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. La présente invention concerne une méthode et dispositif pour réaliser l'étanchéité de fonds de récipients à travers lesquels des tubes passent, de manière lâche, traversant le fond du récipient, ainsi qu'il est usuel par exemple dans les échangeurs de chaleur.
De tels échangeurs de chaleur consistent en général en un récipient en forme de chaudière qui transporte un fluide, et dans lequel se trouvent disposés des tubes contenant¯ l'autre fluide. Les ouvertures d'entrée et de sortie des tubes font saillie sur le fond du récipient et forment des espaces collecteurs, par lesquels les fluides sont introduits et évacués. Jusqu'à présent il était usuel de souder ou braser
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les tubes sur les fonds ou bien de laminer les tubes dans ceux-ci.
Cependant, avec l'augmentation de la différence de température entre les fluides qui échangent leur chaleur, des difficultés se sont produites par le fait qu'à cause des tensions de chaleur/différentes aux points de fixation des tubes dans les fond, des efforts de tensions élevés se produisaient, entraînaient la formation de déchirures, ainsi que des manques d'étanchéité et pouvant même entraîner l'éclatement de l'échangeur de chaleur. On a voulu éviter cela en connectant de manière rigide ces tubes d'un seul côté avec le fond du récipient et en disposant l'autre fond du récipient de manière mobile dans la chaudière, de telle sorte qu'il pouvait s'adapter aux dilatations différentielles produites par le chauffage.
Cette solution ne donna pas sa- tisfaction non plus, car il était très difficile d'adapter au récipient un fond mobile d'un diamètre quelconque, et cela pendant longtemps et de manière précise et étanche.
Dans des constructions plus récentes on a procédé en plaçant les tubes de manière lâche dans les trous prévus au fond de la chaudière, en formant ce fond en deux parties et en prévoyant entre les deux parties du fond une matière d'insertion pleine, élastique. Sous la pression des fonds vissés de manière fixe contre la chaudière et des deux parties du fond l'une contre l'autre, les insertions élastiques qui étaient éventuellement disposées en couches de forme spéciale, étaient tellement pressées contre les conduites et contre les surfaces d'étanchéité des fonds, qu'on pouvait empêcher un échappement ou un mouvement à l'état réuni des fluides échan- geant leurs chaleurs.
Ces insertions en matières élastiques ont amplement fait leur preuve pour des différences de tempé- rature assez basses des matières échangeant leurs chaleurs.
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Mais elles ne suffisent plus lorsque les différences de température sont élevées, lorsque les différences de: pression sont également grandes et lorsque les fluides échangeant leurs chaleurs sont capables d'attaquer physiquement et chimiquement les insertions élastiques.
Le système d'étanchéité selon la présente invention supprime les difficultés qui existaient jusqu'à présent pour la réalisation de l'étanchéité entre les deux parties con- duisant les deux fluides, récipient et tubes, par cela que l'on prévoit, placés simultanément contre chaque fond de récipient et autour de chaque tube, des bagues d'étanchéité élastiques, annulaires, qui sont placées sous une surpression de leur côté géométriquement ouvert. Grâce à cette surpres- sion, la bague est pressée aussi bien contre le tube lâche que contre le fond du récipient et pour une pression suffisam- ment élevée, elle empêche la sortie du fluide placé sous surpression dans la région de sous-pression et vice-versa.
Si cependant lors d'un passage occasionnel et accidentel, on doitempêcher un écoulement des deux fluides réunis, ou s'il n'y a que des différences de pression peu importantes entre deux fluides qui doivent être séparés de manière étanche est l'un de l'autre, le fond du récipient/constitué par un double fond et entre les deux parois du fond placées à écartement l'une de l'autre et autour des tubes qui les traversent, on prévoit des bagues annulaires, élastiques, à paroi mince disposées aussi bien contre les tubes que ,contre les fonds, avec leur côté géométrique ouvert 'dirigé vers l'espace entre les deux parois, l'espace entre les parois du double fond étant mis sous la pression d'un agent d'étanchéité liquide ou gazeux, pression plus élevée que la pression la plus élevée à maintenir de manière étanche à l'intérieur des deux récipients.
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Dans ce système d'étanchéité par conséquent, la pression d'étanchéité n'est plus obtenue en pressant des insertions élastiques entre double fond, mais on utilise une bague élastique à parois minces pour obtenir l'étanchéité laquelle n'est placée qu'avec une faible pré-tension aux endroits qui doivent être rendus étanches, c'est-à-dire le tube et le double fond, de telle manière que cette bague est pressée par des agents gazeux ou liquides contre les surfaces qui . doivent être rendues étanches sous une contre-pression plus élevée que la pression à rendre étanche.
