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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2511764A1
Family ID 2362393
Probable Assignee Air Preheater
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title ECHANGEUR DE CHALEUR ROTATIF A RECUPERATION
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN ECHANGEUR DE CHALEUR ROTATIF A RECUPERATION.
CET ECHANGEUR DE CHALEUR COMPORTE UN ROTOR 18 QUI PORTE UNE MASSE DE
MATIERE ABSORBANT LA CHALEUR, EXPOSEE ALTERNATIVEMENT A UN FLUIDE
CHAUD ET A UN FLUIDE FROID. LE ROTOR 18 ET SON ENVELOPPE 20 QUI
L'ENTOURE SONT SUPPORTES SEPAREMENT PAR UNE COLONNE 32 ET DES PIEDS 34
DE MANIERE QU'IL NE SE PRODUISE AUCUNE DEFORMATION CORRESPONDANTE DU
ROTOR ET DE SON ENVELOPPE PAR TRANSMISSION DE FORCE ENTRE LA COLONNE
ET LES PIEDS.
DOMAINE D'APPLICATION: ECHANGEURS DE CHALEUR POUR LE PRECHAUFFAGE DE
L'AIR.
Description
_________________________________________________________________
Dans un echangeur de chaleur rotatif a recupe- ration, une
masse,constituee d'un element absorbant la chaleur et comprenant
communement des plaques empilees, est d'abord positionnee dans un
canal parcouru par un gaz chaud afin d'absorber de la chaleur cedee
par les gaz chauds parcourant ce canal Apres que les plaques ont ete
chauffees par les gaz chauds, elles sont deplacees, sou- vent par
rotation, afin d'etre placees dans un canal par- couru par de l'air
froid et dans lequel les plaques ainsi chauffees transmettent leur
chaleur a l'air froid ou a tout autre fluide parcourant ce canal.
L'element absorbant la chaleur est habituelle- ment porte par un rotor
cylindrique qui tourne entre les fluides chaud et froid, tandis qu'un
corps fixe, compre- nant des secteurs places aux extremites opposees
du rotor, est concu pour entourer ce dernier et pour maintenir les
fluides chaud et froid dans des gaines separees Pour empecher le
melange des deux fluides, les bords extremes du rotor comportent
habituellement des organes flexibles d'etancheite qui sont destines a
frotter contre la sur- face adjacente du corps ou de l'enveloppe du
rotor pour suivre elastiquement un degre limite d' "enfoncement" ou
autre deformation due a la chaleur et a la sollicitation mecanique de
l'echangeur de chaleur par suite de varia- tions de temperatures et de
contraintes normales de flexion engendrees par la pesanteur.
Initialement, le rotor et la structure du corps l'enveloppant etaient
relativement petits et etaient donc supportes uniquement par les
canalisations empruntees par les fluides pour arriver a l'echangeur de
chaleur et en partir Lorsque la dimension de ce type d'appareil a
augmente, on a monte le rotor sur un palier qui a ete lui-meme monte
sur une poutre horizontale de support, placee au-dessus ou au-dessous
du rotor On a ensuite monte le corps directement ou indirectement sur
la meme poutre, de sorte que les deformations de cette poutre duesa la
chaleur et aux contraintes mecaniques provoquaient un mouvement
relatif du rotor et de la structure du corps l'enveloppant, entrainant
une chute de fluide entre le rotor et la struc- ture Ensuite, lorsque
l'on a augmente encore plus la dimension de l'appareil, le poids du
rotor et de la struc- ture du corps l'entourant a egalement
augmente,de sorte qu'il a fallu une poutre de support plus lourde pour
evi- ter une deformation encore plus grande; cependant, dans le cas
d'appareils de grande dimension tels que ceux pro- duits actuellement,
une lourde poutre horizontale de support et une structure massive de
plaques de fixation serb Ent essentielles pour supporter le rotor et
le corps l'enveloppant. Les moyens d'etancheite places entre le rotor
et la structure du corps l'enveloppant ont ete notable- ment ameliores
pour obturer les passages de fuite entre ces deux elements, mais, dans
un echangeur de chaleur du type rotatif a recuperation, il subsiste
des fuites exces- sives qui abaissent le rendement de travail de
l'appareil.
De plus, tout renfort ou raidisseur ajoute au rotor et a son enveloppe
pour empecher les deformations accroit necessairement la dimension et
le poids de l'echangeur de chaleur et tend donc a provoquer une
deformation encore plus importante de la maniere indiquee ci-dessus Il
en resulte une fuite de fluide plus grande, une diminution de
rendement et des couts de fonctionnement plus eleves.
