Brevet FR2060217A1 — publié le 19710618

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer des tubes de transmission de chaleur à ailettes enroulées en hé lice. Il existe un grand nombre d'appareils et de procédés pour fabriquer des tubes a ailettes enroulées en hélice connus dans la technique antérieure. Toutefois, invariablement, les tubes à ailettes qui en résultent comprennent des zones dans lesquelles la matière des ailettes n'est pas en bonne relation de transmission de chaleur avec le tube ou avec l'ailette immédiatement adjacente. La présente invention se propose de fournir un tube à ai lettes perfectionné qui augmente l'aptitude de transmission de chaleur par rapport à celle qui est actuellement disponible et qui améliore le contact mutuel de l'ailette avec le tube et-avec l'ailette -immédiatement adjacente, de façon à former une surface de transmission de chaleur à peu près en un seul bloc. La présente invention concerne un tube à ailettes perfec tionné ayant un moyen perfectionné pour fixer l'ailette à la sur face du tube en vue d'augmenter la transmission de chaleur sur les surfaces dé contact. De façon générale, le tube à ailettes du type décrit ici comprend un tube métallique nu sur la surface ex terne duquel est fixée une ailette métallique analogue à un ruban mince continu sous la forme d'une hélice. Le tube à ailettes de cette nature est largement utilisé dans la fabrication d'échangeurs thermiques. La présente invention se propose de fournir - un appareil et un procédé pour fabriquer des tubes de transmission de chaleur à ailettes dans lesquels une ailette approximativement en forme d'L s'enroule en hélice autour du tube et dans lesquels la partie de base horizontale de l'ailette est préformée et amenée à.recouvrir une partie de la base précédemment formée et à y être extrudée sous l'effet de pressions suffisantes pour être sensiblement incorporée et par suite fournir une surface de transmission de chaleur plus efficace à des échangeurs thermiques et des appareils analogues;; - un objet manufacturé et des procédés et appareils pour former des tubes de transmission de chaleur à ailettes dans lesquels une ailette à peu près en forme d'L est enroulée en hélice sur un tube nu et dans lesquels la partie de base horizontale de l'ailette est amenée à recouvrir et à déformer une partie de la base horizontale de l'ailette formée précédemment; - un procédé pour enrouler une ailette sur un tube tournant et avançant axialement tout en préformant en même temps la bande à ailettes et en la fixant à la surface externe du tube dans un trajet hélicoldal d'un pas préalablement déterminé; - un nouveau moyen pour fournir et faire avancer le tube; un moyen pour fournir et faire avancer l'ailette par rapport à ce dernier et un nouveau moyen de formage de l'ailette. D'autres avantages et caractristques-de l'invention ressortiront de la description qui va -suivre raite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais'nullement limitatif une forme de réalisation conforme à l'inventinn. Sur ces dessin la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un tube à ailettes suivant le procédé et avec un appareil de la pressente invention; la figure 1B est une vue en coupe partielle de la forme de réalisation du brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 388 449; la figure 1C est une vue en coupe analogue suivant i'inven- tison lStigure 2 est une vue en é-lévation par dessus partielle -de l'appareil -à préformer et à enrouler les ailettes; la figure 3 est une vue en coupe suivant 3-3 de la figure 2, représentant le premier stade de préformage des ailettes;; la figure 4 est une vue en coupe suivant 4-4 de la figure 2, montrant le second stade de préformage séparé entraîné par un moteur; la figure 5 est une vue en élévation du mécanisme d'avance de tube en partie en coupe suivant 5-5 de la figure 2; la figure 6 est une vue en élévation partielle de l''instal- lation de manoeuvre à fluide sous pression utilisée pour commander le mécanisme d'avance de tube; la figure 7 est une vue en élévation par dessus d'un mécanisme à aligner les ailettes, utilisé juste- après le stade de formage d'ailettes et d'enroulement de'tube final; la figure 8 est une vue en coupe partielle de l'installation d'entratnement rotative de tube nu; a figure 9 est une vue en coupe suivant 9-9 de la figure 2, représentant l'opération de formage d'ailettes finale;; la figure 10 est une vue