FR2523712A1

FR2523712A1 - Pipe retainer grid for heat exchanger - uses toothed rods, to form two staggered grids

Info

Publication number: FR2523712A1
Application number: FR8304222A
Authority: FR
Inventors: Jurgen Hieke; Manfred Tessnow
Original assignee: Cass International GmbH
Current assignee: Cass International GmbH
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1983-03-15
Publication date: 1983-09-23
Also published as: FR2523712B1; ES278979U; AU1257883A; ZA831807B; ES278979Y

Abstract

The pipe retainer grid is for a nest of tubes in heat exchangers or steam generators. It consists of an outer frame, with rods fastened to it, forming rectangular-rhomboid fields for the tubes. The rods are located in two grids (13,14), which are at relative axial distance. All rods (16,17,19,20) consist of toothed sheet metal strips, with the toothing engaging to form the grids. The crossing points of one grid are staggered relative to those of the other, the sideward stagger x = c(t-g.a), the vertical stagger y= f(t-h.a). C,g,f,h, are geometric constants, for rhomboidal angles; t is the average distance between neighbouring tubes; and a is the sum of external tube diameter and thickness of one rod.

Description

L'invention,concernant surtout des échangeurs de chaleur, est plus spécifiquement relative à une grille-support intercalaire pour échangeurs de chaleur à faisceau de tubes et pour générateurs de vapeur et autres appareils similaires, constituée par un cadre de grille extérieur et des barreaux en forme de fers plats qui y sont fixés et forment des alvéoles porte-tubes quadrangulaires en forme de losange. The invention, especially concerning heat exchangers, relates more specifically to an intermediate support grid for tube bundle heat exchangers and for steam generators and other similar devices, constituted by an outer grid frame and bars in form of flat irons which are fixed to it and form quadrangular tube-holder cells in the shape of a diamond.

On connais déjà une grille pour échangeurs de chaleur à faisceau de tubes (brevet suisse n0489 745) consistant en un cadre de grille extérieur et des barreaux en forme de fers plats qui y sont fixés, disposés de manière à former deux grilles placées à une certaine distance axiale l'une par rapport à l'autre, tout en étant chacune dans un plan radial, et placés en parallèle dans une même grille mais dans un sens différent par rapport à l'autre grille, de sorte que les fers plats des deux grilles se croisent sous un angle tel qu'ils forment des alvéoles porte-tubes quadrangulaires en forme de losange. We already know a grid for tube bundle heat exchangers (Swiss patent n0489 745) consisting of an outer grid frame and bars in the form of flat bars which are fixed to it, arranged so as to form two grids placed at a certain axial distance from each other, while each in a radial plane, and placed in parallel in the same grid but in a different direction relative to the other grid, so that the flat bars of both grids intersect at an angle such that they form diamond-shaped quadrangular tube holder cells.

Pour assurer à ces barreaux en forme de fers plats un soutien résistant aux vibrations, on a prévu des bandes support supplémentaires de dimensions plus importantes que celles des fers plats, entrelaces pour former des losanges relativement grands. Ces bandes support présentent des fentes ou encoches dans lesquelles les barreaux-fers plats sont placés. To provide these bars of flat irons with vibration-resistant support, additional support bands of larger dimensions are provided than those of flat irons, interlaced to form relatively large diamonds. These support bands have slots or notches in which the flat bars are placed.

Au total, cette grille-support intercalaire se compose de deux grilles de fers plats dont chacune est formée de fers plats disposés en parallèle et faisant un certain angle avec les fers plats de l'autre. In total, this intermediate support grid consists of two grids of flat bars, each of which is formed of flat bars arranged in parallel and making a certain angle with the flat bars of the other.

Chaque tube est soutenu en des points appariés et diamétralement opposés des fers plats, et aux endroits des bandes support les tubes sont soutenus en un ou deux points par ces bandes support relativement forme tes. Each tube is supported at paired and diametrically opposite points of the flat bars, and at the locations of the support bands the tubes are supported at one or two points by these relatively shaped support bands.

En partant de la grille-support intercalaire décrite ci-dessus, il a été développé une autre grille intercalaire (publication de brevet allemand n022 63 05i;
Celle-ci ne comprend pas de bandes support ou au moins une grille formée de bandes support. I1 y a plut8t sur le cadre de grille des encoches ou fentes permettant de souder les fers plats d'une des grilles sur un côté et, de tome, les fers plats de l'autre grille sur l'autre ct- té de ce même cadre. Dans cette version chaque tube est soutenu par des fers plats en des points diamétralement opposés.Starting from the intermediate support grid described above, another intermediate grid has been developed (German patent publication No. 226355i;
This does not include support strips or at least one grid formed by support strips. There are rather notches or slots on the grid frame allowing the flat irons of one of the grids to be welded on one side and, in volume, the flat irons of the other grid on the other side of the same. frame. In this version each tube is supported by flat bars at diametrically opposite points.

On connais encore une autre version de grille support intercalaire (publication de brevet allemand nO 28 40 arc6) três semblable à celle décrite en premier. Yet another version of the intermediate support grid is known (German patent publication No. 28 40 arc6) very similar to that described first.

Toutefois, ici les bandes support ne présentent pas d' encochas ou de fentes mais des trous de passage allongés par lesquels passent les fers plats.However, here the support bands do not have notches or slots but elongated passage holes through which the flat bars pass.

Les avantages et inconvénients des divers types de grilles-support intercalaires sont exposés dans la littérature, et un point essentiel y est la fixation store du faisceau à l'encontre des vibrations en service, et le coût de fabrication des grilles. The advantages and disadvantages of the various types of intermediate support grids are exposed in the literature, and an essential point there is the fixing blind of the beam against vibrations in service, and the manufacturing cost of the grids.

Il peut y avoir à ce sujet des différences entre les divers types existants, mais dans la conception de ces grilles intercalaires on a négligé le plus souvent un facteur essentiel, à savoir les conditions de pression par rapport au soutien ou au guidage des tubes individuels au moment du passage du fluide. There may be differences in this respect between the various existing types, but in the design of these intermediate grids, an essential factor has most often been overlooked, namely the pressure conditions in relation to the support or guidance of the individual tubes at the moment of the passage of the fluid.

A cela il s'ajoute que de plus en plus dans les échangeurs de chaleur le tubage doit se faire aujourd'hui à l'aveugle. Tout d'abord la virole formde de plusieurs parties cylindriques soudées les unes aux autres est fixée à la plaque tubulaire, et toutes les soudures sont travaillées pour répondre aux normes de contrôle et soumises à des essais non-destructifs. Ensuite, les grilles-support intercalaires sont placées à l'intérieur de la virole et fixées aux endroits prévus, et c'est seulement alors que les tubes individuels sont enfilés. Cela implique que les grilles s'alignent parfaitement, afin que les tubes relativement longs, mais de faible calibre, puissent être introduits sans subir de dommage. To this it is added that more and more in the heat exchangers the casing must be done today blindly. First of all the ferrule made up of several cylindrical parts welded to each other is fixed to the tube plate, and all the welds are worked to meet inspection standards and subjected to non-destructive tests. Then, the intermediate support grids are placed inside the shell and fixed in the places provided, and it is only then that the individual tubes are threaded. This implies that the grids align perfectly, so that the relatively long, but small-gauge tubes can be inserted without being damaged.

Le tubage i l'aveugle s'impose i la suite de le nouvelle réglementation sur les contrôles qui exige que les diverses soudures de la virole puissent etre travaillées après sa fabrication, et cela ne peut se faire qu'avant l'introduction du faisceau. The blind casing is necessary following the new regulations on controls which requires that the various welds of the ferrule can be worked after its manufacture, and this can only be done before the introduction of the beam.

La nécessité du tubage i l'aveugle implique tout d'abord que le soutien des tubes doit permettre seulement une liberté de mouvement très restreinte au moment où le tube est enfilé dans le ssystime. Cela revient à. dire que dans toute la mesure du possible le tube doit être maintenu de façon assez serre des guatre côtés. Peut-être y a-t-il des grilles connues répondant t cette exigence, mais elles présentent forcément l'inconvénient d'une importante perte de charge du fluide au moment de son passage, ce gui n'est pas acceptable pour l'exploitant. The necessity of blind tubing implies first of all that the support of the tubes must allow only a very restricted freedom of movement at the moment when the tube is threaded into the system. Is equivalent to. say that as far as possible the tube should be kept tight enough from the sides. Perhaps there are known grids meeting this requirement, but they necessarily have the disadvantage of a significant pressure drop of the fluid at the time of its passage, this mistletoe is not acceptable to the operator .

L'invention est donc basée sur l'idée de créer une grille-support intercalaire permettant, d'une part, un tubage A l'aveugle et, d'autre part, de ramener au minimum la perte de charge du fluide pendant son passage & travers la grille. The invention is therefore based on the idea of creating an intermediate support grid allowing, on the one hand, blind tubing and, on the other hand, reducing the pressure drop of the fluid to a minimum during its passage. & through the gate.

