Brevet FR2587469A1 — publié le 19870320

La présente invention concerne un nettoyage en va-et-vient de tubes d'échangeur de chaleur et elle apporte des perfectionnements aux principes décrits dans les brevets US n 4 124 065 et 4 398 592. Il est connu, d'après les brevets précités, de relier des cages ou paniers maintenant des éléments de nettoyage allongés individuels avec les deux extrémités de tubes s'étendant longitudinalement et disposés dans un carter d'échangeur de chaleur. Les extrémités destubes sont maintenues en position aux deux extrémités par des plaques transversales. Les paniers sont adaptés pour contenir des éléments de nettoyage pouvant être déplacés en va-et-vient, comme des brosses. Un fluide s'écoulant dans une direction au travers des tubes maintiet les éléments de nettoyage emprisonnés à l'intérieur de leurs chambres de paniers respectives, tandis que le fluide est décharge à l'extérieur par l'intermédiaire d'ouvertures en forme de fentes ménagées dans des parois des paniers. Lors d'une inversion de l'écou- lement de fluide, les éléments de nettoyage sont refoulés hors de leurs paniers et au travers des tubes en direction des paniers situés aux extrémités opposées des tubes afin d'effectuer une action de nettoyage desdits tubes. Plusieurs moyens ont été proposés pour monter les paniers en communication fluidique avec les tubes, qui pénètrent par des ouvertures dans les plaques transversales. Les extrémités intérieures des paniers sont emmanchées dans les ouvertures ou bien dans les extrémités de tubes propre- ment dites. Dans d'autres agencements, les extrémités inté- rieures des paniers sont pourvues d'un collet qui est dirigé vers le bas à partir d'une lèvre évasée prévue à l'extrémité de tube qui est disposée au-delà de la face extérieure de la plaque transversale. Dans encore un autre agencement, tel que celui décrit dans le brevet US n 3 498 592 mentionné ci-dessus, un flasque de retenue est disposé vers l'extérieur de la plaque transversale, et dans l'ensemble parallèlement à celle-ci, et il coopère avec cette plaque transversale et avec les extrémités de tubes pour maintenir les paniers en place. On a observé qu'avec cette dernière structure, il ne peut pas s'établir une étanchéité correcte entre les différents éléments de sorte qu'une fuite de fluide indési- rable se produit à l'intérieur du système. On a trouvé que ce problème était causé par un mésalignement de la plaque transversale sous l'effet de la chaleur de soudage de cette plaque sur l'enveloppe. Il en résulte que les paniers et le flasque de retenue ne sont pas correctement positionnés et il en résulte ladite fuite de fluide indésirable. Un objet de la présente invention est de corriger un mésalignement d'une plaque transversale à tubes d'échan- geur de chaleur de telle sorte qu'il existe une étanchéité correcte entre les éléments coopérants, notamment la plaque transversale, les tubes, les paniers et le flasque de retenue. Un autre objet consiste à corriger le mésalignement d'une manière peu coûteuse mais cependant efficace. Conformément aux différents aspects de la présente invention, il est prévu des moyens longitudinalement compres- sibles entre le flasque de retenue et/ou les paniers et leurs éléments associés. Dans une réalisation, le moyen compressible est disposé entre le flasque de retenue et les paniers de telle sorte que ces derniers soient automatiquement réglés par rapport à la plaque transversale et au tube adjacent de l'échangeur de chaleur. Dans une autre réalisa- tion, le moyen compressible est disposé entre le flasque de retenue et son support périphérique adjacent-au fond du carter de telle sorte que le flasque de retenue soit également un réglage automatique. Dans une autre réalisation, le moyen compressible est disposé entre le flasque de retenue et la plaque transversale à tubes de façon à permettre un réglage automatique additionnel du flasque. Différentes combinaisons desdites réalisations sont possibles. En outre on peut utili- ser différents types de moyens compressibles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur et de ses commandes d'écoulement de fluide; la figure 2 est une-vue en perspective fragmentaire d'une partie de l'intérieur de l'échangeur de chaleur, montrant la plaque transversale de fixation de tubes et le flasque de retenue; la figure 3 est une vue fragmentaire d'une forme du disposi- tif, des parties étant représentées en vue arrachée et en vue en coupe, afin de montrer les résultats d'un mésalignement de la plaque transversale à tubes; la figure 4 est une vue semblable à la figure 3 et montrant une forme de correction d'un mésalignement de la plaque transversale à tubes; la