Brevet FR2042435A1 — publié le 19710212

La présente invention concerne ion procédé de fabrication d1 un tube ailetté B Suivant l'invention, un tube ailetté est formé par une combinaison d'un procédé de formation de rainures et de sertis-5 sage d'ailettes enroulées en tLélice et qui font corps avec le tube. Les molettes de formation de la gorge et de sertissage sont combinées en coopération avec le mécanisme de formation des ailettes. L'utilisation de tubes à ailettes hélicoïdales, dans les-10 quelles la matière constitutive des ailettes est enroulée sur le tube est très importante dans les traitements de transmission de la chaleur dans lesquels la température des fluides s'élève au-dessus d'environ 175°C« Au-dessus de cette température, en particulier dans les cas où des ailettes d'aluminium sont enroulées 15 sur un tube d'acier, il se présente certaines limitations à l'efficacité de la transmission de la chaleur, dont les plus graves consistent dans la dilatation des ailettes d'aluminium sur le tube, ce qui provoque un défaut d'efficacité dans la transmission de la chaleur. En outre, un grand nombre des procédés de la tech-20 nique antérieure dans lesquels on formait les rainures dans le tube et on insérait les tubes consistaient à former ces rainures par une opération de coupe, entailiage ou gougeage qui nécessite constamment des outils de coupe affûtés. D1autres procédés de la technique antérieure, tels que celui décrit dans le brevet des 25 Etats Unis d'Amérique $F° 3«077®928 consistent à fixer l'ailette dans des gorges préformées.et déformées en extrudant le pied de l'ailette, en métal tendre, dans la gorge„ L'invention fournit un dispositif permettant de former une gorge hélicoïdale par laminage à froid, sensiblement simultané-30 ment avec la formation et la mise en place d'une ailette préformée dans cette gorge„ La gorge est ensuite comblée par sertissage et blocage de l'ailette en place de façon qu'elle forme une partie intégrante du tube. Dans un exemple type de succession d'opérations, ceci se produit dans l'espace d'une révolution du tube„ 35 D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif et nullement limitatif une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins, 40 la figure 1 est line vue de dessus de la machine suivant 69 29177 2 2042435 11 invention^ la figure 2 est une vue de côté de la machine suivant 2-2 de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en coupe suivant 3-3 de la figure 5 2 ; la figure 4- est une vue partielle et en coupe du mécanisme de formation des ailettes; la figure 5 est une vue en partie en coupe d'une autre forme de réalisation ; 10 la figure 6 est un schéma hydraulique et électrique du mé canisme de commande qui sert à actionner l'étrier de commande de l'ailettage. Sur la figure 1, on voit un tube nu 10, qui est entraîné en rotation et en translation comme repréaenté par les flèches, 15 au moyen d'un dispositif et par un procédé qui sont sensiblement analogues à ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3«388.449 et dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 717<>228 du 29„ Mars 1968 déposés par Arthur Hamilton Me ELROY, dont toutes les caractéristiques sont incorporées au pré-20 sent mémoire. Par exemple, les figures 2 à 8 et la figure 11 du brevet des Etats-Unis d'Amérique ÎT° 3°388„449 précité décrivent un dispositif qui peut- être utilisé conformément à l'invention pour manipuler un tube nu, l'entraîner en rotation et le faire avancer axialement, ainsi que pour former les ailettes, sauf le 25 fait que l'invention ne concerne pas une ailette à profil en L. Au contraire, l'invention fournit un nouveau tube ailetté pour échangeurs de chaleur et un procédé qui comprend les étapes suivantes : former une gorge et insérer une ailette profilée dans la gorge, puis combler la gorge pour déformer l'ailette et la 30 bloquer dans cette gorge. Le tube nu pénètre dans le dispositif de formation de la gorge, de mise en forme de l'ailette et de comblage de la gorge suivant l'invention, qui est désigné dans son ensemble par la référence 12. Le tube ailetté résultant 14, muni des ailettes 13 5 que l'on voit sur la figure 1 eh aval de 35 la machine est ensuite adapté pour être reçu et manipulé par l'appareillage décrit et représenté dans le brevet et la demande de brevet précités. . Suivant son aspect le plus large, la machine suivant l'invention exécute, en un demi tour du tube, la formation d'une gor-40 ge dans la paroi lisse du tube, par un traitement de laminage à 69 29177 5 2042435 froid qui débute ordinairement un demi-pas en amont du mécanisme de formation de l'ailette, cette opération étant suivie par