en perspective de l'ensemble d'un appareil suivant la présente invention. La figure 1 donne une section droite du ube à ailettes enroulées en hélice sensiblement désiré, fabriqué par l-'appareil dé crit ci-dessous. Comme tel, une matière en forme d'ailette 40 comprend une partie verticale effilée vers l'extérieur et radiale et une partie à peu près horizontale à deux coudes. Cette partie de base horizontale est préformée pour définir une première partie 40A, voisine de la branche verticale et une seconde partie 40B décalée vers l'extérieur par rapport à la première partie et sensiblement parallèle à celle-ci.Lorsque l'ailette définie est enroulée solidement autour du tube 22, elle permet d'effectuer une installation à recouvrement important, de tell façon que le contact mutuel de l'ailette à recouvrement établi/les points indiqués par les références 242 et 244 crée sensiblement un tube à ailettes enroulées en un seul bloc en vue d'obtenir une meilleure transmission de chaleur entre les matières fluides pénétrant dans le tube 22 et le fluide auquel les ailettes 40 sont exposées. Sur la figure 1B, l'ailette 40 a une forme d'pour comprendre la branche verticale effilée vers l'intérieur et vers l'extérieur et une base horizontale.La partie de base de cette forme de réalisation n'est pas préformée comme sur la figure 1, mais est, lorsqu'île est appliquée sur le tube 22, amenée à recouvrir à force le bord externe de la base de l'ailette précédemment enroulée en hélice,de façon à venir en contact et à se déformer en un seul bloc avec ce dernier comme il est décrit plus complètement dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité. Dans. la figure îC, les parties de base horizontales sont de longueur inégale. Par exemple, la première partie 40C, adjacente-à la branche verticale est plus courte que la seconde partie 40D qui est décalée vers l'extérieur pazr rapport à la première partie et sensiblement parallèle à celXe-ct. En se -référant à la figure 10, l'appareil de la présente invention, indiqué de façon générale par la référence 20, est destiné à prendre un tube nu 22, à.le faire tourner et à le faire avancer axialement, en utilisant un appareil indiqué de façon générale par la référence 64, vers une position de formage et de fixation d'ailettes pour obtenir finalement le tube à ailettes 24. L'installation de support du tube d'entrée est décrite plus complètement dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité, mais comprend de façon-générale un bati approprié--26 qui est destiné à supporter un mécanisme de dégagement de tube 28 dans lequel le tube nu est supporté par des supports 30 dans le sens longitudinal. Le tube nu est supporté par des supports 30 dans le sens longitudinal. Le tube nu 22 est représenté coeme étant supporté par des galets d'alignement axial et des galets-guides 32, 34 et 36. Le galetguide 36 fait partie du mécanisme de dégagement 28, de telle façon que lors de son pivotement dans le sens sinistrorsum, le tronçon de tube immédiatement adjacent disposé sur le support 30 tombe dans la position de formage d'ailettes axiale. Le tube et par suite le bâti de support de tube et le mécanisme de dégagement, sont construits pour une longueur de tube 22 désirée quelconque. Au-dessous des bâtis de support horizontaux 27 se trouve un bâti de support 38 qui est incliné, comme représenté, pour supporter une matière 40 de formage d'ailettes en rouleau. Le rouleau est supporté par une table circulaire qui tourillonne sur un bâti 42. Ce bâti 42 est destiné à osciller latéralement vers l'extérieur pour ajouter un rouleau de matière à ailettes supplémentaire selon les besoins. Un mécanisme de freinage,(non représenté) est associé au mécanisme à rotation et est actionné hydrauliquement ou pneumatiquement pour maintenir la commande d'inertie. En aval du mécanisme de formage d'ailettes se trouve un support récepteur et d'emmagasinage de tubes à ailettes, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité, mais comprenant de façon générale des éléments de support verticaux 44 sur lesquels est fixée une console angulaire 46. Des battis horizontau;: appropriés 48 complètent n outre le structure de support. Le tube à ailettes est reçu et supporté par trois rouleaux longitudinaux également espacés angulairement 50, 52 et 54. Un bras de contrepoids 56 supporte un rouleau longitudinal 50 et est fixé à un arbre 58 lui-même fixé à une manivelle à main 60 qui fait