<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne des échangeurs de chaleur tubulaires ainsi qu'un procédé pour fabriquer une paroi tubulaireo
Dans la production de vapeur pour faire tourner des centrales élec- triques, les progrès modernes ont amené une augmentation progressive des pressions et des températures de la vapeur ainsi que des dimensions des générateurs et des réchauffeurs de vapeuro
Dans des générateurs et des réchauffeurs de vapeur, une construction dans laquelle des tronçons de tubes adjacents sont reliés par soudure est souvent avantageuse, par exemple pour augmenter la rigidité ou faciliter la mise en place, ou pour réaliser une paroi étanche au gaz.
On se trouve cependant alors devant la difficulté que, si les tronçons de tube sont reliés en série, des dilatations et des contractions différentielles des tronçons de tube peuvent produire des ten- sions supérieures à cellesqui peuvent être tolérées.
Uen grande partie des frais et du temps impliqués dans la fabrication d'une grande chaudière de centrale moderne est due à la construction sur le chan- tier, et toute mesure permettant de réduire le travail sur le chantier a une va- leur pratique importante. Cela est particulièrement vrai en ce qui concerne la soudure qui peut habituellement être réalisée de façon plus économique et plus efficace à l'usinée
La présente invention comprend un élément d'échangeur de chaleur tubu- laire dans lequel le ou chaque tube comprend un certain nombre de branches parallè- les 1 une à l'autre et réliées par un dispositif de retour de fluide de sorte que dans le ou dans chaque tube,
chaque branche est reliée à une branche adjacen- te par un dispositif de retour de fluide et les branches adjacentes sont reliées entre elles par des soudureso
La présente invention pomprend également un panneau tubulaire d'échan- ge de chaleur composé de plusieurs tubes et comportant plusieurs sections de panneaux dans chacune desquelles chaque tube comprend un certain nombre de bran- ches parallèles 1 une à 1 autre et reliées entre elles par un dispositif de retour de fluide de sorte que les parties des tubes contenues dans chaque section de panneau travaillent en étant traversées par des courants de fluide parallèles qui s'écoulent dans le même sens général,
et dans lesquelles les branches adjacen- tes sont rigidement reliées entre elles par des soudureso
La présente invention comprend également un procédé pour fabriquer une paroi tubulaire suivant lequel on préfabrique des sections de panneaux tubu- laires qui sont chacune formées de tronçons de tube, chaque tronçon de tube compor- tant un certain nombre de branches parallèles 1 une à 1 autre et reliées par un dispositif de retour de fluide de sorte que chaque branche est reliée à une branche adjacente par un coude en U ou aux branches adjacentes par des coudes en U res- pectifs et les branches adjacentes sont reliées par soudure et, on bâtit sur le chantier la paroi faite de panneaux formés chacun de sections de panneaux tubulai- res reliées en série pour permettre au courant de fluide de les traverser.
Les parties de panneaux peuvent être assemblées en -panneaux sur le chantier, mais on préfabrique avantageusement un panneau complet à l'usinée Si le ¯transport ou d'autres conditions ne permettent pas une préfabrication d'un panneau entier, on peut préfabriquer une partie d'un panneau comprenant plusieurs sections de panneauxo
En fabriquant une série de parties de panneaux de différentes dimen- sions prédéterminées et en combinant différemment des parties de panneaux de la sé- rie , on peut obtenir des panneaux de différentes dimensions voulueso
Pour la mise en oeuvre de la présente invention, on relie avantageuse- ment des panneaux de façon à permettre au fluide à chauffer de les traverser en parallèle et on les dispose de façon à permettre le passage du fluide,
à travers des branches voisines de sections de panneau adjacentes de différents panneaux, environ à la même température, et on relie les branches par soudure.
<Desc/Clms Page number 2>
Lorsque la paroi doit être étanche au gaz, on peut prévoir une envelop- pe métallique extérieure étanche au gaz dunefaçon appropriée connue, mais on relie avantageusement par soudure les branches adjacentes de chaque section de panneau, les extrémités adjacentes des sections de panneaux de chaque panneau et les bran- ches adjacentes des sections de panneau de différents panneaux, de façon à former une paroi étanche au gaz.
