FR2463378A1 - Grille de soutien d'echangeur de chaleur et son procede de realisation - Google Patents

Abstract

GRILLE DE SOUTIEN D'ECHANGEUR DE CHALEUR. LA GRILLE SE COMPOSE DE MULTIPLES ELEMENTS ANNULAIRES 2 DONT CHACUN EST DISPOSE ENTRE TROIS TUBES VOISINS 1 DANS UN PLAN COMMUN. LES ELEMENTS ANNULAIRES 2 SONT CONFORMES DE MANIERE A ETRE EN CONTACT. ILS SONT SOLIDARISES AUX LIEUX DE CONTACT PAR SOUDAGE. CETTE GRILLE PEUT SE REALISER AVEC GRANDE PRECISION AVEC PEU DE MAIN-D'OEUVRE ET ELLE A UNE BONNE RIGIDITE. APPLICATION AUX ECHANGEURS DE CHALEUR TUBULAIRES.

Description

1. L'invention se rapporte à une grille de soutien de corps cylindriques

de révolution tels que des barres ou des tubes qui sont disposés parallèlement à distance les uns des autres et qui participent à un transfert de chaleur. Il existe des grilles de soutien de ce type qui consistent en plaques perforées ou en barres qui se croisent entre les rangées de tubes. Ces grilles ont l'inconvénient d'interdire la circulation longitudinale autour des corps cylindriques ou de ne l'autoriser qu'avec une relativement forte chute de

pression.

D'autres grilles d'appui connues, par exemple celle décrite dans le brevet de la République Fédérale d'Allemagne n0 26 42 521, consistent en feuillards reliés les uns aux autres et dont des languettes élastiques repliées à leur surface forment l'appui des tubes. Ces grilles ont l'avantage que les corps soutenus sont exposés dans une large mesure à l'effet de refroidissement du fluide en circulation autour d'eux et que les vibrations des corps sont amorties

par frottement sur les languettes élastiques. Mais un incon-

vénient de ces grilles est que les corps soutenus peuvent dévier considérablement transversalement à leur orientation sous l'effet de grands efforts provoqués par des tremblements

de terre.

L'invention a pour objet une grille de soutien qui autorise la circulation longitudinale autour des corps cylindriques avec une chute de pression extrêmement faible et qui retient ces corps très rigidement en cas de tremblements

de terre.

Selon une particularité essentielle de la grille de soutien selon l'invention, elle se compose de multiples éléments annulaires dont chacun est disposé dans un plan

vertical passant par l'axe des corps cylindriques de révolu-

tion, chacun de ces éléments étant disposé entre trois ou quatre de ces corps et lesdits éléments étant en contact les

uns avec les autres et étant solidarisés. Un avantage essen-

tiel de cette disposition réside dans le fait que la fabrica-

tion des grilles de soutien est très simple et bon marché et que l'assemblage ne soulève aucune difficulté malgré la

précision élevée pouvant être atteinte.

2. Selon un mode de réalisation avantageux, les éléments annulaires comportent des parties concaves en regard

des corps cylindriques voisins. Une grande partie des élé-

ments annulaires de la grille de soutien selon ce mode de réalisation se trouve dans la couche limite de circulation le long des corps cylindriques, avec pour conséquence une chute de pression particulièrement faible. De plus, ce mode d'exécution garantit que la structure de la grille ne subit un fléchissement élastique que sur une faible distance en cas

d'effort important produit par un tremblement de terre.

Suivant une autre particularité avantageuse de l'invention, les éléments annulaires comportent une surface extérieure plane dans la partie dans laquelle ces éléments sont en contact. Cette disposition contribue à rigidifier les parties des éléments annulaires disposées centralement entre

les corps cylindriques voisins.

Les éléments annulaires peuvent comporter un

joint dans la partie centrale de l'une des surfaces exté-

rieures planes de manière à permettre de compenser les petites imprécisions de fabrication de ces éléments afin que

la grille de soutien puisse être fabriquée avec des tolé-

rances étroites.

Suivant une autre particularité de l'invention

destinée à permettre aux ailes courtes des éléments annu-

laires qui sont voisines du joint d'être aussi utilisées pour le soutien, ces éléments annulaires sont solidarisés de part et d'autre du joint avec un élément voisin qui ne comporte

aucun joint en cet emplacement.

Selon un mode de réalisation très avantageux, les éléments annulaires comportent au moins un suage orienté vers l'extérieur dans leurs parties concaves. Ainsi, la grille de soutien est davantage rigidifiée sans apport de matière et la liberté de mouvement des corps à l'intérieur de la grille est

également réduite par un processus supplémentaire de fabrica-

tion qui n'est pas compliqué.

