage des tubes. Plusieurs méthodes ont été suggérées pour monter les pa- niers en communication fluidique avec les tubes qui pénètrent dans les ouvertures de la plaque tubulaire Les extrémités intérieures des paniers ont été montées à la presse dans les ouvertures ou dans les extrémités des tubes elles-mêmes. Les présents inventeurs ont décrit, dans une demande de brevet des EUA actuellement en instance intitulée "Mounting for Heat Exchanger Tube Cleaner Capturing Devices (Dispositif de montage de dispositif d'emprisonnement de ramoneur d'échan- geur de chaleur)", un autre agencement dans lequel les extrémi- tés intérieures du panier sont munies d'un collier qui est suspendu à une lèvre évasée formée sur l'extrémité du tube qui est disposée au-delà de la face extérieure de la plaque tubulaire. Dans certains cas, les agencements de montage des pa- niers ci-dessus mentionnés peuvent être indésirables Par exemple, dans les applications aux échangeurs de chaleur à haute-température, un assemblage effectué uniquement par mon- tage à la presse peut ne pas tenir du fait des grandes fluc- tuations de températures auxquelles le joint est soumis. Dahs d'autres cas, les spécifications relatives à l'échan- geur de chaleur particulier peuvent nécessiter l'emploi d'ou- vertures de plaque tubulaire non filetées ou d'extrémités de tube Con évasées ou autres structures incompatibles avec les moyens de montage de la technique antérieure. L'un des objectifs de la présente invention est de réa- liser des moyens de montage pour les paniers d'emprisonnement d'élément de nettoyage qui ne dépendent pas uniquement des procédés d'assemblage ci-dessus mentionnés mais qui main- tiennent néanmoins les paniers fermement en place. Conformément aux divers aspects de l'invention, une plaque de retenue de paniers est fermement montée, à l'aide de boulons ou analogues, dans une disposition espacée vers l'extérieur par rapport à la face extérieure de la plaque tubulaire La plaque de retenue et ses moyens de montage coopèrent avec la plaque tubulaire pour maintenir les paniers dans une position fixe par rapport à la plaque tubulaire et aux extrémités des tubes,indépendamment des variations de températures Les parties extérieures d'emprisonnement et de maintien des paniers s'étendent vers l'extérieur par rap- port à la plaque de retenue Les paniers comportent des par- ties centrales ou intermédiaires qui s'étendent à travers des ouvertures formées dans la plaque de retenue et des parties intérieures qui s'étendent dans l'espace situé entre la plaque de retenue et la plaque tubulaire et qui se terminent à l'intérieur des ouvertures de la plaque tubulaire Les pa- niers sont fermement immobilisés à l'encontre d'un déplace- ment transversal par un support en deux points, l'un aux ex- trémités intérieures des paniers, l'autre en un emplacement intermédiaire entre leurs extrémités Pour maintenir les pa- niers dans une position longitudinalement fixe, et suivant un mode de réalisation, les parties intermédiaires des pa- niers sont vissées dans la plaque de retenue Dans un autre mode de réalisation, des épaulements adjacents aux extrémités inférieures des paniers sont en appui contre la plaque de re- tenue etcontre la plaque tubulaire La plaque de retenue a un plus petit diamètre que la plaque tubulaire et elle est munie d'ouvertures d'écoulement de fluide dégagées ou non obstruées situées entre les paniers et entre les ouvertures de récep- tion de panier de la plaque de retenue. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé qui représente les meilleurs modes de réalisa- tion de l'invention actuellement envisagés par les inventeurs et dans lequel: la Fig 1 est une représentation schématique d'un échan- geur de chaleur et de ses commandes de circulation du fluide; la Fig 2 est une vue partielle, en perspective, d'une partie de l'intérieur de l'échangeur de chaleur, cette vue montrant la plaque tubulaire et la plaque de retenue; la Fig 3 est une vue en coupe longitudinale représentant un mode de réalisation des moyens de montage des paniers; et la Fig 4 est une vue en coupe longitudinale représentant un autre mode de réalisation des moyens de montage-des paniers. La présente invention se rapporte à des échangeurs de cha- leur du type tubulaire Une représentation schématique d'un tel échangeur et de ses commandes de circulation du fluide a été montrée sur la Fig 1 L'échangeur 1 comprend une enveloppe cylindrique 2 ayant des plaques de fermeture d'extrémité ou fonds 3 et 4 et à l'intérieur de laquelle sont contenus une série de tubes 5 s'étendant longitudinalement Les extrémités ouvertes exposées des tubes 5 sont fixées à des plaques tubu- laires circulaires transversales 6 et 7 dont chacune est es- pacée du fond respectif 3 et 4 Le fond 3 et la plaque tubu- laire 6 forment un chambre 8 d'écoulement de fluide tandis qu'une cloison 9 divise l'espace compris *entre le fond 4 et la plaque tubulaire 7 en une paire de chambres d'écoulement de fluide 10 et 11 Un fluide d'échange de chaleur est intro- duit par un orifice 12 dans l'espace qui entoure les tubes et est évacué par un orifice de sortie 13. L'échangeur de chaleur 1 est également raccordé à une source de fluide 14, à une pompe 15 et à une valve ou robinet 16 de renversement par divers conduits,de la manière habitu- elle Un fluide est envoyé dans les tubes par l'intermédiaire des chambres 10, 8 et 11, dans cet ordre et dans l'ordre in- verse,selon la position du robinet 16. L'échangeur de chaleur 1 est muni de moyens de nettoyage des tubes A cette fin, les extrémités de chaque tube 5 sont assemblées à un dispositif d'emprisonnement qui, dans le pré- sent mode de réalisation, comprend un panier fendu allongé 17 s'étendant longitudinalement qui est coaxial avec le tube et est fabriqué en métal ou autre matière appropriée Le panier comporte des fentes 18 Les diamètres intérieurs du tube 15 et du panier 17 sont à peu près égaux L'extrémité extérieure de chaque panier 17 est munie d'une paire d'étroites pattes 19 qui sont repliées et jointes entre elles, par exemple par une soudure 20, pour former une butée. Chaque panier forme une chambre d'emprisonnement ou de capture 21 pour retenir un dispositif 22 de nettoyage de tube qui est conçu pour se déplacer en va-et-vient entreles pa- niers d'extrémité à l'intérieur de son tube 5 respectif lors de l'inversion du sens d'écoulement du fluide par le robinet 16 Le dispositif 22 peut être d'un type désiré quelconque, celui représenté comportant un ressort hélicoïdal 23 qui peut se déplacer le long d'une tige centrale 24. Dans le présent mode de réalisation, chaque tube 5 est représenté comme pénétrant dans une ouverture 25 formée dans la plaque tubulaire 6 et comme ayant une partie d'extrémité élargie 26 qui est montée avec un ajustage dur à l'intérieur de l'extrémité extérieure de l'ouverture. Conformément aux divers aspects de l'invention et comme représenté sur les Fig 2-et 3 auxquelles on se référera, une plaque de retenue transversale 27 de forme générale circulaire est disposée à l'extérieur et dans une disposition espacée et approximativement parallèle par rapport à la plaque tubulaire 6 à l'intérieur de la chambre 8 Des moyens sont prévus pour immobiliser fermement la plaque de retenue 27 par rapport à la plaque tubulaire 6 A cette fin, et dans le présent mode de réalisation, une série de boulons 28 disposés en cercle sont vissés dans la plaque de retenue 27 qu'ils traversent et sont vissés dans la plaque tubulaire 6 Des écrous 29 vis- sés sur les extrémités extérieures filetées des boulons servent à immobiliser la plaque de retenue 27 en position sur les boulons On peut modifier l'espacement longitudinal entre la plaque de retenue 27 et la plaque tubulaire 6 en ajustant les boulons. La plaque de retenue 27 montée coopère avec la