Des formes d'exécution de l'invention seront maintenant décrites, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figo 1 est une vue schématique représentant un panneau tubulaire d'une paroi de foyer d'un générateur de vapeur à circulation forcée;
La figo 2 est une vue de côté correspondante à la figol;
La fig. 3 est un graphique représentant les températures le long des lignes A-A et B-B de la Figo 1 ;
La figo 4 est une vue schématique montrant une autre forme d'exécu- tion d'un panneau de paroi de foyer;
La figo 5 est une vue en élévation d'extrémité correspondant à la Figo 4;
La Fig. 6 est un graphique représentant les températures le long des lignes C-C et D-D de la Fige 4 ;
La Figo 7 est une vue schématique représentant une forme oblongue de panneau de paroi de foyer;
La Figa 8 est une vue schématique montrant une autre variante de pan- neau de paroi de foyer;
La Fig. 9 est une vue en élévation d'extrémité correspondant à la Figo 8 ;
La Figo 10 est une vue schématique représentant une autre variante d'un panneau de paroi de foyer;
La Fige 11 est une vue en élévation d'extrémité correspondant à la Fig. 10;
La Figo12 est une vue fragmentaire détaillée d'une partie de panneau de paroi de foyer représentée sur les Figso 10 et 11;
La Figo 13 est une vue en élévation d'extrémité correspondant à la Fig. 12;
Les Figso 14, 15 et 16 sont des vues fragmentaires représentant des détails de la fabrication étanche au gaz des panneaux de paroi de foyer ;
et,
La Fig. 17 est une vue schématique en élévation d'un générateur de vapeur contenant des plateaux surchauffeurs.
Sur les Figso 1 à 3 des dessins, un panneau tubulaire 20 est destiné à être incorporé dans une paroi de foyer d'un générateur de vapeur à circulation forcée. Dans une paroi de ce genre, une série de panneaux qui s'étendent chacun sur toute la hauteur de la paroi du foyer, sont disposés côte à côte de façon à occuper la longueur de la paroi. Les panneaux sont alimentés par un économiseur (non représenté) par l'intermédiaire de conduites 21 et débitent de l'eau à haute température ou de la vapeur à un corps devapeur et d'eau (non représenté) à travers des conduites 22.
Chaque panneau de paroi comprend des tubes 23 qui s'étendent entre un collecteur d'admission 24 et un collecteur d'évacuation 25 de façon à former des sections d'échange de chaleur supérieure et inférieure 20A et 20B res- pectivemento Chaque tube 23 du panneau comprend trois branches dans chaque section.
La première branche ou branche d'admission dans la section de panneau inférieure
<Desc/Clms Page number 3>
s'étend vers le haut à partir du collecteur d'admission 24 jusqu à un coude en U intermédiaire 26, la seconde branche ou branohe centrale s'étend vers le bas à partir du coude en U 26 jusqu à un coude en U inférieur 27, et la troisième branche s'étend vers le haut à partir du coude en U 27 et fait corps avec ou est soudée à la branche d'admission de la section de panneau supérieureo Cette branche d'admis' sion supérieure s'étend vers le haut jusqu à un coude en U supérieur 28,
la secon- de branche ou branche centrale de la section de panneau supérieure s'étendant vers le bas jusqu'à un coude en U intermédiaire 29 et la troisième branche s'étendant à partir du coude en U 29 vers le haut en ligne avec la première branche de la section de panneau inférieur jusqu au collecteur d'évacuation 25. Un écoulement parallèle de fluide se produit ainsi à partir du collecteur 24, à travers les tu- bes 23, jusqu au collecteur 250
Comme on peut le voir sur la Figo 3, les températures des tubes ex- térieurs du panneau sont semblables.
Ainsi, lorsqu on relie rigidement les panneaux adjacents, aucune déformation sérieuse due à une différence de température ne se produit aux jonctions des panneaux, De même, comme la variante de température sur chaque panneau est progressive, la tension qui se développe entre des tubes ad- jacents de chaque panneau qui sont également rigidement reliés entre eux, comme décrit ci-après, est faihle.
Dans le panneau 30 représenté sur les Figso 4 et 5, des tubes 31 comportent cinq branches dans chaque section inférieure et supérieure 30A et 30B respectivement Chaque tube s'étend vers le haut à partir d'un collecteur d'admis- sion 32, ensuite vers le bas, puis vers le haut, vers le bas et à nouveau vers le haut powrencontrer la branche d'admission d'un tube de la section supérieure, ou se prolonger par cette branche qui s'étend vers le haut, vers le bas, vers le haut, vers le bas et à nouveau yers la.haut jusqu'au: collecteur d'évacuation 33.
