Brevet FR2613471A1 — publié le 19881007

La présente invention est relative à un manchon d'étanchéité pour échangeur thermique, et plus particulièrement à un dispositif de maintien de tubes sur des plaques tubulaires constituant une partie d'un échangeur thermique. Parmi les différents modes de réalisation d'un échangeur thermique, il en est un qui consiste à monter un faisceau de tubes, parallèles entre eux, maintenus en place à chacune de leurs extrémités par deux plaques appelées "plaques tubulaires", qui constituent deux faces parallèles de l'enveloppe exterieure dudit échangeur thermique. Généralement, le fluide à réchauffer circule dans les tubes mettant en communication une enceinte d'entrée avec une enceinte de sortie, tandis que le fluide à refroidir traverse l'échangeur en enveloppant le faisceau tubulaire. Entre chaque plaque tubulaire et un élément du faisceau est interposé un manchon qui est introduit dans un orifice menagé dans les parois de l'enceinte et apporte ainsi l'étanchéité requise. En effet, le manchon ne doit pas permettre le passage de gaz, ni de condensats éventuellement formés par suite du refroidissement opére, entre l'ossature généralement métallique de l'échangeur et le tube traverse par le fluide de refroidissement. Le manchon doit egalement satisfaire à de sévères conditions operatoires, telles que la faculte d'autonettoyage et l'absorption des tolerances de fabrication et des variations dimensionnelles dues à la dilatation. C'est ainsi que le manchon d'étanchéité ne doit pas constituer, à 1 'intérieur d'un échangeur à faisceau tubulaire horizontal, de point d'accrochage pour les poussières éventuellement véhiculees par les fumees à refroidir, car l'accumulation de particules solides sur les surfaces d'échange provoque une diminution du rendement de l'échangeur. Le manchon doit egalement s'adapter aux variations des cotes, tant des tubes que des tôles constituant l'ossature de l'échangeur ; or, il apparaft que les tolérances de fabrication et de montage sont proportionnellement plus importantes lorsque le diametre des tubes diminue.Enfin, les echanges thermiques provoquent des phénomènes de dilatation, dont l'ampleur differe selon la nature des matériaux utilises, surtout si d'une part les tubes sont realisés en verre et d'autre part si l'ossature est metallique. On connait un manchon de ce type, présentant une zone d'appui sur la tranche de la tôle constituant la plaque tubulaire et une zone centrale de maintien de l'élément tubulaire, chaque tube comportant un manchon à chaque extrémité. Le manchon ainsi conformé procure une bonne étanchéité à deux conditions : l'épaisseur de la plaque tubulaire doit être importante pour assurer le maintien en place, et le pas entre chaque tube, suffisamment grand pour permettre à la zone centrale de maintien de se déformer radialement, à l'intérieur même de l'orifice menage dans la plaque tubulaire. I1 n'en va plus de même lorsque l'épaisseur des tôles est réduite et que, pour augmenter le rendement de l'échange thermique, on augmente le nombre de tubes du faisceau tout en recherchant un encombrement minimal. La présente invention remédie à ces inconvénients. Elle a pour objet un manchon d'étanchéité pour un echangeur thermique constitué d'un faisceau de tubes parallèles entre eux monté entre deux plaques tubulaires parallèles, le manchon étant du type présentant une zone de fixation sur la tranche d'un orifice ménage dans chaque plaque tubulaire et une zone de maintien cooperant avec l'extrémité de chaque tube, la zone de fixation et la zone de maintien étant décalées axialement, et la zone de maintien etant située à l'extérieur de la zone de fixation et lateralement par rapport a celle-ci. Suivant un mode de réalisation de l'invention, la zone de fixation comporte une gorge délimitée par deux butées, la gorge coopérant avec un orifice ménagé dans la plaque tubulaire et les butées s'étendant radialement vers l'extérieur, contre ladite plaque tubulaire. En outre, la zone de maintien est constituée d'une lèvre s'appliquant radialement contre le tube. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, la zone de maintien est constituee par une gaine tubulaire présentant une enveloppe cylindrique dont le diamètre est inférieur au diamètre exterieur du tube. De plus, l'enveloppe cylindrique est interrompue axialement par un épaulement radial formant butée pour le tube. On obtient ainsi un manchon étanche, permettant d'utiliser des tôles de faible épaisseur et de diminuer le pas des tubes du faisceau de l'échangeur thermique. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, sur lesquels - la Fig. 1 est une demi-coupe axiale d'un ensemble tube-plaque tubulaire suivant un premier mode de realisation de l'invention ; - la Fig. 2 est une demi-coupe axiale d'une variante de réalisation de l'invention. Comme represente à la Fig. 1, un tube T d'axe X-X appartenant à un faisceau tubulaire d'un échangeur thermique est maintenu en place sur une plaque tubulaire P au moyen d'un manchon M. Le tube T permet à un fluide de refroidissement de traverser l'échangeur depuis une enceinte d'entrée E jusqu'à une enceinte de sortie, le manchon M etant monté à chaque extrémite du tube T, tandis que le fluide à refroidir circule autour du tube T. Le manchon M, qui est de révolution autour de l'axe X-X, est introduit dans un orifice 1 menage dans la plaque P, à l'intérieur duquel il reste en place grâce à une gorge 2 ménagée dans son epaisseur, qui coopère avec l'orifice 1. La gorge 2 est délimitée dans le sens longitudinal par une butee formant collerette 3, s'étendant radialement vers l'extérieur et s'appliquant contre la plaque P d'une part, et une butee 4 également appliquée contre la plaque P d'autre part. L'ensemble de la collerette 3, de la gorge 2 et de la butée 4 constitue une première partie 5 formant zone de fixation du manchon M sur la plaque P. La longueur axiale de la gorge correspond à l'épaisseur de la plaque P, augmentée éventuellement, comme représenté, de celle d'une couche protectrice 6 contre l'effet corrosif des fumées et des condensats traversant l'échangeur, appliquée sur le coté exposé de la plaque P. Le diamètre interne de la zone de fixation 5 est supérieur à celui du tube T, de maniere que ce dernier la traverse avec jeu. La zone de fixation 5 se raccorde à une zone de maintien 7, decalee latéralement dans le sens axial, principalement constituee par une lèvre 8 qui s'applique radialement contre le tube T. Le raccordement de la face interne 5a de la zone de fixation 5 avec la levre 8 s'effectue par un alésage tronconique 9. La zone de maintien 7 est délimitée diamétralement par une face d'extremite 10 se raccordant à la lèvre 8 par un evidement tronconique 11, de sommet dirigé vers la zone d'appui 5, et extérieurement par une surface cylindrique 12, de diametre inferieur à celui de la gorge 2. De préférence, la butée 4 et la surface cylindrique 12 sont raccordées par une portée également tronconique 13.Le diamètre interne de l'ouverture ménagée par l'évidement ll dans la face 10 est donc superieur à celui du tube T. Le materiau constituant le manchon d'étanchéité est, de préférence, constitué par du polytétrafluoroethylène, ou "TEFLON", marque déposée par la Société DU PONT DE NEMOURS, dont les proprietes de resistance à la corrosion, de souplesse et de glissement conviennent particulierement bien. Le montage du manchon M à l'intérieur de l'orifice 1 est tres simple, puisqu'il suffit d'introduire dans ledit orifice la zone de maintien 7 indifféremment dans un sens ou dans l'autre, et de l'enfoncer jusqu'à pénétration de la plaque P dans la gorge 2. Le manchon est alors bloque en place, et, comme la gorge 2 est appliquee strictement contre l'orifice 1, l'étanchéité est assuree entre la plaque P et le manchon M. La collerette 3 ne sera disposée obligatoirement à l'intérieur de l'échangeur thermique que si celui-ci est revetu interieurement d'une couche protectrice 6, car ladite collerette 3 participe efficacement à son maintien en place par serrage contre la plaque P.La mise en place du tube T s'effectue ulterieurement, et très simplement, grâce au guidage procure par la face interne 5a et les evidements tronconiques 11 ou 9, suivant le sens de l'introduction. I1 est ensuite maintenu serré grâce à la lèvre 8 contre laquelle il s'applique fermement, de sorte que le montage du tube T dans le manchon est étanche. On