pivoter le rouleau longitudinal 50 vers le haut pour qu' tronçon de tube à ailettes fini puisse être fourni à un dispositif d'emmagasinage non représenté. Entre le support de tube nu et le support de tube à'ailettes est disposé l'appareil de formage et d'enroulement d'ailettes plus spécialement décrit ici. La source d'énergie et le mécanisme de commande qui sont plus spécialement décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité/supportés dans une enveloppe 62. - En haut de cette enveloppe, se trouve le mécanisme de commande de la rotation et de l'avance axiale des tubes indiqué de façon générale par la référence 64. Le mécanisme de préformage d'ailettes est indiqué de façon générale par la référence 66 -et est décrit plus judicieusement c-i-après. Les figures 2, 3 et 4 représentent l'appareil de préformage d'ailettes. La bande 40 à mettre sous forme d'ailettes provenant du rouleau de matière est enfilée à travers une série de galets de guidage et de préformage qui sont supportés par un élément de construction 68. Une première poulie-guide 70 et des poulies-guides contiguës 72 et 74 font tourner et dirigent la matière à ailettes dans les premiers galets de préformage 76 et 78. Comme représenté sur la figure 3, la bande à mettre sous forme d'ailettes est formée à froid , la branche horizontale à former 40A étant d'abord conformée angulairement dans un sens dirigé vers le sens de mouvement axial ascendant ou en amont du tube 22.Ensuite, la bande est guidde dans des seconds galets de préformage 80 et 82 qui, par un processus de semi extrusion mettent la base horizontale de la matière à ailettes sous la forme 40B, comme représenté sur la figure 4. A cause des pressions extrêmes exigées dans ce stade de préformage, un moteur auxiliaire à couple élevé 84 entrasse le galet 82 par l'intermédiaire d'un pignon de sortie 86, d'une channe 88 et d'un pignon entratné 90. Lorsque la matière à ailettes 40B quitte les seconds galets de préformage, elle se déplace vers le troisième stade de préformage représenté sur la figure 9 qui est décrit de façon analogue dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité.Comme représenté, une broche 92 est retenue dans un logement de broche rotatif 94 par un arbre 96 vissé dans cette dernière. Une poulie 98 est clavetée au logement 94. Une courroie 100 passant sur une commande à vitesse variable, non représentée, est destinée à faire tourner la-broche et le logement de broche ensemble par rapport à un support 102 à travers des paliers 104 et 106. Un bac ou roue de formage 108 est contiguë à la broche de formage d'ailettes 92 de façon à former finalement la partie radiale externe de l'ailette Représentée sur la figure 1. Cette action se produit par l'application d'une pression et d'une déformation à la matière à ailettes qui effile la branche radiale externe et, par un processus d'étirage qui applique une branche horizontale 40A sur la surface 40B de l'ailette précédente comprimée pour former une ailette enroulée sensiblement en un seul bloc sur le tube 22.La rue de formage comprend un essieu 110 qui est supporté de façon réglable par des paliers d'alignement à auto-sièges sphériques 112 et i14 sur une enveloppe de support 116. Un écrou élévateur 178 et un écrou de blocage 120 sont utilisés pour maintenir la position désirée de la roue de formage i08. Des orifices taraudés 122 et 124 prévus dans le support 102 sont destinés à recevoir des boulons qui permettent le blocage des paliers dans la position désirée. L'angle de roulage et la force de'pression de roulage de la rcue de formage 108sont obtenus par le mouvement de tiges filetées 126 et 128 par rapport à des'écrous 130 et 132. En se reportant maintenant à la figure 5, on voit en élévation de face l'ensemble d'avancement de tubes avec le tube 22 en place par rapport à des galets d'entratnement par friction 134. Chacun de ces galets est supporté à rotation par des arbres indiqués en 136. De prérérence, les galets 134 sont faits de polyuréthane pour leurs qualités de durabilité et de friction. Un élément à manchon et à bras 138, pour chaque ensemble de galet, forme à une extrémité un boîtier à paliers à rouleaux d'entraSnement 140 (représenté sur la figure 8). L'autre .extrémité est articulée sur une broche 142 permettant un pivotement double et transversal autour d'un arbre 144. C'est-à-dire, que l'élément 138 et son bottier associé 140 sont destinés à pivoter autour de l'arbre 144 à