l'insertion de la "base de l'ailette dans la gorge dans l'espace d'une demi-révolution à la suite,le refoulement du métal laminé 5 de part Et d'autre de l'ailette fixe l'ailette en place. La fixation bg produit en extrudant la "base de l'ailette pendant le refoulement de la matière de façon à former, par exemple, un assemblage à queue d'aronde avec le tube» La machine 12 d'ailettage et de formation de la gorge comprend un bras 16 qui est monté 10 pivotant sur un arbre 18 au-dessus du niveau du tube 10. L'arbre 18 est enfilé à travers une ferrure fendue de montage 19 et à pour effet de placer la molette de formation de la gorge à ion demi pas en amont du mécanisme de formage de l'ailette» Etant donné que les molettes de refoulement sont fixes par rapport à 15 la molette de formage de la gorge, lés positions de ces molettes sont automatiquement ajustées simultanément» L'autre extrémité du bras 16 comprend une face de serrage 22 par l'intermédiaire de laquelle le bras 24- de la' chape de commande tourne autour de l'arbre 26. La face 22 est décalée comme représenté sur le dessin 20 de sorte que la forc^dascendante exercée sur la chape 24 se trouve sensiblement dans le même plan que les molettes de rainurage et de refoulement» Une poignée 28, qui comprend une tige filetée 30, bute sur la surface 22 pour - ajuster la course de travail de la chape 24 aux diverses dimensions de tubes. Entre les deux ex-25 trémités du bras supérieur, est prévu un arbre 32 qui est monté rotatif dans un manchon de palier 34. A ce même arbre rotatif sont fixés des molettes 40 et 42, de rainurage et de refoulement, qui sont représentées à plus grande échelle sur la figure 4. Dans un exemple type d'application, la molette 40 présente une épais-30 seur d'environ 2,9 mm tandis que la molette 42, qui passe entre deux spires de l'ailette, possède une épaisseur d'environ 1,57 Him-Le bras supérieur est monté sur une ferrure de montage 19 qui est elle-même fixée au pont d'ailettage 46 par des vis 48. La ferrure 19 peut tourner autour d'une vis 50 perdant son réglage 35 et, dans certains cas, on utilise un indicateur d'angle d'hélice, qui fait partie du pont 46, pour indiquer l'angle d'hélice correct» Le réglage vertical des molettes de rainurage et de refoulement 40 et 42 par rapport au tube 10 s'effectue au moyen de la vis de réglage 52. Le bras supérieur est fixé latéralement au 40 moyen des vis 54 et 56» La poignée 60 est adaptée pour serrer la ~ f » BAD ORIGINAL 69 29177 4- 2042435 moitié supérieure 62 de la ferrure 19 sur la moitié inférieure 64 de cette ferrure pour "bloquer ainsi l'arbre 18 dans la position désirée, par rotation de cette poignée. La chape 24 de commande de l'ailettage est articulée sur 5 un "bras de levier 27 dont l'extrémité extérieure est reliée à la tige de piston 29 d'un vérin à fluide représenté sur la figure 6. Ceci assure l'application d'une force déterminée au bras supérieur 16 et aux molettes de rainurage et de refoulement qui lui sont combinées.. Le pont d'ailettage 46 est adapté pour recevoir 10 le tube nu 10 et, d'une façon analogue à celle qui est décrite dans le brevet et la demande de brevet précités, il donne à une ailette d'aluminium ou autre ailette métallique la forme nécessaire pour le montage de cette ailette sur le tube. Sur la figure 3, on a représenté un doigt 70 de guidage 15 l'ailettage qui est dirigé vers l'observateur sur cette figure 3 et qui est fixé sur un manchon carré 72 par une vis 74. Ce manchon 72 est capable de se déplacer sur un axe parallèle à l'axe du tube 10 à l'intérieur du pont 46, sous l'effet de la rotation du bouton tournant 76. Un dispositif de serrage 78 est prévu pour 20 maintenir l'ensemble dans la position qui lui a été donnée. Une plaque 80 porte la tige filetée 82 qui provoque le déplacement du manchon 72. Cette plaque 80 est fixée à 1'ensemble. 46 par des vis 84. La figure 6 montre schématiquement le dispositif de commande de 11ailettage qui travaille avec la chape 24, c'est-à-dire 2 5 pour mettre en extension l%i tige de piston 29, pour supprimer la force qui s'exerce sur le bras supérieur 16, ou pour attirer la tige afin d'exercer la force. Un vérin pneumatique ou à autre fluide 120 comprend un conduit d'entrée 122 et un conduit d'échappement 124 qui sont reliés à un distributeur 126 à commande élec-30 trique. Ce distributeur est adapté pour transmettre le fluide sous pression à l'un ou l'autre des conduits et à mettre le vérin à l'échappement par l'intermédiaire de l'autre. Des interrupteurs 128 et 130 sont montés en position réglable et bloqués l'un par rapport à l'autre par déplacement à l'intérieur d'une rainure 132 35 qui fait partie d'un support 134. Ce support est monté pour se déplacer le long d'une glissière.qui fait partie de la structure porteuse d'ensemble, pour être placé dans une position désirée et être bloqué dans cette position. On prévoit une source d'énergie électrique qui est connectée au-distributeur 126, aux interrup-40 teurs 128 et 13.O et au commutateur 140 de commande prépondérante. 