De cette manière on assure toujours une étanchéité sûre lors du fonctionnement, car la bague élastique à parois minces ne doit pas elle même créer la pression de serrage par son élasticité, mais la pression, à l'exception d'une toute petite tension préalable, est principalement fournie par le fluide d'étanchéité. Donc, même en l'absence d'une élasticité propre de la bague, on peut obtenir une étanchéité durable. Si la pression du fluide d'étanchéité est trop faible, le fluide d'étanchéité sortira à travers les surfaces d'étanchéité, mais cela peut être évité sans difficulté en augmentant la pression d'étanchéité.
Les bagues élastiques à parois minces doivent, avant l'application de la pression d'étanchéité être posées avec une tension préalable plus faible contre les surfaces qui doivent être rendues étanches, afin d'obtenir une pression d'étanchéité. Cela est obtenu en formant le diamètre libre interne des bagues élastiques un peu plus petit que le diamètre externe des tubes qui traversent le fond double et des insertions élastiques sont prévues de telle manière que la largeur de la bague soit plus grande que l'écartement libre entre les deux parois du fond double. Dès qu'une telle tension initiale légère est présente contre les surfaces d'étanchéité, on exerce l'étan- chéité complète par l'introduction de l'agent d'étanchéité
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gazeux ou liquide, et selon la valeur de la pression qui est appliquée.
Les insertions élastiques peuvent être conformées de n'importe quelle manière voulue. Les plus appropriées paraissent être les anneaux élastiques, qui pressent de manière uniforme le long de la périphérie les flanges de la bague contre les parois du fond. Mais à la place de ces insertions élastiques il est également possible de former la bague élastique elle-même sous la forme d'un. anneau creux élastique, auquel on doit donner également un diamètre interne libre plus petit que le diamètre externe des tubes qui sont introduits, la largeur libre de l'anneau creux étant plus grande que l'écartement entre les deux parois du double fond, et l'anneau ,creux présentant des interruptions du côté du fluide introduit entre les parois du fond.
De cette manière, le fluide d'étanchéité peut péné- trer à l'intérieur de l'anneau creux élastique et produire l'étanchéité en pressant l'anneau de tous côtés contre les surfaces qui doivent être rendues étanches:
Si par exemple on doit réaliser dans un échangeur'de ' chaleur l'étanchéité entre deux fluides qui échangent leur chaleur, avec des températures très différentes, et avec agressivités chimiques de nature différente et qu'il est à recommander d'utiliser des substances d'étanchéité différentes à l'égard des fluides qui doivent être rendus étanches, par exemple une substance qui résiste aux températures élevées et une autre qui résiste à l'action des acides, il est alors @ possible de disposer deux bagues élastiques de substances différentes,
l'une à côté de l'autre sur les tubes et entre bagues de les parois du double fond du récipient. Ces deux/substances différentes peuvent être placées immédiatement l'une contre
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l'autre. Mais il est également possible d'utiliser un anneau intermédiaire et il est alors à recommander de munir l'anneau intermédiaire de perforations radiales afin de pouvoir s'assurer de l'existence d'un manque d'étanchéité sur l'un des côtés par chute de la pression d'étanchéité.
Les bagues d'étanchéité peuvent être disposées comme bagues individuelles, mais elles peuvent également être réunies en un tapis élastique, qui réalise l'étan- chéité contre les tubes et simultanément contre l'une, ou contre les deux parois du fond. Dans ce dernier cas, le tapis d'étanchéité ferme un espace creux, lequel se trouve placé sous la pression d'étanchéité.,
Pour le cas où l'on doit réaliser -l'étanchéité entre des fluides ayant des températures très élevées, il est à recommander de laisser le fluide d'étanchéité s'écouler sous la pression nécessaire pour l'étanchéité entre les deux fonds du récipient, le fluide plus froid agissant comme liquide de refroidissement lorsqu'il traverse les bagues élastiques, en refroidissant celles-ci et en prolongeant ainsi considérable- ment leur vie.
Pour des tubes placés de manière serrée dans le double fond, le liquide de refroidissement effectuera un abaissement suffisant de la température sans organes conduc- teurs spéciaux, uniquement par son passage le long des bagues.
Si au contraire, les tubes se trouvent plus loin, il est à recommander de prévoir des organes conducteurs du liquide d'étanchéité. Il est de plus possible de prévoir les anneaux creux élastiques servant de bagues d'étanchéité en deux endroits externes diamétralement opposés avec des ouvertures, et de faire en sorte que le liquide de refroidissement choissise son chemin par ces ouvertures à travers l'anneau creux, afin
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de refroidir celui-ci de manière intense. De la même manière, on peut refroidir également les tapis d'étanchéité.
