Brevet FR2519130A1 — publié le 19830701

1, La présente invention-concerne un dispositif et un procédé de nettoyage de surfaces très chaudes du type à jet de liquide pulsé Depuis l'introduction des chaudières tubulaires renfermant une eau à haute température, qui br Ilent des combustibles provoquant des dép 8 ts importants en scories, et de plus avec l'adoption de certains échangeurs de chaleur fonctionnant à haute température, l'élimination des dép 8 ts adhérant aux surfaces latérales du foyer est devenue un 1 problème de plus en plus sérieux Les souffleurs de suie utilisant des jets de vapeur et/ou d'air ne peuvent enlever certains de ces dép Ots On sait depuis longtemps que des jets d'eau peuvent être utilisés pour faciliter l'enlèvement des dépôts,et on sait également depuis de nombreuses années que le choc thermique et la fragilité des dépôts provoqués par un jet d'eau,combinés, à l'énergie du jet lui-même, per- mettent souvent de dél Qger des dép 8 tg qu'on ne peut enlever d'une chaudière à vapeur par d'autres moyens, Cependant, avant l'introduction du système à pe Qgoession de jet cons- tante décrit dans le brevet dee Etats-Unis d'Amérique n 3 782 336 du ler janvier 1974 au nom de J, E, Nelson, il était fréquemment 'gapxaticable d'utiliser * 2519130 2. des jets d'eau à cette fin, car il n'était pas possible de mattriser et de limiter le choc thermique à.' une valeur évitant une défaillance prématu- rée des ti 4 bes Avant l'introduction du système à pro- gression de jet constante, des avaries très coûteuses ont été provoquées dans le cas de certaines utilisations de l'eau lors de nettoyages difficiles. Fondamentalement, la présente invention a pour objet un perfectionnement des systèmes de nettoyage du type à lance d'eau à progression de jet constante dit Nelson tels qu'ils sont couramment utilisés en augmen- tant encore, et dans une large mesure, le rapport en- tre la pression d'impact de pointe exercée par le jet et à la fois le volume d'eau requis et le choc thermi- que imposé auxtubes. Un autre objet de la présenteinvention est un moyen permettant d'éliminer de tels dépôts d'une maniè- re plus rapide et économique que cela était faisable au- paravant sans endommagement de l'échangeur de chaleur. Un autre objet de la présente invention est d'augmenter le rendement global de la chaudière en ré- duisant sensiblement l'absorption de chaleur à partir du courant gazeux par le milieu de nettoyage. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation de côté, quelque peu schématique, d'un dispositif de nettoyage employé en liaison avec la présente invention et incor- porant les principes de celle-ci; la figure 2 est une vue en élévation arrière prise selon la flèche Il de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale, quelque peu schématique et à grande échelle,de la par- tie à busesdu tube de lance représentant le moyen de bu- saeet de production d'impulsions de fluide; la figure 4 est une vue en coupe prise sensible- 3. ment le long de la ligne IV-IV de la figure 3 et diri- géedans le sens des flèches; la figure 5 est une vue en coupe semblable à la figure 3 représentant l'agencement des buses utili- sé dans un système de production d'impulsionsquelque peu modifié; la figure 6 est une vue partielle en élévation de côté de la partie centrale d'un souffleur de suie équipée du moyen de production d'impulsions de cons- truction modifiée; la figure 7 est une vue quelque peu schémati- que du moyen modifié de production d'impulsions, en partie en coupe longitudinale et en partie en éléva- tion de côté; la figure 8 est une vue en coupe prise sensi- blement le long de la ligne VIII-VIII de la figure 7 et dirigée dans le sens des flèches; la figure 9 est un vue en coupe détaillée prise sensiblement le long de la ligne IX-IX de la fi- gure 8 et dirigée dans le sens des flèches; la figure 10 est une vue en coupe prise sen- siblement le long de la ligne X-X de la figure 7 et dirigée dans le sens des