EP0433511B1

EP0433511B1 - Dispositif de suspension d'un tube horizontal d'échange de chaleur sur un tube porteur vertical

Info

Publication number: EP0433511B1
Application number: EP89403530A
Authority: EP
Inventors: Gilbert Delsol
Original assignee: Stein Industrie SA
Current assignee: Stein Industrie SA
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1993-07-21
Anticipated expiration: 2009-12-18
Also published as: ATE91778T1; FR2640035B1; DE68907725T2; FR2640035A1; DE68907725D1; ES2042045T3; EP0433511A1; US4961402A

Description

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à tubes porteurs verticaux, tubes horizontaux d'échange de chaleur et dispositifs de suspension comprenant un élément de fixation d'un tube horizontal en forme générale de berceau et deux éléments de fixation d'un tube vertical, ces éléments de fixation étant soudés aux tubes.
Un tel échangeur de chaleur est connu par le US-A- 3 265 044.
La demanderesse a déjà proposé dans le FR-A-2555722 un échangeur de chaleur à dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, comprenant des paires de tubes verticaux munis sur leur côtés se faisant face de demi-ailettes de profil comprenant des échancrures de forme circulaire, de rayon un peu supérieur à celui des tubes du faisceau, et d'écartement égal à celui de ces tubes, séparés par des languettes de largeur suffisamment grande pour assurer un bon support des tubes du faisceau, mais suffisamment faible pour assurer une bonne conduction thermique de leur bord à leur zone de soudure au tube vertical correspondant.
Dans un tel dispositif, les tubes horizontaux ne sont reliés aux tubes verticaux de support par aucune soudure et ont une certaine liberté de déplacement par rapport aux ailettes. Lorsqu'un tel dispositif est installé dans une enceinte où il est soumis à des vibrations, les tubes horizontaux peuvent être endommagés à la longue par des chocs avec les ailettes. Ceci amène une usure et finalement un perçage de ces tubes, surtout lorsqu'ils sont plongés dans un milieu abrasif, comportant par des exemples de cendres ou un lit fluidisé.
La demanderesse a également proposé dans le FR-A-2 622 963 un échangeur de chaleur à dispositif de suspension dans un plan vertical d'un panneau de tubes horizontaux en épingles à cheveux, à l'aide de tubes verticaux suspendus à une structure rigide parcourus par un fluide plus froid que celui dans lequel est plongé le panneau, disposés dans un plan vertical proche de celui du panneau et solidarisés avec les tronçons horizontaux des tubes en épingle à cheveux par des pièces de liaison soudées d'une part sur un tronçon de tube horizontal, d'autre part sur un tube vertical, le long de génératrices de ces tubes. Mais la liaison entre tubes horizontaux et tubes verticaux étant alors rigide, les dilatations différentielles et les vibrations auxquelles peuvent être soumis les tubes risquent à la longue de détruire les cordons de soudure et d'entraîner dès lors la détérioration et éventuellement le perçage des tubes.
Le document US-A-3,265,044 décrit un échangeur de chaleur avec dispositif de suspension d'un tube horizontal à un tube vertical, comprenant un élément formant berceau soudé sur le tube horizontal et s'enclenchant par ses bords supérieur et inférieur, formant pièces femelles, sur des bords supérieur et inférieur, formant pièces mâles, d'un élément soudé sur des génératrices du tube vertical. Mais ce dispositif nécessite des précautions particulières lors du soudage du berceau sur le tube horizontal pour obtenir un bon accrochage du berceau sur les brides.
La présente invention a pour but de procurer un dispositif de suspension d'un tube horizontal (ou éventuellement de deux tubes horizontaux) d'échange de chaleur sur un tube porteur vertical, qui ne résiste pas rigidement à des dilatations différentielles ou vibrations relatives entre les tubes horizontaux d'échange de chaleur et vertical porteur, et évite dès lors la possibilité de rupture des soudures sous l'effet de ces dilatations différentielles ou vibrations.
L'échangeur de chaleur selon l'invention est caractérisé en ce que :

