Brevet FR2225230A1 — publié le 19741108

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une double paroi galbée, notamment pour cuve d'échangeurs de chaleur, de réacteurs chimiques, de fermenteurs et analogues, comportant un circuit pour la circulation d'un fluide autour de la paroi intérieure, du type selon lequel on élabore ledit circuit par formage d'une tôle de paroi extérieure soudée sur une tôle de paroi intérieure suivant une ou plusieurs lignes de séparation des éléments du circuit. Parmi les procédés de ce type, on connait notamment celui qui consiste à fixer autour de la paroi intérieure une tôle à laquelle on a préalablement conféré, par exemple par emboutissage, la forme du circuit destiné à assurer la circulation d'un fluide autour de ladite paroi, cette tôle constituant ainsi la paroi extérieure de la cuve. La fixation de ce circuit de circulation sur la paroi int6- rieure peut être effectuée, par exemple par soudage, suivant les lignes de séparation des éléments du circuit. Des procédés plus récents, ayant pour objet de perfectionner le procédé du type sus-mentionné, consistent à souder à plat une mince tôle de paroi extérieure sur une tôle de paroi intérieure plus épaisse, suivant les lignes de séparation des éléments du circuit de circulation que l'on désire obtenir, à procéder à l'élaboration du circuit par hydroformage, c'est-à-dire par injection d'un fluide sous pression entre la tôle de paroi extérieure et la tôle de paroi intérieure, dans l'espace limité par lesdites lignes de séparation, puis à procéder au formage de la double paroi ainsi obtenue pour constituer une virole et/qu des fonds galbés pour la cuve, et enfin à assembler les fonds sur la virole pour constituer l'ensemble de la cuve. Ces procédés présentent un certain nombre d'inconvénients, notamment - les possibilités de l'hydroformage effectué entre deux tôles plates, la tôle de paroi intérieure et la tôle de paroi extérieure, pour conférer à la tôle de paroi extérieure la forme voulue du circuit de circulation, sont très sérieusement limitées, du fait que si la pression du fluide injecté est trop élevée, on risque de déformer la tôle de paroi intérieure. On pourrait limiter ce risque par exemple en augmentant ltépaisseur de la tole de paroi intérieure ou en prévoyant des dispositifs de maintien de cette tôle pendant l'opération d'hydroformage, mais ce serait au prix d'une complication de la fabrication et d'une augmentation de son coût. - Par ailleurs, le cintrage de la double paroi ainsi obtenue pour former la virole de la cuve, ainsi que l'emboutissage d'une telle double paroi pour élaborer les fonds, présentent de sérieuses difficultés, d'une part à cause de la raideur relativement grande de la double paroi, et d'autre part à cause de sa plus grande inertie. En outre, la paroi extérieure relativement peu épaisse est fragile et risque de se déformer au cours de ces opérations de cintrage et d'emboutissage, ce qui empêcherait de conférer au circuit de circulation la forme exacte désirée. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un procédé du type mentionné plus haut, caractérisé en ce que l'on effectue à plat ledit soudage de la tôle de paroi extérieure sur la tôle de paroi intérieure, en ce que l'on confère aux tôles ainsi réunies la forme galbée voulue pour constituer les fonds et/ou la virole de la cuve, en ce que l'on assemble la virole et les fonds pour constituer la cuve, et enfin en ce que l'on procède au formage de la tôle de paroi extérieure par injection d'un fluide sous pression entre la tôle de paroi extérieure et la tôle de paroi intérieure, dans l'espace limité par la ou lesdites lignes de séparation,pour constituer ledit circuit de circulation. Grâce à ce procédé, on élimine pratiquement le danger de déformation de la tôle de paroi intérieure, puisque l'on ne procède à l'hydroformage de la tôle de paroi extérieure qu'après le cintrage et l'emboutissage. De la sorte, on peut utiliser une tôle de paroi intérieure relativement peu épaisse, du fait de l'augmentation des forces nécessaires au flambage de cette tôle. En outre, le cintrage pour élaborer la virole et/ou l'embou- tissage pour élaborer les fonds sont rendus plus faciles,puisque s'effectuant sur des tôles de parois intérieure et extérieure encore à plat, et donc à inertie plus réduite, l'opération d'hydroformage s'effectuant en dernier lieu. Enfin, il est évident que grâce à ce procédé et pour la même raison, on peut conférer au circuit de circulation la forme exacte que l'on désire. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, on élabore des lignes continues de séparation sous la forme d'un serpentin, en disposant les lignes de soudage suivant des dents de peignes opposés, imbriquées les unes dans les autres Cette disposition est particulièrement prévue, mais non exclusivement, pour la constitution du circuit de circulation de la virole de la cuve. Elle permet avantageusement d'obtenir un circuit de circulation de grande longueur avec un faible encombrement, lesdits éléments du circuit, qui se font suite, étant disposés suivant des génératrices régulièrement espacées sur tout ou partie de la virole. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on élabore une seule ligne continue de séparation sous la forme d'une spirale. Cette disposition est particulièrement prévue pour la constitution du circuit de circulation des fonds de la cuve; elle permet également d'obtenir avantageusement un circuit de circulation de grande longueur avec un faible encombrement. La spirale peut être facilement élaborée, en partant. du centre pour aller progressivement jusqu' la périphérie, par exemple avec un pas constant. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, qui peut être utilisé en même temps que les précédents, on soude la tôle de paroi extérieure sur la tôle de paroi intérieure suivant des lignes interrompues de soudage, ce qui, tout en permettant là encore d'obtenir une ou plusieurs lignes continues de séparation entre les éléments du circuit, rend le soudage plus économique et plus rapide. On peut aussi souder la tôle de paroi extérieure par points sur la tôle de paroi intérieure, avec les mêmes avantages. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux - du procédé, on injecte dans la cuve un fluide sous pression pendant la phase d'hydroformage du circuit de circulation. Grâce à cette disposition, on diminue encore le risque de voir la tôle de paroi intérieure se déformer lors de l'opération d'hydroformage, ce fluide sous pression injecté dans la cuve constituant une contre-pression qui soumet la paroi intérieure à des forces opposées aux forces extérieures qui peuvent s'exercer sur elle lors de l'opération d'hydroformage. Pour effectuer cette dernière opération, on peut ainsi utiliser un fluide sous une plus grande pression et provoquer une plus grande déformation de la tôle de paroi extérieure pour élaborer exactement le circuit de circulation désiré, ce qui, comme on le voit, augmente très notablement les possibilités inhérentes à 1 'hydroformage. Des modes de mise en oeuvre préférés d'un procédé selon l'invention sont décrits ci-dessous à titre d'exemples non limitatifs, dans leur application à la fabrication d'une cuve d'échangeur de chaleur, avec référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective montrant une tôle de paroi intérieure et une tôle de paroi extérieure pendant la phase de soudage à plat d'un mode de mise en oeuvre du procédé, ces deux tôles étant destinées à constituer une virole à double paroi de la cuve - la figure 2 est une vue en plan montrant une tôle de paroi intérieure et une tôle de paroi extérieure pendant la phase de soudage à plat du procédé, ces deux tôles étant destinées à constituer un fond à double paroi de la cuve - la figure 3 est une vue en élévation d'une cuve fabriquée selon le procédé conforme à l'invention - la figure 4 est une vue en plan montrant l'un des fonds de la cuve de la figure 3 - la figure 5 est une vue en demi-coupe transvèrsale suivant la ligne V-V de la figure 3 - la figure 6 est une vue schématique en élévation d'une cuve fabriquée selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention ; et - la figure 7 montre l'adjonction d'une rondelle de renforcement d'un point de soudure. Sur la figure I on a référencé en 1 une tôle de paroi inté- rieure rectangulaire ayant par exemple une épaisseur de 3 mm et destinée à constituer ultérieurement la paroi intérieure de la virole de la cuve. Sur cette tôle 1, on a disposé à plat une tôle de paroi extérieure 2 de forme également rectangulaire et de dimensions légèrement inférieures à celles de la tôle 1. L'épaisseur de cette tôle 2 est par exemple de 8/20ode mm. On procède ensuite à la fixation de la tôle de paroi extérieure 2 sur la tôle de paroi intérieure 1 en effectuant par un procédé classique, par exemple par laminage, soudage à la molette ou analogue, des soudures suivant des lignes continues de soudage 3 élaborées à proximité des bords de la tôle de paroi extérieure 2 et suivant des lignes de soudage également continues 4 correspondant aux lignes de séparation des éléments contigus du circuit de circulation que l'on désire élaborer, de sorte que ce circuit ait par exemple la forme d'un serpentin. Pour la fabrication dès fonds (figure 2),on pose une tôle de paroi extérieure circulaire 5, par exemple de 8/10e de mm d'épais seur, à plat sur une tôle de paroi intérieure également circulaire 6, d'une épaisseur de par exemple 3 mm et de diamètre légèrement plus grand, on positionne les deux tôles l'une par rapport