Brevet FR2570002A1 — publié le 19860314

La présente invention concerne un dispositif pour le nettoyage préventif de tubes tels que des tubes allongés d'échangeurs pluritubulaires de chaleur, condenseur de vapeur ou autre et pour l'amélioration des échanges de chaleur entre l'intérieur de ces tubes et l'extérieur. On connait déjà des réalisations qui tendent à maintenir en permanence propre la surface interne des tubes et permettent d'améliorer le transfert thermique par dimi- nution de l'épaisseur de la couche laminaire en contact avec les parois internes des tubes ainsi que par augmenta- tion du nombre de Reynolds. On a proposé divers dispositifs tels que des brosses ou autres qui se déplacent à l'inté- rieur du tube sous l'action d'un entrainement mécanique ou hydraulique. On a proposé aussi des moyens permanents cons- titués par une vis d'Archimède telle que décrite dans le brevet US n 2 943 845 mais qui présente l'inconvénient majeur d'être rigide et de nécessiter des tubes de grand diamètre. On a aussi utilisé des dispositifs constitués par une bande plate torsadée montée en rotation dans les tubes. Selon le brevet US 3 407 871, on prévoit une bande torsadée rigide et maintenue sous tension pour éviter tout contact entre les côtés de la bande et les parois du tube dans la- quelle elle est insérée. Le diamètre inscrit de la bande torsadée selon ce brevet est alors inférieur au diamètre intérieur du tube. De façon à éviter au maximum le contact de la bande torsadée avec les parois du tube, on a proposé dans le bre- vet JACOBSEN US n 1 783 844 d'utiliser une bande rigide qui est maintenue en appui rotatif sur deux butées situées aux extrémités du tubes. Cette réalisation est donc limitée aux tubes de petite longueur et parfaitement rectiligne. En plus ce dispositif nécessite un maintien constant de la lon- gueur de la bande torsadée. Enfin, on a proposé dans le brevet NICHOLS US 4 174 750 une bande torsadée réalisée en un matériau tel qu'une matière plastique c'est-à-dire présentant une certai- ne souplesse et dont le diamètre inscrit est sensiblement inférieur au diamètre intérieur du tube de sorte que lors de sa rotation, la bande puisse être en contact ou non avec ladite paroi. Mais l'utilisation d'une bande plate en matériau souple conduit à un système qui manque de rigidité au cou- ple. Ainsi, l'art antérieur a proposé plusieurs dispositifs mais qui n'ont jamais pu allier une souplesse longitudinale à une rigidité au couple permettant leur utilisation dans des tubes de grande longueur éventuellement courbés pour lesquels le ou les rayons de courbure autorisent une cer- taine dilatation différentielle entre les tubes et la ca- landre extérieure. En outre, pour ces dispositifs, il n'a jamais été prévu une disposition qui élimine ou du moins minimise les risques d'encrassement de la bande torsadée. C'est donc l'objet de l'invention de prévoir un dispositif dépourvu des inconvénients de l'art antérieur et qui soit en particulier souple longitudinalement, rigide par rapport à la torsion et dont la géométrie évite au maximum la formation de dépôt sur le dispositif. Pour cela, l'invention prévoit un dispositif de nettoyage de tubes allongés dans lesquels circule un fluide et distiné à l'amélioration du transfert thermique entre l'intérieur et l'extérieur de ces tubes, ledit dispositif étant constitué par une bande torsadée selon une forme hélicoïdale autour d'un axe de symétrie et destiné à être mis en rotation autour de cet axe. Selon l'invention, la bande torsadée est elle-même constituée par deux ailettes souples symétriques par rap- port audit axe et réunies entre elles par une languette elle-même symétrique par rapport audit axe. Selon une caractéristique complémentaire de l'inven- tion les ailettes sont recourbées, de préférence en sens inverse au sens de rotation autour dudit axe. La bande torsadée selon l'invention présente donc une rigidité à la torsion et une souplesse longitudinale du fait de la prévision de la languette centrale. La sou- plesse des ailettes et leur forme recourbée procurent au dispositif un caractère de géométrie variable qui permet la variation du diamètre inscrit sous l'action de la circu- lation du fluide à l'intérieur du tube. Lors du fonctionnement de ce dispositif l'action du fluide en circulation à l'intérieur du tube sur la bande torsadée lui imprime un mouvement de rotation autour de l'axe et de raclage des ailettes sur la paroi, et ainsi qu'un mouvement d'ondulations et/ou de vibration qui est essentiellement dû à la souplesse longitudinale de l'ensem- ble et qui est fortement favorisé par la forme courbée des ailettes qui autorise une variation du cercle circonscrit. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante faite d'une manière uniquement illustrative en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réa- lisation d'un dispositif selon l'invention - la figure 2 est une coupe de la figure 1 - la figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention - les figures 4a, 4b, 4c, représentent des coupes schéma- tiques du dispositif de la figure 1 On a représenté sur la figure 1 le dispositif selon l'invention constitué par une bande torsadée selon une for- me hélicoidale (1) maintenue à l'intérieur d'un tube (2) par un système d'attache (3) comportant un palier tournant permettant la mise en rotation de la bande (1) sous l'effet du fluide circulant dans le tube (2) dans le sens de la flèche (6). Le dispositif d'attache est du type de celui décrit dans la demande de brevet français 83 17820 déposée le 9 Novembre 1983. La figure 1 représente uniquement une portion de la longueur du dispositif. La bande torsadée (1) est constituée par deux ailettes (7) et (8) qui sont symétriques par rapport à l'axe de symétrie (9) qui est confondu avec l'axe de rota- tion du dispositif (3) d'attache. Les ailettes (7) et (8) sont reliées entre elles par la languette (10) qui est elle aussi symétrique par rapport à l'axe (9). Les ailettes (7) et (8) et la languette (10) présentent la même forme hélicoïdale. On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe dans le plan (11) du dispositif représenté figure 1. Sur cette figure 2, l'ailette (7) est l'ailette supérieure et l'ailette (8), l'ailette inférieure. Le bord inférieur (11) de l'ailette (7) est relié au bord inférieur (12) de la languette (10) et le bord supérieur (13) de l'ailette (8) est relié au bord supérieur (14) de la languette (10). Ainsi la languette (10) est située en vis-à-vis des deux ailettes. Le bord (11) de l'ailette (7) et le bord (12) de la languette (10) sont réunis selon un arrondi très fermé. Il en est de même pour la languette (10) et l'ailette (8). Chacune des ailettes (7) et (8) possède une épaisseur maxi- male dans sa partie centrale (15) et (16). On a représenté sur cette figure 2 le sens de rotation du dispositif en fonctionnement par la flèche circulaire (17) et par le re- père (18), le cercle décrit par les bords (25) et (26) des ailettes. On comprend, à la vue de cette figure, que l'ac- tion du fluide résulte en deux forces qui s'appliquent sur les parois (27) et (28) des ailettes et qui tend à ouvrir l'arrondi et à augmenter le diamètre du cercle (18). Selon une variante de ce dispositif, on peut pré- voir que la courbure des ailettes est orientée dans le sens contraire de la flèche (17). Dans le premier cas on aura un effet de raclage sur la paroi du tube, alors que dans le second cas on aura un effet de frottement sans raclage. On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation du dispositif selon l'invention pour lequel les mêmes éléments portent les mêmes numéros. Alors que la languette (10) représentée figure 1 était beaucoup moins large que chacune des ailettes (7) et (8), celle représentée figure 3 est plus large. L'arrondi entre la languette et chacune des ailettes est beaucoup plus ouvert que dans la figure 2. L'épaisseur de chaque ailette (7) et (8) est maximale dans les parties centrales (15) et (16). On a représenté sur la figure 4 à une coupe schéma- tique de la figure 1 sur laquelle on a fait figurer l'axe (50) de la languette (10) et les axes (51) et (52) des ailettes. Ces axes se coupent avec l'angle". Cet angle est très visqueux et/ou dans le cas o le tube (2) est très long. On a représenté sur la figure 4b une coupe simi- laire de la figure 3 - on remarque que sur cette figure 4b, l'angle " est très voisin de 900. Sur la figure 4c, cet angle est supérieur à 90 , mais inférieur à 180 . Ces réalisations serontchoisies pré- férentiellement dans le cas de liquides peu visqueux et/ou dans le cas o le tube est de faible longueur. D'une manière plus générale et ainsi qu'il ressort de la description précédente, en particulier des figures 4a, 4b et 4c, les caractéristiques telles que souplesse, matière, diamètre au repos du cercle circonscrit, valeur de l'angle oa, épaisseur, pas d'hélice, etc... sont fonc- tion des caractéristiques du fluide en circulation telles que vitesse, viscosité, température, agressivité chimique et mécanique, turbidité, densité, nature (liquide, gazeux ou mixte), etc... Les dispositifs selon l'invention, en particulier ceux représentés figures 1, 2 et 3 peuvent être fabriqués en tout matériau adéquat et c'est là un autre avantage de l'invention car on pourra choisir le matériau en fonction de la nature du fluide circulant à l'intérieur du tube. Mais on choisira de préférence un matériau permettant d'élaborer une bande torsadée par extrusion, la bande ayant par exemple le profil représenté figure 2. En particulier, on pourra utiliser un matériau plas- tique tel que le polypropylène, le téflon ou le polyacétal ou encore un matériau composite. Mais on pourra aussi utiliser un dispositif métal- lique dont le profil est obtenu à partir d'une bande métal- lique plane de faible épaisseur passant dans des mollettes Ail QO de mise en forme. On procédera ensuite au torsadage, sous tension, de façon à obtenir la forme hélicoïdale voulue. La mise en forme du profil et de la forme hélicoïdale se réalise en continu sur une machine spécifique. L'invention n'est pas limitée aux modes de réali- sation décrits, elle en englobe au contraire toutes les variantes. 3.5 3.5 2 70002 REVENDICATIONS 1. Dispositif de nettoyage préventif detubes allongés dans lesquels circule un fluide, et destiné à améliorer le transfert thermique entre l'intérieur et l'extérieur de ces tubes, ledit dispositif étant constitué par une bande torsadée, selon une forme hélicoidale, autour d'un axe longitudinal de symétrie et destiné à être mis en rotation autour de cet axe sous le simple effet de la circulation du fluide caractérisé en ce que ladite bande torsadée est symétrique par rapport audit axe et consti- tuée par deux ailettes (7) et (8) réunies entre elles par une languette (10) torsadée selon la même forme hélicoïdale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes sont soupleset recourbées. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes sont recourbées dans le sens de sa rotation autour dudit axe. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux ailettes est reliée à la lan- guette avec un angle inférieur à 900 . 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux ailettes est reliée à la lan- guette avec un angle supérieur ou égal à 90 C, mais inférieur à 180 Co 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle est choisi de façon à ce que la languette soit complètement en vis-à-vis des deux ailettes. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les ailettes comportent une zône centrale de plus grande épaisseur. 8. Dispositif selonla revendication 1, caractérisé en ce que la bande torsadée est métallique. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande torsadée est en un matériau plastique tel que le polypropylène, le téflon ou le polyacétal 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande torsadée est en un matériau composite.