Suivant un mode de réalisation permettant

d'améliorer le transfert de chaleur vers les corps cylindri-

ques, les éléments annulaires de la grille de soutien compor-

3. tent des perforations en regard des corps cylindriques voisins. Le procédé de production d'une grille de soutien selon l'invention consiste essentiellement à insérer les éléments annulaires entre des mandrins disposés sur une plaque suivant un réseau convenable, puis à les relier de

préférence par soudage, ces éléments annulaires étant avanta-

geusement en tôle et réalisés à la presse, puis étant enfilés entre les mandrins de ladite plaque, les éléments annulaires voisins étant ensuite soudés les uns aux autres sur l'un de leur côté, la grille ainsi réalisée étant soulevée après soudage de la plaque, puis retournée et ré-insérée sur les mandrins et, finalement, les éléments étant soudés les uns

aux autres de l'autre côté de la grille.

Les grilles de soutien ainsi réalisées exigent peu de main d'oeuvre et satisfont à des critères sévères de précision et de rigidité en provoquant une faible chute de pression. L'invention va être décrite plus en détail en

regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limi-

tatifs et sur lesquels - la figure 1 est une coupe transversale partielle d'un échangeur de chaleur dans lequel les corps cylindriques de révolution sont des tubes disposés en

quinconce et les éléments annulaires sont disposés en consé-

quence entre trois de ces tubes; - la figure 2 est une vue en plan à échelle agrandie d'un élément annulaire de la figure 1; - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle d'un élément annulaire appliqué contre un tube; - les figures 4a à 4d sont des esquisses qui ne sont pas à l'échelle et qui représentent quatre étapes de la fabrication d'un élément annulaire; - la figure 5 est une vue en plan d'une plaque de montage équipée de deux pièces marginales et utilisée pour l'assemblage d'une grille de soutien; - la figure 6 est une vue en plan représentant un

raccord d'une grille d'appui à une pièce marginale exté-

rieure; 4. - la figure 7 est une coupe transversale selon la ligne VIIVII de la figure 6; - la figure 8 est une élévation d'un élément annulaire comportant des perforations; - la figure 9 est une coupe transversale d'un élément annulaire comportant les perforations selon la figure 8; - la figure 10 est une coupe transversale partielle d'un échangeur de chaleur dans lequel les corps cylindriques de révolution sont formés de tubes disposés suivant un réseau carré et les éléments annulaires sont disposés en conséquence entre quatre tubes; et - - la figure 11 est une coupe transversale partielle d'un échangeur de chaleur à tubes disposés en quinconce et dans lequel les suages d'appui sont placés au

voisinage d'un angle des éléments annulaires.

La figure 1 représente cinq tubes 1 disposés régulièrement en quinconce. Un élément annulaire 2 est disposé dans le coin compris entre trois tubes 1. Chaque élément annulaire est formé, de la manière représentée sur la figure 2, de trois parties concaves 4, de trois parties planes 5 et de six angles arrondis 6 situés entre ces parties 4 et 5. Deux suages plans 8 tournés vers le tube voisin ou vers des surfaces planes 10 sont réalisés dans les parties

concaves 4 de la manière représentée sur la figure 3.

Chaque élément annulaire 2 comporte un joint 12 au milieu d'une partie plane 5. Les éléments annulaires sont dimensionnés de manière à être en contact les uns avec les autres par leurs parties planes 5, tandis que les surfaces planes 10 des suages 8 sont appliquées contre les tubes ou sont à une distance de ces derniers qui correspond à un jeu de tolérance. Les éléments annulaires voisins sont reliés, de préférence par soudage, dans leurs- parties planes 5. Le soudage peut être effectué exclusivement le long des bords supérieur et inférieur ou peut être réalisé par soudage par points ou à la molette, en un ou plusieurs points. Il est possible de prévoir non pas deux rangées de suages, mais une unique rangée de su-ages, par exemple à mi-hauteur des 5. éléments annulaires. Il est possible de renoncer totalement à ces suages de manière que les éléments annulaires prennent appui contre les tubes par des parties plus ou moins grandes

de leurs surfaces concaves.

Les suages 8 rigidifient les éléments annu- laires. Ils apportent par ailleurs l'avantage de permettre le

réglage exact des points d'appui des tubes à la fabrication.

Les figures 4a à 4d représentent quatre étapes de la fabrication d'un exemple d'élément annulaire 2 selon la figure 2 qui comprend deux rangées de suages. Trois surfaces

concaves 14, dont chacune comprend deux suages 8, sont réali-

sées en une passe à la presse dans un feuillard plan 13 (figure 4a), puis deux surfaces étroites sont réalisées par pliage dans les extrémités (figure 4b). L'étape suivante consiste à replier l'ébauche de pièce réalisée à la presse le long de deux angles- S (figure 4c), l'étape finale consistant à replier la pièce de manière à former un élément annulaire, le repliage étant effectué le long de deux parallèles 16

(figure 4d).