peu pros dans un plan transversal à l'axe du tube 22 pour régler la dimension du tube et/ou la pression des galets sur ce dernier. En outre, le pivotement est réalisé autour d'un arbre 145 pour changer la position angulaire des galets 134 par rapport à la surface périphérique du tube 22, afin de régler par suite la vitesse d'avance axiale de ce dernier. A chaque é'ément 138 est associé une tringlerie 148 qui est fixée par une extrémité à un bloc de support~ 150 qui est fixé au bâti postérieur. Un cylindre à rouleau d'entratnement 152 peut coulisser autour du bloc 150. Les broches 142 sont fixées à l-'intérieur du cylindre 152. A l'extérieur de ce dernier est fixé un bras de pivot 154 actionné par un vérin à fluide sous pression 156 par l'intermédiaire d'une tringlerie à piston 158. Le cylindre 156 est articulé sur le bottier par une console 160. Des conduites de fluide sous pression appropriées 162 et 164 fournissent un moyen pour actionner le bras de pivot 154. Une soupape 166 est prévue dans la conduite de fluide sous pression en vue de commander l'application de pression des galets 134 contre le tube 22. Des régulateurs de fluide sous pression appropriés sont en en'outre prévus et indiqués de façon générale par la référence 168. Un guide de formage d'ailettes indiqué de façon générale par la référence 170 comme représenté sur les figures 2 et 7, comprend des doigts de guidage 172 qui sont constitués par des élé ments longitudinaux relativement plats ay & t des extrémités échancrées 174 comme représenté, qui sont destinées à glisser entre les ailettes formées immédiatement après l'opération de préformage finale pour maintenir ces dernières relativement droites et pour empêcher qu'elles forment des boucles jusqu'à ce que l'ailette immédiatement adjacente soit formée. Les doigts sont supportés par un arbre 176 qui est retenu dans un manchon 178 par une vis de blocage 180.De tout petits réglages de l'arbre 176 pour un pas donné sont effectués en faisant tourner une roue moletée 182 qui est fixée sur un arbre 184 qui sert à faire reculer et avancer l'arbre 176 dans le sens désiré à travers le manchon 178. Un écrou de blocage 186 maintient la position désirée. En se reportant maintenant à la figure 8 , on voit les détails de la tête de commande de la présente invention, et bien qu'un seul des trois galets d'entratnement de tube soit représenté, ce n'est qu'à titre d'exemple, étant donné que les autres mécanismes à têtes de commande sont également espacés autour de l'axe du tube 22 et qu'ils sont identiques. La poulie de commande 190 entraînée par une courroie 192 comprend un arbre 194 qui tourillonne dans des paliers 196 et t f du bottier 200. Un arbre de liaison est représenté schématiquement par un pointillé 202 qui se relie par une extrémité à l'arbre 194 par un joint universel 204.L'autre extrémité de l'arbre 202 est reliée par un joint universel 206 relié à l'arbre 136 en vue de faire tourner le galet d'entralnement 134. Un mécanisme réglant le pas 208 est supporté à rotation autour d'une enveloppe de portée de tube 210 et comprend trois assemblages à rotules égalemenfespaeés 212 ( un seul étant représenté ici) et un arbre 214 qui est directement fixé à un assemblage à rotule 216 du manchon 140 de chaque galet d'entraînement. En fonctionnement un volant fait tourner un arbre fileté 218 dans un écrou 220 du mécanisme 208. Ce mouvement de rotation par l'intermédiaire de la tringlerie 214 sert à changer la position angulaire des manchons 140 par rapport au tube 22 et par suite son degré d'avance axiale. il va de soi que l'invention a été décrite ci-dessus à titre d'exemple préférentiel indicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra introduire toute équivalence dans ses éléments constitutifs sans sortir de son cadre défini par les revendications anne- xées. REVENDICATIONS 1 - Objet manufacturé de trancmission de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend un tube et une ailette enroulée en hélice d 'une façon à peu près continue d'une section droite en forme d'L ayant une base horizontale et une branche verticale s'effilant vers l'extérieur et vers l'intérieur, cette ailette étant faite d'une matière déformable et enroulée sur le .tube de telle façon que le côté interne de la base soit en contact avec la périphérie externe du tube, que la base soit dirigée vers le côté du tube nu lorsque l'ailette a été formée et que l'ailette immédiatement adjacente vienne en contact déformable avec cette base pour former une surface de transmission de chaleur sensiblement unifiée. 