flèches;, la figure 11 est un schéma hydraulique de l'installation du moyen modifié de production d'impul- sions; et les figures 12, 13 et 14 sont des diagrammes de temps représentant les positions successives des composants du mécanisme modifié de production d'impul- sions. Les figures 1 et 2 représentent d'une manière quelque peu schématique un souffleur de suie à lon- gue course 12 du type bien connu dit IK, conçu, pour projeter un milieu de soufflage liquide (typiquement de l'eau) contre des dépôts (typiquement des crasses) qui se forment sur les surfaces côté feu d'une chau- dière ou autre échangeur de chaleur à haute température. 4. Le souffleur de suie est représenté de manière à don- ner un exemple de dispositif de projection de liquide qui est destiné à être utilisé en liaison avec la pré- sente invention D'autres types peuvent être employés, et les détails spécifiques du souffleur ne consti- tuentqu'une partie de la présente invention Des souffleurs de type IK sont représentés et décrits en détail dans de nombreux brevets des Etats Unis d'Amérique et étrangers, dont le brevet des Etats-Unis d'Améri- que N O 2 668 978 au nom de L S Deéart du 16 Février 1954 et le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 439 376 au nom de John E Nelson et autres, du 22 Avril 1969 - Comme cela est typique des souffleurs de oe type,un tube de Lunoe allongé 10 est destiné à être inséré à l'intérieur de la chaudière, puis ranené en arrière (Le terne "chau- dière" est utilisé à titre de commodité dans le but d'inclure tout échangeur de chaleur dont on souhaite extraire des dépôts situés sur les surfaces du foyer). Lorsqu'il est utilisé dans une chaudière typique pour décrasser une surface de paroi d'eau, le tube de lance est inséré dans la paroi de façon qu'une ou plusieurs buses, telles que 15, situées près de l'extrémité du tubeprojettent le milieu de soufflage angulairement vers l'arrière contre la surface intérieure encrassée de la paroi Pendant qu'il fonctionne dans la chaudiè- re, le tube de lance est déplacé angulairement et axia- lement de façon que, selon qu'il est soumis à une rota- tion d'un angle complet de 3600 ou d'un angle inférieur à 3600, le jet frappe la surface encrassée selon un trajet ayant la forme d'une spirale ou d'une spirale interrompue. Ce type de configuration de soufflage est couramment utilisé avec des souffleurs de conceptions diverses, comme on pourra le noter Dans des souffleurs du type illustré, le tube de lance 10 est supporté en rotation à son extrémité arrière dans un chariot 20 monté de façon à rouler sur l'aile inférieure d'une 5. poutre 22 en I qui constitue l'élément de support structurel principal et qui est protégé par un capot 23 du type à canal en U inversé Un moteur 24 suppor- té par le chariot et qui peut être alimenté par un câble flexible 25 contient les engrenages appropriés (non représentés) grâce auxquels il actionne le cha- riot de manière à en provoquer le déplacement ainsi que celui du tube de lance le long de la poutre en I, ainsi que la rotation du tube de lance De telles constructions de chariot et d'agencement de commande sont également bien connueset représentées dans les brevets de l'art antérieur cités ci-dessus, et ne seront pas décrits ici. Le milieu liquide de soufflage, qui est typi- quement de l'eau, mais pourrait être une solution aqueu- se contenant un milieu de traitement, est fourni au tube de lance 10 par l'intermédiaire d'un coupleur 11 situé à l'extrémité arrière du chariot et auquel est branché de manière rotative le tube de lance via un tuyau flexible 28 Le liquide provenant d'une source à haute pression (non représenté dans les figures 1 à 4) est fourni à une pression de 14-20 x 105 Pa à un raccord 30 qui est relié, par l'intermédiaire d'un fil- tre 32, à une valve de commande 33 qui est à son tour reliée, par l'intermédiaire d'un tuyauterie 34 et d'un raccord 35, au tuyau 28 La valve 33 est ouverte et fermée par une patte 36 portée