a) chaque élément de fixation du tube horizontal comporte
- i) deux traverses cylindriques symétriques à surface interne de rayon de courbure légèrement supérieur à celui du tube horizontal, et de génératrices parallèles à l'axe de ce tube, séparées par une zone vide, ces traverses étant du côté opposé à la zone vide en forme de coin à angle aigu,
- et ii) deux membrures de liaison des traverses, en arc de cercle, comportant chacune une arête circulaire de rayon de courbure égal à celui du tube horizontal, dans un plan perpendiculaire à l'axe de celui-ci, et s'évasant sur leur côté externe par rapport à la zone vide, cet élément de fixation étant soudé au tube horizontal le long des arêtes circulaires des membrures,
b) chacun des deux éléments de fixation du tube vertical comporte une partie plane munie du côté du tube vertical de deux arêtes latérales parallèles à l'axe de ce tube, et une partie oblique formant retour délimitant avec la surface de la partie plane opposée au tube vertical une dépouille d'angle aigu correspondant à celui des coins des traverses,

Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes :

Les coins à angle aigu des traverses sont évidés par une découpe dans leur partie centrale, et au milieu des dépouilles séparant la partie plane de la partie oblique formant retour des éléments de fixation du tube vertical sont disposées des cloisons de rigidification de l'élément de fixation du tube vertical, de largeur inférieur à celle de la découpe correspondante.
Les cloisons de rigidification des éléments de fixation du tube vertical sont percées d'une fente médiane.
L'angle aigu des coins des surfaces cylindriques de l'élément de fixation du tube horizontal est compris entre 30° et 45°.
Les parties évasées des membrures du côté opposé à leur plan de symétrie sont de surface tronconique.

Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif de suspension de deux tubes horizontaux d'un panneau d'échange de chaleur sur un tube porteur vertical relié à une structure fixe.
La figure 1 représente en perspective les pièces intermédiaires servant à la fixation d'un tube horizontal sur le tube porteur vertical.
La figure 2 représente en coupe selon l'axe II-II de la figure 3 la liaison entre ce dernier et deux tubes horizontaux de chacun de ses côtés.
La figure 3 représente en coupe selon l'axe III-III de la figure 2 la même liaison.
Dans la figure 1, le tube horizontal 1 et le tube vertical 2 ont été représentés obliquement pour une meilleure compréhension. Ils sont réunis à l'aide de l'élément de fixation du tube horizontal, représenté globalement par la référence 3, et des éléments de fixation du tube vertical, représentés globalement par les références 13 et 14.
L'élément de fixation du tube horizontal forme berceau pour ce dernier. Il comporte les traverses symétriques 4, 5, présentant du côté interne des surfaces cylindriques, de rayon de courbure légèrement supérieur à celui du tube horizontal, et qui viennent donc épouser son pourtour, de part et d'autre de la zone vide 8. Leur côté opposé à cette zone est en forme de coins à angle aigu 6A, 6B, 7A, 7B, compris par exemple entre 35° et 40°, de part et d'autre d'une découpe centrale 21, 22. Ces coins et cette découpe sont destinés à assurer l'emboîtement de l'élément 3 avec les éléments de fixation du tube vertical, comme il sera décrit ci-après.
Les traverses 4, 5 sont reliées l'une à l'autre par les membrures 9, 10 en forme générale d'arc de cercle. Celles-ci comportent du côté interne une arête circulaire 11, 12, de rayon égal à celui du tube horizontal, et s'évasent du côté externe en une surface tronconique.
Les éléments de fixation 13, 14 du tube vertical comportent chacun une partie plane 15, 16 munie du côté de ce tube, de part et d'autre d'une semelle centrale, d'arêtes latérales telles que 17, 18 parallèles à l'axe du tube. A ces parties planes se rattachent des parties obliques en retour 19, 20 délimitant avec la surface supérieure des parties planes des dépouilles d'angle aigu égal à l'angle aigu des coins de la pièce de fixation du tube horizontal. La largeur de ces éléments de fixation 13, 14 est un peu inférieure à celle des traverses 4, 5 de l'élément de fixation du tube horizontal.
Entre les dépouilles latérales, des cloisons centrales telles que 23, de largeur un peu inférieure à celle des découpes 21, 22 des traverses de l'élément de fixation du tube horizontal, sont prévues pour s'adapter à ces découpes et permettre l'emboîtement des pièces 13, 14 avec la pièce 3. Elles sont munies en leur milieu de fentes 24, 25 assurant néanmoins une certaine flexibilité aux pièces 13, 14 perpendiculairement à leur plan.
On voit que si l'on fait glisser les pièces 13, 14 le long du tube 2, elles viennent s'emboîter sur les traverses 4, 5 de la pièce 3, les coins 6A, 6B et 7A, 7B de cette dernière s'appliquant dans leurs dépouilles, et les cloisons centrales telles que 23 s'appliquant dans les découpes telles que 21 de la pièce 3.
Les figures 2 et 3 montrent comment les différentes pièces sont soudées sur les tubes et assurent leur jonction de façon souple, en permettant des dilatations différentielles entre eux. La pièce 3 est soudée sur le tube horizontal 1 le long de ses arêtes circulaires 11, 12 par deux cordons de soudure tels que 30, seul visible. Un autre tube horizontal 1A est soudé sur une autre pièce 3A de l'autre côté du tube vertical 2. Les pièces 13, 13A et 14, 14A sont soudées sur le tube vertical le long de leurs arêtes telles que 17, 18 par des cordons de soudure tels que 31, 32 visibles sur la figure 2, et 32, 32A, 34, 34A, visibles sur la figure 3. Les coins 6A, 7A de la pièce 3A assurent le blocage des pièces 13A, 14A.