figure 5 est une vue fragmentaire d'un dispositif légèrement différent, montrant une autre forme de correction la figure 6 est une vue en coupe faite selon la ligne 6-6 de la figure 5; la figure 7 est une vue dans l'ensemble semblable à la figure 5 et montrant encore une autre forme de correction; et la figure 8 est une vue semblable dans l'ensemble à la figure 5 et montrant encore une autre forme de correction. La présente invention concerne des échangeurs de chaleur du type à tubes. Une représentation schématique d'un tel échangeur et de ses commandes d'écoulement de fluide est représentée sur la figure 1. L'échangeur 1 comprend un carter cylindrique pourvu de fonds de fermeture 3 et 4 et dans lequel sont disposés une pluralité de tubes 5 s'étendant longitudinalement.Les extrémités ouvertes exposées des tubes 5 sont reliées à des plaques transversales circulaires 6 et 7 de fixation de tubes qui sont espacées des fonds extrêmes respectifs 3 et 4. Le fond 3 et la plaque transversale à tubes 6 délimitent une chambre d'écoulement de fluide 8 tandis qu'une cloison séparatrice 9 sépare l'espace situé entre le fond 4 et la plaque transversale 7 en deux chambres d'écoulement de fluide 10 et 11. Un fluide d'échange de chaleur est introduit par l'intermédiaire d'une entrée 12 dans la zone entourant les tubes 5 et est déchargé par l'intermédiaire d'une sortie 13. L'échangeur de chaleur 1 est également relié à une source de fluide 14, à une pompe 15 et à un distributeur de fluide 16 par différents conduits de la manière classique. Du fluide est canalisé dans les -tubes 5 par l'intermédiaire des chambres 10, 8 et 11, dans cet ordre ou dans un ordre inverse, en fonction de la position du distributeur 16. L'échangeur de chaleur 1 est pourvu d'un disposi- tif de nettoyage de tubes. Dans ce but, les extrémités de chaque tube 5 sont reliées à un dispositif de retenue qui comprend, dans la réalisation considérée, un panier fendu allongé 17 s'étendant longitudinalement, qui est coaxial aux tubes et qui est formé d'un métal ou d'un autre matériau approprié. Le panier est fendu en 18. L'extrémité extérieure de chaque panier 17 est pourvue de deux pattes étroites 19 qui sont repliées et jointes, par exemple par une soudure , pour former une butée. Chaque panier forme une chambre de retenue 21 destinée à contenir un dispositif de nettoyage de tube 22 qui est adapté pour se déplacer alternativement vers l'avant et vers l'arrière entre des paniers extrêmes et à l'intérieur de son tube associé 5 lors d'une inversion de l'écoulement de fluide par le distributeur 16. L e dispositif 22 peut être de tout type bien connu et désiré. Pour simplifier le dessin, la structure représen- tée sur les figures 2 à 8 correspond à l'extrémité de gauche de l'échangeur de chaleur 1 de la figure 1 mais il va de soi que des structures semblables et inversées seraient prévues à l'extrémité de droite de l'échangeur. Dans toutes les réalisations considérées, les tubes 5 sont représentés comme s'étendant au travers des plaques transversales 7 de façon à se terminer au delà de la face extérieure de la plaque transversale, comme indiqué en 23. De façon analogue, des paniers 17 s'étendent vers l'inté- rieur de façon que leurs extrémités intérieures 24 soient engagées télescopiquement dans les parties extrêmes de tubes 23, cf. par exemple la figure 4. Dans l'exemple considéré, les parties 24 sont adaptées pour s'engager télescopiquement sur les parties 23, l'étanchéité étant établie par emmanche- ment entre lesdites parties. ( Les dessins, tels que la figure 4, représentent des parties 23 et 24 simplement emboi- tées librement l'une dans l'autre pour mettre en évidence des tolérances qui sont exagérées sur le dessin). En référence aux figures 2 et 3, un flasque de retenue 25 est disposé longitudinalement à l'extérieur de la plaque transversale 7 et parallèlement à celle-ci, en formant un espace 26 entre le flasque et la plaque. Le diamètre du flasque de retenue 25 est inférieur à celui de la plaque transversale 7. Le flasque 25 est solidement fixé sur la plaque transversale 7, par exemple par des boulons 27, et un anneau d'espacement 28 est disposé entre les éléments. En outre, la partie périphérique extérieure de la plaque transversale 7 est fixée sur une partie périphérique 29, formant une bride dirigée vers l'extérieur, du fond 3, par exemple par des boulons 30. De façon analogue, des paniers 17 passent au travers du flasque de retenue 25 et sont maintenus de façon réglable dans une position longitudinale par une liaison filetée 31, de telle sorte que les parties d'extrémi- tés intérieures 24 des paniers s'étendent vers l'intérieur depuis le flasque 25 en