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DESCRIPTION Aérocondenseur à tube plat
La présente invention se rapporte aux aérocondenseurs et en particulier aux aérocondenseurs utilisés pour condenser de la vapeur sous vide.
Dans une centrale électrique la vapeur provenant de la turbine est condensée avant d'être recirculée vers la chaudière. Dans les systèmes classiques le réfrigérant du condenseur est à son tour refroidi, généralement dans une tour dans laquelle l'air circule en contre-courant et est en contact avec l'eau de refroidissement provenant du condenseur. Etant donné que ce type de refroidissement donne lieu à une consommation importante d'eau (panache caractéristique des tours de refroidissement), une technique alternative ne consommant pas d'eau a été développée. Cette technique consiste à condenser la vapeur provenant de la turbine dans un aérocondenseur, c'est-à-dire un condenseur refroidi directement par une circulation d'air, mais sans contact de l'air avec la vapeur/eau.
Un aérocondenseur utilisé à cet effet se compose d'une série de batteries de tubes à ailettes, dans lequel la vapeur se condensant circule dans les tubes et l'air circule entre les ailettes. Les tubes à ailettes doivent donc avoir de hautes performances techniques et aérodynamiques. A cet effet les tubes à ailettes ont généralement une forme ayant une section elliptique ou oblongue pour des raisons aérodynamiques. Les tubes peuvent également être des tubes dits "plats" à faces planes de section oblongue. L'invention concerne des aérocondenseurs se composant d'une série de batterie de tubes plats à
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ailettes.
Les tubes doivent en outre avoir une grande résistance mécanique, étant donné que la vapeur circulant dans les tubes est une vapeur sous vide, c'est-à-dire à très faible pression, par exemple de l'ordre de 100 millibars absolus, et que l'air se trouve à la pression atmosphérique ou à faible surpression lorsqu'on prévoit une circulation forcée de l'air. Par ailleurs, les ailettes doivent présenter une résistance aussi faible que possible au passage de l'air, résistance qui en plus doit être constante pendant la durée de vie du condenseur. En effet, toute déformation du tube ou des ailettes peut provoquer une variation de la vitesse de l'air dans les ailettes et donc une variation dans le rendement du cycle de refroidissement et, par conséquent, dans le rendement de la centrale.
Il faut donc éviter que les faces planes des tubes plats se déforment sous l'effet de la différence de pression entre la vapeur sous vide à l'intérieur des tubes et l'air éventuellement en légère suppression à l'extérieur dans les canaux formés par les ailettes. Or si le tube manque de rigidité les faces planes vont se bomber, mais la rigidité des ailettes soudées à ces faces planes va s'opposer à cette déformation. Il en résulte une concentration de contraintes aux pieds des ailettes, pouvant conduire à la rupture de la liaison tube-ailettes et donc à une détérioration considérable de l'échange thermique.
La présente invention a pour objet d'accroître la rigidité des faces planes des tubes plats.
Suivant l'invention on réalise dans les deux faces opposées du tube, substantiellement aux mêmes emplacements sur lesdites faces, des empreintes discontinues, qui repoussent la paroi vers l'intérieur du tube. Ces empreintes forment donc des emboutis internes qui sont placés en vis-à-vis.
Avantageusement les empreintes seront alignées de façon à diviser le tube en compartiments. Lorsque ces empreintes sont discontinues on maintient l'unicité du volume interne du tube.
Suivant une forme de réalisation particulière les empreintes sur les faces opposées seront oblongues et seront orientées suivant la longueur du tube.
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Suivant une forme avantageuse de réalisation de l'invention, l'empreinte a une profondeur qui va croissant depuis ses extrémités jusqu'à une zone comprise entre ses extrémités, de préférence centrée entre ses extrémités, où la profondeur est maximale et égale à la moitié de l'épaisseur du tube.
Les zones de profondeur maximales de deux empreintes, une sur chaque face, qui se font vis-à-vis sont également en vis-à-vis, de sorte qu'elles se touchent. Il y a ainsi une zone de contact, qui se situe de préférence dans le plan médian du tube. Les faces opposées de chaque tube ont donc plusieurs zones de contact, une par empreinte.
Suivant une forme de réalisation de l'invention les zones de contact de deux empreintes opposées seront soudées.
Les zones de contact assurent donc une résistance à l'écrasement du tube.