Si la pression à l'intérieur du récipient par rapport à la pression atmosphérique est suffisamment élevée , on peutprocéder, concernant l'arrangement des bagues d'étan- chéité, de telle manière que celles-ci soient placées de manière qu'elles 'soient dirigées avec leur côté géométrique. ouvert, détourné de l'espace, entre les parois du fond, qui se trouve sous la pression externe ou présente une sous pression suffisante.
Le dispositif d'étanchéité!selon la présente invention sera maintenant décrit de plus près en se reportant aux exemples illustrés dans les dessins.
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Dans ces dessins, la figure 1 montre l'arrangement d'un dispositif d'étan- chéité pour un échangeur de chaleur à double fond, l'espace intermédiaire entre les parois du fond se trouvant sous une 'surpression, la figure 2 montre'le dispositif d'étanchéité/à double 'fond -selon l'invention, à échelle plus grande;
la figure 3 montre l'anneau d'étanchéité à échelle plus grande, la figure 4 montre l'étanchéité avec deux anneaux creux disposés l'un à côté de l'autre, faits en substances diffé- rentes, la figure 5 montre des tapis d'étanchéité agissant par une surface, la figure 6 montre des tapis d'étanchéité agissant par deux surfaces, et la figure 7 montre la disposition d'un dispositif d'étan- chéité pour échangeur de chaleur à double fond, l'espace entre les deux parois du fond se trouvant placé sous la pression atmosphérique.
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En se reportant aux dessins, dans une chaudière 1 d'échangeur de chaleur traversée par exemple par de la vapeur, ayant des parois cylindriques 2 se trouvent dis- posés des tubes 3 qui laissent passer le fluide à chauffer, par exemple le liquide d'un bain de filage, à travers la chaudière 1, Ces tubes j traversent de manière lâche des perforations 4 formées dans le double fond 5 et 6, qui ferme la chaudière sur son côté plan. Un couvercle 7 ferme l'espace collecteur 8 pour le fluide qui s'écoule à travers les tubes 3 et présente des ajutages d'admission et d'éva- cuation 9.
La fermeture étanche entre les deux espaces séparés de l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire entre la chaudière et l'espace collecteur 8 avec les tubes 3 qui se terminent dans cet espace, se fait entre les parois du double fond 5 et 6 et est réaliséeau moyen de bagues élas- tiques annulaires 10, qui sont disposées entre les parois du double fond, sur les tubes 3 et se trouvent placées sous la pression d'un fluide d'étanchéité, qui remplit l'espace 11 entre les parois du double fond.
Si la pression dans l'espace 11 'deux entre les/parois du double fond 5 et 6 est si grande qu'elle soit aussi bien supérieure à la pression dans la chaudière 1 qu'à celle dans l'espace du bain de filage -collecteur/8, la fente 12 (fig. 2), qui existe entre les tubes 3 et les perfo- rations 4 dans le double fond 5 et 6, est complètement rendue étanche sous la pression du fluide d'étanchéité. Cette pression dans l'espace 11 doit être établie avant le remplissage de l'espace par dex à à vapeur ou acide 1 et 8. afin d'assurer une pose étanche des bagues 10 aussi bien contre les parois du double fond 5 et 6 que contre les tubes 3.
Il est à recommander de placer les bagues élastiques 10 sous une certaine tension
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initiale, quoique faible, contre les surfaces d'étanchéité avant d'appliquer la pression d'étanchéité. Dans ce but, le diamètre libre interne de la bague sera un peu plus petit que le diamètre libre externe du tube 3. En direction des tubes, les ailes 13 et 14 de la bague seront posées,de préférence légèrement/par des pièces élastiques annulaires 15 contre les parois du double fond 5 et 6. Ces ressorts 15 doivent présenter des ouvertures 16 qui laissent passer le fluide d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité des bagues contre le tube.
De tels ressorts sont en tout casnécessaires lorsque le joint étanche, comme montré à droite de la figure 2, , consiste en deux bagues à angle 26 et 27. Comme ressorts an- nulaires on peut par exemple utiliser des hélices qui consis- tent en un ressort'hélicoïdal formé avec ses extrémités en un anneau. Au lieu des insertions élastiques la bague même peut exercer la tension élastique, ce qui de préférence sera réalisé en la conformant en un anneau creux élastique 17 (fig. 3), qui du côté du fluide d'étanchéité est muni: d'une ou plusieurs ouvertures 18, 19.
Un tel anneau creux 17 a la 'tendance, pour autant que sa largeur soit plus grande que l'écartement entre les deux parois du double fond 5 et 6, de s'appuyer contre celles-ci avec une légère tension ini- tiale et de réaliser immédiatement un joint étanche lorsqu'on applique la pression dans l'espace 11.