La figure 5 représente partiellement une plaque de montage 20 sur laquelle trente-cinq mandrins 22 en saillie vers le haut sont répartis en quinconce sur un secteur dont l'angle au centre est de 600. Deux autres mandrins 22' sont

disposés sur chacun des deux côtés de ce secteur. Par ail-

leurs, trois butées 23 sont disposées sur la plaque de montage 20 de manière à permettre d'insérer entre elles et

les mandrins voisins 22 une pièce marginale extérieure circu-

laire 25. Deux butées 24 sont disposées de la même manière de l'autre côté du réseau de mandrins et sont destinées à retenir avec les mandrins voisins 22 une pièce marginale circulaire intérieure 26 qui est également mise en place par insertion. Chacun des éléments annulaires 2 est enfilé entre trois mandrins 22 et rapproché de la plaque de montage de

manière que deux parties planes 5 d'éléments voisins qui com-

portent le joint ne soient jamais mises en contact. Lorsque tous les espaces cunéiformes compris entre les mandrins 22 sont remplis, les éléments voisins sont assemblés par soudage le long de leurs bords ou au moins le long de leur moitié

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6. supérieure. Lorsqu'un secteur de 600 a été ainsi assemblé par soudage au moins d'un côté, il est soulevé de la plaque de montage puis décalé de 60 et reposé sur cette plaque, les

deux mandrins correspondants 22' servant de goujons d'ajus-

tage. Ensuite, les espaces situés entre les mandrins 22 dans

le secteur de 60 sont à nouveau remplis d'éléments annu-

laires, puis ceux-ci sont soudés les uns aux autres ainsi qu'aux éléments du premier secteur. Une grille complète en forme d'anneau circulaire est produite lorsque le premier secteur a été décalé cinq fois de 60 . Lorsque seul le côté supérieur des éléments a été initialement soudé, il faut

retourner la grille de soutien, puis la placer six fois suc-

cessivement sur la plaque de montage et souder les seconds

côtés secteur par secteur.

Des pièces intercalaires 30 sont montées de manière à relier la grille de soutien avec la pièce marginale extérieure 25 de la manière représentée sur les figures 6 et 7 lors de l'assemblage secteur par secteur ou aussi à la fin de la réalisation de l'anneau circulaire; il en est de même pour la pièce marginale intérieure 26. Ces pièces marginales et 26 comportent à cette fin, de préférence des -deux côtés, des fraisures 32 permettant aux pièces intercalaires de prendre appui d'une part contre l'épaulement 33 de ces

fraisures et d'autre part contre le côté étroit des suages 8.

Deux cordons de soudure 34 forment par exemple la liaison des

pièces intercalaires 30.

Les éléments annulaires peuvent comporter des perforations 40, avantageusement entre les suages des parties concaves, de la manière représentée sur les figures 8 et 9,

afin d'améliorer le transfert de chaleur aux corps cylindri-

ques de révolution. Une circulation de fluide réfrigérant s'établit alors par ces perforations et éventuellement le

long des parties pleines 41 se trouvant entre les perfora-

tions. Il peut être avantageux que les suages ne se prolongent que sur une partie de la largeur des parties concaves 5, de la manière représentée en 8' sur la figure 8, afin d'améliorer la circulation entreles parties concaves 7. des éléments annulaires 2 et les corps cylindriques 1. Cette

disposition a toutefois un inconvénient, à savoir que l'élé-

ment annulaire perd de sa rigidité.

La figure 10 représente une grille de soutien destinée à un réseau carré de corps cylindriques de révolu- tion 1. Les joints 12 des éléments annulaires 2 sont orientés en alternance dans différentes directions. Ainsi, la grille

de soutien a la même tenue dans les.deux directions princi-

pales sous l'effet des forces et des dilatations et, de plus,

il est possible de compenser ainsi au montage les impréci-

sions de fabrication des éléments.

Les points d'appui des suages 8 peuvent être

placés au voisinage des parties planes 5 de la manière repré-

sentée dans le mode de réalisation de la figure 11 afin d'accroître la rigidité de la grille de soutien avec une même épaisseur de matière des éléments annulaires. Un suage étroit 8", dont la ligne de contact 50 est à proximité du plan de contact E entre deux éléments voisins, est réalisé sur chacun des deux côtés des parties planes 5 comportant le joint dans les éléments annulaires qui portent dans ce cas la référence 2'. Le troisième suage 8''' de la même rangée se trouve dans cet exemple de réalisation le long de l'un des deux angles 16

de la partie concave 4 qui est en face du joint.