2 -'Objet manufacturé de transmission de chaleur caractérisé en ce qu'il comprend un tube et une ailette enroulée en hélice d'une façon à peu près continue d'une section droite en forme d'L définissant une base horizontale et une branche verticale s'effilant vers l'extérieur et vers l'intérieur, la base horizontale étant définie par une première et une seconde parties décalées sensiblement parallèles, la première partie étant voisine de la branche verticale et vers le haut de la seconde partie, l'ailette étant d'une matière déformable et étant enroulée sur le tube de telle façon que la seconde partie vienne en contact avec la périphérie externe du tube et que la première partie vienne en contact à recouvrement avec la seconde partie de l'ailette- précédemment formée pour fournir une surface de transmission de chaleur sensiblement unifiée. 3 - Tube à ailette sEvanta revendication 2, caractérisé en ce que la. première et la seconde parties de la base horizontale ont une longueur approximativement égale. 4 - Tube à ailette selon la revendication 2, caractérisé en ce que-la première et la seconde parties de la base horizontale ont des longueurs inégales. 5 - Procédé pour former un tube à ailettes caractérisé en ce pr'il comprend les étapes suivantes: : faire tournez le tube dans un sens et le déplacer axialement dans un sens, faire avancer une matière à ailettes sans interruption vers des rouleaux de formage,. de façon à mettre la matière sous la forme d'une ailette en L sensiblement continue de telle façon que le bord externe de la partie de base horizontale soit tangentiellement contiguë à la périphérie externe du tube, effiler la branche verticale de l'ailette en forme d'L vers l'intérieur et vers l'extérieur et guider l'ailette en hélice autour du tube de telle façon que la partie de base horizontale soit dirigée vers le côté du tube et que la partie de base bute contre la périphérie externe du tube et recouvre légèrement la partie de base de l'ailette enroulée immédiatement adjacente et recevoir et supporter le tube à ailettes. 6 - Procédé pour former des tubes à ailettes caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : faire tourner le tube dans un sens et le déplacer axialement dans un sens , faire avancer la matière à ailettes sans interruption vers des rouleaux de formage, de façon à mettre la matière sous une forme de section droite à peu près en L définissant une branche verticale et une base horizontale; mettre la base sous la forme d'une première et d'une seconde parties décalées sensiblement parallèles, la première partie étang voisine de la branche verticale et disposée vers l'intérieur de la seconde partie, effiler la branche verticale vers l'intérieur et vers ltextéI;ieur; aligner et guider l'ailette pour qu'elle s'enroule en hélice sur le tube, de façon que la baste horizontale soit orientée vers l'amont du mouvement axial du tube, que la seconde partie soit tangentiellement contiguë à la périphérie externe du tube et que la première partie de la base recouvre la seconde partie de l'ailette en aval précédemment enroulée. 7 - Procédé selc-n la revendication 6, caractérisé en ce que la première et la seconde parties de la base horizontale sont préformées en ayant une longueur approximativement égale. 8 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première et la seconde parties de la base horizontale sont pré formées, de façon que la seconde part-ie soit d'une longueur plus grande que la première partie-. 9 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ailette est alignée et est guidée, de façon que la première partie de la base recouvre une partie de la seconde partie de l'ailette en aval précédemment enroulée. 10 - Appareil pour préformer une ailette sensiblement continue en une section droite en forme d'L, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen de préformage pour cintrer la partie de base horizontale sous un certain angle par rapport à la partie verticale, un second moyen de préformage pour cintrer et former la base sous un certain angle par rapport à la partie verticale de 900 environ et pour former la base pour avoir une première partie horizontale voisine de la partie verticale et une seconde partie horizontale décalée vers ltextérieur de la première partie et sensiblement parallèle à cette dernière.