Brevet FR2959792A1 — publié le 20111111

BOITIER D'ETANCHEITE POUR TRAVERSEE DE PAROI La présente invention a pour objet un boîtier d'étanchéité pour une paroi traversée par au moins un tube. Le boîtier est en particulier destiné à assurer l'étanchéité au niveau de la zone de la paroi traversée par au moins un tube pouvant générer des échanges thermiques avec la paroi. Il a été envisagé d'obtenir cette étanchéité par un soudage des tubes traversants sur la paroi. Un tel soudage n'est toutefois pas toujours réalisable, pour des raisons technologiques et liées à la géométrie de la paroi. On a ainsi été amené à développer des boîtiers d'étanchéité métalliques soudés sur la paroi autour des zones traversées par les tubes. Bien que différentes géométries de boîtier aient été proposées, les boîtiers connus présentent toutefois des problèmes de fissuration. Une telle paroi peut notamment être celle d'un dispositif de transport d'énergie thermique, comme par exemple une paroi de chaudière. Les parois d'un dispositif de transport d'énergie thermique sont classiquement traversées par des tubes générant des échanges thermiques, comme par exemple des tubes d'un échangeur de chaleur, qui peuvent être un économiseur, un surchauffeur ou un resurchauffeur. Ces tubes constituent dans le dispositif des surfaces d'échange thermique qui permettent de surchauffer de la vapeur d'eau et d'augmenter ainsi la valeur énergétique de la vapeur d'eau. La différence de pression importante entre l'intérieur et l'extérieur du dispositif de transport d'énergie thermique impose qu'une très bonne étanchéité soit réalisée entre l'intérieur et l'extérieur du dispositif. Les boîtiers d'étanchéité de l'art antérieur engendrent des fissures créées par des déformations du boîtier et de la paroi, du fait de dilatations différentielles entre la paroi et le boîtier. Ces fissures peuvent affecter le boîtier et la paroi et causer des fuites de gaz, ce qui engendre des coûts de maintenance supplémentaires et des pertes d'exploitation importantes. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention propose en particulier un boîtier d'étanchéité permettant notamment de s'affranchir de ces problèmes de fissuration. L'invention a ainsi pour objet un boîtier destiné à assurer l'étanchéité d'une paroi autour d'au moins une ouverture de ladite paroi permettant le passage d'au moins un tube traversant, le boîtier comprenant : - une partie avant comprenant des éléments de réception du ou des 5 tubes traversants, - une partie arrière comprenant une bordure destinée à être fixée à la paroi autour de la ou des ouvertures. Le boîtier selon l'invention comprend en outre un élément de liaison souple disposé entre la partie avant et la partie arrière, de manière à entourer 10 le ou les tubes traversants en configuration opérationnelle du boîtier. Ainsi, l'utilisation d'un élément de liaison souple entre la partie avant et la partie arrière permet de s'adapter aux diverses dilatations différentielles, ce qui permet de limiter les risques de fissuration. Par « tube » au sens de l'invention, on entend tout conduit pour 15 fluides, quelle que soit la forme de sa section transversale. Par « élément souple » au sens de l'invention, on entend un élément qui permet de relier deux parties rigides entre elles en autorisant aisément, de manière flexible, des déplacements relatifs tridimensionnels entre les parties. Cette définition du terme « souple » exclut ainsi les éléments entièrement 20 métalliques rigides. L'élément souple est avantageusement élastique. L'élément de liaison peut relier les bords de la partie avant et de la partie arrière de manière à constituer au moins une partie des faces latérales du boîtier. L'élément de liaison peut comprendre un matériau textile. On peut par 25 exemple utiliser un matériau textile comprenant des fibres de verre et des fils d'acier. La partie avant et la partie arrière peuvent comprendre des moyens de fixation de l'élément de liaison. Les moyens de fixation peuvent comprendre un support de fixation 30 intérieur et un support de fixation extérieur entre lesquels est disposé l'élément de liaison. Le support de fixation intérieur de la partie arrière peut être destiné à être fixé à la paroi de la chaudière et être muni de fentes. Le support de fixation intérieur de la partie arrière peut comprendre au moins deux segments de support de fixation séparés. Il peut notamment comprendre deux segments de support de