plaque tu- bulaire 6 pour retenir chaque panier 17 en position par rap- port à la plaque tubulaire 6 et à l'extrémité du tube corres- ponda 4 t 5 Comme représenté, le panier 17 comporte une paroi de forme générale cylindrique dont la partie extérieure de maintien d'élément de nettoyage contient les fentes 18 et s'é- tend vers l'extérieur au-delà de la plaque de retenue 27 La partie de paroi intermédiaire du panier est munie d'un file- tage externe 31 qui est vissé sur un filetage interne 32 for- mé dans une ouverture 33 de la plaque de retenue 27 La partie de paroi intérieure du-panier s'étend vers l'intérieur à par- tir de la plaque 27 en direction de la plaque tubulaire 6 et se termine à l'intérieur de l'ouverture 25 de la plaque tubu- laire Cette partie de paroi intérieure est représentée comme ayant une section décroissante 34 Dans le présent cas, l'ex- trémité intérieure est légèrement engagée télescopiquement dans la partie élargie 26 du tube 5 avec un ajustage à la presse. Le panier 17 est fermement immobilisé à l'encontre d'un déplacement transversal grâce à son support en deux points, c'est-à-dire par la plaque tubulaire 6 et le tube 5 à son ex- trémité intérieure et par la plaque de retenue 27 entre ses extrémités. Le panier 17 est également fermement immobilisé à l'en- contre d'un déplacement longitudinal grace aux assemblages filetés réalisés par les boulons 28 entre la plaque tubu- laire 6 et la plaque de retenue 27 et, dans le mode de réa- lisation de la Fig 3, grâce au vissage du panier 17 dans un passage fileté 33 de la plaque de retenue 27. La Fig 4 représente une autre forme de moyens utili- sables pour empêcher le déplacement longitudinal du panier. Dans ce cas, il n'y a pas d'assemblage fileté entre le panier 17 et l'ouverture 33 a de la plaque de retenue, le panier étant simplement monté coulissant de cette ouverture Par contre, la partie d'extrémité intérieure de la paroi 20 com- porte un élément d'espacement 35 qui est plus grand que les ouvertures 25 et 33 a et qui forme des épaulements intérieur et extérieur espacés 36 et 37 qui viennent respectivement en appui contre la plaque tubulaire 6 et contre la plaque de re- tenue 27 lorsque les boulons 28 sont serrés. Il est, naturellement évident qu'il est formé dans la plaque de retenue 27 une série d'ouvertures 33, 33 a qui sont disposées en alignement axial avec les ouvertures 25 de la plaque tubulaire 6. Il est souhaitable que,pendant le fonctionnement de l'é- changeur de chaleur 1, il y ait un écoulement latéral conve- nable de fluide dans la chambre 8 entre la plaque tubulaire 6 et la plaque de retenue 27 pour empêcher une accumulation indésirable de matière dans cette région A cette fin, et comme représenté sur la Fig 2, le diamètre de la plaque de retenue 27 est inférieur à celui de la paroi 2 de l'enve- loppe et de la plaque tubulaire 6 pour établir un passage d'écoulement annulaire autour du bord de la plaque 27 de fa- çon à établir une communication entre la face extérieure de la plaque 27 et l'espace formé entre la plaque 27 et la plaque tubulaire 6 En outre, la plaque de retenue 27 est munie d'une série d'ouvertures d'écoulement de fluide déga- gées 38 situées entre les paniers 17 et entre les ouvertures 33 de réception de panier pour établir une communication amé- liorée avec le dessous de la plaque de retenue 27. Bien que le dessin représente les aspects de l'invention tels qu'appliqués à la plaque tubulaire 6, il est envisagé que la même construction soit normalement utilisée avec la plaque tubulaire 7. REVENDICATIONS 1 Un échangeur de chaleur ( 1) comportant une enveloppe ( 2, 3, 4) à l'intérieur de laquelle sont disposés une série de tubes ( 5) de circulation de fluide s'étendant longitudina- lement et des plaques tubulaires ( 6, 7), les plaques tubu- laires comportant des ouvertures ( 25) en communication avec les extrémités des tubes et étant, en outre, munies de pa- niers ( 17) s'étendant longitudinalement pour recevoir des éléments ( 22) de nettoyage de tube à mouvement de va-et-vient caractérisé en ce qu'il comporte: a) une plaque de retenue ( 27) disposée dans une position fixe adjacente à la face extérieure de la plaque tubulaire ( 6, 7); et b) des moyens de montage,comportant ladite plaque de retenue, pour monter un panier ( 17) dans une disposition fixe par rap- port à la plaque tubulaire et à une extrémité d'un tube ( 5). 