Si l'on doit réaliser l'étanchéité de deux fluides entre eux, qui solliciteraient de manière différente la bague d'étan- chéité, par exemple l'un des fluides étant de la vapeur chaude, et l'autre fluide, par exemple un acide, les deux fluides exerçant des actions corrosives différentes, il est à recommander , de prévoir deux bagues élastiques, fabriquées en substances différentes, chacune résistante à l'égard du fluide à rendre étanche. Ces deux bagues sont selon la figure 4, faites par
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exemple en forme d'anneaux çreux 20 et 21 et peuvent être placées directement l'une contre l'autre, ou bien, comme montré dans les dessus, séparées l'une de l'autre par un anneau intermédiaire 22.
Cet anneau intermédiaire 22 doit être prévu avec des perforations radiales 23 afin d'assu- rer une étanchéité vraiment sûre par un contrôle constant de la pression d'étanchéité dans l'espace 11.
Lé fluide d'étanchéité est introduit-dans l'espace 11 par un ajutage d'admission 24 (fig. 1). Il'est avantageux dans certains cas, de prévoir encore un ajutage d'évacuation 25 et de laisser passer le fluide d'étanchéité sous pression à travers l'espace 11. Les bagues élastiques sont/ainsi entourées par ce fluide d'étanchéité et sont ainsi refroidies. De cette manière, l'influence nuisible de la chaleur, qui peut réduire très rapidement l'élasticité de la substance dont est formée la bague élastique, est supprimée et la durée de vie des an- neaux élastiques intermédiaires est considérablement prolongée.
Comme bagues à refroidir, conviennent plus spécialement les anneaux 17 montrés dans la figure 3 avec deux ouvertures 18 et 19 diamétralement opposées. Si notamment les écartements entre les tubes individuels 3 sont faibles,alors les anneaux creux de tubes voisins se trouvent, lorsque cela est possible, avec leurs diamètres externes si près l'un de l'autre, qu'aucun écoulement de liquide ne peut plus se-produire entre eux : le liquide d'étanchéité doit alors passer par les anneaux creux à refroidir eux-mêmes. Si de telles conditions favorables n'existent pas, on peut également obtenir par des organes conducteurs et éléments de séparation le passage voulu de liquide de refroidissement des. anneaux creux.
D'après la figure 5, les bagues à angle adjacentes placées
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contre chaque partie de fond sont formées de deux tapis, chacun à une surface agissante, 28 et 29. Bien entendu,.on doit prévoir ici aussi à proximité de chaque tube les ressorts 15 illustrés dans la figure 2, qui n'ont pas été illustrés ici.
Ils pressent les deux tapis d'étanchéité contre leurs surfaces respectives de fond, tandis que les bourrages 30 de diamètre plus petit que celui des tubes, prennent soin de l'étanchéité automatique à l'égard des tubes.
Dans la figure 6 on a illustré un tapis d'étanchéité 31 à deux/surfaces agissantes, qui présente des trous pour l'in- sertion des tubes 3 et possède des es paces creux correspondantes 32, dans lesquels on introduit sous pression le fluide d'étanchéité.
La figure 7 montre un système d'étanchéité pour échangeur de chaleur, dans lesquels on prévoit aussi bien dans le réci- pient 1 que dans le ,collecteur 8 et dans les tubes 3 qui leur sont connectés, une pression suffisamment élevée par rapport à la pression atmosphérique. Dans ce cas, l'espace 11 entre les parois 5 et 6 du double fond peut être mis directement en com- peut être munication avec l'air'atmosphérique ou bine/mis sous vide ..lorsque les bagues d'étanchéité 33 et 34 sont. dirigées avec leur côté géométriquement ouvert vers les deux espaces 1 et 8 de la chaudière et reçoivent de là,leur pression d'étanchéité.
Le fond 5 qui ferme la chaudière 1 est fait en deux parties par les deux plaques perforées 35 et 36, la plaque 36 étant constituée par rapport à la chaudière 1 comme fond préliminaire protecteur de chaleur. Les bagues 34 sont connectées par des perforations 37 avec le fluide de pression de la chaudière 1.
Dans ce mode de construction étanche à l'égard de la pression externe, l'étanchéité de l'appareillage est d'un contrôle particulier facile à réaliser. Si les pressions des chaudières et du récipient 8 sont très différentes entre elles, on peut
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travailler également par exemple avec un fond simple entre les deux, qui sépare directement les deux espaces du récipient l'un de l'autre.
Le système d'étanchéité selon la présente invention peut être utilisé non seulement pour les échangeurs de chaleur décrits, mais salement pour d'autres dispositifs et appareils, dans lesquels des tubes doivent être intro- duits de manière lâche mais étanche dans les fonds.
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