fixation horizontaux et deux segments de support de fixation verticaux. La partie avant et la partie arrière peuvent être reliées entre elles par des éléments de liaison supplémentaires, et notamment par des biellettes. L'invention a également pour objet un dispositif comprenant une paroi ayant au moins une ouverture permettant le passage d'au moins un tube traversant, et, sur sa paroi, au moins un boîtier décrit ci-dessus. Ce dispositif peut être un dispositif de transport d'énergie thermique, tel qu'une chaudière. La paroi peut être une paroi à tubes à ailettes. En effet, dans un mode de réalisation, les tubes de la paroi peuvent être reliés entre eux par des ailettes et sont appelés tubes à ailettes. Dans le cas d'une chaudière, les tubes et les ailettes sont soudés ensemble pour assurer l'étanchéité aux gaz de combustion produits dans la chaudière. Les tubes traversants peuvent être des tubes d'un échangeur de chaleur. Les tubes traversants peuvent ne pas être fixés à leurs éléments de 20 réception du boîtier. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 25 - la figure 1 est une vue en perspective d'un boîtier selon l'invention, et - les figures 2 et 3 sont des vues partielles du boîtier de la figure 1. Le boîtier 1, tel qu'illustré à la figure 1, est destiné à assurer l'étanchéité d'une paroi 2 traversée par au moins un tube 3 traversant. 30 Dans le mode de réalisation qui est décrit ici, la paroi 2 est celle d'une chaudière et est traversée par une pluralité de tubes traversants 3, notamment des tubes 3 d'un échangeur de chaleur. Il est entendu qu'il pourrait s'agir d'une paroi de tout autre dispositif à paroi traversée, tel qu'un dispositif de transport d'énergie thermique. La paroi 2 est généralement chaude. Le boîtier 1 est fixé à la paroi 2, à l'extérieur de la chaudière. La paroi 2 de la chaudière, typiquement la paroi de la chambre de combustion ou four de la chaudière, est constituée dans le présent mode de réalisation de tubes 4 reliés entre eux par des ailettes 5, appelés tubes 4 à ailettes 5, dans lesquels circule de l'eau, de l'émulsion ou de la vapeur. L'énergie libérée dans la chaudière par les réactions chimiques d'un combustible est généralement utilisée pour évaporer de l'eau circulant dans les tubes 4. L'invention n'est toutefois pas limitée aux parois à tubes à ailettes et peut s'appliquer à tout type de paroi de chaudière. Les tubes 3 de l'échangeur de chaleur acheminent de la vapeur d'eau de l'extérieur de la chaudière vers l'intérieur de la chaudière, de manière à la 15 surchauffer. Le boîtier 1 est destiné à assurer l'étanchéité de la paroi 2 autour de la zone de la paroi 2 qui est traversée par les tubes 3 de l'échangeur de chaleur. Le boîtier 1 comprend une face avant 6 rigide, par exemple métallique, destinée à la réception des tubes 3 de l'échangeur de chaleur situés à 20 l'extérieur de la chaudière. A cet effet, des manchons 7 de réception des tubes 3 de l'échangeur de chaleur sont soudés sur des supports de manchon 8 fixés sur une plaque 9 en acier de la face avant 6. Les manchons 7 ont des diamètres complémentaires de ceux des tubes 3, de sorte que les tubes 3 puissent y être insérés quasiment sans jeu, sans pour autant nécessiter de 25 soudure mais tout en gardant une certaine étanchéité. Un tel montage sans soudure permet une réduction des points de blocage, sources de fissuration. On peut toutefois également envisager un autre mode de réalisation dans lequel les tubes 3 sont soudés aux manchons 7. La plaque 9 de la face avant 6 est sensiblement rectangulaire, avec des coins arrondis. 30 Le boîtier 1 comprend également une partie arrière 10 rigide, qui sera détaillée dans la suite de la description, ainsi qu'un élément de liaison étanche et souple comprenant un joint d'étanchéité 11 souple disposé entre la partie avant 6 et la partie arrière 10 et qui complète la surface extérieure du boîtier 1. Le joint 11 relie la partie avant 6 du boîtier 1 à la partie arrière du boîtier 1, sur tout le pourtour du boîtier 1. En configuration opérationnelle, le boîtier 1 constitue ainsi une surface fermée dont les parois latérales sont formées, au moins pour l'essentiel, par le joint 11. Le joint 11 est destiné à entourer les tubes 3 d'échangeur de chaleur en configuration opérationnelle du boîtier 1. On veille à ce que le joint 11 soit résistant aux températures régnant au voisinage de la chaudière. Le joint 11 thermorésistant résiste ainsi de préférence