Lorsque les éléments annulaires comportent deux rangées de suages de la manière représentée sur la figure 3, il peut être judicieux de disposer les suages 8"' des deux rangées le long du même angle 16. Mais cette disposition implique que, lors de la réunion de deux parties planes 5 au voisinage de chacune desquelles se trouve un suage 8"', ces deux suages étant orientés en sens opposés, ces suages soient mis en appui avec une légère pression contre les mandrins correspondants 22. Il est possible d'utiliser à cette fin une pince de soudage dont les deux mâchoires qui enserrent les parties planes 5 qui viennent d'être mentionnées comportent

des éléments élastiques agissant en sens opposés et s'appli-

quent sous pression intérieurement contre le suage correspon-

dant 8"'.

8. Il est possible d'éviter cette complication en décalant symétriquement le suage supérieur 8"' par rapport au suage inférieur 8"' de chaque élément annulaire, c'est-à-dire en prévoyant un suage le long de chaque angle 16. Ainsi, les suages 8"' convenablement dimensionnés mettent les éléments annulaires automatiquement en application contre les mandrins correspondants par une légère torsion élastique et donc il est possible d'utiliser alors une pince normale de soudage. Contrairement à l'exemple précédemment mentionné, ce mode de réalisation implique la réalisation des éléments annulaires non pas selon un unique mode d'exécution, mais

suivant deux modes d'exécution spéculaires.

Lorsque les suages 8, 8', 8" et 8"t sont totale-

ment supprimés, il est préférable de casser plastiquement ou par enlèvement de matière les angles en arc de cercle des

parties concaves 4 qui sont tournés vers les corps cylindri-

ques, d'une part afin de protéger ces derniers contre la pression d'arêtes vives et d'autre part afin d'éviter la

pénétration de ces angles dans la matière des corps cylindri-

ques de façon à permettre, lors des dilatations thermiques, les translations relatives des corps cylindriques dans les grilles de soutien en évitant l'apparition de forces élevées de frottement. De grandes forces de frottement auraient en effet pour conséquence un gauchissement des grilles de soutien; ce gauchissement accroîtrait de son côté les forces de frottement aux emplacements voisins et pourrait finalement

provoquer la destruction de la grille.

9.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. - Grille de soutien de corps cylindriques de

révolution tels que des barres ou des tubes disposés parallè-

lement à distance les uns des autres et participant à un transfert de chaleur, caractérisée en ce qu'elle consiste en de multiples éléments annulaires (2) dont chacun est disposé

dans un plan vertical passant par l'axe des corps cylindri-

ques (1) et entre trois ou quatre de ces corps, lesdits élé-

ments annulaires étant en contact-les uns avec les autres et

étant solidarisés.

2. - Grille de soutien selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments annulaires comportent des parties- concaves (4) en regard des corps cylindriques voisins.

3. - Grille de soutien selon l'une des revendica-

tions 1 et 2, caractérisée en ce que les éléments annulaires comportent une surface extérieure plane (5) dans la partie

dans laquelle ils sont en contact.

4. - Grille de soutien selon la revendication 3, caractérisée en ce que les éléments annulaires comportent un joint (12) au milieu de l'une des surfaces extérieures planes (5) 5. - Grille de soutien selon la revendication 4,

caractérisée en ce que les éléments annulaires sont solida-

risés de part et d'autre du joint avec une surface sans joint

de l'élément voisin avec lequel ils sont en contact.

6. - Grille de soutien selon l'une quelconque des

revendications 2 à 5, caractérisée en ce que les éléments

annulaires comportent au moins un suage (8) orienté vers

l'extérieur dans leurs parties concaves.

7. - Grille de soutien selon l'une quelconque des

revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les éléments

annulaires comportent des perforations (40) dans leur partie

placée en regard des corps cylindriques voisins.

8. - Procédé de réalisation d'une grille de soutien selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à insérer les éléments annulaires entre des mandrins (22) disposés sur une plaque (20) suivant 10. un réseau convenable, puis à les relier, avantageusement par soudage.

9. - Procédé selon la revendication 8, caracté-

risé en ce qu'il consiste à réaliser les éléments annulaires en tôle et à la presse et à les introduire entre les mandrins de ladite plaque, puis à assembler les éléments annulaires voisins par soudage sur un côté, à enlever la grille ainsi réalisée de ladite plaque après ce soudage, à la retourner, puis à la réinsérer sur les mandrins et finalement à souder

l'autre côté de la grille.