La Figo 6 montre à nouveau que la différence de température entre des tubes adjacents ou entre des panneaux adjacents n'est pas suffisante pour ame- ner une détérioration sérieuse par suite d'une dilatation ou d'une contraction thermique des tubes adjacents rigidement reliés entre euxo
La Figo 7 représente un panneau de paroi 40 comportant quatre sec- tions verticales 40A, 40B, 40C et 40D reliées en série les unes au-dessus des autres.
Les tubes 41 comportent trois branches dans chaque section et peuvent s' étendre de façon continue à partir du collecteur d'admission 42 jusqu au collec- teur d'évacuation 43 ou être formés de tronçons de tubes soudés ensemble aux jonctions 44 séparant les sectionso Une seconde paire de tubes 45 (représentés en traits pointillés) peut être incorporée dans'le panneau, les tubes 41 et 45 étant emboîtés les uns dans les autres, et si on le désire on peut emboîter plus de deux tubes.
Les Figso 8 et 9 représentent un panneau de paroi 50 comportant des collecteurs d'admission et d'évacuation 51 et 52 respectivement, ainsi que des collecteurs de drainage et d'égalisation 53 et 54. Des tubes 55 sont pourvus de trois branches dans la section inférieure 50A et dans la section supérieure 50Bo Chaque coude en U inférieur de la section inférieure est raccordé en 56 au collec- teur 53 et chaque coude en U,inférieur de la section supérieure est raccordé en 57 au collecteur 54. Cela étant, un coude en U est prévu pour chaque tube de chaque panneau à l'extrémité inférieure de la section de panneau inférieure et un coude en U est prévu à l'extrémité inférieure de la section de panneau supérieure.
La paroi de foyer tubulaire est ainsi pourvue d'un collecteur de drainage et d'éga- lisation 53 qui s'étend horizontalement près du bas des sections inférieures des panneaux formant la paroi, et d'un second collecteur de drainage et d'égalisation 54 qui s'étend horizontalement près des extrémités inférieures des sections supé- rieures des panneaux formant la paroi.
Les collecteurs 53 et 54 consolident égale- ment la construction, et on peut utiliser des jeux de collecteurs pour former des montants de supporto
<Desc/Clms Page number 4>
Les Fige. 10,11, 12 et 13 représentent un panneau de paroi 60 comportan des collecteurs d'admission et d'avacuation 61 et 62 respectivement, ainsi que des collecteurs de drainage et d'égalisation 63,64, 65 et 660 Des tubes 67 du ty- pe à cinq branches s'étendent vers le haut dans-la section 60A à partir du collec- teur 61, puis vers le bas pour être reliés par les tuyaux 68 du collecteur 64, ensuite vers le haut et vers le bas pour être reliés au collecteur 63 par les tuyaux 69, puis vers le haut jusqu'à la section supérieure 60B et-vers le bas pour être reliés par les tuyaux 70 au collecteur 65, ensuite vers le haut,
vers le bas pour être reliés par les tuyaux 71 au collecteur 66,eG à nouveau vers le haut pour être reliés au collecteur 62. Les différents raccordements sont claire- ment représentés sur les Figs. 12 et 13 qui montrent une partie de l'extrémité droite du panneau représenté sur la Fig. 10.
Dans une variante, les extrémités inférieures des tubes de chaque sec- tion sont reliées directement aux collecteurs 63, 64, 65 et 66, de façon à élimi- ner les coudes en U et les tuyaux 69, 70, 71 et 72. Chaque paire de branches de tubes adjacentes est reliée à un collecteur à des endroits espacés autour de ce collecteur, Ainsi, à l'extrémité inférieure de chaque section, l'écoulement du fluide entre chaque paire de branches de tubes adjacentes se produit à travers un collecteur ce qui assure un écoulement dans les collecteurs.
Dans beaucoup de cas, les sections de panneaux sont semblables en ce qui concerne leur longueur, le nombre de branches et leur diamètre intérieur et extérieur. Cependant, on peut faire varier les diamètres des tubes dans différentes sections d'un panneau afin de modifier le débit du fluide qui traverse le panneau.
