Brevet FR2535446A1 — publié le 19840504

Perfectionnements aux dispositifs pour alimenter en corps nettoyants les échangeurs à tubes et récupérer ces corps. L'invention concerne les installations destinées à échanger de la chaleur entre deux fluides, installations comportant un échangeur a tubes, notamment du type condenseur, et dans lesquelles les tubes sont nettoyés intérieurement à l'aide de corps solides, généralement sphétiques et élastiques, entrainés dans ces tubes par le fluide qui y circule entre une conduite amont d:'alimenta- tion en ce fluide et une conduite aval d'évacuation dudit fluide. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs utilisés pour injecter les corps nettoyants dans la conduite amont et pour collecter ces corps à partir de la conduite aval en les séparant alors du fluide entraîneur. Dans les modes de réalisation les plus courants de tels dispositifs, les corps nettoyants sont séparés du fluide entraineur circulant dans la conduite aval par -leur glissement le long de grilles disposées obliquement en travers de cette conduite aval et par leur aspiration à l'aide de buses appropriées depuis l'extrémité aval desdites grilles jusque dans un sas approprié. A partir de ce sas, les corps nettoyants sont repris et ré injectés dans la conduite amont. Les réalisations de ce type présentent certains in convénientset en particulier les deux suivants - le nettoyage périodique des grilles, lequel est assuré par un basculement de celles-ci propre à inverser le sens de circulation du fluide à travers elles, conduit à perdre un certain nombre de corps nettoyants, savoir ceux bloqués entre les barreaux des grilles et évacués vers l'aval lors du nettoyage considéré, - le recyclage des corps nettoyants est accompagné d'une fraction du fluide entraîneur, ce qui réduit le rendement de l'installation, surtout si le volume de cette fraction est relativement important et/ou si la différence entre les températures dudit fluide dans les conduites aval et amont est relativement élevée. Pour remédier a ce second inconvénient,il a déjà été proposé d'avoir recours à un boîtier divisé en deux compartiment par un tamis perméable au fluide entraîneur, mais non aux corps nettoyants, et a des tubulures, équipées de deux vannes à trois voies, agencées de façon à monter ledit boi- tier en parallèle alternativement sur un tronçon de la conduite amont et sur un tronçon de la conduite aval, ce dernier tronçon étant équipé à son extrémité amont de grilles séparatrices obliques du genre de celles évoquées cidessus. Une telle solution permet d'écarter le second inconvénient précédemment signalé., mais non le-premier, et elle en présente d'autres, en particulier les suivants - la durée de la phase injection" des corps nettoyants dans la conduite amont est limitée par la nécessité de repasser en la phase "collecte" desdits corps, par actionnement des deux vannes, dès que le premier de ces corps ayant traverse les tubes de l'échangeur parvient au niveau des grilles séparatrices, faute de quoi ces corps risquent de créer des obstructions par leur accumulation les uns sur les autres, - la circulation desdits corps au niveau du boîtier et de ses tubulures de desserte montées en parallèles sur les tronçons de conduite ci-dessus exige le recours à des mesures spéciales consommatrices d'énergie telles que la présence d'une pompe4de recyclage sur la tubulure amont et que celle d'un diaphragme créateur de perte de charge sur le tronçon de conduite aval. L'invention permet de supprimer l'ensemble de ces divers inconvénients. A cet effet les dispositifs d'injection et de collecte de corps nettoyants selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent : un boîtier étanche évidés par quatre orifices raccordés extérieurement de façon telle que deux d'entre eux délimitent axialement un tronçon de la conduite amont et que les deux autres délimitent axialement un tronçon de la conduite aval ; un support rotatif monté dans ce boîtier et formant avec celui ci deux compartiments A et B diametralement opposés qui définissent les deux tronçons de conduite ci-dessus pour l'une des positions angulaires de ce support rotatif ; des moyens pour assurer l'6tanchéité-entre ces deux compartiments; deux paniers identiques de collecte des corps nettoyants, paniers dont la paroi latérale et/ou le fond sont choisis de façon à pouvoir être traversés par le fluide mais non par les corps nettoyants, ces paniers étant montés sur le support rotatif, dans respectivement les deux compartiments, de façon a être -ouverts uniquement en direction de l'échangeur pour la position angulaire ci-dessus dudit support ; et des moyens pour faire tourner ce support de 1800 autour de son axe de façon a permuter les deux compartiments ainsi que leurs paniers. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre â l'une et/ou a l'autre des dispositions suivantes - le support rotatif monté dans le boîtier forme avec celui-ci quatre compartiments, savoir les deux còmparti- ments A et B ci-dessus et deux autres compartiments C et D décalées angulairement de 900 par rapport aux compartiments A et B, le boîtier est equipé d'une trappe décalée de 900 autour de l'axe de rotation du support, par 'rapport aux orifices du boîtier, et les moyens de commande des rotations du support sont agencés de façon a pouvoir déplacer celui-ci selon des quarts de tour en vue de placer à tour de rôle les ouvertures des paniers en regard de la trappe - la trappe selon l'alinéa précédent est suffisamment grande pour livrer passage aux paniers, lesquels sont montés de façon amovible sur le support rotatif - le support rotatif comprend un arbre central et quatre volets plans identiques rapportés sur ledit arbre - le support rotatif comprend un arbre central et deux tubes d'axes parallèles à celui de l'arbre et rapportés latéralement sur celui, i - dans un'dispositif selon l'alinéa précédent, l'étan- chité entre les deux compartiments A et B'est assurée à l'aide de quatre joints annulaires interposé chacun entre deux plages transversales comprises respectivement par un orifice du boîtier et par une extrémité d'un tube, lorsque le support rotatif se trouve en sa position angulaire cidessus - dans un dispositif selon l'alinéa précédent, chaque joint annulaire est logé dans une gorge évidée dans l'une des deux plages transversales et les bords, des orifices évidés dans la plage transversale en regard, avec lesquels ce joint vient en contact lors des rotations du support rotatif, sont arrondis - les paniers sont des paniers cylindriques ouverts à une extrémité et dont les parois latérales et/ou le fond sont constitués en grillage ou tôle perforée. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1. de ce dessin, montre schématiquement une installation d'échange de chaleur équipee d'un dispositif d'injection et de collecte de corps nettoyants conforme à l'invention. Les figures 2 et 3 montrent un tel dispositif respectivement en coupe axiale et en coupe transversale selon 111-111, figure 2. Les figures 4 et 5 montrent une variante d'un tel dispositif respectivement en coupe axiale et en coupe transversale selon V-V, figure 4. La figure 6 montre, vu de dessus, le boîtier compris par l'un quelconque des dispositifs précédents. L'installation considérée comprend un échangeur de chaleur 1 a tubes parallèles 2, notamment du type condenseur. Les tubes 2 reçoivent un fluide F - généralement de l'eau froide - à partir d'une conduite amont commune 3 et le fluide F sortant de ces tubes - généralement réchauf fé - est évacué dans une conduite aval 4. D'une façon connue en soi, on nettoie lesdits tubes en les faisant traverser jointivement par des corps nettoyants 5 entraînés par le fluide F et constitués de préférence, mais non obligatoirement, par des boules en matière élastique dont le diamètre est légèrement supérieur à celui des tubes. Pour injecter ces corps 5 dans le fluide F circulant dans la conduite amont 3 et les récupérer à la sortie des tubes 2,à partir de conduite aval 4, on a recours, selon l'invention, à l'ensemble des éléments suivants - un boîtier étanche 6 évidé par quatre orifices J K L et M raccordés extérieurement de façon telle que deux d'entre eux, J K, délimitent axialement un tronçon de la conduite amont 3 et que les deux autres, L M, délimitent axialement un tronçon de