EP0176419A1 - Dispositif pour le nettoyage de tubes - Google Patents

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EP0176419A1
EP0176419A1 EP85401744A EP85401744A EP0176419A1 EP 0176419 A1 EP0176419 A1 EP 0176419A1 EP 85401744 A EP85401744 A EP 85401744A EP 85401744 A EP85401744 A EP 85401744A EP 0176419 A1 EP0176419 A1 EP 0176419A1
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EP
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fins
tongue
twisted
axis
tube
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EP85401744A
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German (de)
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Inventor
Patrick Estienne
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Elf Antar France
Original Assignee
Elf France SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
    • B08B9/027—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages
    • B08B9/04—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages using cleaning devices introduced into and moved along the pipes
    • B08B9/053—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages using cleaning devices introduced into and moved along the pipes moved along the pipes by a fluid, e.g. by fluid pressure or by suction
    • B08B9/055—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages using cleaning devices introduced into and moved along the pipes moved along the pipes by a fluid, e.g. by fluid pressure or by suction the cleaning devices conforming to, or being conformable to, substantially the same cross-section of the pipes, e.g. pigs or moles
    • B08B9/0553—Cylindrically shaped pigs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F28F13/125—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation by stirring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G1/00—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
    • F28G1/12—Fluid-propelled scrapers, bullets, or like solid bodies

Definitions

  • the present invention relates to a device for the preventive cleaning of tubes such as elongated tubes of multi-tubular heat exchangers, steam condenser or the like and for improving the heat exchange between the interior of these tubes and the exterior.
  • NICHOLS US Pat. No. 4,174,750 has proposed a twisted strip made of a material such as a plastic, that is to say having a certain flexibility and whose inscribed diameter is substantially less than the inside diameter of the tube so that during its rotation, the strip may or may not be in contact with said wall.
  • the invention provides a device for cleaning elongated tubes in which a fluid circulates and intended for improving the heat transfer between the interior and the exterior of these tubes, said device being constituted by a twisted strip according to a helical shape around an axis of symmetry and intended to be rotated around this axis.
  • the twisted strip is itself constituted by two flexible fins symmetrical with respect to said axis and joined together by a tongue which is itself symmetrical with respect to said axis.
  • the fins are curved, preferably in the opposite direction to the direction of rotation around said axis.
  • the twisted strip according to the invention therefore has torsional rigidity and longitudinal flexibility due to the provision of the central tongue.
  • the flexibility of the fins and their curved shape provide the device with a variable geometry of character that allows the variation in the diameter inscribed by the action 'of the fluid flow inside the tube.
  • the action of the fluid circulating inside the tube on the twisted band imparts to it a rotational movement around the axis and scraping of the fins on the wall, and thus a movement ripples and / or vibration which is mainly due to the longitudinal flexibility of the assembly and which is strongly favored by the curved shape of the fins which allows a variation of the circumscribed circle.
  • Figure 1 the device according to the invention consisting of a twisted band in a helical shape (1) held inside a tube (2) by a fastening system (3) comprising a bearing turning allowing the band (1) to rotate under the effect of the fluid flowing in the tube (2) in the direction of the arrow (6).
  • the fastening device is of the type described in French patent application 83 17820 filed on November 9, 1983.
  • Figure 1 shows only a portion of the length of the device.
  • the twisted strip (1) is constituted by two fins (7) and (8) which are symmetrical with respect to the axis of symmetry (9) which coincides with the axis of rotation of the attachment device (3).
  • the fins (7) and (8) are interconnected by the tongue (10) which is also symmetrical with respect to the axis (9).
  • the fins (7) and (8) and the tongue (10) have the same helical shape.
  • FIG 2 a sectional view in the plane (11) of the device shown in Figure 1.
  • the fin (7) is the upper fin and the fin (8), the lower fin.
  • the lower edge (11) of the fin (7) is connected to the lower edge (12) of the tongue (10) and the upper edge (13) of the fin (8) is connected to the upper edge (14) of the tongue (10).
  • tongue (10) is located opposite the two fins.
  • each of the fins (7) and (8) has a maximum thickness in its central part (15) and (16).
  • This Figure 2 There is shown in this Figure 2 the direction of rotation of the device in operation by the circular arrow (17) and by the reference (18), the circle described by the edges (25) and (26) of the fins. It is understood, from the view of this figure, that the action of the fluid results in two forces which apply to the walls (27) and (28) of the fins and which tends to open the flare and to increase the diameter of the circle (18).
  • the curvature of the fins can be oriented in the opposite direction to the arrow (17).
  • there will be a scraping effect on the wall of the tube while in the second case, there will be a friction effect without scraping.
  • each fin (7) and (8) While the tongue (10) shown in Figure 1 was much narrower than each of the fins (7) and (8), that shown in Figure 3 is wider. The roundness between the tongue and each of the fins is much more open as in Figure 2. The thickness of each fin (7) and (8) is maximum in the central parts (15) and (16).
  • Figure 4 a schematic section of Figure 1 in which there is shown the axis (50) of the tongue (10) and the axes (51) and (52) of the fins. These axes intersect with the angle ⁇ .
  • This angle ⁇ is much less than 90 °, it is of the order of 15 °.
  • this angle is greater than 90 ° C, but less than 180 °.
  • These embodiments will preferably be chosen in the case of low-viscosity liquids and / or in the case where the tube is of short length.
  • the characteristics such as flexibility, material, diameter at rest of the circumscribed circle, value of the angle ⁇ , thickness , no propeller, etc ... are a function of the characteristics of the fluid in circulation such as speed, viscosity, temperature, chemical and mechanical aggressiveness, turbidity, density, nature (liquid, gaseous or mixed), etc ...
  • the devices according to the invention in particular those shown in FIGS. 1, 2 and 3 can be made of any suitable material and this is another advantage of the invention, because the material can be chosen according to the nature of the fluid circulating inside the tube. However, it is preferable to choose a material making it possible to form a strip twisted by extrusion, the strip having for example the profile shown in FIG. 2.
  • a plastic material such as polypropylene, teflon or polyacetal or a composite material may be used.

