EP0143432A2 - Dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, et procédé de fabrication de ce dispositif - Google Patents

Dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, et procédé de fabrication de ce dispositif Download PDF

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EP0143432A2 EP84114069A EP84114069A EP0143432A2 EP 0143432 A2 EP0143432 A2 EP 0143432A2 EP 84114069 A EP84114069 A EP 84114069A EP 84114069 A EP84114069 A EP 84114069A EP 0143432 A2 EP0143432 A2 EP 0143432A2
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    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies

Definitions

  • the present invention relates to a device for suspending a bundle of horizontal tubes in a vertical plane, comprising pairs of vertical tubes provided with half-fins on their opposite sides, in particular for boilers for superheated steam generators. It also extends to a method of manufacturing this device.
  • a suspension device of this kind comprising a fin pierced with holes of diameter slightly greater than that of the tubes to be supported, at a pitch equal to that of the tubes of the bundle.
  • Each vertical tube thus comprises a half-fin, integral with that of the other vertical tube by bridges arranged between the successive horizontal tubes of the bundle, but the middle part of these bridges, in contact with the horizontal tubes at high temperature, and relatively distant from the two vertical tubes, is poorly cooled by conduction.
  • the bridges formed between the vertical tubes oxidize or corrode quickly, due to their high temperature in often corrosive gases.
  • this device is only applicable to heat exchangers with a single loop, without which the tubes could not be threaded individually in the holes of the fin.
  • the object of the present invention is to provide a suspension device which does not have a poorly cooled zone, and is therefore less exposed to corrosion, and which does not rigidly fix the tubes of the heat exchange bundle, so as to avoid welding cracks due to thermal stresses or vibrations.
  • the device according to the invention is characterized in that its half-fins have a profile comprising notches of circular shape, with a radius slightly greater than that of the tubes of the bundle, and of spacing equal to that of these tubes, separated by tongues of width large enough to ensure good support for the tubes of the bundle, but sufficiently small to ensure good thermal conduction from their edge to their zone of welding to the corresponding vertical tube.
  • the method of manufacturing the device of the invention is characterized in that at least one junction fin is welded between groups of vertical tubes, in that the fin is drilled with holes of diameter slightly greater than that of the tubes of the bundle to be supported, then in that the zones of the fin are cut between the holes parallel to the axis of the vertical tubes so as to eliminate them the middle portion of which the thermal conduction to the vertical tubes would be insufficient, without however ceasing to provide suitable support for the tubes of the bundle.
  • the fin is cut so that the middle portion of the latter thus eliminated is between 20 and 50% of the initial width of the fin.
  • junction fins are welded between the parallel vertical tubes, reserving an empty zone of lesser height between two fins, the vertical tubes are clamped in order to bring them closer to one another in this zone, and the they are welded to a horizontal spacer.
  • the superheater bundle 1 is arranged between vertical cooled screens 2 and 3. It is suspended from the pairs of vertical tubes 4, 5, .6, the latter being fixed at the top of the boiler in a manner not shown.
  • the vertical suspension tubes 7 and 8 are provided with half-fins in the zones 9 and 10 separated by the zone 11 where they are pinched towards one another and welded to a horizontal spacer.
  • bundle tubes such as 13, 14, 15 are arranged in notches of half fins welded to the vertical tubes, separated by tabs 16, 18, 20 on the side of the tube 7 and 17, 19, 21 on the side of the tube 8.
  • These notches have a radius of curvature slightly greater than that of the tubes 13, 14, 15, so that they can be inserted therein with a little play, but have a good surface. contact with the half fins welded to the vertical tubes.
  • the tongues 16, 18, 20, 17, 19, 21 do not have their internal edge too far from the corresponding vertical tube, so that they are well cooled by conduction from this tube.
  • Figure 3 shows on a larger scale the detail III of Figure 2.
  • the tongues 16, 18, 17, 19 have a width 1 between 25 and 40% of the width L separating the two vertical tubes.
  • the profile of the half fins welded to the vertical tubes is obtained by a cutting means which provides a regular profile, without sharp edges.
  • the invention applies first of all to superheater and reheater bundles of boilers subjected to corrosive combustion gases; it would also apply to horizontal bundles of tubes in contact with corrosive gases at high temperature, for example in the chemical industry.