Ceci est rendu possible pour une grille-support intercalaire selon la spécification du brevet. This is made possible for an intermediate support grid according to the specification of the patent.

Une caractéristique essentielle de la grille objet de l'invention réside dans le fait que l'on utilise deux grilles à barreaux en forme de fers plats, c'est- & dire deux grilles coiplêtes formées chacune de fers plats qui se croisent, alors que les grilles connues Jusqu' alors n'6taient pas constituées par des cadres en treillis, mais seulement de deux grilles formées par des barreaux parallèles. An essential characteristic of the grid which is the subject of the invention resides in the fact that two grids with bars in the form of flat bars are used, that is to say two coiplete grids each formed by flat bars which cross, while the grids known Until then were not constituted by lattice frames, but only by two grids formed by parallel bars.

L'invention permet également d'utiliser plus de deux grilles disposées à. un certain écartement et même un assez grand nombre de celles-ci. I1 n'est pas obligatoire que les alvéoles porte-tubes soient en forme de losange, elles peuvent aussi bien être de forme carrée ou rectangulaire. The invention also makes it possible to use more than two grids arranged at. some spacing and even quite a few of them. It is not compulsory for the tube-holding cells to be in the form of a diamond, they may as well be square or rectangular.

Enfin, les grilles-support intercalaires objet de l'invention peuvent être également utilisées Si l'on ne prévoit pas de tubage à. l'aveugle et si,par contre, les tubes individuels sont introduits au travers des grilles, la virole étant ensuite formée autour du faisceau de tubes déjè complété. Finally, the intermediate support grids object of the invention can also be used if no casing is provided. the blind and if, on the other hand, the individual tubes are introduced through the grids, the ferrule then being formed around the bundle of tubes already completed.

Une autre caractéristique essentielle de la grille-support intercalaire objet de l'invention est la grandeur des alvéoles porte-tubes des diverses grilles de fers plats, grandeur qui est environ quadruple de celle des alvéoles porte-tubes des grilles-support intercalaires connues. Another essential characteristic of the intermediate support grid which is the subject of the invention is the size of the tube-holding cells of the various flat iron grids, a size which is approximately four times that of the tube-carrying cells of the known intermediate support grids.

L'invention prévoit que deux de ces grilles de fers plats avec des alvéoles porte-tubes relativement grandes sont disposées i une certaine distance, de telle sorte que les points de croisement d'une grille colnci- dent avec le point central des alvéoles de l'autre grille. ainsi chaque tube est maintenu de la manière suivante: dans un premier segment, par exemple en bas & gauche, il se trouve deux fers plats et, dans une distance axiale deux fers plats en haut & droite du tube. The invention provides that two of these flat iron grids with relatively large tube-holding cells are arranged at a certain distance, so that the crossing points of a grid coincide with the central point of the cells of the other grid. thus each tube is held in the following way: in a first segment, for example at the bottom & left, there are two flat bars and, in an axial distance two flat bars at the top & right of the tube.

Il est évident que de cette manière le soutien des tubes réduit la perte de charge de la vapeur passant au travers des grilles au strict minimum. It is obvious that in this way the support of the tubes reduces the pressure drop of the steam passing through the grids to the strict minimum.

Dans une autre version, préférée, de l'invention les fers plats sont des bandes dentées formant une grille du type connu. Ceci donne å. la grille une grande stabilité et permet de soutenir des tubes sans difficulté et sans que les conditions de charge s'en trouvent altérées. In another preferred version of the invention, the flat bars are toothed bands forming a grid of the known type. This gives å. the grid is very stable and allows tubes to be supported without difficulty and without the load conditions being altered.

A cet effet on a prévu par ailleurs, i la périphérie des cadres, une pièce d'écartement permettant de fixer les diverses grilles de fers plats å une certaine distance axiale l'une de l'autre. For this purpose, there is also provided, at the periphery of the frames, a spacer allowing the various grids of flat irons to be fixed at a certain axial distance from each other.

Enfin, le cadre formant partie de l'invention se compose de deux parties annulaires auxquelles sont fixées les extrémités des fers plats, ces deux parties du cadre étant liées l'une k l'autre. Ces parties annu laires peuvent avoir des trous de passage dans lesquels on peut loger des douilles, de manière i pouvoir lier plusieurs grilles avec écartement axial mutuel moyennant un tirant d'ancrage, les grilles étant ainsi parfaitement alignées. Finally, the frame forming part of the invention consists of two annular parts to which the ends of the flat bars are fixed, these two parts of the frame being connected to each other. These annular parts may have through holes in which sleeves can be accommodated, so that i can link several grids with mutual axial spacing by means of an anchor tie, the grids thus being perfectly aligned.