conçoit ainsi aisément que le manchon M peut être place sur des plaques tubulaires meme de faible epaisseur, par exemple de 2 mm, puisqu'il suffit de faire penetrer ladite plaque dans la gorge 2, la fixation etant assurée par la collerette 3 et la butée 4. Par ailleurs, le decalage axial des zones de fixation 5 et de maintien 7 permet de reporter à l'extérieur de la tranche de la plaque P la fonction de maintien en place du tube T. Suivant la variante de réalisation représentée à la Fig. 2, le manchon M est destiné â maintenir en place un faisceau tubulaire dispose verticalement. Le manchon M d'axe X-X comporte, comme précédemment, une gorge 2 destinée à recevoir la plaque P et delimitee par deux butées 21 et 22. La butée 21 se raccorde avantageusement à une extrémité 23 délimitée par deux enveloppes cylindriques, de meme axe X-X, l'une extérieure 24, et l'autre interieure 25. L'enveloppe exterieure 24 a un diamètre inférieur à celui de l'orifice 1 menage dans la plaque P pour faciliter la mise en place du manchon M. La butee 22 se prolonge radialement par une gaine tubulaire 26, qui présente une face transversale d'extrémité 27 dans laquelle est menage un evidement cylindrique 28 de diamètre supérieur à celui du tube T de l'échangeur ; l'évidement 28 se prolonge axialement et intérieurement par un alesage tronconique 29 ouvert vers l'extrémité 27 puis par une enveloppe cylindrique 30, limite par un epaulement radial 31, interrompant lui-meme l'enveloppe cylindrique intérieure 25. La partie constituée par les butées 21,22, la gorge 2 et l'enveloppe intérieure 25 correspond à la zone de fixation du manchon M sur la plaque tubulaire P et la gaine tubulaire 26 correspond à la zone de maintien en place du tube T ; le diametre de l'enveloppe cylindrique 30 etant inférieur à celui du tube T, ce dernier est maintenu en place et l'étanchéité entre le tube et le manchon est préservée. Comme le faisceau tubulaire est disposé verticalement, la plaque tubulaire inférieure horizontale reçoit les tubes qui viennent en butée contre l'épaulement 31 de chaque manchon M. L'autre plaque tubulaire supérieure porte des manchons du type présenté à la Fig. 1, puisqu'il suffit qu'ils soient maintenus en place, sans empêcher leur dilatation sous l'effet des phénomènes thermiques intervenant lors de l'échange. REVENDICATIONS 1.- Manchon d'étanchéité pour un echangeur thermique constitué d'un faisceau de tubes parallèles entre eux monte entre deux plaques tubulaires parallèles, le manchon étant du type présentant une zone de fixation (5) coopérant avec la tranche d'un orifice (1) ménage dans chaque plaque tubulaire (P) et une zone de maintien (7) coopérant avec l'extrémité de chaque tube (T), la zone de fixation (5) et la zone de maintien etant décalées axialement, caractérisé en ce que la zone de maintien (7) est situee à l'extérieur de la zone de fixation (5) et latéralement par rapport à celle-ci. 2.- Manchon suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de fixation (5) comporte une gorge (2) delimitee par deux butées (3-21, 4-22), la gorge (2) coopérant avec l'orifice (1) ménagé dans la plaque tubulaire (P) et les butées (3-21, 4-22) s'etendant radialement vers l'extérieur, contre ladite plaque tubulaire (P). 3.- Manchon suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la butée (3) est constituée par une collerette maintenant une couche protectrice (6) appliquée contre l'intérieur de la plaque (P). 4.- Manchon suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de maintien (7) est constituée d'une lèvre (8) s'appliquant radialement contre le tube (T). 5.- Manchon suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la zone de maintien (7) est delimitée par une surface cylindrique extérieure (12), dont le diametre est inferieur à celui de la gorge (2). 6,- Manchon suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de maintien (7) est constituee par une gaine tubulaire (26) présentant une enveloppe cylindrique (30) dont le diamètre est inférieur au diamètre extérieur du tube (T). 7.- Manchon suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe cylindrique (30) est interrompue axialement par un épaulement radial (31) formant butée pour le tube (T).