0&QiNAL 69 29177 5 2042435 gui permettent au conducteur de la machine à régler le fonctionnement de la chape 24. En utilisation, les interrupteurs 128 et 130 sont espacés l'tua de l'autre d'une distance égale à la distance totale non ailettée désirée de 11 extrémité d'un tube préa-5 lablement ailetté et le début du tube suivant à ailetter. Les interrupteurs sont fixés sur le dispositif de montage et ce dernier est ajusté à la position désirée sur une glissière 136, par rapport à l'extrémité du tube nu suivant 10A qu'il s'agit d'ailetter. Dès qu'une extrémité du tube 10A est passée au niveau 10 de l'interrupteur 128, la chape 24 est mise en extension, ce qui arrête le processus de fixation de l'ailette. Toutefois, le formage des ailettes se poursuit mais ces ailettes ne sont pas fixées au tube. Lorsque l'extrémité passe au niveau de l'interrupteur 130, la chape 24 est rétractée, et elle exerce une force 15 pour faire débuter le traitement de fixation de l'ailette sur le tube 10A. Dans la manoeuvre initiale de mise en marche, le tube nu 10 est disposé, orienté et placé sur son axe de fonctionnement à travers le pont 46 et à proximité du bras supérieur et des molettes de rainurage et de refoulement» On rabat le bras supé-20 rieur 16 de haut en bas par rotation autour de l'arbre 18, pendant que la chape 24 se trouve hors de sa trajectoire,, Le réglage latéral du bras s'effectue éventuellement au moyen du bouton 20, et de l'arbre 18. On relève la chape 24 pour la placer au-dessus du prolongement 22 du bras supérieur et la pression descendante 25 appropriée est transmise aux molettes par les moyens à pression de fluide qui sont reliés à la tige de piston 29. La matière d*a-limentation des ailettes 13 arrive au-dessous du tube pour parvenir dans l'espace existant entre la molette 90 de formage de l'ailette et le rouleau tournant 92» Le tube nu est entraîné en JO rotation et en déplacement axial, comme représenté par les flèches de la figure 1, sur une petite distance, jusqu'à ce que le début de la matière des ailettes soit retenue en place. Les réglages sur la profondeur de la rainure peuvent être exécutés au moyen de la vis de réglage 52. On peut également exécuter d*autres 35 réglages mineurs éventuels en utilisant les vis de réglage 49. On peut faire tourner le châssis autour de la vis d'articulation 5O9 au moyen des boutonnières 47 et 51s et après avoir dessérré les vis 48„ On peut exécuter les réglages nécessaires du doigt d'ailettage 70 qui est adapté pour glisser sur l'ailette qui émerge 40 des molettes 90 et 92, pour la stabilisation jusqu'à ce que BAD ORIGINAL : 69 29177 6 2042435 l'ailette ait été mise en place et "bloquée dans la rainure formée sur le tube. L'ailette est encore guidée par son passage entre les molettes 40 et 42 qui ont pour fonction de rainurer le tube, par exemple par un effet de laminage, et de "bloquer 11 ai-5 lette insérée par refoulement de la matière pour -combler la rainure de façon à bloquer l'ailette sur le tube, comme représenté sur la figure 4. Sur cette figure 4, on a représenté le tube nu .10 à sa pénétration dans la machine d'ailettage suivant ltinvention. La 10 molette 40 comprend une partie 100 qui est destinée à former une rainure 101 par un effet de moletage sous pression, c'est-à-dire non pas par gxjugeage, entaillage ni enlèvement de copeaux. Au-dessous du tube, à un demi pas en aval de l'hélicé de l'ailette, la matière d'alimentation 13 des ailettes est profilée poux- pic-15 senter une section qui s'aminciede l'intérieur vers l'extérieur. Ceci est assuré par l'application d'une pression entre une molette de formage principale 90 et un rouleau rotatif 92 entraîné au moteur, et à ce stade, la base de la. matière alimentaire de l'ailette est engagée dans la rainure 101 formée précédemment» Dans 20 l'exécution d'un, tour ou un pas complet, le comblement de la rainure et le blocage sont produits au moyen d'un bossage 102 de la molette 40 et d'un bossage 104 de la molette 42, sensiblement en même temps. Cette opération de comblement tend à refouler la paroi du tube 10 de façon à déformer partiellement la base de l'ai-25 lette et à bloquer l'ailette sur le tube. Bien qu'on l'ait représenté avec exagération sur la figure 4, on obtient en réalité un blocage de l'ailette sur le tube par une queue d'aronde„ Sur la figure 5) on a représenté une autre forme de réalisation de l'invention, appliquée dans les cas où on utilise un tube à paroi é-30 paisse pour la fixation d'une ailette en aluminium. Les molettes 40A et 42A sont modifiées de façon que l'opération de refoulement se produise en appliquant une pression de moletage à l'espace compris entre les molettes, cette pression ayant pour effet de refouler l'acier dans l'épaisseur de l'ailette. 