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Faisceau tubulaire à tubes longs par rapport à leur diamètre.
La présente invention se rapporte à un faisceau tubu- laire à tubes longs par rapport à leur diamètre. On se sert de tels faisceaux tubulaires par exemple dans des appareils pour chauffer, refroidir, etc., des fluides liquides et gazeux.
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Lorsque dans un tel dispositif échangeur de chaleur l'un des fluides balaye extérieurement les tubes traversés par un second fluide il est nécessaire, si l'on veut obtenir un échange de chaleur convenable et surtout lorsque la distance entre les tubes est faible et leur longueur considérable par rapport à leur diamètre, c'est-à-dire lorsqu'on emploie des tubes longs et minces, que les distances entre les tubes soient conservées. Dans le cas de faisceaux tubulaires composés de tu- bes longs et minces on constate souvent aussi une tendance des tubes à vibrer, ce qu'il faudrait éviter à tout prix.
En vue de tenir compte de ces nécessités dans les échangeurs de chaleur à faisceaux tubulaires de l'espèce sus- indiquée on a déjà proposé d'immobiliser les tubes dans leurs positions réciproques au moyen de cales. Lorsque l'un des flui- des de travail s'écoule transversalement autour des tubes, on peut réaliser ces cales sous forme de tôles intermédiaires.
Dans le cas d'échangeurs de chaleur à équicourant ou à contre- courant, ces cales ont été réalisées jusqu'à présent surtout sous forme d'ailettes, bagues, fils métalliques enroulés en hélice, etc., fixés aux tubes. Des organes d'espacement ainsi réalisés occasionnent toutefois toujours des perturbations plus ou moins graves, par exemple des mouvements tourbillonnaires, dans le fluide qui balaye extérieurement les tubes, et des pertes de pression corrélatives assez considérables.
Afin d'éviter ces inconvénients, dans un faisceau tubulaire suivant la présente invention, les organes d'écartement sont constitués par des éléments tubulaires entourant coaxiale- ment un tube conjugué et pourvus d'ailettes dirigées radialement vers l'intérieur à partir de leur paroi, les dites ailettes prenant appui sur le tube entouré par l'élément d'écartement correspondant.
Dans les formes de réalisation particulièrement
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intéressantes où les organes d'écartement sont disposés par groupes de façon telle que les centres de tous ceux qui appartiennent à un même groupe se trouvent sur un même plan perpendiculaire à l'axe des tubes, ou dans lesquelles les organes d'écartement d'un groupe sont emmanchés sur d'autres tubes que ceux des groupes voisins, les organes d'écartement prennent appui par leur périphérie sur les tubes adjacents du faisceau.
L'objet de l'invention est représenté à titre d'exemple sous quelques formes d'exécution au dessin ci-annexé où :-
La fig. l est une coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur à équicourant dont un tiers seulement des tubes qui le composent portent des organes d'écartement;
La fig. 2 montre à échelle agrandie en coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1 une partie de cet échangeur de chaleur.
La fig. 3 est une coupe longitudinale d'une partie d'un échangeur de chaleur dans lequel, vus dans le sens longitudinal des tubes, les organes d'écartement d'un groupe sont emmanchés sur d'autres tubes que les organes des groupes voisins.
La fig. 4 est une coupe longitudinale d'une partie d'un échangeur de chaleur sur chaque tube du faisceau duquel sont em- manchés des organes d'écartement prenant dans chaque groupe appui les uns sur les autres par leur périphérie.
La fig. 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la fig. 4.
Sur les figs. 1 et 2 on a désigné par 1 les tubes d'un faisceau tubulaire ayant une grande longueur par rapport à leur diamètre du fait que ce rapport est supérieur à 100. Ces tubes sont parcourus par un fluide qui pénètre dans l'échangeur de cha- leur par un raccord 2 et qui s'en échappe par un raccord 3.
Un raccord 4 amène à l'échangeur de chaleur un second fluide qui balaye extérieurement les tubes 1 et qui quitte à nouveau l'échan-
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geur de chaleur par un raccord 5. En vue d'assurer l'écartement relatif des tubes 1 relativement longs on emmanche sur le tiers de l'ensemble des tubes du faisceau des organes d'écartement 6 qui entourent coaxialement le tube 1 qui leur correspond. Chaque support 6 prend appui vers l'intérieur, par des ailettes radiales 7 (fig. 2) constitués par des talons, coudés vers l'intérieur, de l'enveloppe cylindrique du support 6 sur le tube 1 correspondant du faisceau et, par sa périphérie, sur six tubes 1 avoisinants.