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Abstract

Disposiitif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical (1), comprenant des paires (4, 5, 6) de tubes verticaux (7, 8) munis de demi-ailettes sur leurs côtés se faisant face. Les demi-ailettes ont un 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, séparées par des languettes (16, 18, 20, 17, 19, 21) 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.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, comprenant des paires de tubes verticaux munis de demi-ailettes sur leurs côtés se faisant face, notamment pour chaudières de générateur de vapeur surchauffée. Elle s'étend en outre à un procédé de fabrication de ce dispositif.
  • On a proposé un dispositif de suspension de ce genre, comprenant une ailette percée de trous de diamètre légèrement supérieur à celui des tubes à supporter, à un pas égal à celui des tubes du faisceau. Chaque tube vertical comporte de la sorte une demi-ailette, solidaire de celle de l'autre tube vertical par des ponts disposés entre les tubes horizontaux successifs du faisceau, mais la partie médiane de ces ponts, au contact des tubes horizontaux à température élevée, et relativement éloignée des deux tubes verticaux, est mal refroidie par la conduction. Les ponts formés entre les tubes verticaux s'oxydent ou se corrodent rapidement, du fait de leur température élevée dans des gaz souvent corrosifs. Par ailleurs, ce dispositif n'est applicable qu'à des échangeurs de chaleur à une seule boucle, sans quoi l'on ne pourrait enfiler les tubes individuellement dans les trous de l'ailette.
  • On a aussi proposé de souder des selles entre les tubes horizontaux du faisceau et des tubes porteurs verticaux. Celles-ci sont à une distance suffisamment faible des tubes verticaux pour être bien refroidis par conduction, mais les tubes du faisceau leur sont liés rigidement, ce qui entraîne des contraintes importantes dues aux dilatations thermiques ou aux vibrations, pouvant occasionner des fissures dans les soudures.
  • On a également proposé de souder des plats entre deux tubes verticaux parallèles adjacents. Mais ces plats ont une dimension trop importante, et on retombe dans la difficulté signalée ci-dessus à propos de l'ailette percée de trous. Leur partie médiane, mal refroidie par conduction, est soumise à une température excessive, pouvant entraîner sa destruction par oxydation ou corrosion.
  • On a enfin proposé dans le document US-A- 3267913 un dispositif ie suspension comportant des paires de tubes verticaux munis de demi-ailettes comportant des échancrures circulaires de logement des tubes horizontaux séparées par des zones non échancrées. Les tubes horizontaux sont soudés dans les échancrures et viennent au contact des tubes verticaux. La liaison entre tubes horizontaux et tubes verticaux et ionc rigide, ce qui entraîne les contraintes importantes dues aux dilatations thermiques ou aux vibrations déjà signalées ci-dessus.
  • La présente invention a pour but de procurer un dispositif de suspension qui ne comporte pas de zone mal refroidie, et soit donc moins exposé à la corrosion, et qui ne fixe pas rigidement les tubes du faisceau d'échange de chaleur, de façon à éviter les fissurations de soudures sous l'effet de contraintes thermiques ou de vibrations.
  • Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que ses iemi-ailettes ont un 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, séparées 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.
  • Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes :
    • - La largeur des languettes est comprise entre 25% et 40% de la largeur séparant les deux tubes.
    • - Les tubes verticaux adjacents comportent de place en place des pincements où ils sont rapprochés l'un de l'autre et soudés à une entretoise horizontale.
  • Le procédé de fabrication du dispositif de l'invention est caractérisé en ce que l'on soude entre des groupes de tubes verticaux au moins une ailette de jonction, en ce que l'on perce l'ailette de trous de diamètre un peu supérieur à celui des tubes du faisceau à supporter, puis en ce que l'on découpe les zones de l'ailette entre les trous parallèlement à l'axe des tubes verticaux de façon à en éliminer la portion médiane dont la conduction thermique jusqu'aux tubes verticaux serait insuffisante, sans cependant cesser de procurer un support convenable aux tubes du faisceau.
  • Selon une variante préférée, on effectue le découpage de l'ailette de façon que la portion médiane de celle-ci ainsi éliminée soit comprise entre 20 et 50% de la largeur initiale de l'ailette.
  • On soude avantageusement entre les tubes verticaux parallèles plusieurs ailettes de jonction superposées, en réservant entre deux ailettes une zone vide de moindre hauteur, l'on pince les tubes verticaux pour les rapprocher l'un de l'autre dans cette zone, et l'on les y soude à une entretoise horizontale.
  • Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux d'un surchauffeur ou resurchauffeur de générateur de vapeur.
    • la figure 1 représente le faisceau de tubes en élévation.
    • La figure 2 représente une vue en coupe selon II-II de la figure 1, montrant partiellement un couple de tubes verticaux de suspension.
    • La figure 3 représente à plus grande échelle le détail III de la figure 2, comprenant un tube du faisceau, l'encoche dans laquelle il est engagé et la languette qui le soutient.
  • Dans la figure 1, le faisceau surchauffeur 1 est disposé entre des écrans refroidis verticaux 2 et 3. Il est suspendu aux couples de tubes verticaux 4, 5,.6, ces derniers étant fixés dans le haut de la chaudière de manière non représentée.
  • Dans la figure 2, les tubes verticaux de suspension 7 et 8 sont munis de demi-ailettes dans les zones 9 et 10 séparées par la zone 11 où ils sont pincés l'un vers l'autre et soudés à une entretoise horizontale 12. Les tubes du faisceau tels que 13, 14, 15 sont disposés dans des encoches de demi-ailettes soudées aux tubes verticaux, séparées par des languettes 16, 18, 20 du côté du tube 7 et 17, 19, 21 du côté du tube 8. Ces encoches sont de rayon de courbure un peu supérieur à celui des tubes 13, 14, 15, de sorte que ceux-ci peuvent y être introduits avec un peu de jeu, mais présentent une bonne surface de contact avec les demi-ailettes soudées aux tubes verticaux. Par ailleurs, les languettes 16, 18, 20, 17, 19, 21 n'ont pas leur bord interne trop éloigné du tube vertical correspondant, de sorte qu'elles sont bien refroidies par conduction à partir de ce tube.
  • La figure 3 représente à plus grande échelle le détail III de la figure 2. Les languettes 16, 18, 17, 19 ont une largeur 1 comprise entre 25 et 40% de la largeur L séparant les deux tubes verticaux.
  • Le profil des demi-ailettes soudées aux tubes verticaux est obtenu par un moyen de découpage qui procure un profil régulier, sans arêtes aiguës.
  • L'invention s'applique en premier lieu aux faisceaux surchauffeurs et resurchauffeurs de chaudières soumis à des gaz de combustion corrosifs ; il s'appliquerait aussi à des faisceaux horizontaux de tubes au contact de gaz corrosifs à température élevée, par exemple dans l'industrie chimique.