Lorsque ces zones sont soudées, elles maintiennent les empreintes bien en face les unes des autres et empêchent que les empreintes glissent l'une au-dessus de l'autre.
Un avantage supplémentaire réside dans le fait que la présence des empreintes soudées deux à deux permet, grâce à l'accroissement de rigidité ainsi réalisé, de réduire l'épaisseur des parois du tube.
Les tubes sont de préférence en acier et leurs parois auront de préférence de 1 à 2 mm d'épaisseur.
Leurs faces planes sont pourvues extérieurement d'ailettes externes en forme d'accordéon, constituées par des tôles fines, généralement en acier ou en aluminium.
Les ailettes sont soudées aux tubes par tout procédé connu, tel brasage, soudage électrique par points, etc...
L'épaisseur des tôles d'ailettes est seulement de quelques dixièmes de mm, par exemple de 0.3 mm.
Les tubes sont formés soit par l'assemblage de deux tôles planes rectangulaires, suivant leurs longs côtés recourbés ou pliés, soit par le pliage d'une tôle unique. L'espacement entre les deux tôles
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définit l'épaisseur du tube. La longueur de la tôle définit la longueur du tube.
L'empreinte peut être réalisée par profilage à froid, par emboutissage ou encore par tout autre procédé connu.
Les soudures des zones de contact peuvent être réalisées par tout procédé connu, par exemple par soudage électrique par points.
L'invention sera illustrée ci-après à l'aide d'exemples de réalisation en se référant aux figures jointes, qui représentent : la figure 1 : une vue d'un aérocondenseur ; les figures 2a, 2b et 2c : des vues schématiques d'agrandissements de l'aérocondenseur de la figure 1 ; a la figure 3 : une vue transversale d'une partie d'un tube plat avec empreintes suivant l'invention ; e les figures 4,5 et 6 : des sections suivant respectivement les lignes A-A, B-B et C-C de la figure 3 ; * la figure 7 : une variante de la figure 3 ; . les figures 8,9 et 10 : des sections suivant respectivement les lignes A-A, B-B et C-C de la figure 7.
En se référant à la figure 1, celle-ci montre une tour de refroidissement 1 comportant à sa base un aérocondenseur constitué d'une série de modules 8 comportant chacune plusieurs faisceaux 2 de tubes 4 à ailettes. Le chiffre de référence 3 indique les conduits de vapeur entrante dans les modules.
Dans le cas d'une ventilation forcée de l'air, l'aérocondenseur comporte en dessous des modules des ventilateurs.
La figure 2a représente un agrandissement d'une partie d'une module 8 montrant six faisceaux 2 de tubes 4, ainsi que la circulation de la vapeur, représentée par les flèches 6 et la circulation de l'air représentée par les flèches 7.
La figure 2b représente un agrandissement d'un tube 4 à ailettes 5 tel qu'il est placé dans un des faisceaux 2. Dans l'exemple chaque faisceau 2 comporte une quarantaine de tubes 4.
La figure 2c représente un agrandissement du tube 4 à ailettes 5 de la figures 2b, ce tube a une longueur d'environ 10 m et
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une section de ce tube montrerait que les faces planes 12,13 du tube ont environ 20 cm de largeur et que ces faces planes 12 et 13 sont éloignées l'une de l'autre d'environ 2 cm.
En se référant maintenant à la figure 3, celle-ci montre partie d'un tube plat 4, constitué de deux tôles 12 et 13 planes rectangulaires dont les bords 14 sont recourbés et assemblés par soudage.
Les faces planes des tôles 12 et 13 sont pourvues d'ailettes externes 5. A équidistance des bords 14 et dans le plan médian du tube 4, les faces planes des tôles 12 et 13 comportent des empreintes discontinues 16 réalisées par emboutissage. Les empreintes 16 sont oblongues et orientées suivant la longueur du tube 4.
La profondeur de l'empreinte augmente depuis ses extrémités 17 jusqu'à une zone centrale 18, mince linéaire où la profondeur est maximale et est égale à la moitié de l'épaisseur 19 tu tube 4. Les empreintes des tôles 12 et 13 se touchent dans ces zones 18 et sont solidarisées par une soudure par points.
La section représentée par la figure 4 montre la zone de contact 18 mince, linéaire ainsi que la soudure (représentée par le point 10).
