Brevet FR2223101A1 — publié le 19741025

Dans un élément de tubage établi par le procedé-qui fait l'objet de la présente invention, le tube interne de deux tubes concentriques est ondulé et comprend des crêtes ou nervures s'éten- dant radialement vers l'extérieur qui portent contre la paroi interne du tube externe afin de verrouiller mécaniquement les deux tubes l'un par rapport à l'autre Ceci présente cet avantage non seulement de ménager un groupe de canaux hélicoidaux entre le premier et le second tubes, mais également de donner naissance à des crêtes et à des rainures hélicoidales sur la paroi interne du tube interne de telle sorte aue le canal passant à travers la partie centrale du tube interne favorise la turbulence du fluide qui y circule.Un autre avantage, c1 est que la paroi interne et la paroi externe du tube interne ont une grande surface qui augmente le débit de transfert de la chialeur -i travers ce tube interne et entre le fluide qui circule à travers la partie centrale de ce tube interne et le fluide qui s'écoule à travers les canaux hélicoidaux ménagés entre le tube interne et le tube externe. Pour fabriquer l'élément de tubage tel que le prévoit l'inven- tion, on insère un mandrin da-ns le tube interne avant que ce tube ne soit torsadé afin de limiter la croissance radiale vers l'in- térieur de ses crêtes étendant radialement vers l'intérieur.En choisissant convenablement les diamètres et les épaisseurs des tubes et le diamètre du mandrin en question, la forme des ondulations nélicoidales formées dans le tube interne peut être contrôlée de façon relativement précise et, si ceci est désirable, les rainures intéressant la paroi externe du tube interne peuvent être établies de manière à posséder des fonds sensiblement plats mesurant une longueur axiale assez importante pour que les canaux hélicoïdaux ménagés entre tube interne et le tube externe soient relativement grands en section droite afin de pouvoir faire face à des débits d'écoulement relativement éleves pour une chute de pression minimale. Quand ceci est jugé désirable, un troisième tube peut être prévu suivant la présente invention, ce troisième tube entourant le tube externe de l'élément de tubage fondanental à deux tubes concentriqssles et étant torsadé de manière à former des ondulations hélicoïdales qui sont constituées par des crêtes s'étendant radialement vers l'intérieur et portent contre la paroi externe du tube externe de l'élément fondamental, en constituant ainsi un ensemble comportant deux groupes différents de canaux hélicoïdaux ainsi que le canal hélicoïdal s'étendant à travers.la partie centrale du tube placé tout à fait à l'intérieur0 Dans les dessins schématiques annexes La fig. 1 est une vue partiellement en élévation et partiellement en coupe longitudinale d'un élément de tubage fabriqué par le procédé tel que le prévoit la pressente invention0 La fig. 2 est une vue en coupe transversale par la ligne 2-2 en fig.10 la fig0 3 est une vue partiellement en élévation et partiellement en coupe longitudinale d'un élément de tubage établi par application dtune variante de réalisation du procédé, objet de 1' invention0 La fig. 4 est une vue partiellement en élévation et partiellement en coupe longitudinale montrant un élément de tubage établi suivant une autre variante encore du procédé, objet de l'invention la fig. 5 est une vue en élévation montrant un appareil utilisable pour la fabrication d'un élément de tubage par le présent procédé. La fig. 6 est une vue en coupe longitudinale montrant la fa çon dont les deux tubes et le mandrin sont assemblés l'un par rapport à l'autre avant l'opération de torsadage. La fig. 7 est une que semblable à lafig. 