Claims (7)

1/ Dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical (1), comprenant des paires (4, 5, 6) de tubes verticaux (7, 8) munis de demi-ailettes sur leurs côtés se faisant face, caractérisé en ce que ces demi-ailettes ont un 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, séparées par des languettes (16, 18, 20, 17, 19, 21) 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.
2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur (l, figure 3) des languettes est comprise entre 25 et 40% de la largeur (L) séparant les deux tubes.
3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les tubes verticaux adjacents comportent de place en place des pincements (11) où ils sont rapprochés l'un de l'autre et soudés à une entretoise horizontale (12).
4/ Procédé de fabrication d'un dispositif de suspension selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soude entre des groupes de tubes verticaux au moins une ailette de jonction, en ce que l'on perce l'ailette de trous de diamètre un peu supérieur à celui des tubes du faisceau à supporter, puis en ce que l'on découpe les zones de l'ailette entre les trous parallèlement à l'axe des tubes verticaux de façon à en éliminer la portion médiane dont la conduction thermique jusqu'aux tubes verticaux serait insuffisante, sans cependant cesser de procurer un support convenable aux tubes du faisceau.
5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on effectue le découpage de l'ailette de façon que la portion médiane de celle-ci ainsi éliminée soit comprise entre 20 et 50% de la largeur initiale de l'ailette.
6/ Procédé selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on soude entre les tubes verticaux parallèles plusieurs ailettes de jonction superposées, en réservant entre deux ailettes une zone vide de moindre hauteur, en ce que l'on pince les tubes verticaux pour les rapprocher l'un de l'autre dans cette zone, et en ce que l'on les y soude à une entretoise horizontale.
7/ Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'on effectue le perçage des trous de l'ailette et le découpage des zones médianes entre les trous par un moyen de découpage assurant un profil régulier et sans arêtes aiguës.
EP84114069A 1983-11-25 1984-11-22 Dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, et procédé de fabrication de ce dispositif Expired - Lifetime EP0143432B2 (fr)

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EP0143432A3 EP0143432A3 (en) 1985-11-27
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