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Abstract

Dispositif pour le nettoyage préventif de tubes allongés constitué par une bande enroulée selon une forme hélicoïdale qui comporte deux ailettes (7, 8) reliées entre elles par une languette (10). Application aux échangeurs pluritubulaires.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour le nettoyage préventif de tubes tels que des tubes allongés d'échangeurs pluritubulaires de chaleur, condenseur de vapeur ou autre et pour l'amélioration des échanges de chaleur entre l'intérieur de ces tubes et l'extérieur.
  • On connaît déjà des réalisations qui tendent à maintenir en permanence propre la surface interne des tubes et permettent d'améliorer le transfert thermique par diminution de l'épaisseur de la couche laminaire en contact avec les parois internes des tubes ainsi que par augmentation du nombre de Reynolds. On a proposé divers dispositifs tels que des brosses ou autres qui se déplacent à l'intérieur du tube sous l'action d'un entraînement mécanique ou hydraulique. On a proposé aussi des moyens permanents constitués par une vis d'Archimède telle que décrite dans le brevet US n° 2 943 845, mais qui présente l'inconvénient majeur d'être rigide et de nécessiter des tubes de grand diamètre.
  • On a aussi utilisé des dispositifs constitués par une bande plate torsadée montée en rotation dans les tubes. Selon le brevet US 3 407 871, on prévoit une bande torsadée rigide et maintenue sous tension pour éviter tout contact entre les côtés de la bande et les parois du tube dans laquelle elle est insérée. Le diamètre inscrit de la bande torsadée selon ce brevet est alors inférieur.au diamètre intérieur du tube.
  • De façon à éviter au maximum le contact de la bande torsadée avec les parois du tube, on a proposé dans le brevet JACOBSEN US n° 1 783 844 d'utiliser une bande rigide qui est maintenue en appui rotatif sur deux butées situées aux extrémités du tube. Cette réalisation est donc limitée aux tubes de petite longueur et parfaitement rectiligne. En plus, ce dispositif nécessite un maintien constant de la longueur de la bande torsadée.
  • Enfin, on a proposé dans le brevet NICHOLS US 4 174 750 une bande torsadée réalisée en un matériau tel qu'une matière plastique, c'est-à-dire présentant une certaine souplesse et dont le diamètre inscrit est sensiblement inférieur au diamètre intérieur du tube de sorte que lors de sa rotation, la bande puisse être en contact ou non avec ladite paroi.
  • Mais l'utilisation d'une bande plate en matériau souple conduit à un système qui manque de rigidité au couple. Ainsi, l'art antérieur a proposé plusieurs dispositifs, mais qui n'ont jamais pu allier une souplesse longitudinale à une rigidité au couple permettant leur utilisation dans des tubes de grande longueur éventuellement courbés pour lesquels le ou les rayons de courbure autorisent une certaine dilatation différentielle entre les tubes et la calandre extérieure. En outre, pour ces dispositifs, il n'a jamais été prévu une disposition qui élimine ou du moins minimise les risques d'encrassement de la bande torsadée.
  • C'est donc l'objet de l'invention de prévoir un dispositif dépourvu des inconvénients de l'art antérieur et qui soit en particulier souple longitudinalement, rigide par rapport à la torsion et dont la géométrie évite au maximum la formation de dépôt sur le dispositif.
  • Pour cela, l'invention prévoit un dispositif de nettoyage de tubes allongés dans lesquels circule un fluide et destiné à l'amélioration du transfert thermique entre l'intérieur et l'extérieur de ces tubes, ledit dispositif étant constitué par une bande torsadée selon une forme hélicoïdale autour d'un axe de symétrie et destiné à être mis en rotation autour de cet axe.
  • Selon l'invention, la bande torsadée est elle-même constituée par deux ailettes souples symétriques par rapport audit axe et réunies entre elles par une languette elle-même symétrique par rapport audit axe.
  • Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, les ailettes sont recourbées, de préférence en sens inverse au sens de rotation autour dudit axe.
  • La bande torsadée selon l'invention présente donc une rigidité à la torsion et une souplesse longitudinale du fait de la prévision de la languette centrale. La souplesse des ailettes et leur forme recourbée procurent au dispositif un caractère de géométrie variable qui permet la variation du diamètre inscrit sous l'action 'de la circulation du fluide à l'intérieur du tube.
  • Lors du fonctionnement de ce dispositif, l'action du fluide en circulation à l'intérieur du tube sur la bande torsadée lui imprime un mouvement de rotation autour de l'axe et de raclage des ailettes sur la paroi, et ainsi qu'un mouvement d'ondulations et/ou de vibration qui est essentiellement dû à la souplesse longitudinale de l'ensemble et qui est fortement favorisé par la forme courbée des ailettes qui autorise une variation du cercle circonscrit.
  • Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite d'une manière uniquement illustrative en référence aux figures annexées dans lesquelles :
    • - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention,
    • - la figure 2 est une coupe de la figure 1,
    • - la figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention,
    • - les figures 4a, 4b, 4c représentent des coupes schématiques du dispositif de la figure 1.