6 mais montre les tubes et le mandrin dans les positions relatives occupées à un certain instant pendant le progrès de l'opération de torsadage. La fig. 8 est une vue d'extrémité en perspective dessinée à plus grande échelle du tube interne que montre la fig. 6 mais montrant les indentations ménagées dedans avant l'opération de torsadage. La fig. 9 est une vue semblable à la fig0 6 mais montrant les tubes tels qu'ils sont disposés avant le début de la torsion dtun troisième tube sur la paroi externe du tube le plus grand visible dans la fig. 6 afin de donner lieu à un équipage à trois tubes, Dans les desins et si l'on considère tout d'abord les fig.1 à 4, on-y voit représentés divers éléments de tubage établis par le procédé général, objet de l'invention, et dans les fig. 5 à 9, l'appareil et le procédé eux-mêmes. Comme indiaué ci-après à propos des fig. 1 à 4, un élément de tubage conforme à l'invention peut être constitué par deux ou plusieurs tubes concentriques dont l'un au moins est ondulé hélicoldalement. Chacun de ces tubes est de préférence métallique, et divers métaux ou alliages convenables peuvent être utilisés dans la fabrication de cet élément de tubage suivant la nature du fluide qui doit être acheminé ou traité, sa température et diverses autres considérations. En principe, les tubes seront établis en cuivre, en aluminium ou en acierinoxydable mais l'invention n'est évidemment pas limitée à ces métaux particuliers. Si l'on examine la fig0 1, on voit qu'elle représente un élément de tubage désigné dans son ensemble par tO et comprenant un premier tube 12 et un second tube 14o Le tube t2 a une forme sensiblement cylindrique de façon à posséder une dimension et une forme pratiquement constantes en section droite dans toute sa lon gueux, Le second tube 14 comporte deux parties terminales 16,16 qui toutes deux s'étendent au delà des extrémités adjacentes du premier tube 12, ces parties terminales 16,16 ayant une dimension et une forme en section droite sensiblement constantes dans toute leur longueur.Entre les deux parties terminales 16,16 du tube 14 et à l'intérieur du tube 12, le tube t4 comprend une partie à ondulations hélicoïdales délimitant sur sa paroi externe plusieurs crêtes hélicoïdales 18,18 s1 étendant radialement vers l'extérieur et un certain nombre de rainures hélIcoïdales 20,20. De façon complémentaire aux crêtes etaux rainures prévues :gur sa paroi externe, le tube 14 comprend sur sa paroi interne un certain nombre de rainures hélicoïdales 22,22 et plusieurs crêtes hélicoïdales 24,24 s'étendant radialement vers l'intérieur. Les crêtes 18,18 s'étendant radialement vers l'extérieur prévues sur la paroi externe du tube 14 portent étroitement contre la paroi interne 26 du tube 12 et assurent ainsi un verrouillage mécanique des deux tubes 12 et 14 pour les maintenir en place l'un par rapport à l'autre. En outre, l'engagement des crêtes 18,18 avec la paroi interne du tube 12-fait que plusieurs canaux hélicoïdaux 28,28 sont ménagés entre les deux tubes 12 et 140 Ainsi, quand un fluide est introduit à une extrémité du tube 12, il s'écoule en fait vers son autre extrémité et est astreint à passer à travers les canaux hélicoldaux et soumis ainsi à une turbulence et en même temps à une relation d'échange thermique satisfaisante avec la surface externe du tube 14. Le nombre des canaux hélicoïdaux ménagés entre les deux tubes peut varier suivant le nombre des crêtes hélicoïdales continues séparées 18,18 ménagées sur le tube 14O Cependant, de façon générale, le tube 14 est établi de manière à comprendre deux, trois ou quatre pareilles crêtes continues s'étendant dans toute sa lontueur po.lr former respectivement deux, trois ou quatre canaux héli coidaux entre les deux tubes0 Comme clairement représenté dans la fig. 2, l'élément de;tubage visible dans la fige 1 comprend trois crêtes continues 18,18 et définit par là même trois canaux hélicoidaux 28,28 entre les deux tubes. La configuration des canaux 28,28 peut être modifiée en faisant varier la forme des rainures 20,20-dans le tube 14 et il est préférable que ces rainures ?0,20 présentent