35 II va de soi que l'invention a été décrite ci-dessus à titre d'exemple préférentiel explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra introduire toute équivalence dans ses éléments cons-. titutifs sans sortir de son cadre défini par les revendications annexées„ BAD QRiû 69 29177 7 2042435 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un tube à ailettes solidaires, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : faire tourner et avancer axialement un tube nu, creuser une rainure 5 hélicoïdale sur la face externe du tube, par moletage sous pression d'une ailette sensiblement continue dont le profil s'amincit de l'intérieur vers l'extérieur dans la région de cette rainure, insérer la base de cette ailette dans la rainure, moleter le tube sous pression à proximité de la rainure, de chaque côté 10 de l'ailette, pour combler la rainure et déformer l'ailette en la bloquant par ce moyen sur le tube» 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'insertion de la base de l'ailette se produit après le rainurage, sensiblement un demi-pas après le rainurage et que le 15 refoulement sous pression qui sert à combler la rainure et à bloquer l'ailette commence sensiblement un demi-pas après l'insertion de la base de l'ailette. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le refoulement à la molette sous pression se produit entre 20 deux ailettes adjacentes. 40 Machine pour la formation d'un tube ailetté, caractérisée en ce qu'il comprend un bâti, des moyens montés sur ce bâti pour faire tourner et avancer axialemect le tube de l'amont vers l'aval, un bras supérieur articulé au-dessus du tube, ce bras 25 portant des molettes de rainurage et de refoulement qui sont montés sur le même axe rotatif, ces molettes comprenant, dans l'ordre, une première molette qui présente un bourrelet périphérique qui forme la rainure et un bourrelet périphérique de refoulement, cette molette pouvant être placée contre le côté amont de la rai-30 nure formée, une deuxième molette présentant un bourrelet périphérique de refoulement, qui peut être placé contre le côté aval de la rainure, et une autre molette périphérique aval, qui peut être placée contre le côté amont de la rainure suivante, des moyens qui servent à exercer une force sur ces molettes, et des mo-35 yens qui forment une ailette profilée, qui s'amincie de l'intérieur vers l'extérieur, et qui servent à placer la base de cette ailette dans la rainure dans une position située en amont du bourrelet périphérique de refoulement de la première et de la deuxième molette. 40 5. Machine suivant la revendication 4-, caractérisée en ce 69 29177 8 2042435 que les moyens qui servent à appliquer une pression sur les molettes comprennent une chape pivotante, qui attaque le "bras supérieur, et des moyens à fluide, capables d'exercer une force réglable et qui sont reliés à ladite chape pour exercer une force 5 de la valeur désirée sur les molettes. 6. Machine suivant la revendication 4-, comprenant des moyens qui permettent de régler le bras supérieur par rapport aux tulles pour obtenir l'angle d'hélice désiré entre les molettes et le tube « 10 7» Machine suivant la revendication 4-, caractérisée en ce que les moyens qui servent à appliquer les molettes à force comprennent une chape qui est montée amovible sur le bras supérieur, et des moyens comportant -une timonerie de multiplication de la force et un dispositif à pression de fluide, à cylindre et pis-15 ton, qui est relié à ce "bras supérieur, pour mettre le piston et la chape en position d'extension ou en position rétractée. 80 Machine suivant la revendication 7j caractérisée en ce qu'elle.comprend un dispositif de commande qui sert à mettre automatiquement la chape en action à intervalle de temps désiré, ce 20 dispositif de commande comprenant un premier et ion deuxième interrupteur qui travaillent en fonction du passage de l'extrémité d'un tronçon de tube nu, pour mettre le piston en extension, et relâcher la force exercée sur le bras supérieur, et ensuite, pour rétracter le piston, c'est-à-dire exercer une force sur le bras 25 supérieur, et des moyens de commande manuelle, capables d'exercer une action prédominante sur ces interrupteurs si nécessaire.