  • On a représenté sur la figure 1, le dispositif selon l'invention constitué par une bande torsadée selon une forme hélicoidale (1) maintenue à l'intérieur d'un tube (2) par un système d'attache (3) comportant un palier tournant permettant la mise en rotation de la bande (1) sous l'effet du fluide circulant dans le tube (2) dans le sens de la flèche (6). Le dispositif d'attache est du type de celui décrit dans la demande de brevet français 83 17820 déposée le 9 Novembre 1983. La figure 1 représente uniquement une portion de la longueur du dispositif.
  • La bande torsadée (1) est constituée par deux ailettes (7) et (8) qui sont symétriques par rapport à l'axe de symétrie (9) qui est confondu avec l'axe de rotation du dispositif (3) d'attache. Les ailettes (7) et (8) sont reliées entre elles par la languette (10) qui est elle aussi symétrique par rapport à l'axe (9). Les ailettes (7) et (8) et la languette (10) présentent la même forme hélicoïdale.
  • On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe dans le plan (11) du dispositif représenté figure 1. Sur cette figure 2, l'ailette (7) est l'ailette supérieure et l'ailette (8), l'ailette inférieure. Le bord inférieur (11) de l'ailette (7) est relié au bord inférieur (12) de la languette (10) et le bord supérieur (13) de l'ailette (8) est relié au bord supérieur (14) de la languette (10).
  • Ainsi la languette (10) est située en vis-à-vis des deux ailettes.
  • Le bord (11) de l'ailette (7) et le bord (12) de la languette (10) sont réunis selon un arrondi très fermé. Il en est de même pour la languette (10) et l'ailette (8). Chacune des ailettes (7) et (8) possède une épaisseur maximale dans sa partie centrale (15) et (16). On a représenté sur cette figure 2 le sens de rotation du dispositif en fonctionnement par la flèche circulaire (17) et par le repère (18), le cercle décrit par les bords (25) et (26) des ailettes. On comprend, à la vue de cette figure, que l'action du fluide résulte en deux forces qui s'appliquent sur les parois (27) et (28) des ailettes et qui tend à ouvrir l'arrondi et à augmenter le diamètre du cercle (18).
  • Selon une variante de ce dispositif, on peut prévoit que la courbure des ailettes est orientée dans le sens contraire de la flèche (17). Dans le premier cas, on aura un effet de raclage sur la paroi du tube, alors que dans le second cas, on aura un effet de frottement sans raclage.
  • On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation du dispositif selon l'invention pour lequel les mêmes éléments portent les mêmes numéros.
  • Alors que la languette (10) représentée figure 1 était beaucoup moins large que chacune des ailettes (7) et (8), celle représentée figure 3 est plus large. L'arrondi entre la languette et chacune des ailettes est beaucoup plus ouvert que dans la figure 2. L'épaisseur de chaque ailette (7) et (8) est maximale dans les parties centrales (15) et (16).
  • On a représenté sur la figure 4 une coupe schématique de la figure 1 sur laquelle on a fait figurer l'axe (50) de la languette (10) et les axes (51) et (52) des ailettes. Ces axes se coupent avec l'angle α. Cet angle α est très inférieur à 90°, il est de l'ordre de 15°. On choisira cette réalisation dans le cas où on cherchera un dispositif représentant une très grande rigidité au couple, par exemple dans le cas où le fluide circulant dans le tube est très visqueux et/ou dans le cas où le tube (2) est très long.
  • On a représenté sur la figure 4b une coupe similaire de la figure 3. On remarque que sur cette figure 4b, l'anglec(est très voisin de 90°.
  • Sur la figure 4c, cet angle est supérieur à 90°C, mais inférieur à 180°. Ces réalisations seront choisies préférentiellement dans le cas de liquides peu visqueux et/ou dans le cas où le tube est de faible longueur.
  • D'une manière plus générale et ainsi qu'il ressort de la description précédente, en particulier des figures 4a, 4b et 4c, les caractéristiques telles que souplesse, matière, diamètre au repos du cercle circonscrit, valeur de l'angle α, épaisseur, pas d'hélice, etc... sont fonction des caractéristiques du fluide en circulation telles que vitesse, viscosité, température, agressivité chimique et mécanique, turbidité, densité, nature (liquide, gazeux ou mixte), etc...
  • Les dispositifs selon l'invention, en particulier ceux représentés figures 1, 2 et 3 peuvent être fabriqués en tout matériau adéquat et c'est là un autre avantage de l'invention, car on pourra choisir le matériau en fonction de la nature du fluide circulant à l'intérieur du tube. Mais on choisira de préférence un matériau permettant d'élaborer une bande torsadée par extrusion, la bande ayant par exemple le profil représenté figure 2.
  • En particulier, on pourra utiliser un matériau plastique tel que le polypropylène, le téflon ou le polyacétal ou encore un matériau composite.
  • Mais on pourra aussi utiliser un dispositif métallique dont le profil est obtenu à partir d'une bande métallique plane de faible épaisseur passant dans des molettes de mise en forme. On procédera ensuite au torsadage, sous tension, de façon à obtenir la forme hélicoïdale voulue. La mise en forme du profil et de la forme hélicoïdale se réalise en continu sur une machine spécifique.
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, elle en englobe au contraire toutes les variantes.