par le chariot Lorsque le chariot se déplace vers l'avant à partir de la posi- tion rétractée de la figure 1 jusqu'à une position tel- le que l'extrémité côté buse de la lance se trouve à l'in- térieur de la chaudière, la patte frappe un bras de déclenchement 38 de manière à actionner la valve 33 vers la position ouverte alors que, lorsque le chariot re- vient en arrière, la patte frappe ce bras de manié- re à l'actionner dans la direction inverse et fermer la valve. De façon à maximaliser l'effet d'impact du mi- lieu de soufflage, un moyen est prévu qui permet d'in- terrompre périodiquement le débit vers le ou les bu- ses de façon que le liquide soit déchargé sous forme d'impulsions finies L'écart entre impulsions-doit être lié à la vitesse de progression du jet -sur la surface à nettoyer d'une manière telle que le front'de chaque impulsion frappe une surface conti- gue à l'impulsion précédente, mais qui soit relative- ment exempte de liquide provenant de l'impulsion pré- cédente En d'autres termes, si la vitesse de progres- sion de la po'sition d'impact du jet sur la surface trai- tée n'est pas assez rapide pour éviter que deux ou plu- sieurs impulsions successives ne frappent la même sur- face, l'écart entre les impulsions est rendu suffisam- ment grand pour que le liquide provenant d'une impul- sion précédente soit sensiblement dissipé avant que l'impulsion suivantene frappe la surface Cela permet d'éviter un amortissement de l'impact des impulsions successives par le liquide provenant de l'impulsion précédente Comme cela est bien connu, la pression d'impact en pointe d'un jet pulsé peut être cinquante fois plus grande que celle d'un jet continu L'enlève- ment des crasses ou autre matériau déposé de la sur- face chauffée est grandement facilité par l'interrup- tion de l'alimentation de manière à former des impul- sions de cette nature. Comme représenté dans les figures 3 et 4, un dispositif de commutation de fluide du type oscillant, du type représenté dans ses grandes lignes par la réfé- rence 40, est monté sur le corps 42 à sa buse, à l'ex- trémité extérieure du tube de lance 30 sur un flasque 44 qui est en une pièce avec une paire de partie 5 de coude de sortie 45,46 Chaque partie 45, 46 comporte une partie extrême extérieure agrandie et fraisée 47, 48, respectivement, dont l'extrémité extérieure comporte un flasque, tel que 49,dimensionné de façon à se monter suivant un ajustage serré contre la paroi 7. intérieure des parties extrêmes de lance et de buse et à y être scellé par soudage, comme indiqué en 52, par rapport à une ouverture 50 à travers laquelle le li- quide est déchargé via les éléments de buses 15,16. Les buses peuvent être d'une construction classique que l'on trouve dans le commerce, étudiée de manière à projeter un jet concentré à vitesse élevée, et sont vissées de manière amovible dans le fond de la partie fraisée 47 Le dispositif de commutation de fluide di- rige alternativement le milieu de soufflage vers les buses 15,16, typiquement par impulsions et sui- vant des intervalles de temps de longueur égale. Le moteur 24 est du type à vitesse variable, et sa vitesse est commandée d'une manière qui est dé- crite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N' 3 782 336 du 1-er Janvier 1974 au nom de Nelson de façon à maintenir la vitesse de progression du jet sensiblement constante malgré la forme en spirale du trajet du jet Avec une fréquence des impulsions de l'ordre de 50 Hz et une vitesse de progression du jet d'environ 150 centimètres par seconde, chaque im- pulsion et chaque intervalle ont une longueur d'envi- ron 60 centimètres Chaque impulsion contient ainsi une masse importante d'eau-et est capable de provo- quer un choc relativement important La longueur du trajet des impulsions entre le début d'une impulsion et le début de l'impulsion suivante est d'environ 3 cen- timètres Les buses sont conçues de façon à projeter un jet de petit diamètre, et au moins une partie de chaque impulsion frappera une surface du trajet qui est sensiblement exempte de l'eau provenant de l'im- pulsion précédente. Il est souhaitable d'employer des fréquences de pulsation qui permettent d'éviter toute tendance à renforcer sensiblement la période naturelle d'oscil- lation du souffleur de suie Bien que les forces de réaction du jet créées par l'agencement représenté 8. dans les figures 3 et 4 imposent des forces d'oscilla- tion latérales au tube de lance, ces forces ont une fréquence bien supérieure à toute fréquence naturelle (ou harmonique bas d'une fréquence naturelle) du tube de lance Dans la mesure de la fréquence natu- relle d'un tel tube de lance, on a trouvé que la fré- quence naturelle maximum d'oscillation était inférieu- re à 10 hertz. Dans la variante représentée en figure 5, lasortie du dispositif de commutation de fluide est alternativement fournie à chacune de deux paires de buses. Deux buses diamétralement opposées 61, 62 sont reliées, via une conduite 64, à ure sortie d'un commutateur d'os- cillation de fluide, et une seconde paire de buses dia- métralement opposées (non représentée), disposées suivant un angle de 900 par rapport aux buses 61, 62, sont re- liées, via une conduite 65, à l'autre sortie du commuta- teur Par suite de la décharge simultanée des impulsions provenant des buses opposées, aucune force oscillante n'est appliquée au tube de lance latéralement à l'axe. Les figures 6 à 14 représentent une varian- te o le mécanisme de production d'impulsions est destiné à être monté dans le système d'alimentation en milieu soufflant entre la source et le raccord d'entrée 30 A (Les parties correspondant aux éléments déjà dé- crits sont désignées par les mêmes références avec l'ad- dition de la lettre A, et la plupart d'entres elles ne nécessitent aucune description ultérieure) L'ensemble de production d'impulsionsreprésenté dans ses grandes lignes en 70, est constitué d'un générateur rotatoire d'impulsions, représenté dans ses grandes lignes par la référence 72, et d'un moteur 75 Cet ensemble est desti- né à être monté sur le souffleur, par exemple par fixa- tion au canal de protection 23, comme représenté en fi- gure 6. L'ensemble de production d'impulsions comprend un corps cylindrique 74 fermé par des chapeaux de palier 9. d'extrémité 76, 77 et à partir de ce dernier chapeau un arbre d'entraînement 78 s'étend pour être rendu so- lidaire de l'arbre du moteur, lequel peut être un mo- teur à induction classique tournant à une vitesse d'environ 1800 tr/mn La chambre cylindrique 85 du corps 74 contient un rotor 90 monté avec précision et solidaire de l'arbre 78 Un canal diamétral 91 de section carrée s'étend dans le rotor 90 près d'une extrémité de celui-cireprésentée à gauche de la figu- re 7, et pendant la rotation de l'arbre, agit en val- ve-interrupteur ou valve de production d'impulsions, et à chaque demi-tour du rotor assure une liaison en- tre des orifices d'entrée et de sortie de fluide pulsé 92, 93, de section carrée, diamétralement opposés L'orifice d'entrée 92 a une section légère- ment supérieure à celle du canal 91 du rotor L'orifi- ce de sortie 93 a les mêmes dimensions que le canal 91. Près de son extrémité droite (vue en figure 7), le rotor est découpé en deux zones diamétralement op- posées 104, 105 de manière à créer deux lobes opposés 101, 102 qui tournent en alignement avec un orifice d'entrée de fluide de dérivation 106 du corps 74 et bloquent périodiquement cet orifice lors de chaque demi-tour du rotor, constituant une valve de dérivation ou de décharge qui est actionnée en liaison temporelle avec la valve de production d'impulsions Deux orifices de sortie de dérivation diamétralement opposés 108, 109 s'étendent dans la paroi du logement 74 en aligne- ment transversal suivant un angle de 900 avec l'orifi- ce d'entrée 106 Les orifices de sortie 108, 109 commu- niquent en permanence avec l'orifice d'entrée 106 via des zones dégagées 104, 105, sauf lorsque l'orifice 106 est fermé par l'un des lobes 101, 102 Les figures 12- 14 représentent l'orientation relative des lobes et du canal 91, d'o il résulte que l'orifice 106 est bloqué par l'un des lobes 101, 102 chaque fois que le canal 91 assure la communication entre les orifices 92, 93. 