Claims

Echangeur de chaleur à tubes porteurs verticaux, tubes horizontaux d'échange de chaleur et dispositifs de suspension comprenant un élément de fixation d'un tube horizontal (1) en forme générale de berceau et deux éléments de fixation d'un tube vertical (2), ces éléments de fixation étant soudés aux tubes, caractérisé en ce que
a) chaque élément (3) de fixation du tube horizontal, comporte
i) deux traverses cylindriques symétriques (4, 5) à surface interne de rayon de courbure légèrement supérieur à celui du tube horizontal, et de génératrices parallèles à l'axe de ce tube, séparées par une zone vide (8), ces traverses étant du côté opposé à la zone vide en forme de coin (6, 7) à angle aigu,

et ii) deux membrures (9, 10) de liaison des traverses, en arc de cercle, comportant chacune une arête circulaire (11, 12) de rayon de courbure égal à celui du tube horizontal, dans un plan perpendiculaire à l'axe de celui-ci, et s'évasant sur leur côté externe par rapport à la zone vide, cet élément de fixation étant soudé (30) au tube horizontal le long des arêtes circulaires des membrures,

b) chacun des deux éléments (13, 14) de fixation du tube vertical comporte une partie plane (15, 16) munie du côté du tube vertical de deux arêtes latérales (17, 18) parallèles à l'axe de ce tube, et une partie oblique formant retour (19, 20) délimitant avec la surface de la partie plane opposée au tube vertical une dépouille d'angle aigu correspondant à celui des coins des traverses,
ces éléments étant de largeur inférieure à celle des traverses de l'élément de fixation du tube horizontal, venant s'emboîter par leurs dépouilles sur les coins (6, 7) des traverses de l'élément de fixation du tube horizontal, et étant soudés (31, 32, 32A, 34, 34A) au tube vertical le long des arêtes latérales de leur partie plane.
Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les coins à angle aigu des traverses sont évidés par une découpe (21, 22) dans leur partie centrale, et en ce qu'au milieu des dépouilles séparant la partie plane de la partie oblique formant retour des éléments de fixation du tube vertical sont disposées des cloisons (23) de rigidification de l'élément de fixation du tube vertical, de largeur inférieure à celle de la découpe correspondante.
Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cloisons de rigidification des éléments de fixation du tube vertical sont percées d'une fente médiane (24, 25).
Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle aigu des coins (6, 7) des surfaces cylindriques de l'élément de fixation du tube horizontal est compris entre 30° et 45°.
Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parties évasées des membrures du côté opposé à leur plan de symétrie sont de surface tronconique.