Brevet FR2009311A1 — publié le 19700130

La présente invention concerne un appareil et un procédé de fabrication de faisceaux de tubes enroulés en serpentin. l'invention utilise une machine aménagée pour faire tourner un noyau cylindrique amovible servant à former le faisceau de tubes en 5 serpentin, des moyens d'ancrage pour fixer les tubes par rapport au noyau sur des barres d'espacement de spires tubulaires, et des galets de guidage pour les tubes, déplaçables par chariotage et adaptés à retarder le passage des tubes à travers eux dans la mesure suffisante pour surmonter l'effet des forces de redressement se ma-10 nifestant au cours d'une opération d'enroulement. De préférence les galets de. guidage se déplacent par chariotage sous l'action d'une vis mère commandée conjointement avec le mouvement de rotation du noyau. Convenablement la machine peut faire tourner le noyau dans un 15 sens ou dans l'autre pour faire des enroulements dans les deux sens. Les moyens d'ancrage peuvent comprendre des blocs pouvant être mis en position sur une cerce fixée au noyau cylindrique et auxquels on soude les tubes par leur face terminale. L'invention comprend également un procédé de fabrication de. 20 faisceaux tubulaires en serpentin, selon lequel on met des barres d'espacement en position sur un noyau cylindrique, on en assure 1' emplacement avec des sangles d'acier, on fixe un ou plusieurs tubes par rapport au noyau cylindrique, on met en place des patins d'appui en positions intermédiaires par rapport aux barres d'espacement 25 pour définir une surface intérieure courbe sur laquelle peuvent s' appuyer des spires tubulaires, on fait tourner le noyau cylindrique pour enrouler en hélice une couche du ou des tubes sur les barres d'espacement en déplaçant les patins d'appui axialement, et on retire les sangles d'acier au fur et à mesure de la progression de 1' 50 enroulement le long du noyau cylindrique. Convenablement d'autres couches sont enroulées sur la couche adjacente respective en mettant en position des barres d'espacement sur les barres d'espacement adjacentes en direction radiale intérieure, en assurant l'emplacement des barres d'espacement avec des 35 sangles d'acier, en fixant un ou plusieurs tubes par rapport au noyau cylindrique, en mettant en place des patins d'appui dans des positions intermédiaires par rapport aux barres d'espacement pour définir une surface courbe intérieure sur laquelle peuvent s'appuyer les spires tubulaires, en faisant tourner le noyau cylindrique en 40 hélice pour enrouler une couche du ou des tubes sur les barres d'es 69 17147 2 2009311 pacement tout en déplaçant les patins d'appui axialement, et en retirant les sangles d'acier alors que l'enroulement progresse le long du noyau cylindrique. On peut former des queues tubulaires à l'extrémité d'une cou-5 che de spires tubulaires en fixant le tube respectif à une barre d' espacement, en poursuivant l'enroulement sur une faible longueur du tube, en coupant le restant de tube, et en faisant un coudage à 90° pour produire une queue tubulaire dirigée axialement. L'invention comprend également un faisceau tubulaire enroulé 10 en serpentin fabriqué comme décrit ci-dessus. Selon un mode de réalisation de l'invention la machine a la forme d'un tour massif avec une poupée fixe et une poupée mobile montées sur une embase et une vis mère ou une colonne à chariotage transversal. Un noyau cylindrique adapté au diamètre intérieur vou-15 lu du faisceau tubulaire en serpentin est mis en place entre les poupées fixe et mobile et comporte des brides munies de supports a-justables pour des barres d'espacement placées en positions intermédiaires par rapport à des couches de tubes adjacentes pendant 1' enroulement des tubes. Un ensemble auxiliaire à galets de guidage 20 retardateurs capable de manipuler jusqu'à 24 tubes est monté sur la colonne de chariotage. L'ensemble à galets de guidage se déplace par chariotage à une vitesse adaptée au pas tubulaire individuel et les galets sont positivement retardés dans la mesure appropriée au diamètre des spires en formation, ou bien produisant en variante un 25 effet de freinage pour garantir que les forces de redressement qui se manifestent au cours de l'enroulement ne produisent pas une vitesse d'alimentation du tube supérieure à la vitesse d'enroulement. Pour faciliter l'utilisation quand il y a moins de 24 tubes des groupes de galets de guidage peuvent être éloignés de l'ensemble par 30 pivotement. Des cornières munies de fentes sont boulonnées aux faces des brides et s'étendent radialement par rapport à ces faces pour servir de points d'attache aux barres d'espacement pendant l'opération a'enroulement, En variante les brides peuvent avoir des fentes ra-35 diales pour recevoir des éléments de serrage fixés à la bride et à la barre d'espacement. Chaque barre d'espacement comprend un plat auquel sont soudés des goujons à intervalles égaux au dianètre extérieur du tube, ces goujons ayant l'aspect de pattes formant berceaux disposés à des intervalles de 3 ou 4 diamètres de tubes. Les 40 pattes