à des températures allant jusqu'à 500°C. On veille également à ce que le joint 11 soit étanche à l'air et aux gaz. L'élément de liaison 11 est avantageusement constitué d'un matériau textile. On peut par exemple utiliser comme joint 11 le matériau commercialisé sous la dénomination Super Twilstele® HT/XA par la société James Walker. Ce matériau est un matériau à base de fibres de verre renforcées par des fils d'acier inoxydable, le matériau étant imperméabilisé par du caoutchouc synthétique. Il résiste à des températures allant jusqu'à 575°C. Le joint 11 confère au boîtier 1 la souplesse nécessaire pour éviter la formation de fissures. Sur chaque partie avant 6 et arrière 10 du boîtier 11, le joint 11 est positionné entre deux supports de fixation, un support de fixation intérieur, situé à l'intérieur du boîtier 1, et un support de fixation extérieur, situé à l'extérieur du boîtier 1, appelés ci-après brides 12,16 et contrebrides 13,18 respectivement. Sur la partie avant 6, les bords 12 de la plaque 9 constituent la bride 12 de fixation du joint 11. Les bords 12 et la plaque forment une seule pièce, obtenue par exemple par soudage. Les bords 12 de la plaque 9 sont généralement perpendiculaires au plan de la plaque 9. Plusieurs contrebrides 13 sont disposées et fixées par boulonnage tout autour de la plaque 9. Une extrémité du joint 11 est ainsi fixée à la plaque 9 et aux contrebrides 13 à l'aide de boulons 14. La partie arrière 10 est détaillée aux figures 2 et 3, sur lesquelles les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références. La figure 2 illustre la partie du boîtier 1 fixée à la paroi 2 de la chaudière, tandis que la figure 3 illustre le boîtier 1 sans le joint 11. Les tubes 3 de l'échangeur de chaleur étant généralement d'un diamètre plus important que l'espace entre les tubes 4 à ailettes 5 de la paroi 2, on écarte les tubes 4 de la paroi et on enlève les ailettes 5 dans cette zone pour former une ou plusieurs ouvertures 15 grâces auxquelles les tubes 3 de l'échangeur de chaleur peuvent traverser la paroi 2. On forme par exemple trois ouvertures 15 destinées chacune au passage d'une série de tubes 3 de l'échangeur de chaleur. Une bride métallique 16 formant une ceinture autour des ouvertures 15 est soudée de manière étanche sur la paroi 2. La bride 16 est constituée de quatre segments de bride 16A,16B,16C,16D, de la largeur la plus faible possible, par exemple d'une largeur de l'ordre de 60 mm. Les quatre segments de bride 16A,16B,16C,16D comprennent deux segments horizontaux 16A,16C et deux segments verticaux 16B,16D. Les segments horizontaux 16A,16C sont séparés des segments verticaux 16B,16D. Les quatre segments 16A,16B,16C,16D ne sont pas en contact entre eux et sont espacés. Ainsi, des déformations du boîtier 1 peuvent intervenir sans créer de contraintes pouvant générer des déformations. Pour renforcer encore davantage la souplesse du boîtier 1, les segments de bride 16A,16B,16C,16D peuvent comprendre des fentes 17. Comme pour la partie avant 6, la partie arrière 10 comprend des contrebrides 18 destinées à la fixation du joint 11 et fixées par boulonnage. Les contrebrides 18 de la partie arrière 10 sont situées en vis-à-vis des contrebrides 13 de la partie avant 6. Le joint 11 est ainsi disposé entre les brides 16 et les contrebrides 18, puis le joint 11 est fixé aux brides 16 et aux contrebrides 18 à l'aide de boulons 19 (figure 1). Le joint 11 constitue ainsi la surface latérale ou au moins l'essentiel de 30 la surface latérale du boîtier 1 entre la partie avant 6 et la partie arrière 10, et ce sur tout le pourtour du boîtier 1. Outre le joint 11, des biellettes 20 munies de trous oblongs peuvent relier la partie avant 6 et la partie arrière 10 du boîtier 1, par exemple sur les faces supérieures et inférieures du boîtier 1. Les biellettes 20 permettent de limiter le déplacement de la partie avant 6 en cas de micro-explosions dans la chaudière. Les micro-explosions sont causées par des fluctuations de pression dues à la combustion dans la chaudière. Le boîtier 1 peut par exemple être monté sur la paroi 2 de la chaudière selon le procédé suivant : - soudage des brides 16A,16B,16C,16D sur la paroi 2 de la chaudière, - positionnement du joint 11 entre les brides 16A,16B,16C,16D et les contrebrides 18, - fixation du joint 11 sur les brides 16A,16B,16C,16D et les contrebrides 18 à l'aide des boulons 19, - mise en place de la plaque 9, - insertion des tubes 3 