Le principe de l'invention est illustré par les dessins joints i titre d'exemple, dessins sur lesquels
la figure 1 est une coupe axiale d'une partie de la grille objet de l'invention et
la figure Q, un schéma explicatif d'une partie de la grille-support intercalaire selon l'invention.The principle of the invention is illustrated by the drawings attached by way of example, drawings on which
FIG. 1 is an axial section of part of the grid object of the invention and
FIG. Q, an explanatory diagram of part of the intermediate support grid according to the invention.

Sur la figure 1 on voit une partie de la grille objet de l'invention, i savoir la partie immédiatement avoisinant la douille de guidage du cadre de grille 10. FIG. 1 shows a part of the grid which is the subject of the invention, namely the part immediately adjacent to the guide sleeve of the grid frame 10.

Ce cadre de grille 10 a essentiellement une forme annulaire dont la circonférence extérieure se trouve placée près de la face intérieure de la virole de l'échangeur de chaleur. Ainsi la partie représetée en haut de la figure 1 se trouve près de la partie supérieure d'un échangeur i chaleur placé en position horizontale. Le point central du cadre 10 se trouve alors en dessous de la figure 1, l'axe central n'apparaissant pas sur le dessin. This grid frame 10 has essentially an annular shape, the outer circumference of which is placed near the inner face of the shell of the heat exchanger. Thus the part shown at the top of FIG. 1 is located near the upper part of a heat exchanger placed in a horizontal position. The central point of the frame 10 is then located below FIG. 1, the central axis not appearing in the drawing.

Le cadre de grille 10 se compose de deux par- ties identiques 11 et 12, également de forme annulaire. The grid frame 10 consists of two identical parts 11 and 12, also of annular shape.

Sur celles-ci,11 et 12,se trouvent fixées deux grilles formbes de fers plats 13 et 14 dont les extrémités sont soudées aux dites parties annulaires. Dans celles-ci il y a des trous percés axialement dans lesquels des douilles 22 sont insérées et soudées. On peut ainsi disposer en distance axiale plusieurs grilles axialement écartées en utilisant des tirants et des douilles intermddiaires, les premiers passant i travers ces douilles 22.On these, 11 and 12, are fixed two grids formed of flat irons 13 and 14, the ends of which are welded to said annular parts. In these there are axially drilled holes in which sockets 22 are inserted and welded. It is thus possible to dispose in axial distance several grids axially separated by using tie rods and intermediate sockets, the first passing through these sockets 22.

Il est évident que plusieurs de ces douilles 22 sont réparties sur la circonférence du cadre. It is obvious that several of these sockets 22 are distributed around the circumference of the frame.

Sur la figure 1 on voit dans la douille 22 un tirant d'ancrage 24 qui peut s'étendre sur toute la lon gueur d'un échangeur de chaleur. Dans le cas considéré, ce tirant 24 est représenté par une tige filetée com- portant une tête i l'extrémité de gauche 23 et un 6crou vers l'extrémité de droite 25. In Figure 1 we see in the sleeve 22 an anchor rod 24 which can extend over the entire length of a heat exchanger. In the case under consideration, this tie rod 24 is represented by a threaded rod comprising a head at the left end 23 and a nut towards the right end 25.

À l'aide de cette tette 23 et de l'écrou 25 on maintient serrées les parties du cadre Il et 12 et les grilles 13 et 14 se trouvant placées entre elles, ainsi qu'une pièce d'écartement 15. With the aid of this plate 23 and of the nut 25, the parts of the frame II and 12 are kept tight and the grids 13 and 14 being placed between them, as well as a spacer 15.

On voit Que dans les autres douilles 22 on peut également placer de tels tirants qui, d'une part,servent à fixer les éléments décrits ci-dessus et, d'autre part, permettent de disposer les cadres b treillis 10 sur toute la longueur de l'échangeur avec les écartements axiaux prévus et aux endroits voulus. It can be seen that in the other sockets 22 it is also possible to place such tie rods which, on the one hand, serve to fix the elements described above and, on the other hand, allow the truss frames 10 to be arranged over the entire length. of the exchanger with the planned axial spacings and at the desired locations.

Avant de souder les pièces annulaires 11 et 12 aux fers plats, on place des pièces ou anneaux d'écartement 15 entre les cadres 13 et 14 de manière à disposer les cadres à treillis individuels 13 et 14 à une distance bien déterminée l'un de l'autre. Before welding the annular parts 11 and 12 to flat irons, pieces or spacing rings 15 are placed between the frames 13 and 14 so as to arrange the individual lattice frames 13 and 14 at a well-determined distance one of the other.