direction de la plaque transversale 7 respective. Si la plaque transversale 7 était parfaitement plane, comme elle est normalement conçue pour l'être, des parties extrêmes de paniers 24 seraient emmanchées télescopiquement sur les parties extrêmes respectives 23 des tubes. Cependant comme le montre la figure 3, la plaque transversale 7 a été déformée et mésalignée par rapport aux autres éléments sous l'efRt de facteurs tels que la chaleur de soudage des bords de la plaque transversale sur le carter 2 de l'échangeur de chaleur. Il en résulte, dans l'exemple représenté, un écartement de la plaque transversa2 7 par rapport au flasque 25 et la formation d'une surface de courbure concave 32 dans l'espace 26. En conséquence les extrémités 23 des tubes 5 sont disposées de telle sorte que les extrémités 24 des paniers 17 ne peuvent pas s'appliquer de façon étanche contre elles et qu'il se forme des fuites de fluide entre elles, comme indiqué par les flèches. Si la surface 32 était convexe au lieu d'être concave, le flasque de retenue 25 ne pourrait pas se placer correctement parallèlement à la plaque transversale 7 de fixation de tubes, et il en résulterait également un défaut d'étanchéité entre les parties adjacentes. La figure 4 représente une forme de construction permettant de corriger le mésalignement mentionné ci-dessus. La structure est dans l'ensemble semblable à celle représentée sur la figure 3, excepté qu'un moyen compressible longitudi- nalement est disposé entre les paniers 17 et les flasques de retenue 25. A la place d'une liaison filetée, telle que 31, entre ces éléments, la face intérieure du flasque deretenue 25 est pourvue d'une pluralité d'évidements 33 et les parties extrêmes intérieures des paniers 17 sont étagées de façon à former des épaulements 34 s'étendant radialement vers l'extérieur et se terminant par des collerettes annulaires qui peuvent coulisser dans les évidements 33, avec des tolérances très serrées. Une garniture élastique compressible 36 en forme de rondelle annulaire est diposée entre les épaulements 34 et le fond des évidements 33. Les dimensions nominales sont telles que, si la plaque transversale 7 de fixation de tubes n'est pas déformée, les garnitures 36 sont légèrement comprimées lorsque les paniers 17 et les tubes 5 sont engagés télescopiquement l'un dans l'autre. Cependant, si la plaque transversale 7 était déformée, comme indiqué en traits mixtes sur la figure 4, les garnitures 36 produisent un décalage longitudinal des paniers 17 jusque dans leur position correcte par rapport aux tubes 5. Les figures 5 à 8 représentent une structure légèrement différente dans laquelle la partie périphérique 29 du fond 3 est séparée de la périphérie extérieure de la plaque transversale 7, par exemple par un anneau 37 qui est interposé entre les éléments, l'ensemble étant maintenu assemblé par des boulons 30. La partie périphérique intérieu- re de l'anneau 37 est étagée, de façon à créer des surfaces longitudinales respectivement extérieure 38 et intérieure 39 qui sont jointes par une surface transversale 40. En outre, dans ce cas, le flasque de retenue 25 n'est pas solidement fixé sur la plaque transversale 7 mais il est adapté pour se déplacer longitudinalement entre la plaque 7 et le fond 3. Dans ce but, la partie marginale extérieure du flasque de retenue 25 est également étagée et de manière à s'adapter complémentairement à la partie étagée de l'anneau 37, au moyen de surfaces longitudinales respectivement extérieure 41 et intérieure 42 qui sont jointes par une surface transversale 43. La structure est telle que les surfaces de plaque 41 et 42 entrent étroitement en contact avec les surfaces respectives 38 et 39 de 1' anneau de manière à pouvoir obtenir un mouvement relatif de glissement, les surfaces 43 et 40 étant tournées l'une vers l'autre et espacées l'une de l'autre. Un évidement 44 est ainsi établi entre les surfaces et reçoit un moyen compressible longi- tudinalement. Dans la réalisation de la figure 5, le moyen compressible longitudinalement, qui est en principe disposé entre le flasque 25 et le fond 3, comprend une garniture annulaire 45 qui s'étend autour de la périphérie de l'échangeur de chaleur. Il est envisagé que la garniture 45 puisse exercer la seule correction de mésalignement mais la figure 5 montre également, en complément, une structure semblable à la figure 4 et utilisant une garniture 36 placée entre les paniers 17 et le flasque 25. Dans une telle struc- ture à double garniture, les paniers 17 et le flasque 25 sont déplaçables individuellement et longitudinalement l'un par rapport à l'autre, des paniers déplaçables 17 étant supportés par le flasque déplaçable 