En variante, le nombre de branches de tube dans les sections d'un panneau peut être modifié. Par exemple, à un endroit où un panneau tubulaire est soumis à un degré de radiation, on peut utiliser un nombre inférieur de branches de tube plus largement espacées, et la largeur des ailettes (décrites ci-après) prévues sur les branches des tubes augmentera de façon correspondante. Au lieu d'augmenter la lar- geur des ailettes ou en outre de cette augmentation ,on peut augmenter les diamé- tres des tubes. De plus, on peut modifier le nombre de tubes dans des sections ad- jacentes d'un panneau en utilisant des bifurcations.
Les panneaux décrits plus haut sont utilisés comme parois de foyer étan- ohes aux gaz et les espaces entre les tubes sont remplis par une bande de métal soudée entre les tubes. Dans une forme d'exécution, représentée sur la Figo 14, chaque tube 80 comporte une paire d'ailettes radiales opposées 81 soudées longi- tudinalement et, dans le panneau, les ailettes des tubes adjacents sont soudées 1' une à l'autre. Dans une autre forme d'exécution , représentée sur la Fig. 15,des tubes alternés 82 d'une section sont pourvus d'une paire d'ailettes radiales oppo- sées 83, et, dans le panneau, les ailettes 83 sont soudées aux tubes adjacents .
Dans un procédé de fabrication avantageux des tubes destinés à être utilisés pour fabriquer des panneaux suivant la présente invention, on munit un tube 82 de tron- çons opposés d'ailettes 83 de sorte que lorsqu'on déforme le tube de façon à lui donner la forme d'une série de tronçons parallèles, les ailettes remplissent les espaces séparant les tubes.
Aux coudes en U, les ailettes opposées sont interrompues et les espa- ces séparant les tubes sont remplis par des bandes façonnées. Ainsi, comme le mon- tre la Figo 16, trois bandes façonnées 84 sont soudées en place entre les tubes 85, les coudes en U 86 et les ailettes 87.
La présente invention a été décrite dans son application à un panneau de paroi de foyer. Cependant, la Figo 17 représente un surchauffeur de vapeur 100 conforme à la présente invention. Sur la Figo 17, un générateur de vapeur à circu- lation naturelle comporte une chambre de combustion 101 chauffée par des brûleurs 102. Les parois du foyer comprennent des rangées de tubes verticaux 103. Les tubes 103 alimentent des collecteurs 104, qui sont eux-mêmes alimentés par le corps de vapeur et d'eau 105 par l'intermédiaire d'une décharge 106 et de collecteurs 1070 Le mélange d'eau et de vapeur produit dans les tubes de la paroi et/ou dans d'au-
<Desc/Clms Page number 5>
tres dispositifs d'échange thermique tubulaires du générateur, est introduit dans le corps 105 par des conduites (non représentées).
La vapeur qui quitte le corps 105 est amenée par les conduites 108 et le collecteur 109 aux tubes du surchauffeur 110 et la vapeur surchauffée alimente le collecteur 111 pour être débitée à un point d'utilisation ou pour être chauffée davantageo
Le surchauffeur lui-même comprend deux sections 100A et 100B et dans chaque section, les tubes 110 comportent chacun trois branches verticales reliées entre elles par des raccords en U 112, les tubes d'une section étant reliée-* au tube de l'autre section par des tronçons de tubes transversal 1130 Dans chaque section, les branches adjacentes de tubes voisins sont des branches d'admission ou des branches d'évacuation et conduisent la vapeur dans le même senso Dans le surchauffeur,
les branches adjacentes peuvent être reliées rigidement entre elles en haut et en bas de leurs tronçons verticaux par soudure, ou peuvent être reliées antre elles sur une plus grande partie de leur longueur.
Pendant la fabrication, une grande partie de la soudure requise pour les panneaux tubulaires ou les plateaux peut être réalisé à l'aide d'une machine à souder automatique dans une usine,dans des conditions étroitement réglées et les pièces,après avoir été soudées, peuvent être soumises à un traitement à chaud approprié. Les panneaux u plateaux ou leurs pièces, pourvu que leurs dimensions soient convenablement limitées, peuvent être transportés aisément, et la préfabrica- tion de surfaces substantielles d'une paroi tubulaire ou d'une autre partie d'un échangeur de chaleur facilite fortement et accélère la construction sur le chantier.
REVENDICATIONS.