La section représentée par la figure 5 montre l'embouti 21 dans une zone près de l'extrémité de l'empreinte, il n'y a pas de contact à cet endroit entre les empreintes des tôles 12 et 13.
La section représentée par la figure 6 montre le tube à un endroit entre deux empreintes et donc sans emboutis internes.
Les figures 7 à 10 montrent une variante des figures 3 à 6. Suivant cette variante l'empreinte est plus importante et sa forme est différente ; le fond 22 des emboutis internes 23 est étendu et plat, présentant une large surface de contact. Dans ce cas la soudure des empreintes est facultative.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation montrées dans les figures, ainsi les empreintes peuvent avoir toute autre forme que celles montrées, par exemple ronde, bien que la préférence sera donnée à une forme ovale ou
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ellipsoïdale, pour des raisons de rigidité et d'écoulement dans le circuit vapeur.
Dans les exemples on a représenté une rangée d'empreintes sur la longueur et dans le plan médian des tubes, on peut prévoir, suivant l'invention, deux ou plusieurs rangées. Toutes ces variantes pourront être décidées par l'homme de métier en fonction des caractéristiques de l'échangeur de chaleur.
Il est clair que l'invention qui est décrite dans le cadre d'une centrale électrique peut également être utilisée pour toute autre installation énergétique.
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DESCRIPTION Flat tube air condenser
The present invention relates to air condensers and in particular to air condensers used to condense steam under vacuum.
In a power plant, the steam from the turbine is condensed before being recirculated to the boiler. In conventional systems, the condenser refrigerant is in turn cooled, generally in a tower in which the air circulates in counter-current and is in contact with the cooling water coming from the condenser. Since this type of cooling results in a significant consumption of water (plume characteristic of cooling towers), an alternative technique that does not consume water has been developed. This technique consists in condensing the steam coming from the turbine in an air condenser, that is to say a condenser cooled directly by an air circulation, but without contact of the air with the steam / water.
An air condenser used for this purpose consists of a series of fin tube tubes, in which the condensing vapor circulates in the tubes and air circulates between the fins. Finned tubes must therefore have high technical and aerodynamic performance. For this purpose the finned tubes generally have a shape having an elliptical or oblong section for aerodynamic reasons. The tubes can also be so-called "flat" tubes with flat faces of oblong section. The invention relates to air condensers consisting of a series of flat tube batteries with
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fins.
The tubes must also have high mechanical strength, since the vapor circulating in the tubes is a vacuum vapor, that is to say at very low pressure, for example of the order of 100 millibars absolute, and the air is at atmospheric pressure or at low overpressure when forced air circulation is expected. Furthermore, the fins must have as low a resistance as possible to the passage of air, a resistance which in addition must be constant during the lifetime of the condenser. Indeed, any deformation of the tube or of the fins can cause a variation in the speed of the air in the fins and therefore a variation in the efficiency of the cooling cycle and, consequently, in the efficiency of the power plant.
It is therefore necessary to prevent the flat faces of the flat tubes from deforming under the effect of the pressure difference between the vacuum vapor inside the tubes and the air, possibly slightly suppressed outside in the channels formed by the fins. However, if the tube lacks rigidity, the planar faces will bulge, but the rigidity of the fins welded to these planar faces will oppose this deformation. This results in a concentration of stresses at the feet of the fins, which can lead to the rupture of the tube-fins connection and therefore to a considerable deterioration of the heat exchange.
The object of the present invention is to increase the rigidity of the flat faces of the flat tubes.
According to the invention, discontinuous impressions are produced in the two opposite faces of the tube, substantially at the same locations on said faces, which push the wall towards the inside of the tube. These imprints therefore form internal stampings which are placed opposite.
Advantageously, the imprints will be aligned so as to divide the tube into compartments. When these impressions are discontinuous, the uniqueness of the internal volume of the tube is maintained.
According to a particular embodiment, the imprints on the opposite faces will be oblong and will be oriented along the length of the tube.
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According to an advantageous embodiment of the invention, the imprint has a depth which increases from its ends to an area between its ends, preferably centered between its ends, where the depth is maximum and equal to half the thickness of the tube.
The zones of maximum depth of two impressions, one on each face, which are facing each other are also opposite, so that they touch. There is thus a contact zone, which is preferably located in the median plane of the tube. The opposite faces of each tube therefore have several contact zones, one per imprint.
According to one embodiment of the invention, the contact zones of two opposite cavities will be welded.