Les organes d'écartement 6 sont disposés par groupes de façon telle que les centres de tous ceux qui appartiennent à un même groupe se trouvent dans un même plan perpendiculaire aux axes des tubes. Ces organes d'écartement 6 permettent de maintenir l'espa- cement relatif entre les tubes 1 comparativement longs.
Dans le cas de la forme d'exécution représentée à la fig. 3 les organes d'écartement 6 d'un groupe A, vus dans le sens de la longueur des tubes 1, sont emmanchés sur d'autres tubes que les organes du groupe B avoisinant. Les organes d'écartement 6 prennent appui eux aussi par leur périphérie sur les tubes 1 du faisceau. L'écartement entre les divers groupes d'organes d'espa- cement 6 peut être quelconque; c'est ainsi que l'écartement peut être le même entre tous les groupes, ou que ceux-ci peuvent être placés par deux à côté l'un de l'autre, les diverses de ces groupes pouvant alors se trouver à une distance relativement grande les unes des autres.
Dans le cas de la forme d'exécution représentée aux figs. 4 et 5, sur chaque tube 8 du faisceau sont emmanchés des organes d'écartement tubulaires 9 entourant coaxialement le tube correspondant et présentant des ailettes 10 orientées radialement vers l'intérieur à partir de leur paroi cylindrique. Tous les organes d'espacement 9 dont le centre se trouve sur un même plan
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perpendiculaire aux axes des tubes prennent appui les uns sur les autres par leur périphérie, tandis que du côté intérieur ils prennent appui sur le tube 8 entouré par l'organe d'écartement 9 correspondant.
Les organes d'écartement décrits sont d'une exécution simple et peu coûteuse. On peut aussi rapporter par exemple par rivetage les ailettes sur l'élément cylindrique correspondant, ou les insérer dans des fentes de ce dernier et les fixer ensuite par soudage autogène, rivetage ou autrement. Un certain nombre au moins des ailettes radiales nécessaires peuvent également être coudées radialement vers l'intérieur par poinçonnage dans le corps cylindrique. Dans un tel cas il y a intérêt à ne couder d'abord que deux ailettes ou talons, afin qu'on puisse facile- ment enfiler les organes d'écartement même sur des tubes présen- tant des parties en saillie telles que coutures de soudage, bour- relets, cintres, etc.
Dès qu'un tel organe d'écartement cylindri- que a été emmanché assez avant sur le tube choisi dans le faisceau on coude vers l'intérieur en complément, afin d'assurer l'appui désiré de l'organe d'écartement, une ou plusieurs autres ailettes radiales, ou bien on les insère dans des fentes du corps consi- déré et on les fixe à lui.
Les organes d'écartement suivant l'invention ne pro- voquent pas de mouvements tourbillonnaires; de plus, tout en assurant une complète immobilisation des tubes à la distance voulue les uns des autres, ils obstruent peu de la section et opposent ainsi le minimum de résistance à l'écoulement. C'est ainsi que la perte de pression que provoque un organe d'écarte- ment dont l'épaisseur de tôle est d'environ 5% de la section de passage du tube n'est qu'environ le quart de celle qui se pro- duit lorsqu'on emploie comme organes d'écartement des éléments
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d'appui faits de fil métallique enroulés en hélice d'au moins une spire autour des tubes. On peut diminuer encore les pertes de pression occasionnées par les organes d'écartement en effilant leurs arêtes d'attaque et de sortie.
Les organes d'écartement suivant l'invention n'ont d'ailleurs pas à être spécialement ali- gnés, de sorte que leur montage est extrêmement simple. Comme ils constituent dans l'ensemble des éléments .un seul tenant, leur résistance mécanique est encore suffisante pour qu'ils sup- portent les efforts d'appui résultant du poids propre des tubes lorsque le faisceau tubulaire se trouve en position horizontale.
Un autre avantage que procure l'objet de l'invention réside en ce que les organes d'écartement peuvent prendre appui sur les tubes voisins ou les uns sur les autres sur une aussi grande longueur qu'on le désire. Il n'en est pas ainsi par exemple dans le cas d'organes d'écartement embrassant étroitement les tubes et présentant des ailettes façonnées en hélice dirigées radialement vers l'extérieur, au moyen desquels ils ne prennent appui que par des points sur les tubes avoisinants.
Si cela est nécessaire, on peut en outre relier rigi- dement aux tubes, par exemple par soudage à l'étain ou soudure autogène, les ailettes dirigées vers l'intérieur des organes d'écartement.