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les moyens de montage de panier comprennent des moyens d'immobilisation immobilisant le panier à l'encontre d'un déplacement transversal. 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que: a) le panier comporte une partie ( 34) s'étendant au moins entre la plaque de retenue ( 27) et la plaque tubu- laire ( 6, 7) et qui est montée télescopiquement dans l'ouver- ture ( 25) de la plaque tubulaire; et en ce que: b) la plaque de retenue comporte une ouverture support de panier en deux points utilisant le montage téles- copique et l'ouverture de la plaque de retenue. 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caract 6 ri- sé en ce que les moyens de montage de panier comprennent des moyens d'immobilisation immobilisant le panier dans une posi- tion longitudinalement fixe. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que: a) le panier ( 17) comporte une partie ( 34) s'é- tendant au moins entre la plaque de retenue ( 27) et l'ouver- ture ( 25) de la plaque tubulaire ( 6, 7); b) la plaque de re- tenue comporte unr Ouverture ( 33) dans laquelle le panier est b reçu; et c) les moyens d'ir obilisation comprennent un as- semblage par vissage ( 31, 32) entre l'ouverture de la plaque de retenue et le panier. 6 Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que: a) le panier ( 17) comporte une partie ( 34) qui s'étend au moins entre la plaque de retenue ( 17) et l'ouver- ture ( 25) de la plaque tubulaire ( 6, 7); b) la plaque de re- tenue ( 27) comporte une ouverture ( 33 a) dans laquelle le pa- nier est reçu; et c) les moyens d'immobilisation longitudinale comprennent des épaulements ( 36, 37) formes sur ladite par- tie ( 34) du panier de façon à être en butée contre la plaque tubulaire ( 6, 7) et contre le plaque de retenue ( 27). 7 Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que les épaulements précités ( 36, 37) sont formés sur un élément d'espacement annulaire ( 35) disposé sur la partie d'extrémité intérieure du panier. 8 Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que le panier comporte une partie ( 21) de maintien d'élément de nettoyage ( 22) de tube disposée lon- gitudinalement à l'extérieur de la plaque de retenue ( 27). 9 Echangeur-de chaleur selon la revendication 1, caractéri- se en ce que la plaque de retenue ( 27) est disposée avec espacement par rapport à la plaque tubulaire ( 6, 7). Echangeur de chaleur selon la revendication 9, caractéri- sé en cequ'il comporte des moyens établissant une communica tion fluidique entre la face extérieure de la plaque de rete- nue ( 27) et l'espace ( 8) compris entre la plaque de retenue et la plaque tubulaire ( 6, 7). 11 Echangeur de chaleur selon la revendication 10, caractê- risé en ce que la plaque de retenue ( 27) a un plus petit dia- mètre que la plaque tubulaire ( 6, 7) pour former un passage d'écoulement de fluide annulaire qui constitue les moyens établissant une communication fluidique. 12 Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendi- cations 10 etl, caractérisé en ce qu'il comporte: a) une sé- rie d'ouvertures ( 33) de réception de panier formées dans la plaque de retenue; et b) une série d'ouvertures d'écoulement de fluide dégagées ( 38) formées dans la plaque de retenue entre les ouvertures de réception de panier, ces ouvertures d'écoulement de fluide constituant les moyens établissant une communication fluidique.