à l'autre de façon à ce que leurs centres coïncident, on effectue, par exemple à la molette, une ligne continue de soudage périphérique 7 à proximité du bord de la tôle de paroi extérieure, et enfin une ligne de soudage en spirale 8 également continue, sui- vant une ligne de séparation 9 des éléments du circuit de circulation que l'on désire élaborer pour le fond de la cuve. Lorsque la double paroi de la virole 1, 2 ainsi que la double paroi 6, 7 pour les fonds sont élaborées, on procède au galbage de la virole par cintrage et au galbage des fonds par emboutissage. Ce galbage s'effectue aisément, du fait de l'épaisseur et de l'inertie relativement réduites des tôles, et du fait que l'on opère à partir de tôles plates. Par ailleurs, la tôle de paroi extérieure reste fermement appliquée sur la tôle de paroi intérieure pendant les opérations de cintrage et d'emboutissage et ne risque pas de se déformer, les différentes lignes de soudage 3,4,7 et 8 assurant alors une solidarisation suffisante. Lorsque la virole et les fonds ont la forme voulue, on raccorde les dqux extrémités de la virole, par exemple par un soudage effectué suivant une génératrice de la virole, et on assure la fixation des fonds sur les deux extrémités ouvertes de la virole, par exemple également par soudage. Lorsque cette opération est terminée, on procède à l'hydroformage du circuit de circulation par injection d'un fluide sous pression entre la tôle de paroi extérieure et la tôle de paroi intérieure, dans l'espace limité par la ou les lignes de séparation des éléments du circuit. Cette injection peut être facilement effectuée par une extrémité ouverte du circuit, dont l'autre extrémité est momentanément obturée. Du fait que l'hydroformage s'effectue sur des tôles galbées, on diminue très notablement le risque de voir ces tôles se déformer sous l'effet de la pression du fluide injecté entre lesdites lignes de séparation, puisque les forces nécessaires au flambage des tôles de parois intérieures sont de ce fait considérablement augmentées. Une cuve 10, élaborée conformément à ce qui précède, est représentée schématiquement en élévation dans la figure 3. Dans cette figure, la virole est référencée en Il et les éléments de son circuit de circulation en 12. Quant aux fonds inférieur et supérieur de la cuve, ils sont référencés respectivement en 13 et 14 et les éléments de leurs circuits de circulation respectifs en 15 et 16. Comme on le voit sur la figure, le circuit de circulation de la virole a la forme d'un serpentin. On a représenté respectivement en 17 et 18 un raccord d'entrée et un raccord de sortie fixés aux extrémités correspondantes du serpentin, par exemple par soudage, le raccord d'entrée 17 étant relié à une source de fluide de chauffage ou de refroidissement non représentée. En 19 et 20, on a représenté des raccords, respectivement d'entrée et de sortie, fixés aux extrémités correspondantes du circuit de circulation en forme de spirale du fond inférieur 13 et, en 21 et 22, on a représenté des raccords, respectivement d'entrée et de sortie, fixés aux extrémités correspondantes du circuit de circulation en forme de spirale du fond supérieur 14, lequel est également représenté en plan dans la figure 4. Les raccords d'entrée 19 et 21 sont également reliés à la source de fluide de chauffage ou de refroidissement non représentée. Dans la figure 3, on a également représenté, respectivement en 23 et 24, des raccords d'entrée et de sortie du fluide circulant dans la cuve. En obturant le passage d'un de ces raccords, on peut injecter dans la cuve, par l'autre raccord, un fluide sous pression, par exemple de l'air comprimé, dont la pression peut atteindre la pression d'épreuve de la cuve. Cetair soumet les parois intérieures de la cuve à des forces dirigées vers l'extérieur, lesquelles s'opposent aux forces qui s'exercent sur elles, de ltex- térieur vers l'intérieur, lorsque l'on procède à la phase d'hy droformage. Ceci permet, tout en limitant dans la même mesure le risque de déformation de ces parois intérieures, d'augmenter d'auant la pression du fluide utilisé pour l'hydroformage et, par conséquent, de provoquer une plus grande déformation des tôles de parois extérieures pour élaborer les circuits de circulation. A la figure 6, on a représenté de façon schématique une cuve 25 obtenue selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le fond supérieur référencé en 26 a une forme galbée analogue à celle des fonds 13 et 14 de la cuve 10, mais il est constitué par une paroi simple, sans circuit de circulation. Le fond inférieur, référencé en 27, a la forme d'un cône à pointe dirigée vers le bas, muni d'un raccord 28, et dont la base est raccordée à la périphérie de la virole, référencée en 29. Le circuit de circulation de la virole 29 est