la conduite aval 4, - un support rotatif 7 dgaxe X monté dans ce boîtier 6 et formant avec ce boîtier deux compartiments A et B diamétralement opposés qui définissent les deux .tronçons de conduite J K et L M pour la position illustrée de ce support rotatif, - deux paniers identiques 8 et 9 propres a collecter les corps nettoyants 5, paniers dont la paroi latérale et/ou le fond sont choisis de façon à pouvoir être traversés par le fluide F, mais non par les corps nettoyants 5, ces paniers étant montés sur le support 7, dans respectivement les deux compartiments A et B, de façon à être ouverts uniquement en direction de l'échangeur 1 pour la position angulaire illustrée du support, - et des moyens 10 (schématises sur la figure 1 par une flèche) pour faire tourner le support 7 de 1800 autour de son axe de'façon à permuter les deux compartiments A et B ainsi que leurs paniers. Le montage de ces paniers dans ces compartiments est effectué de façon telle qu'une étanchéité soit assurée visà-vis des corps nettoyants entre les bords des ouvertures de ces paniers et les orifices J, K, L, M du boitier 6. De plus des moyens sont prévus pour séparer de façon étanche au fluide les deux compartiments l'un de l'autre, tout au moins en dehors des brèves périodes au cours desquelles le support rotatif est entraîné en rotation. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. On suppose qu'initialement le panier 8, chargé de corps 5, se trouve dans le tronçon J K de la conduite amont 3 (figure 1) : le panier 9, alors vide de corps nettoyants, se trouve dans le tronçon L M de la conduite aval 4. Lesdits corps 5 sont alors entraînés vers l'échangeur 1 par le fluide F circulant dans la conduite 3, puis ils traversent les tubes 2 de cet Fhangeur en les nettoyant et ils sont enfin collectés dans le panier 9. Quand tous les corps nettoyants 5 ont été collectés dans le panier 9, lé panier 8 est vide. il suffit alors de faire tourner le support rotatif 7 d'un demi-tour autour de son axe X pour permuter les deux paniers 8 et 9. Le panier rempli 9 est alors traversé par le fluide F dans le sens inverse du précédent : il se vide a son tour progressivement de ses corps 5, lesquels sont entraînés à nouveau vers les tubes 2 avant de regagner le panier 8,lequel est également traversé par le fluide F dans le sens inverse du précédent et se remplit peu à peu en lesdits corps 5. Quand ce remplissage est achevé, on permute encore les deux paniers, et ainsi de suite. Une minuterie peut entre prévue avec avantage pour dé clencher à intervalles régulier les rotations du support 7. I1 est à noter - et c'est là un avantage important de la présente invention - que, si des impuretés de grande dimensions (coquillages, débris de végétaux ..) sont entraînés par le fluide F admis dans l'installation, elles sont arrêtées sur la face amont du panier amont. Dès la permutation ultérieure des deux paniers, cette face devient la face'aval du panier aval, ce qui se traduit par une évacuation auto- matique desdites impuretés vers l'aval de l'installation sans que celles-ci aient pu atteindre les tubes. La construction proposée assure donc une protection efficace de l'dchangeur vis-à-vis des impuretés en question et un-nettoyage automatique des paniers. On va maintenant décrire plus en détail deux modes de réalisation de l'invention. Dans le premier mode de réalisation, illustré sur les figures 2, 3 et 6, le boiter 6 est constitué par un carter cylindrique de révolution 61 d'axe vertical X ouvert vers le haut et surmonté par un couvercle 62 vissé ou boulonné sur une collerette horizontale prolongeant horizontalement le bord supérieur dudit carter. Le bord inférieur de ce carter est évidé par deux orifices J, M dont les bords sont délimités par deux manchons cylindriques de révolution s'étendant vers le bas. Le couvercle 62 est également évidé par deux orifices K, L dont les bords sont délimités par deux manchons cylindriques de révolution s'étendant vers le haut. Ces différents manchons sont raccordés au restant des conduites 3 et 4 de façon telle que les espaces J K et L M intérieurs au carter 61 constituent respectivement deux tronçons de ces deux