25. Un mouvement du flasque 25 longitudinalement vers l'extérieur augmente les forces de compression exercées par l'intermédiaire de la garniture 45 et réduit les forces de compression exercées par l'intermédiaire de la garniture 36 en vue d'obtenir dans l'ensemble une relation d'équilibre entre les forces. Cet équilibre est également établi lors d'un mouvement du flasque longitudinalement vers l'intérieur. La figure 7 est dans l'ensemble semblable à la figure 5 mais elle fait intervenir additionnellement un autre moyen compressible longitudinalement ( qui pourrait dans certains cas opérer sans l'autre moyen compressible). Comme indiqué, une garniture 46 en forme de disque est disposée dans l'espace 26 existant entre la plaque transver- sale 7 de fixation de tubes et le flasque 25 et elle comporte des ouvertures appropriées au voisinage de chaque ensemble tube-panier. La garniture 46 est normalement en compression, comme indiqué, et elle se dilate ou se contracte en fonction d'une déformation de la plaque transversale 7 de fixation de tubes. D'autres moyens élastiques compressibles peuvent être utilisés à la place d'une garniture telle que celle décrite ci-dessus, sans sortir du cadre de l'invention. La figure 8 montre l'utilisation de ressorts 47, 48 à la place des garnitures 36, 45. Dans cette réalisation, comme cela peut aussi être le cas avec d'autres, des broches de posi- tionnement 50, 51 peuvent faire saillie du fond 3 pour s'engager dans des évidements appropriés ménagés dans la plaque transversale 7 et dans le flasque de retenue 25 afin de faciliter l'assemblage et le centrage des éléments. Il est à noter que la broche 51 est centrée par rapport au ressort 48 sur la figure 8. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur comportant un carter (2) pourvu d'éléments extrêmes (3, 4) formant des fonds, une pluralité de tubes d'écoulement de fluide (5) s'étendant longitudinalement et disposes à l'intérieur dudit carter, des éléments (6, 7) formant des plaques transversales de fixation de tubes, disposés à l'intérieur dudit carter et comportant des ouvertures en communication avec les extrémités desdits tubes, et en outre des éléments formant paniers (17), s'étendant longitudinalement et destinés à recevoir des dispositifs de nettoyage (22) des tubes à mouvement alternatif, et en ce qu'il est en outre prévu: (a) un flasque de retenue (25) disposé longitudinalement à l'extérieur de et dans l'ensemble parallèlement à un desdits éléments (7) formant plaques transversales de fixation de tubes, et (b) un moyen longitudinalement compressible (36, 45-48) disposé entre ledit flasque de retenue (25) et au moins un des éléments précités (17, 3, 7) afin de compenser un mésalignement d'une desdites plaques transversales de fixation de tubes (7) par rapport audit carter de l'échangeur de chaleur. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen longitudinalement compressi- ble (36, 47) est disposé entre ledit flasque de retenue (25) et lesdits éléments formant paniers (17). 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit flasque de retenue (25) est solidement fixé sur ledit élément (7) formant plaque transver- sale de fixation de tubes. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen longitudinalement compres- sible (45, 48) est disposé entre ledit flasque de retenue (25) et ledit élément extrême formant fond (3). 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit flasque de retenue (25) est déplaçable longitudinalement par rapport audit élément formant plaque transversale de fixation de tubes (7). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen longitudinalement compres- sible (46) est disposé entre ledit flasque de retenue (25) et ledit élément formant plaque transversale de fixation de tubes (7). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: (a) un premier moyen longitudinalement compressible (36, 47) est disposé entre ledit flasque de retenue (25) et lesdits éléments formant paniers (17), (b) et un second moyen longitudinalement compressible (45, 48) est disposé entre ledit flasque de retenue (25) et ledit élément extrême formant fond (3). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que: (a) lesdits éléments formant paniers (17) sont supportés par ledit flasque de retenue (25), (b) et lesdits éléments formant paniers (17) ainsi que ledit flasque de retenue (25) sont déplaçables individuelle- ment et longitudinalement l'un par rapport à l'autre. 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième moyen longi- tudinalement compressible (46) qui est disposé entre ledit flasque de retenue (25) et ledit élément formant plaque transversale de fixation de tubes (7).