Des brevets ont porte sur diverses formes de realisation d'un
echangeur de chaleur rotatif a recupera- tion dans lequel un rotor et
la structure du corps l'en- veloppant sont supportes de maniere que la
deformation relative se produisant entre eux soit minimale.
Les brevets des Etats-Unis d'Amerique NO 2 224 787, NO 3 155 152 et N
O 3 874 442 decrivent des exemples d'appareil dans lequel une poutre
centrale de support est montee au sommet du rotor pour supporter a la
fois ce dernier et son enveloppe Les brevets des Etats-
Unis d'Amerique N O 2 352 717 et N O 3 802 489 decrivent une enveloppe
de rotor supportee a sa partie inferieure, le rotor etant lui-meme
supporte par la structure de l'en- veloppe. Dans divers autres brevets
tels que le brevet des Etats-Unis d'Amerique N O 3 016 231, le
dispositif precis de support est sans rapport avec celui de l'inven-
tion et il n'a donc pas a etre davantage decrit Cependant, on suppose
qu'en l'absence d'indications precises, l'en- semble de l'appareil est
supporte par des moyens classi- ques. Dans la plupart des
applications, on peut egalement supposer que l'appareil-decrit est
destine a des ensembles de dimensions moyennes et d'un poids infe-
rieur a une valeur comprise entre 45 et 90 tonnes Cepen- dant, par
comparaison, un echangeur de chaleur selon l'invention peut avoir un
poids global compris entre 450 et 900 tonnes, le rotor pouvant
constituer les trois quarts du poids total, tandis que l'enveloppe de
ce rotor et son support constituent la partie restante du poids total
Il apparait donc que, lorsqu'elles sont transmises a une poutre
transversale de support, ces forces provo- quent une flexion
importante qui, lorsqu'elle est consi-' deree avec la deformation
causee par la deformation thermi- que et le poids de la poutre
elle-meme, engendre, entre le rotor et le corps l'enveloppant, un
mouvement relatif qu'il est difficile, voire impossible, de maitriser
ou de contenir convenablement Par consequent, les fuites de fluide de
l'appareil restent insupportables.
L'invention concerne donc un dispositif par- ticulier de support
portant le rotor d'un echangeur de chaleur a recuperation, tout a fait
independamment des supports portant le corps enveloppant le rotor Les
sup- ports du rotor et de la structure du corps l'enveloppant sont
totalement independants l'un de l'autre, car ils exercent une charge
de compression sur des supports ver- ticaux qui descendent jusqu'a des
structures d'appui au sol independantes Par consequent, un mouvement
du rotor ou de la structure l'enveloppant ne provoque pas un mouve-
ment correspondant entre eux, faisant varier la relation d'etancheite.
L'invention sera decrite plus en detail en regard du dessin annexe a
titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lequel la figure unique
est une coupe lon- gitudinale partielle de l'echangeur de chaleur
rotatif a recuperation selon l'invention.
Dans l'appareil selon l'invention, un pre- chauffeur rotatif d'air a
recuperation comprend un'rotor 18 comportant une colonne centrale 12
montee sur un palier 14 de support et guidee a son extremite
superieure par un palier 16 de guidage qui permet au rotor de tourner
autour de son axe vertical sous l'action de moyens clas- siques qui ne
sont pas representes Le rotor comprend une coque cylindrique formee
concentriquement autour de la colonne et concue pour- porter une masse
de matiere absorbant la chaleur, qui est exposee alternativement aux
courants d'un fluide de chauffage et d'un fluide a chauffer La matiere
absorbant la chaleur du rotor est habituellement portee dans une serie
de paniers en forme de secteur, juxtaposes les uns aux autres, une
enveloppe 20-etant destinee a entourer le rotor pour contenir les
divers fluides L'enveloppe comporte elle-meme une gaine 22 d'entree du
fluide chauffant et une gaine 24 de sortie du fluide refroidi qui a
traverse l'echangeur de chaleur, tandis qu'une gaine 26 d'entree du
fluide a chauffer et une gaine 28 de sortie du fluide chauffe sont
disposees aux extremites opposees de l'enveloppe Cet agencement permet
l'ecoulement simultane de fluides chaud et froid a travers la matiere
d'echange de chaleur portee sur les cotes opposes du rotor.
Des moyens d'etancheite sous la forme de joints a rubans flexibles 30
sont habituellement places aux extre- mites opposees du rotor pour
frotter contre la structure de l'enveloppe adjacente et pour empecher
ainsi les fluides de fuir de leurs gaines respectives Cependant, des
flexions mecaniques et des deformationsthermiques du rotor et de
l'enveloppe du rotor s'associent frequemment pour rendre totalement
inefficacesles dispositifs courants d'etancheite.
2511764.
Dans le passe, le rotor etait frequemment porte par sa propre
enveloppe Ensuite, lorsque la dimen- sion de l'appareil s'est accrue,
il s'est revele neces- saire d'utiliser une structure speciale de
support sous la forme de poutres horizontales auxquelles le rotor et
son enveloppe etaient suspendus Lorsque la dimension de l'appareil
s'est elevee encore plus, des poutres plus grandes et plus lourdes de
support sont devenues neces- saires ainsi que des plaques renforcees
de fixation aux- quelles l'enveloppe etait reliee Ces poutres et
plaques de fixation entrent pour une part importante dans le poids
total de l'appareil.
Conformement a l'invention, une colonne inde- pendante 32 de support
est placee au-dessous du palier 14 de support, et plusieurs pieds 34
de support, espaces diametralement, sont places au-dessous de
l'enveloppe 20.
Ces pieds de support de l'enveloppe et la colonne de support du rotor
descendent verticalement jusqu'a une embase reposant sur le sol, de
sorte qu'ils sont totale- ment independants les uns des autres Par
consequent, aucun support ne flechit a la suite d'une flexion due a la
charge ou a la chaleur d'un autre support La colonne 32 de sup- port
peut etre concue pour porter les parties radialement adjacentes des
canalisations de fluides, tandis que les pieds 34 de support de
l'enceinte peuvent etre concus pour porter les canalisations
adjacentes, mais ces canalisations sont relativement legeres, attendu
qu'elles sont concues uniquement pour le passage de fluides, et non
pour suppor- ter l'enveloppe du rotor De plus, la compression de la
colonne 32 et des pieds 34 est negligeable par rapport a la flexion de
la poutre transversale habituelle.
Un renfort 36 place sur l'extremite superieure de la colonne 32 est
destine a repartir la charge du palier et du rotor de facon egale sur
l'extremite superieure de la colonne 32 et pour constituer un support
pour les cana- lisations adjacentes De plus, des cales 38 de
dimensions appropriees peuvent etre placees sur les extremites des
pieds 34 pour etablir un jeu predetermine entre la peri- i pherie du
rotor 18 et la structure 20 du corps l'enveloppant.
Il est apparu que, par rapport a un prechauffeur d'air de taille 33,
de type actuellement construit, cet appareil entraine une economie
d'environ 90 tonnes, equi- valant financierement a une economie
d'environ 700 000 francs. De plus, attendu que la deformation se
produisant entre le rotor et la structure du corps l'enveloppant est
beau- coup plus faible, les fuites de fluides sont egalement moins
importantes, de sorte que le rendement de travail de l'echangeur de
chaleur est notablement accru.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportees a
l'echangeur de chaleur decrit et represente sans sortir du cadre de
l'invention.
G
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Echangeur de chaleur rotatif a recuperation, caracterise en ce qu'il
comporte un rotor (18) qui comprend une colonne verticale (12) de
rotor et une coque concen- tric a cette colonne de laquelle elle est
espacee pour former avec elle un espace annulaire, une masse de
matiere absorbant la chaleur portee dans l'espace annulaire forme
entre la colonne et la coque du rotor, une enveloppe (20) entourant le
rotor, a distance de ce dernier, des gaines espacees (22, 24, 26, 28),
situees aux extremites opposees du rotor et concues pour permettre
l'entree et la sortie d'un fluide de chauffage et d'un fluide a
chauffer, un palier (14) de support portant la colonne du rotor afin
qu'elle puisse tourner, ainsi que la coque concentrique du rotor,
autour de l'axe vertical de ce rotor, des moyens destines a faire
tourner le rotor autour de son axe verti- cal, une colonne (32) de
support concue pour porter le palier de support, et plusieurs pieds
(34) de support places au-dessous de l'enveloppe et independants
structu- rellement de la colonne de support du rotor, de maniere que
l'enveloppe du rotor exerce une force de compression sur chaque pied,
independamment de la force de compression exercee par le rotor sur la
colonne de support, ce qui empeche tout mouvement correspondant entre
les pieds et la colonne.
2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracterise en ce que
la colonne de support du rotor et les pieds de support de l'enveloppe
du rotor descendent verticalement de ce rotor et de cette enveloppe.
3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracterise en ce que
les pieds de support de l'enve- loppe sont disposes a des extremites
diametralement opposees de l'enveloppe du rotor.
4 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caracterise en ce
qu'il comporte des elements de sus- pension reposant sur les pieds de
support et sur la colonne de support et portant entre eux des gaines
adjacentes d'entree et de sortie.
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