10. Les deux orifices 92 et 106 sont reliés par, par exemple, des raccords 112, 114, de manière à four- nir un liquide sous pression, représenté comme étant fourni à partir d'une conduite d'alimentation 81 via une pompe de suralimentation 14 et une conduite de dé- charge 82 Un accumulateur 83 peut être rélié à la conduite 82 via une valve manuelle 86 de manière à per- mettre le contrôle de la pression de pointe "coup de bélier" à n'importe quel degré désiré Les orifices de déchar- ge de dérivation 108, 109 sont reliésà la conduite principale 81 en amont de la pompe par la conduite 84. Le fluide pulsé provenant de l'orificede sortie 93 est acheminé via un raccord approprié 115 et une conduite 116 au raccord 30 A qui alimente le tube de lance via un tuyau 28 A et le raccord 11 A. Grâce au contour carré du canal 91 et des ori- fices 92, 93, dont les faces avant et arrière sont per- pendiculaires au sens de rotation, et par suite de la rotation rapide du rotor, le courant est démarré et coupé rapidement et totalement, de manière à foroer des impulsions finies sans amincissement à chaque extrémi- té Plus précisément, on notera que le mot "carré"se réfère simplement à une forme commode de rectangle, et qu'en fait la caractéristique en question ne dépend pas spécifiquement d'une section rectangulaire, mais provient du fait que les surfaces qui sont situées à des endroits correspondant aux surfaces avant et arrière de la masse en rotation du liquide sont plates et sensiblement perpendiculairesà une ligne tangente à un cercle décrit par un point du rotor. Les lobes 101, 102 sont quelque peu plus lar- ges que l'orifice d'entrée 106 de sorte que, comme in- diqué en figure 12, la dérivation estfermée légèrement avant l'ouverture de l'orifice de sortie d'impulsions 93, ce qui a pour effet de provoquer l'établissement d'une pression qui créé une augmentation de la pression de pointe au commencement de l'impulsion. il. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. 12. REVENDICATIONS 1 Moyen pour détacher un dépôt adhérant à la surface chauffée d'un échangeur de chaleur ou analogue, comprenant une lance d'eau pour projeter un milieu liquide de nettoyage sous la forme d'un jet con- tre le dépôt, et un moyen pour déplacer le jet sur le dépôt à une vitesse de progression contrôlée,caractérisé en de qu il comporte un moyen pour interrompre séquen- tiellement le jet de manière à créer des impulsions ayant une fréquence suffisamment élevée pour que le front d'au moins une impulsion frappe le dé- pôt lors de chaque incrément de mouvement du jet qui correspond au diamètre du jet à la position d'impact. 2 Procédé de détachement d'un revêtement adhérant à la zone revêtue de la surface chauffée d'un échangeur de chaleur ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend la projection d'un jet de liqui- de à haute vitesse sous forme d'une pluralité d'impul- sions finies contre la zone revêtue suivant un espace- ment et une séquence prédéterminés. 3 Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'il comprend les autres étapes de dépla- cement du jet sur le revêtement à une vitesse de pro- gression contrôlée, et de la formation des impulsions par interruption du jet à une fréquence suffisamment élevée pour que le front d'au moins une impul- sion frappe le revêtement pendant chaque incrément de déplacement du jet qui correspond au diamètre du jet à la position d'impact. 