en berceau sont inclinées vers l'extérieur et comportent à 69 17147 5 2009311 leurs extrémités extérieures un évidement pour recevoir et mettre en position la barre d'espacement extérieure adjacente. Des sangles d'acier sont temporairement utilisées pour assurer l'emplacement des barres d'espacement et sont coupées pendant la progression de 5 l'enroulement. . Afin de maintenir un espacement et une courbure sensiblement corrects entre les barres d'espacement il est nécessaire de disposer des patins d'appui recourbés pour supporter les tubes pendant l'enroulement. Les patins sont munis de cames décalées disposées sur 10 des arbres s'étendant sur la longueur des patins, et, en position de fonctionnement, ces cames sont en prise avec la couche de tubes immédiatement adjacente en direction radiale intérieure. Après enroulement des tubes immédiatement adjacents à un patin d'appui, les arbres à cames tournent pour mettre les cames en position de retrait 15 et le patin se déplace axialement pour recevoir des spires suivantes du serpentin tubulaire. Cette opération se répète jusqu'à ce que les spires tubulaires et les patins progressent d'un bout à l'autre du serpentin tubulaire, après quoi les patins sont retirés et mis en position pour la couche, tubulaire suivante. Suivant la dimension 20 des tubes et le diamètre d'enroulement tin jeu de patins de courbure donnée peut servir pour jusqu'à trois couches de tubes en serpentin, dans la gamme des tolérances permises relatives à la courbure des spires tubulaires. Des moyens d'ancrage sont prévus pour positionner les extrémi-25 tés des tubes en vue de l'enroulement, et prennent pour les serpentins de diamètre relativement faible la forme d'un bloc soudé à la face terminale du tube et pourvu d'un ergot perpendiculaire au tube, cet ergot étant fixé dans une douille fendue montée sur line cerce placée sur les barres d'espacement associées au serpentin destiné à 30 être enroulé. Le cas échéant, on- peut souder à ce bloc des paires de tubes, ou, en variante, l'extrémité de la branche d'entrée d'une bifurcation tubulaire connectée à une paire de tubes. Pour des enroulements de plus grand diamètre qui nécessitent des forces d'enroulement plus faibles, les moyens d'ancrage prenant la forme d'une 35 plaque boulonnée à la barre d'espacement, le ou les tubes étant serrés entre la plaque et la barre d'espacement. Des moyens d'ancrage servant à positionner les extrémités des tubes en serpentin prennent la forme de plaques rhombiques fixées à la barre d'espacement au moyen d'une paire de boulons qui serrent 40 les tubes individuels contre la barre. 69 17147 4 2009311 Un appareil de coudage également monté sur l'embase peut être ajusté en position pour permettre sa mise en place près d'une partie terminale de tube en serpentin, le serrage de l'extrémité de la partie principale de tube à une. barre d'espacement, et la coupure 5 de la partie restante de tube non enroulée. Cet appareil de coudage sert à produire une queue dirigée axialement par coudage à 90° de la partie terminale. En fonctionnement, pour former un faisceau de tubes en serpentin à passe unique, la machine est montée avec un noyau cylindrique 10 correspondant au diamètre intérieur requis du faisceau tubulaire en serpentin, mise en place avec les brides terminales entre les poupées fixe et mobile. On fixe aux brides une première couche de barres d'espacement et on les maintient rigidement en contact avec le noyau cylindrique au moyen de sangles d'acier. On soude une cerce 15 aux barres d'espacement à l'extrémité destinée à former l'entrée du faisceau et on commence à enrouler à partir de cette extrémité, une douille fendue étant boulonnée à la cerce. Pour une couciie tubulaire initiale à deux points de départ on fixe par soudage à un bloc d'ancrage les extrémités de deux longueurs droites de tubes, on met 20 les tubes en position entre une paire de galets de guidage commandés qui sont réglés à un niveau approprié et rétractés par pivotement pour permettre-l'insertion de la paire de tubes, et on met 1' ergot du bloc d'ancrage dans la douille fendue. On met ensuite en place les patins d'appui en position intermédiaire par rapport aux 25 barres d'espacement, en les faisant porter contre la surface du noyau cylindrique et en les maintenant en place, si nécessaire, avec des sangles d'acier complémentaires. On met ensuite en marche la machine pour faire tourner le noyau cylindrique, ce qui a pour effet de courber et d'enrouler les longueurs de tube droites sur les bar-30 res d'espacement, tout en retardant les galets de guidage à une vitesse appropriée correspondant au diamètre d'enroulement pour surmonter l'effet des forces de redressement, et en déplaçant par chariotage les galets de guidage pour fournir le pas requis aux enroulements de tubes. Au fur et à mesure que l'opération d'enroulement 35 progresse le long du noyau cylindrique, on coupe les sangles d'acier pour les enlever, et les patins d'appui se déplacent le long du noyau. Quand on arrive à l'extrémité d'une longueur de tube droite, on arrête la