Claims (10)

1 - Dispositif de nettoyage préventif de tubes allongés dans lesquels circule un fluide, et destiné à améliorer le transfert thermique entre l'intérieur et l'extérieur de ces tubes, ledit dispositif étant constitué par une bande torsadée, selon une forme hélicoïdale, autour d'un axe longitudinal de symétrie et destiné à être mis en rotation autour de cet axe sous le simple effet de la circulation du fluide caractérisé en ce que ladite bande torsadée est symétrique par rapport audit axe et constituée par deux ailettes (7) et (8) réunies entre elles par une languette (10) torsadée selon la même forme hélicoïdale.
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes sont souples et recourbées.
3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes sont recourbées dans le sens de sa rotation autour dudit axe.
4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux ailettes est reliée à la languette avec un angle inférieur à 90°C.
5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux ailettes est reliée à la languette avec un angle supérieur ou égal à 90°C, mais inférieur à 180°C.
6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle est choisi de façon à ce que la languette soit complétement en vis-à-vis des deux ailettes.
7 - Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les ailettes comportent une zone centrale de plus grande épaisseur.
8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande torsadée est métallique.
9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande torsadée est en un matériau plastique tel que le polypropylène, le téflon ou le polyacétal.
10 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande torsadée est en un matériau composite.
EP85401744A 1984-09-10 1985-09-06 Dispositif pour le nettoyage de tubes Withdrawn EP0176419A1 (fr)

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