4 Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la durée d'interruption est suffisamment longue pour permettre au liquide de chaque impulsion de quitter sensiblement une zone d'impact, avant qu'une impulsion suivante frappe la même zone. 5 Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la longueur des impulsions et la durée des interruptions sont liées entre elles de façon que 13. le contenu en liquide de chaque impulsion se dissipe sensiblement avant qu'une impulsion suivante frappe la même zone. 6 Moyen selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la lance comporte une pluralité de buses à travers lesquelles le milieu de nettoyage peut se décharger, et le moyen d'interruption comprend un dis- positif de commutation de fluide à l'intérieur de la lance ayant un orifice d'entrée à l'intérieur de la lance et comportant une pluralité d'orifices de sortie à des buses différentes desdites buses de manière à alternativement diriger et interrompre le courant de milieu vers des buses différentes pour en provoquer la décharge sous forme d'impulsions finies. 7 Moyen selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comprend un moyen pour déplacer la lan- ce tant axialement qu'angulairement de manière à dé- placer le jet, la fréquence d'interruption du jet étant située à l'extérieur de la gamme des fréquences naturelles d'oscillation de la lance. 8 Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le liquide est projeté par un tube de lance qui est déplacé tant longitudinalement qu'angu- lairement autour de son axe de manière à ce que les po- sitions d'impact des impulsions sur la zone revêtue progressent à une vitesse contrôlée suivant un trajet prédéterminé, la fréquence des impulsions étant située à l'extérieur de la gamme des fréquences naturelles d'oscillation du tube de lance. 9 Moyen de détachement d'un dépôt adhérant à la zone chauffée d'un échangeur de chaleur ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison avec un souffleur du type à lance d'eau ayant un orifice d'entrée prévu pour être relié à une source de liquide sous pres- sion, un moyen de production d'impulsions pouvant être relié en relation interposée entre la source et l'orifi- ce d'entrée, ce moyen de production d'impulsions coepre- 14. nant une partie de valve d'interruption motorisée ayant un orifice d'entrée destiné à être relié à la source et comportant un orifice de sortie pour liaison à l'orifice d'entrée du souffleur et pouvant fonctionner entre des positions ouverte et fermée dans lesquelles elle établit périodiquement et interrompt la communication entre la source et le souffleur, et une partie formant valve de dérivation reliée de manière active à la partie de val- ve d'interruption de manière à être entraînée en rela- tion temporelle pour ouvrir et fermer une dérivation qui. provoque la dérivation de fluide à partir de la source autour de la partie de valve d'interruption pendant chaque période o celle-ci est ouverte. Moyen selon la revendication 9, caractéri- sé en ce que la partie de valve de dérivation se ferme quelque peu avant que ne s'ouvre la valve d'interrup- tion. 11 Moyen selon les revendications 9 ou 10, ca- ractérisé en ce que les parties de valve sont rotatoires sous forme d'un même ensemble pour ouvrir et fermer ce- lui-ci. 12 Moyen selon les revendications 9 ou 10, ca- ractérisé en ce que la partie devalve d'interruption comprend un corps ayant un orifice d'entrée et un ori- fice de sortie de section rectangulaire, et un rotor comportant un canal formant valve qui comprend une partie de section rectangulaire mobile pour venir en correspondance et hors de correspondance avec l'orifi- ce de sortie par rotation du rotor. 13 Moyen selon la revendication 9 ou la re- vendication 10, caractérisé en ce que la partie de val- ve d'interruption comprend un corps ayant un orifice: d'entrée et un orifice de sortie, et un rotor ayant une partie de canal formant valve mobile pour venir en cor- respondance et hors de correspondance avec l'orifice de sortie par rotation du rotor, l'orifice de sortie et la partie de canal formant valve ayant des côtés avant et 15. arrière qui sont sensiblement plats et perpendiculaires à une ligne tangente à un cercle de rotation du rotor.