machine temporairement et en soude une autre longueur de tube pour permettre la poursuite de l'enroulement. Une fois que 40 l'on est arrivé à l'extrémité de sortie du faisceau tubulaire, on 69 17147 5 2009311 arrête la machine temporairement, on serre un des tubes à une barre d'espacement, on repère l'emplacement du coudage de la queue tubulaire requise, on poursuit l'enroulement jusqu'à 15 cm environ au delà du repère, on coupe le tube. On répète cette opération pour 1' 5 autre tube, on éloigne les galets de guidage, et on met en position l'appareil de coudage pour couder les parties terminales de tubes à 90° et produire ainsi des queues tubulaires dirigées axialement. La couche suivante de barres d'espacement est ensuite boulonnée aux brides terminales et maintenue en position sur la couche initiale au 10 moyen de sangles d'acier. On répète l'opération pour former des couches subséquentes de tubes en serpentin. Pour les couches extérieures qui produisent des forces de redressement plus faibles, on se dispense des blocs d'ancrage à l'extrémité d'entrée et on fixe tout simplement les tubes aux barres d'espacement. En outre si l'on dé-15 sire avoir des longueurs de tubes sensiblement égales à chaque passe, on peut augmenter progressivement le nombre de tubes de chaque couche jusqu'à concurrence de la capacité de la machine qui est de 24 tubes, biai que l'on puisse réaliser d'autres capacités avec modification des galets de guidage. 2 0 On conçoit qu'il est possible de fabriquer des enroulements à pas inverses en faisant tourner le noyau en sens opposés et en plaçant les galets de guidage en conséquence. On conçoit également que le tube initial fourni en longueur droite peut être de toute forme requise et comporter en particulier 25 des ailettes en spirales. 69 17147 6 2009311 REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de faisceaux de tubes enroulés en serpentin, comportant la mise en oeuvre d'une machine aménagée pour faire tourner un noyau cylindrique amovible, munie de moyens d'an- 5 crage pour fixer les tubes par rapport au noyau ou à des barres d' espacement de spires tubulaires, et de galets de guidage déplaça-bles par chariotage et adaptés à retarder le passage des tubes à travers eux dans une mesure suffisante pour surmonter l'effet des forces de redressement se produisant au cours d'une opération d'en- 10 roulement. 2) Procédé suivant la revendication 1 selon lequel les galets de guidage se déplacent à l'aide d'une vis mère commandée conjointement avec le mouvement de rotation du noyau. 3) Procédé suivant la revendication 1 selon lequel on met en 15 marche la machine pour faire tourner le noyau cylindrique dans un sens ou dans l'autre. 4) Procédé suivant la revendication 1 selon lequel les moyens d'ancrage comprennent des blocs pouvant être mis en position sur une cerce fixée au noyau cylindrique et auxquels on soude les faces 20 terminales des tubes. 5) Procédé de fabrication de faisceaux tubulaires enroulés en serpentins selon lequel on met en position des barres d'espacement sur un noyau cylindrique, on assure l'emplacement desdites barres avec des sangles d'acier, on fixe un ou plusieurs tubes par rapport 25 au noyau cylindrique, on met en position des patins d'appui en des - emplacements intermédiaires par rapport aux barres d'espacement pour définir une surface courbe intérieure contre laquelle les spires tubulaires peuvent s'appuyer, on fait tourner le noyau cylindrique peur ëjafo.uler en hélice une couche du ou des tubes sur les barres d'es- 30 pacement en déplaçant axialement les patins d'appui, et on retire les sangles d'acier tandis que l'enroulement progresse le long du noyau cylindrique. 6) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel on enroule des couches complémentaires sur une 35 couche adjacente respective en mettant en position des barres d'espacement sur les barres d'espacement adjacentes en direction raciale intérieure, on en assure l'emplacement avec des sangles &"■ yier, on fixe un ou des tubes par rapport au noyau cylindrique, on met en position des patins d'appui en des emplacements intermédiaires par 69 17147 7 2009311 rapport aux barres d'espacement pour définir une surface courbe intérieure contre laquelle les spires tubulaires peuvent s'appuyer, on fait tourner le noyau cylindrique en hélice pour enrouler une couche du ou des tubes sur les barres d'espacement en déplaçant a-5 xialement les patins d'appui, et on retire les sangles d'acier tandis que l'enroulement progresse le long du noyau cylindrique. 7) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes selon lequel on forme des queues tubulaires à l'extrémité d'une couche de spires tubulaires, en fixant un tube respectif à 10 une barre d'espacement, en poursuivant l'enroulement sur une faible longueur de tube, en coupant le cas échéant la longueur de tube restante, et en coudant à 90° pour produire une queue tubulaire dirigée axialement. 8) Faisceau tubulaire enroulé en serpentin et fabriqué suivant 15 le procédé décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes.