Brevet FR2146134A1 — publié le 19730302

La présente invention est relative aux tubes à ailettes hélicoldales qui sont utilisés dans de nombreuses applicativns, notamment pour la constitution d'échangeurs de chaleur. Différentes techniques connues permettent de mettre en place une bande à la périphérie d'un tube en enroulant cette bande autour du tube et pour cela, le plus souvent, on fixe par soudure une extrémité de la bande au voisinage de l'extrémité d'un tube qui est entraîné en rotation, puis on fait déplacer une bobine, de laquelle la bande est dévidée, parallèlement au tube, de sorte que la bande est ainsi enroulée tout en étant serrée sur le tube. 'lorsque tout un tronçon de tube a ainsi été recouvert, le mécanisme est arrêté et llextrémité de la bande également soudée au tube. Des tubes à ailettes hélicoldales comme décrits ci-dessus présentent différents inconvénients. En effet, le contact entre le tube. et la bande formant ailette n'est pas régulier, de sorte que la transmission thermique s'effectue entre le tube et l'ailette de façon médiocre. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé de plisser le bord de la bande amené en contact avec la paroi du tube. Cette disposition améliore la transmission thermique mais elle crée des protubérances qui favorisent l'encrasse- ment et de toute façon la transmission thermique demeure inférieure à celle qui est obtenue lorsque des ailettes sont reliées par soudure ou brasure à un tube dans lequel circule un fluide à chauffer ou refroidir. Supplémentairement encore, les procédés de fabrication connus rappelés ci-dessus nécessitent d'utiliser des tronçons de tube aileté de longueur standardisée car il n'est pas possible de couper à la longueur désirée un tube aileté, étant donné que l'ailette tendrait à se dévider à la manière d'un ressort, ou alors, préalablement à une coupe, il est nécessaire de procéder à une nouvelle soudure de l'ailette sur le tube. La présente invention crée un nouveau procédé de fabrication d'un tube à ailettes rapportées par lequel la transmission thermique entre la matière du tube et celle de l'ailette devient équivalente à celle d'un tube à ailettes soudées et, par ailleurs, par le procédé de l'invention, il devient possible d'exécuter une fabrication en continu d'un tube à ailettes pouvant être tronçonné ensuite à la longueur désirée. Conformément au procédé de l'invention, on fait déplacer le tube dans un mouvement longitudinal tout en le faisant tourner autour de son axe, on amène à la périphérie du tube la bande à enrouler pour former les ailettes dont l'enroulement est provoqué parla rotation du tube et on chauffe préalablement ladite bande au moins- sur son bord amené en contact avec la périphérie du-tube jusqu a une température pour laquelle ce bord devient très malléable de sorte qu'il est forgé sur la paroi du tube pendant le cours de l'enroulement. L'invention s1 étend également à un dispositif pour sa mise en oeuvre. Suivant cette seconde disposition de l'invention, le dispositif comporte des organes d'amenage de tronçons de tubes successifs alignés connialement, un mécanisme d'entraînement des tronçons successifs, conférant auxdits tronçons les mouvements d'avance et de rotation par lesquels la bande formant les ailettes est enroulée sur les tronçons successifs, mi méc-s- nisme de chauffage de la bande amenée en continu à ce mécanisme de chauffage disposé immédiatement en aval du mécanisme c't'en- traînement du tronçon de tube en cours de travail, un transporteur pour le support du tronçon de tube sur lequel la bande est enroulée et un mécanisme de coupe de la bande enroulée à l'intersection de deux tronçons de tubes successifs. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invent-or sort représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 illustre, partie en coupe, partie en perspective le tube à ailettes obtenu par le procédé de l'invention. La fig. 2 est une vue schématique illustraRne le ros5ttf pour la fabrication en continu du tube de la fig 1 La fig. 3 est une coupe schématique d'un mode de tion d'un des organes du dispositif de la fig 2 La fig. 4 est une élévation correspondant à le --g 3 r- tournée de 9G par rapport à cette dernière. La fig. 5 est une élévation schématique illustrent une variante de réalisation de l'organe des fig. 3 et 4. La fig. 6 est une perspective illustrant la réalisation d'un autre des organes du dispositif de la fig. 2. La fig. 7 est un schéma illustrant une particularité du procédé de l'invention. La fig. 1 montre un tube 1, par exemple en acier, sur la paroi externe duquel sont disposées des ailettes 2 enroulées en hélice. Selon le procédé de l'invention, pour constituer les ailettes 2, on utilise une bande de métal 3 pouvant être en acier, en cuivre ou en alliage léger, cette bande étant de section rectangulaire. Le bord 3a de la bande, qui est destinée à être appliquée sur la paroi externe du tube 1, est chauffé sur une hauteur h relativement réduite qui dépend évidemment de la largeur de la bande 3. La température à laquelle est porté le bord 3a est aussi élevée que possible, par exemple de l'ordre de 800 à 10000 pour de l'acier, cette température étant évidemment très inférieure en ce qui concerne le cuivre, des alliages de cuivre, ou encore des alliages légers. Il importe, en effet, que la température du bord 3a ne provoque la fusion d'aucune des parties de ce bord bien qu'une température de ramollissement du métal puisse être atteinte. L'autre bord 3b de la bande 3 est également chauffé mais dans une moindre mesure et le chauffage sur une hauteur H, pouvant intéresser plus de la moitié de la largeur de la bande, est, de préférence, réalisé pour que la température décroisse à partir du bord 3b vers le bord 3a. La bande ainsi chauffée est enroulée sur le tube 1 qui peut, ou non, être préchauffé, l'enroulement sur le tube 1 s'effectuant en faisant tourner ledit tube 1 suivant la flèche fi en même temps qu'il est avancé suivant la flèche f2. C'est par conséquent, le mouvement du tube qui assure l'enroulement de la bande 3 retenue avec une intensité plus ou moins grande dépendant de la nature du métal qui la constitue, de son épaisseur et de sa largeur. Pendant l'enroulement de la bande 3, son bord 32 est serré fortement sur la paroi du tube I et ce bord 3a étant très chaud, il est déformé par forgeage, de sorte que ce bord forme un talon 4 qui est forgé avec le métal eu tube 1 auquel il adhère ainsi fortement. L'enroulement que subit la bande 3 autour de son bord 3a a aussi pour effet de l'allonger progressivement, ce qui est facilité par la température à laquelle la bande est portée suivant la hauteur H, la température croissant vers le bord 3b depuis le bas de la zone H assurant une grande malléabilité à la bande dont l'épaisseur, après enroulement, va ainsi en décroissant comme l'illustre la fig. 1. Etant donné que la bande 3 est forgée sur le tube 1, elle en est rendue étroitement solidaire et, par ailleurs, le forgeage a pour effet d'améliorer grandement la transmission thermique entre la matière du tube 1 et celle de la bande 3 formant les ailettes 2. Cette transmission est encore améliorée du fait de la présence au talon 4 qui a pour effet supplémentaire de limiter l'encrassement des ailettes. L'invention s'étend aussi à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et ce disposif permet une fabrication en continu. A la partie gauche de la fig.2, on a représenté un dispositif d'amenage 5 pour des tronçons de tube 6. Ce dispositif d'amenage est, par exemple, constitué comme décrit ci-après pour le mécanisme 7 ou plus simplement par un train de molettes qui pousse en permanence le tronçon de tube 6 contre un tronçon précédent Ga qui est engagé dans un mécanisme de support et d'entraînement 7 le faisant à la fois tourner suivant la flèche f et coulisser suivant la flèche f de la fig. 1. Pour réaliser le mécanisme 7, plusieurs possibilités peuvent être envisagées, par exemple, il peut être réalisé comme montré aux fig. 3 et 4 et comporter un tambour 8 guidé par des galets 9 disposés à sa périphérie, de façon que ledit tambour puisse tourner autour de son axe. Afin que le tambour ne puisse pas être déplacé axialement, les galets 9 peuvent prendre appui dans le fond de rainures 10 qu'il présente dans sa paroi externe, ou bien d'autres galets peuvent encore être prévus à ses extrémités. Le tambour 8 comporte également une partie d'entraînement, par exemple une crémaillère 11 en prise avec au moins un galet moteur 12 entraîné par un moyen quelconque, par exemple à partir d'un moto-réducteur 13 comme cela est représenté à la fig. 2. Intérieurement, le tambour 8 contient au moins un Jeu de molettes 14, 15 entre lesquelles est serré le tronçon de tube 6a. A la fig. 3, le tronçon de tube 6a a été montré comme présentant, en section, une forme oblongue pour faire ressortir que l'invention peut être mise en oeuvre quelle que soit la forme, en section, du tube sur lequel la bande formant les ailettes doit être enroulée. L'une au moins des molettes, par exemple la molette 14, est entraînée en rotation par un ensemble moto-réducteur 16 qui est disposé à l'intérieur du tambour 8 et qui est alimenté en courant électrique par un jeu de bagues comme silhouetté en 17 qui sont prévues sur le tambour 8 ou à une extrémité de celui-ci. Comme cela ressort de ce qui précède, la molette motrice 14 coopérant avec la molette 15 entraîne le tronçon de tube 6a axialement suivant la flèche f2 de la fig. 1 et lorsque le tambour 8 est lui-même entraîné en rotation par le pignon moteur 12, le tronçon de tube est entraîné dans le même mouvement, en même temps que les molettes 14, 15. On obtient ainsi la combinaison des deux mouvements suivant les flèches f et f2 de la fig. 1. Lorsque les tronçons de tube 6, 6a sont de section circulaire, l'organe 7 neut être simp'ifié par rapport à la réalisation décrite ci-dessus en référence aux fig. 3 et 4. La fig.5 montre, en effet, que le tronçon de tube 6a peut être entraîné à la fois suivant les flèches 1 et f par un jeu de galets 18, 19 et 20 disposés obliquement par rapport au tronçon de tube et respectivement calés à 120 les uns par rapport aux autres. En entraînant les galets 18 à 20 dans le sens des flèches figurées à la fig.5, on obtient la combinaison de mouvements recherchée, les vitesses relatives suivant les flèches et f2 pouvant être réglées en faisant tourner les galets 18 à 20 plus ou moins rapidement et en les inclinant plus ou moins par rapport à l'axe du tube. Immédiatement à la sortie du mécanisme 7, que celui-ci soit constitué comme décrit aux fig. 3 et 4, ou à la fig.5, on dispose des guides 21 d'amenage de la bande 3; ces guides sont figurés à la fig. 2 à la manière de galets, mais ils peuvent évidemment etre réalisés d'autres façons, leur fonction consistant à maintenir la bande 3 dans une position correcte par rapport au tronçon de tube 6a qui est entraîné comme il vient d'être décrit. Avant d'atteindre les guides 21, la bande 3 passe dans un mécanisme de chauffage 22 auquel elle est amenée par un train d'amenage 23, de préférence constitué par des molettes motrices constituant un cabestan faisant défiler la bande 3 à vitesse constante. Pour que la-fabrication du tube à ailettes puisse être continue, il est avantageux que la bande 3, avant d'atteindre le cabestan 23, passe dans un magasin 24 comportant un jeu de galets 25 montés sur un support fixe 26 et un jeu de galets 27 montés sur un bâti-28 soumis à l'action d'un contrepoids 29 ou autre dispositif de maintien sous tension. Avant d'entrer dans le magasin 24, la bande traverse un mécanisme de raccordement 7}0 permettant de rabouter les bandes venant successivement de bobines 31 ou 32. Le mécanisme de chauffage 22 peut être réalisé de nom- breuses façons différentes, par exemple par des rampes de chauf- fage à gaz, par des chalumeaux, mais, de préférence, pour que ce mécanisme assure un chauffage précis et ne soit pas trÍ7 encombrant, il est constitué, comme représenté à la fig. n per des générateurs à haute ou moyenne fréquence 33 et 34. te géné- rateur 33 est destiné à chauffer le bord da de la bande 2 et rnur cela les spires successives 35 qu'il comporte sont prévrues pour entourer ledit bord 3a sur la hauteur h devant être portee à haute température. Ce chauffage est silhouetté à la fi, 7 par les hachures 36 formées suivant l'axe x-x'. Pour obtenir le chauffage progressif dans la zone S de la bande, on constitue le second générateur 34 de façon r-e 1 boucles d'induction qu'il délimite s'étendent à une extrémité sur toute la hauteur ff et que lesdites boucles n'intéressent plus progressivement qu'une partie de plus en plus réduite de ladite hauteur H, ce qui est figuré par l'axe x"-x''' de la fig.7 . La partie de tronçon de tube 6a munie de la bande 3 formant les ailettes 2 est ensuite supportée par des galets tels que ceux représentés en 37 à la fig.2, ce galets tant inclinés pour prendre avantageusement appui entre lez os tte- directement sur le tube 1 bien qu'il soit possible de prévoir des galets larges sur lesquels ce sont les ailettes qui reposant Il est possible aussi de remplacer les galets 37 par de brosses tournantes ou encore de faire passer le tronçon de tube dans un guide fixe dans lequel de l'air est soufflé pour constituer en quelque sorte un palier fluide dans lequel la bande 3 est simultanément refroidie.Les galets 37 ou autres dispositifs sont disposés pour constituer un berceau de support et sont entraînés en rotation par des arbres 38 s'il est estimé qu'il ne doit pas exister de glissement entre le tube muni de ses ailettes 2 avançant et tournant dans le sens des flèches et f2 de la fig. 1 et lesdits galets. Finalement, le dispositif comporte encore un organe de coupe 39 constitué, par exemple, par une meule qui est destinée à tronçonner l'ailette 2 dans sa partie reliant deux tronçons de tube tels que les tronçons de tube 6a, 6b. La meule 39, qui est entraînée en rotation par un moteur 40, est supportée par un chariot 41 pouvant être déplacé alternativement le long de guides 42, par exemple par un dispositif à bielle 43 et manivelle 44 entraîné par un renvoi d'angle 45 à partir d'un arbre 46 qui peut être lui-même entraîné par le moto-réducteur 13 assurant soit ltentraînement du tambour 8 des fig. 3 et 4, soit celui des galets 18 à 20 de la fig. 5. De cette façon, on est assuré de la synchronisation des mouvements du chariot 41 et du tube 6a, ce qui permet de commander la meule 39 au moyen d'un vérin ou autre organe d'approche 47 L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. EQ particulier, l'organe de coupe 39 peut être disposé immédiatement à la sortie du mécanisme 7 et, dans ce cas, le tronçon de tube 6a est supporté en amont dudit mécanisme 7 par des galets ou un mécanisme du genre décrit ci-dessus en ce qui concerne les galets 38 ou encore par un mécanisme comme celui de la fig.5. De même, il est avantageux, ainsi que cela est représenté à la partie droite de la fig. 2 de prévoir un transporteur de reprise 47 pour le tronçon de tube 6b, ce transporteur de reprise conférant une vitesse axiale au tronçon 6b plus grande que celle à laquelle est déplacé le tronçon 6a. REVti > ICATI0NS 1 - Procédé pour la fabrication de ubes à ailettes héli- cordes dans lequel les ailettes ont formées à partir d'une bande enroulée en ontinu à la périphérie du tube, caractérisé en ce qu'on amène à la périphérie du tube la bande à enrouler en la maintenant sous tension axiale, en ce qu'on assure l'enrou levaient de la bande ainsi tendue par rotation et avancement simultanés du tube et en ce qu'on chauffe préalablement ladite bande au moins sur son bord amené en contact avec la périphérie du tube jusqu'à une température pour laquelle ce bord devient très malléable, de sorte qu'il est forgé sur la paroi du tube pendant le cours de l'enroulement de la bande par la coaposante de pression exercée par la bande même pendant son enroulement qui provoque un étirage transversal assurent simultanément son amincissement dans le sens radial à partir dudit bord forgé sur le tube. 2 - Procédé, suivant la revendication 1, caractérizé en ce que la bande, enroulée sur le tube, est également chauffée à partir de son second bord, ce second chau fage étanteffectué à une température notablement inférieure à celle du bord forgé sur le tube et de façon que la température aille décroissant depuis le second bord, de sorte que ledit second bord est rendu plus malléable que la zone médiane de la bande pour faciliter l'éti- rage de ce second bord dans le cours de l'enroulement de la bande autour du tube. 3 - Dispositif pour la fabrication d'un tube à ailettes h6- lecoidales mettant en oeuvre le procédé des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison, des organes d'amenage de tronçons de tube successifs alignés coaxilement, un mécanisme d'entraînement des tronçons successifs conférant auxdits tronçons, de- façon connue en soi, les mouvements d'avance et de rotation par lesquels la bande formant les ailettes est enroulée sur les tronçons successifs de tube, un organe de main- tien sous tension de la bande, un mécanisme de chauffage différentiel pour chauffer en continu la bande en amenant son premier bord devant être forgé au tube à la température de forgeage et son second bord à une température inférieure à cette température de forgeage et allant s'abaissant vers le bord chauffé à ladite température de forgeage, ledit mécanisme de chauffage étant disposé immédiatement en aval du mécanisme d'entraînement des tronçons de tube et en aval d'un mécanisme maintenant sous tension la bande à enrouler, un transporteur pour le support du tronçon de tube sur lequel la bande a été enroulée et forgée et un mécanisme de coupe de ladite bande pour couper celle-ci à l'intersection de deni tronçons de tubev 4 - Dispositif, suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le mécanisme pour le chauffage de la bande comporte au moins deux générateurs d'induction dont les spires enveloppent respectivement les deux bords de la bande à enrouler sur le tube, le générateur provoquant le chauffage décroissant à partir d'un des bords de la bande étant disposé obliquement par rapport à celle-ci et comportant des spires d'induction réparties pour que le chauffage soit plus intense le long du bord de la bande que dans la partie de celle-ci s'étendant vers sa zone médiane. 5 - Dispositif, suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la bande est amenée en continu au mécanisme de chauffage par un cabestan extrayant ladite bande d'un magasin dans lequel elle est amenée à passer à la sortie d'un mécanisme de raccordement de bandes disposé après des bobines d'alimentatioQ. 6 - Dispositif, suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le mécanisme entraenant à la fois le tube en rotation et dans un mouvement de translation axial comporte au moins un jeu de molettes motrices disposées dans un tambour tournant. 7 - Dispositif, suivant 1'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le mécanisme entraînant d la fois le tube en rotation et dans un mouvement de translation axial comporte au moins un jeA de galets moteurs disposés obliquement par rapport aux génératrices de la paroi extérieure du tube sur lequel la bande doit être enroulée. 8 - Dispositif, suivant l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le mécanisme assurant la oupe de la bande au niveau de la jonction de deux tronçons de tubes succes--ifs comporte un chariot monté sur des guides le faisant se déplacer selon une trajectoire sensiblement parallèle auxdits tubes, ledit chariot cotant relié aux organes d'entraînement du mécanisme entraînant les tronçons de tubes successifs en rotation et en translation, de sorte que le mouvement dudit mécanisme de coupe est synchronisé au mouvement d'avance du tube. 9 - Un tube à ailettes obtenu conformément au procédé des revendications 1 et 2 dans lequel le pied des ailettes est forgé à la paroi du tube en même temps que la section desdites ailettes va s'amincissant depuis ledit pied jusqu'à son bord libre.