Sur la figure 1 on voit un fer plat 16 qui, sous l'angle de vue adopté, s'étend du haut en bas. Ce fer plat 16 est soudé dans sa partie supérieure à la pièce annulaire 11. In Figure 1 we see a flat iron 16 which, from the angle of view adopted, extends from top to bottom. This flat iron 16 is welded in its upper part to the annular part 11.

Des fers plats croisés 17 sont placés transver sllement sous un angle pouvant avoisiner 90. La pièce 21 représente - en pointillé pour une pas embrouiller le dessin - un tube 21. On voit que ce tube 21 est maintenu par la grille 13 en bas par le fer plat 18 et par devant ou par derrière par le fer plat 16. Crossed flat irons 17 are placed transversely at an angle which may be close to 90. The part 21 represents - in dotted lines for not confusing the drawing - a tube 21. We see that this tube 21 is held by the grid 13 at the bottom by the flat iron 18 and from the front or behind by the flat iron 16.

Un soutien identique et complémentaire est fourni par la grille 14 voisine, qui n'apparaft pas sur la figure 1. Tout ce qu'on voit de cette grille 14 est un seul fer plat 19. Identical and complementary support is provided by the neighboring grid 14, which does not appear in FIG. 1. All that is seen from this grid 14 is a single flat iron 19.

La figure 2 explique le système de soutien d'un tube 21. La grille à treillis 13 représentée en avant se compose des deux fers plats 16 et 17. Le fer plat 16 est placé, en principe, verticalement et le fer plat 17 est disposé par rapport au premier sous un angle pouvant avoisiner 90 . Ces fers plats 16 et 17 présentent des fentes Z permettant d'y placer des grilles formées des deux côtés par les surfaces étroites des fers plats0 De la même manière on a représenté les fers plats 19 et 20 formant un point d'intersection pour la grille 14. On voit que par devant, le tube 21 est soutenu en haut et & droite par les fers plats 17 et 16 de la grille 13, alors qu'à une distance a faau peu importante il est sou- tenu derrière par les fers/19 et 20 de la grille 14 de gauche et d'en bas. On voit aussi que les points d'intersection des deux grilles ne coTncident pas, mais qu'ils sont décalés de telle manière que les points d'intersection de la grille 13 se trouvent à peu près au-dessus du point central des alvéoles de la grille 14. Les fers plats avoisinants ne sont pas représentés, mais leur position est clairement indiquée par les fentes Z. Figure 2 explains the support system for a tube 21. The trellis grid 13 shown in front consists of two flat bars 16 and 17. The flat iron 16 is placed, in principle, vertically and the flat iron 17 is arranged relative to the first at an angle of around 90. These flat irons 16 and 17 have slots Z making it possible to place grids formed there on two sides by the narrow surfaces of the flat irons. In the same way, the flat irons 19 and 20 have been represented forming a point of intersection for the grid. 14. It can be seen that in front, the tube 21 is supported at the top and on the right by the flat irons 17 and 16 of the grid 13, while at a distance a little small it is supported behind by the irons / 19 and 20 of grid 14 on the left and below. It can also be seen that the points of intersection of the two grids do not coincide, but that they are offset so that the points of intersection of the grid 13 lie approximately above the central point of the cells of the grid 14. The neighboring flat bars are not shown, but their position is clearly indicated by the slots Z.

Claims

- The two grids (13, 14) are joined by annular parts (11, 12) and a spacer inserted between them (15), by means of fasteners (22, 23, 24, 25).

- the flat bars (16, 17 and 19, 20) form a lattice grid by intertwining thanks to slots (Z), and

- the bars; (16, 17, 19, 20) are toothed and identical flat irons,

the points of intersection of a grid (13) either coincide with the tube-holder cells of the other grid (14) or are offset with respect to them,

- the bars are arranged so as to form at least two grids (13, 14) placed at a certain axial distance from one another and forming diamond-shaped cells,

l. Intermediate support grid for tube bundle heat exchangers and for steam generators and other similar devices, constituted by an external grid frame and bars which are attached to it and form diamond-shaped quadrangular cells, carrying the tubes, said support grid being characterized in that:

2. Intermediate support grid according to 1, characterized in that the flat iron grids (13, X4) are fixed to the frame (10) by means of at least one spacer (15) at a certain axial distance, one by compared to each other.