The contact zones therefore ensure resistance to crushing of the tube.
When these areas are welded, they keep the footprints well in front of each other and prevent the footprints from sliding one over the other.
An additional advantage lies in the fact that the presence of the imprints welded two by two allows, thanks to the increase in rigidity thus achieved, to reduce the thickness of the walls of the tube.
The tubes are preferably made of steel and their walls will preferably be 1 to 2 mm thick.
Their flat faces are externally provided with accordion-shaped external fins, formed by thin sheets, generally made of steel or aluminum.
The fins are welded to the tubes by any known process, such as brazing, electric spot welding, etc.
The thickness of the fin sheets is only a few tenths of a mm, for example 0.3 mm.
The tubes are formed either by the assembly of two rectangular flat sheets, along their long curved or folded sides, or by the folding of a single sheet. The spacing between the two sheets
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defines the thickness of the tube. The length of the sheet defines the length of the tube.
The impression can be made by cold profiling, by stamping or by any other known method.
The welds of the contact zones can be carried out by any known method, for example by electric spot welding.
The invention will be illustrated below with the aid of exemplary embodiments with reference to the attached figures, which represent: FIG. 1: a view of an air condenser; Figures 2a, 2b and 2c: schematic views of enlargements of the air condenser of Figure 1; in Figure 3: a transverse view of part of a flat tube with impressions according to the invention; e Figures 4,5 and 6: sections respectively along the lines A-A, B-B and C-C of Figure 3; * Figure 7: a variant of Figure 3; . Figures 8,9 and 10: sections respectively along lines A-A, B-B and C-C of Figure 7.
Referring to FIG. 1, this shows a cooling tower 1 comprising at its base an air condenser constituted by a series of modules 8 each comprising several bundles 2 of tubes 4 with fins. Reference numeral 3 indicates the steam conduits entering the modules.
In the case of forced air ventilation, the air condenser has fan modules underneath.
FIG. 2a represents an enlargement of part of a module 8 showing six bundles 2 of tubes 4, as well as the circulation of the vapor, represented by the arrows 6 and the circulation of the air represented by the arrows 7.
FIG. 2b represents an enlargement of a tube 4 with fins 5 as it is placed in one of the bundles 2. In the example each bundle 2 comprises about forty tubes 4.
FIG. 2c represents an enlargement of the tube 4 with fins 5 of FIGS. 2b, this tube has a length of approximately 10 m and
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a section of this tube would show that the flat faces 12,13 of the tube are about 20 cm wide and that these flat faces 12 and 13 are spaced from each other by about 2 cm.
Referring now to Figure 3, this shows part of a flat tube 4, consisting of two sheets 12 and 13 rectangular planes whose edges 14 are bent and assembled by welding.
The planar faces of the sheets 12 and 13 are provided with external fins 5. Equidistant from the edges 14 and in the median plane of the tube 4, the planar faces of the sheets 12 and 13 include discontinuous impressions 16 produced by stamping. The imprints 16 are oblong and oriented along the length of the tube 4.
The depth of the imprint increases from its ends 17 to a central linear area 18, thin where the depth is maximum and is equal to half the thickness 19 tu tube 4. The imprints of the sheets 12 and 13 touch in these zones 18 and are joined by spot welding.
The section represented by FIG. 4 shows the thin, linear contact zone 18 as well as the weld (represented by point 10).
The section represented by FIG. 5 shows the stamped part 21 in an area near the end of the cavity, there is no contact at this point between the cavities of the sheets 12 and 13.
The section shown in Figure 6 shows the tube at a location between two cavities and therefore without internal stampings.
Figures 7 to 10 show a variant of Figures 3 to 6. According to this variant the footprint is larger and its shape is different; the bottom 22 of the internal stampings 23 is extended and flat, having a large contact surface. In this case the welding of the imprints is optional.
It is understood that the invention is not limited to the embodiments shown in the figures, thus the imprints can have any other shape than those shown, for example round, although preference will be given to an oval or
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ellipsoidal, for reasons of rigidity and flow in the steam circuit.
In the examples there is shown a row of indentations along the length and in the median plane of the tubes, one can provide, according to the invention, two or more rows. All these variants can be decided by the skilled person depending on the characteristics of the heat exchanger.
It is clear that the invention which is described in the context of a power plant can also be used for any other energy installation.