conduites. Le support rotatif 7 est ici constitué par quatre volets plans identiques 71 solidarisés avec un arbre central s'étendant selon l'axe X de façon à être décalés de 900 les uns par rapport aux autres autour de cet axe. Ces volets sont dimensionnés de façon pouvoir être entraînés en rotation avec d'une part un faible jeu radial entre eux et la face cylindrique interne du carter 61, et d'autre part un faible jeu axial entre eux et les faces planes transversales internes du fond et du couvercle dudit carter, ces différents eux étant étanchés vis-à-vis du fluide F à l'aide de joints appropriés tels que des joncs élastiques logés dans des rainures creusées dans les tranches des volets. Les paniers 8 et 9, constitués en grillage, tôle perforée ou tout autre tamis désirable, sont fixés sur les volets 71 de préférence d'une manière facilement amovible, par exemple à l'aide d'attaches 11 à démontage rapide telles que des systèmes boulons-écrous à tête papillon. L'ouverture des mailles des paniers est suffisamment petite pour que ceux-ci ne puissent pas être traversés par les corps nettoyants tout en pouvant l'être par le fluide F sans création de perte de charge notable. La position de ces paniers 8 et 9 est choisie de fa çon telle que leurs ouvertures se trouvent en regard des deux orifices K et L pour la position angulaire illustrée du support 7, des moyens étant prévus pour assurer alors l'étanchéité vis-à-vis des corps nettoyants entre les bords de ces ouvertures et ceux de ces orifices. Le couvercle 62 est équipé d'une trappe circulaire 12 à ouverture rapide dont l'axe vertical est décalé de 900 par rapport à ceux des orifices K et L autour de l'axe X et dont la section d'ouverture est supérieure à la sectiion droite de chaque panier de façon à pouvoir livrer passage à ces paniers. Le fond du carter 61 est évidé, au-dessous de la trappe 12, par une lumière 13 équipée d'un robinet de' vidange. Cette construction définit à l'intérieur du carter 61, en plus des deux compartiments A et B contenant les paniers 8 et 9, deux autres compartiments C et D décalés de 900 par rapport à ces compartiments A et B autour de l'axe X. Les moyens d'entraînement en rotation 10 du support 7, qui sont ici constitués par un ensemble motoréducteur accouplé à l'arbre 72 et monté sur le couvercle 62, sont alors agencés de façon à pouvoir assurer l'entraînement en question selon des quarts de tour successifs. Cette mesure permet d'assurer très simplement le. chargement et le déchargement de l'installation en corps nettoyants. En effet, un déplacement d'un quart de tourde l'équipage rotatif à partir de sa position illustrée sur les figures 2 et 3 conduit l'un des deux paniers 8 et 9 en regard de la trappe 12 On peut alors remplir ce panier en corps nettoyants après avoir ouvert cette trappe. Ou bien, si ledit panier est déjà rempli de corps nettoyants usés à la suite d'un usage prolongé, on-peut en remplacer facilement le contenu par une charge neuve, de préférence par enlèvement du panier rempli lui-même à travers la trappe 12, vidange de celui-ci, nouveau remplissage et remise en place à travers la trappe, ce qui est rendu possible par le montage amovible du panier. Pour mettre ou remettre ensuite en circuit la charge neuve de corps nettoyants ainsi mise en place, il suffit de faire subir une nouvelle rotation d'un quart de tour à l'équipage rotatif. Le robinet équipant la lumiere 13 permet d'assurer, si nécessaire, la vidange en fluide F du compartiment correspondant. La construction à quatre compartiments présente en outre sur celle à deux compartiments l'avantage suivant la séparation étanche vis-à-vis du fluide F entre les deux tronçons J K et L M appartenant respectivement aux conduites amont 3 et aval 4 y est assurée en permanence, même au cours des rotations du support rotatif. Pour que l'installation puisse constamment bénéficier de l'avantage de la protection de l'échangeur vis-à-vis des impuretés charriées par le fluide, même durant les périodes relativement courtes de recharge en corps nettoyants, il suffit d'équiper chacun des deux compartiments C et D de tamis destinés uniquement à la filtration de ces impuretés