constitué de deux jaquettes 30 et 31, disposées seulement suivant une partie de la hauteur de la virole et chacune suivant un peu moins de sa demi-circonférence. Ces jaquettes sont reliées à une source de fluide échangeur de chaleur par leurs entrées, schématiquement représentées en 32 et 33 respectivement, lequel fluide s'échappe par une sortie commune schématiquement représentée en 34. Comme on le voit sur la figure, le soudage de la tôle de paroi extérieure sur la tôle de paroi intérieure a été effectué suivant des lignes interrompues de soudage 35, ce qui rend le soudage plus facile et plus économi que, tout en permettant, comme selon le mode de mise en oeuvre représenté aux figures 1 à 5, l'obtention de lignes continues de séparation des éléments du circuit conférant à celui-ci une forme en serpentin, étant donné que la partie de la tôle située entre deux lignes de soudage alignées successives ne se déforme pas. Le circuit de circulation du fond inférieur conique 27 est constitué de deux autres jaquettes 36 et 37 disposées de façon analogue aux jaquettes 30 et 31 de la virole; ces jaquettes sont reliées à une source de fluide échangeur de chaleur par leurs entrées, schématiquement représentées en 38 et 39 respectivement, lequel fluide s'échappe par une sortie commune schématiquement représentée en 40. Comme on le voit sur la figure, le soudage de la tôle de paroi extérieure sur la tôle de paroi intérieure a été effectué par des points 41. Les points de soudage sont positionnés de façon à conférer également au circuit de circulation de ce fond inférieur la forme d'un serpentin, avec sensiblement les mêmes avantages que pour l'élaboration du circuit de circulation de la virole. Dans ce as ne soudage par ;I- s, on 's,:}n p-t avantageusement prévoir, comme ela a été représenté à la figure 7, de poslt~onner Üne rondelle de renforcement 42 à l'emplacement auquel on désire effectuer le poirt de soudure 41. On obtient en effet par cette disposition une augmentation considérable de la résistance mécanique de la tôle de paroi extérieure 2, la rondelle permettant de limiter les efforts de cisaillement en les transformant en efforts de traction et flexion. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une double paroi galbée, notamment pour cuve d'échangeurs de chaleur, de réacteurs chimiques, de fermenteurs et analogues, comportant un circuit pour la circulation d'un fluide autour de la paroi intérieure, du type selon lequel on élabore ledit circuit par formage d'une tôle de paroi extérieure soudée sur une tôle de paroi intérieure, suivant une ou plusieurs lignes de séparation des éléments du circuit, caractérisé en ce que l'on effectue à plat ledit soudage de la tôle de paroi extérieure sur la tôle de paroi intérieure, en ce que l'on confère aux tôles ainsi réunies la forme galbée voulue pour constituer les fonds et/ou la virole de la cuve, en ce que l'on assemble la virole et les fonds pour constituer la cuve, enfin et/en ce que lton procède au formage de la tôle de paroi exté- rieure par hydroformage, à savoir par injection d'un fluide sous pression entre la tôle de paroi extérieure et la tôle de paroi intérieure, dans l'espace limité par la ou lesdites lignes de séparation, pour constituer ledit circuit de circulation. 2. Procédé selon la revendication1,caractérisé en ce que l'on élabore des lignes continues de séparation sous la forme d'un serpentin, notamment pour la constitution du circuit de circulation de la virole de la cuve. 3. Procédé selon la revendication Xcaractérisé en ce que l'on élabore une seule ligne continue de séparation sous la forme d'une spirale, notamment pour la constitution du circuit de circulation des fonds de la cuve. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on soude la tôle de paroi extérieure sur la tôle de paroi intérieure suivant des lignes interrompues de soudage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on soude la tôle de paroi extérieure par points sur la tôle de paroi intérieure. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on injecte dans la cuve un fluide sous pression pendant la phase d'hydroformage du circuit de circulation 7. Cuve à double paroi galbée, notamment pour échangeurs de chaleur, réacteurs chimiques, fermenteurs et analogues, comportant un circuit pour la circulation d'un fluide autour de la paroi intérieure, élaboré par hydroformage, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée selon un procédé conforme à l'une ou à l'autre des revendications précédentes. 8. Cuve selon la revendication 7,dans laquelle la tôle de paroi xtérieure est soudée par points sur la tôle de paroi intérieure, caractérisée en ce qu'une rondelle de renforcement est soudée sur la tôle de paroi extérieure à l'emplacement de chacun des points de soudure.