de l'échangeur de chaleur dans des ouvertures de la plaque 9, - positionnement du joint 11 entre les bords 12 de la plaque 9 et les contrebrides 13, - fixation du joint 11 sur les bords 12 et les contrebrides 13 à l'aide des boulons 14, - positionnement des manchons 7 autour des tubes 3 de l'échangeur de chaleur, - soudage des supports de manchon 8 sur les manchons 7 et sur la plaque 9, et - fixation par boulonnage des biellettes 20 entre les contrebrides 13 et les contrebrides 18. On peut utiliser un ou plusieurs boîtiers pour assurer l'étanchéité de la paroi dans les zones traversées par les tubes. Dans le cas où on utilise deux boîtiers adjacents, les écrous des boulons 14,19 de la partie avant 6 et de la partie arrière 10 qui sont situés entre les deux boîtiers sont avantageusement soudés sur leur contrebride respective 13,18, de manière à faciliter la maintenance entre les boîtiers. L'étanchéité du boîtier peut être renforcée en disposant un matériau d'étanchéité par bourrage à l'intérieur du boîtier et un calorifuge à l'extérieur du boîtier. Le boîtier peut être utilisé aussi bien dans des chaudières en pression que dans des chaudières en dépression, et plus généralement dans tout type de dispositif de transport d'énergie thermique. Dans les chaudières en dépression, la pression à l'intérieur de la chaudière est inférieure à la pression atmosphérique, et le boîtier permet de limiter le débit d'air parasite entrant dans la chaudière. Le boîtier selon l'invention constitue ainsi une structure particulièrement souple permettant d'éviter la formation de fissures, préjudiciables à l'étanchéité des parois chaudes traversées. Le boîtier peut être utilisé dans tout type de chaudière, et notamment dans des centrales de production d'électricité ou dans des installations de production de vapeur. REVENDICATIONS1. Boîtier (1) destiné à assurer l'étanchéité d'une paroi (2) autour d'au moins une ouverture (15) de la paroi (2) permettant le passage d'au moins un tube (3) traversant, le boîtier (1) comprenant : - une partie avant (6) comprenant des éléments de réception (7) du ou des tubes (3) traversants, - une partie arrière (10) comprenant une bordure (16) destinée à être fixée à la paroi (2) autour de la ou des ouvertures (15), le boîtier (1) comprenant en outre un élément de liaison (11) souple disposé entre la partie avant (6) et la partie arrière (10), de manière à entourer le ou les tubes (3) traversants en configuration opérationnelle du boîtier (1). 2. Boîtier (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de liaison (11) relie les bords de la partie avant (6) et de la partie arrière (10) de manière à constituer au moins une partie des faces latérales du boîtier (1). 3. Boîtier (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de liaison (11) comprend un matériau textile. 4. Boîtier (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie avant (6) et la partie arrière (10) comprennent des moyens de fixation (12,13,14 ;16,18,19) de l'élément de liaison (11), lesdits moyens de fixation (12,13,14 ;16,18,19) comprenant un support de fixation intérieur (12,16) et un support de fixation extérieur (13,18) entre lesquels est disposé l'élément de liaison (11). 5. Boîtier (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support de fixation intérieur (16) de la partie arrière (10) est destiné à être fixé à la paroi (2) et est muni de fentes (17). 6. Boîtier (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le support de fixation intérieur (16) de la partie arrière (10) comprend au moins deux segments (16A,16B,16C,16D) de support de fixation séparés. 7. Boîtier (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie avant (6) et la partie arrière (10) sont reliées entre elles par des éléments de liaison (20) supplémentaires. 8. Dispositif comprenant une paroi (2) ayant au moins une ouverture (15) permettant le passage d'au moins un tube (3) traversant, caractérisé en ce qu'il comprend, sur sa paroi (2), au moins un boîtier (1) selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif est une chaudière. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la paroi (2) est une paroi (2) à tubes (4) à ailettes (5). 11.Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les tubes traversants (3) sont des tubes d'un échangeur de chaleur. 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les tubes (3) traversants ne sont pas fixés à leurs éléments de réception (7) du boîtier (1).