et non à la récupération des corps nettoyants puisque l'installation est alors dépourvue de tels corps. Le second mode de réalisation illustré sur les figures 4, 5 et 6 ne diffère du précédent que par la construction du support rotatif 7. Ce dernier est ici constitué par deux tubes identiques 73 d'axe vertical fixés sur l'arbre 72 en deux positions diamétralement opposées par rapport à l'axe X de cet arbre, lesdiamètres de ces tubes étant choisis de façon telle que leur paroi la plus éloignée de l'axe X vienne tangenter la paroi intérieure du carter Les deux extrémités axiales de ces tubes 73 sont prolongées intérieurement par des collerettes horizontales 74 propres a défiler horizontalement en regard respectivement de la face horizontale supérieure du fond du carter 61 et de la face horizontale inférieure du couvercle 62, à de très faibles distances verticales de ces faces. Le faible jeu vertical ainsi défini entre lesdites collerettes et lesdites faces en regard est étanché à l'aide de joints annulaires 14 logés dans des gorges annulaires complémentaires aménagées dans l'une ou l'autre des portées en regard. Pour éviter toute blessure de ces joints 14 par leur contact avec les bords des orifices en regard, lors des rotations du support 7, on arrondit ces bords. C'est ce qui a été illustré en Z sur la figure 4, pour laquelle lesdits joints sont montés sur la portion mobile : ces bords arrondis Z correspondent alors aux ractords entre les surfaces internes cylindriques des orifices J, K, L et M et les faces planes transversales adjacentes du fond et du couvercle du boîtier 6. Les paniers 8 et 9 sont eux-mêmes logés dans les tubes 73 par fixation amovible de leurs bords supérieurs sur les collerettes supérieures de ces tubes. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif d'injection et collecte de corps nettoyants dont la constitution et.le fonctionnement resultent suffisamment de ce qui précède. Ce dispositif présente de nombreux avantages par rapport à ceux antérieurement connus, en particulier en ce qu'il assure une protection automatique de l'échangeur à tubes vis-à-vis des impuretés susceptibles d'être transportées par le fluide F et en ce qu'il supprime les divers inconvénients signalés ci-dessus des installations anté- rieurement connues. En effet, avec un tel dispositif : - la collecte des corps nettoyants est assurée sans aucune perte de ces corps et sans aucun recyclage du fluide entraîneur F dans les tubes de l'échangeur, - il n'existe aucune valeur impérative pour la durée séparant les permutations successives des paniers : on prendra soin en effet de donner à ces paniers des dimensions suffisantes - et en particulier une longueur axiale suffisante - pour que, même après rassemblement dans l'un de ces paniers de la totalité des corps nettoyants desservant l'installation, ce panier présente encore Une surface dégagée suffisante pour être traversée sans encombre par la totalité du débit du fluide entraîneur F, - il est inutile de prévoir aes moyens spéciaux d'entraînement ou d'étranglement pour assurer la circulation des corps nettoyants, - il est inutile de prévoir des vannes à trois voies pour modifier des circulations de fluide. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment - celles où seuls seraient prévus les deux compartiments A et B diamétralement opposés, à l'exclusion des compartiments C et D, - celles où chaque panier (8, 9) serait réduit à un simple tamis, éventuellement plan, perméable au fluide entrai- neur, mais non aux corps nettoyants, monté transversale ment'dans un tronçon tubulaire reliant de façon étanche deux orifices (J, K ou L, M) en regard du boîtier de façon à diviser longitudinalement ce tronçon en deux compartiments étanchés l'un par rapport à l'autre vis-à-vis des corps nettoyants, mais non du fluide, - celles où les volets plans 71 de la construction selon les figures 2 et 3 ne seraient pas perpendiculaires entre eux, mais inclinés l'un sur l'autre d'un angle différent de 900, tout en demeurant deux à deux dans le prolongement diamétral l'un de l'autre. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour nettoyer les tubes (2) d'un échangeur de chaleur (1) parcourus par un fluide (F) provenant d'une conduite amont (3) et évacué dans une conduite aval (4), comportant une pluralité de corps nettoyants (5) susceptibles d'être noyés dans le fluide en circulation et entraînés par celui-ci dans les tubes aux fins de nettoyage de ceux-ci, et des moyens pour injecter lesdits corps nettoyants dans la conduite amont et pour collecter ces corps à partir de la conduite aval en les séparant alors du fluide entraîneur, caractérisé en ce que les moyens d'injection et de collecte comprennent o un boîtier étanche (6) évidé par quatre orifices (J, K, L, M) raccordés extérieurement de façon telle que deux d'entre eux (J, K) délimitent axialement un tronçon de la conduite amont (3) et que les deux autres (L, M) délimitent axialement un tronçon de la conduite aval (4) ; un support rotatif (7) monté dans ce bottier et formant avec celui-ci deux compartiments A et B diamétralement opposés qui définissent les deux tronçons de conduite ci-dessus pour l'une des positions angulaires de ce support rotatif ; des moyens pour assurer l'étanchéité entre ces deux cor,par- timents ç deux paniers identiques (8, 9) de collecte des corps nettoyants, paniers dont la paroi latérale et/ou le fond sont choisis de façon à pouvoir être traversés parle fluide, mais non par les corps nettoyants, ces paniers étant montés sur le support rotatif, dans respectivement les deux compartiments, de façon à être ouverts uniquement en direction de l'échangeur pour la position angulaire cidessus dudit support ; et des moyens (10) pour faire tourner ce support de 1800 autour de son axe (X) de façon à permuter les deux compartiments ainsi que leurs paniers 2. Dispositif de nettoyage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support rotatif (7) monté dans le boîtier (6) forme avec celui-ci quatre compartiments, savoir les deux compartiments A et B ci-dessus et deux autres compartiments C et D décalés angulairement de 900 par rapport aux compartiments A et B, en ce que le boîtier est équipé d'une trappe (12) décalée de 900 autour de l'axe de rotation du support par rapport aux orifices du boitier, et en ce que les moyens de commande (10) des rotations du support sont agencés de façon à pouvoir déplacer celui-ci selon des quarts de tour en vue de placer à tour de rôle les ouvertures des paniers en regard de la trappe. 3. Dispositif de nettoyage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la trappe 4. Dispositif de nettoyage selon l'une quelconque des revendications 2 et 3,- caractérisé en ce que le support rotatif (7) comprend un arbre central (72) et quatre volets plans identiques (71) rapportés sur ledit arbre. 5. Dispositif de nettoyage selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le support rotatif (7) comprend un arbre central (72) et deux tubes (73) d'axes parallèles à celui de l'arbre et rapportés latéralement sur celui-ci. 6. Dispositif de nettoyage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étanchéité entre les deux compartiments A et B est assurée à l'aide de quatre joints annulaires (14) interposés chacun entre deux plages transversales comprises respectivement par un orifice (J, K, L, M) du boîtier (6) et par une extrémité d'un tube (73), lorsque le support rotatif (7) se trouve en sa position angulaire cidessus. 7 Dispositif de nettoyage selon la revendication 6, caractérisé en ce que -- chaque joint annulaire (14) est logé dans une gorge évidée dans une plage transversale et en ce que les bords (Z), des orifices évidés dans la plage transversale en regard, avec lesquels ces joints viennent en contact lors des rotations du support, sont arrondis. 8. Dispositif de nettoyage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paniers (8, 9) sont des paniers cylindriques ouverts à une extrémité et dont les parois latérales et/ou le fond sont constitués en grillage ou tôle perforée. 9. Dispositif -de nettoyage selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des deux autres compartiments C et D est équipé d'un tamis perméable au fluide (F) et propre à retenir sur sa face amont les impuretés charriées par ce fluide en direction de l'échangeur.