une forme telle qu'elles aient des fonds sensiblement plats mesurant une notable longueur axiale comme le montre la fig. 1. Ce qui est encore préférable, c'est que la longueur du fond plat de chaque rainure 24 soit sensiblement plus grande en section droite longitudinale que la longueur de la crête 18 placée entre chaque paire de fonds plats. Ceci fait que chaque canal 28 mesure des dimensions notables qui permettent au canal ménagé dedans pour le passage d'un fluide à un débit d'écoulement volumétrique notable pour une chute de pression minimale. Dans l'élément de tubage 10 que montre ia fig. 1, le premier tube 12 a la forme d'un cylindre droit. S'il est déformé d'une façon ou d'une autre, il n'est donc déformé qu'à un faible degré à partir de cette forme de cylindre droit, Un pareil élément est le plus souvent acceptable dans'les cas où, par exemple, le transfert de chaleur n'est désiré qu'entre un fluide s'écoulant à travers les canaux hélicoïdaux 28,28 et un autre fluide s'écoulant à travers la partie centrale du tube 14. Dans d'autres cas cependant, le transfert de chaleur peut également être désirable entre le fluide qui s'écoule à travers les canaux hélicoïdaux 28,28 et un autre fluide s'écoulant le long de la paroi externe du tube externe 12. En pareil cas, il peut s'avérer utile de déformer également le tube externe 12 afin de le munir dtune plus grande surface de transfert thermique et de donner à cette surface une forme irrégulière facilitant la turbu lice, Un pareil élément de tubage est représenté dans la fig.3 et désigné de façon générale par 30. Sauf pour le tube externe de l'é- lément de tubage 30 qui a ure forme ondulée, les parties de ltélé- ment 30 sont semblables aux tarties correspondantes de l'élément 10 représenté dans la fig. t et elles portent dans la fig. 3 les mêmes numéros de e référence que dans la fig. 1, sauf qu'elles sont munies du signe prime. On remarquera à l'examen de la fig. 3 que le tube externe 12 comprend des crêtes hélicoïdales 32,32 s'étendant radialement vers l'extérieur sur sa paroi externe et des rainures hélicoïdales correspondantes s'étendant radialement vers l'extérieur 34,34 sur sa paroi interne, ces rainures 34,34 recevant les parties externes appareillées es crêtes hélicoïdales 18',18' intéressant la paroi externe du te interne 14'. La relation d'appareillement entre les crêtes 18', 18' et les rainures 34R34 sert donc à assurer un engagement encore plus étroit ertre les deux tubes afin de les verrouiller l'un )ár rapport à l'autre. En fait, comme ceci découle à l'évidence de la suite de ce texte, les -crêtes hélicoïdales 32, 72 et les rainures 34,34 du tube 12' sont formées car les crêtes 18',18' du tube 14' au moment où ce dernier est torsadé pour donner lieu aux ondulations pendant la fabrication de l'élément 30.En choisissant convenablement les épaisseurs de paroi relatives des deux tubes et leurs diamètres relatifs ainsi que ceux du mandrin, le tube externe peut être déformé de façon contrôlable à différents degrés, selon les besoins, Dans la fig.4 est représenté un élément de tubage désigné dans son ensemble par 38 et semblable à l'élément de tubage 10 visible dans la fig. 1, sauf qu'il est nrévu un troisiène tube 40 entourant le tube 12 de la fig. 1.Ce tube 40 est ondulé et comprend sur sa paroi interne des crêtes 42,42 s'étendant radialement vers l'extérieur qui portent contre la paroi externe du tube 12 afin de verrouiller mécaniquement le tube 40 à ce tube 12 et de former plusieurs canaux hélIcoïdaux 43,43 entre le tube 12 et le tune 40.Il en résulte que, dans le cas de cet élément de tubage 38, un premier fluide peut circuler -à travers la partie centrale di tube interne 14, tandis qu'un autre fluide peut circuler à travers les canaux hélicoïdaux ménagés entre les tubes 12 et 14, qu'un autre fluide encore peut passer a travers les canaux hélicoldaux séparant les tubes 40 et 12 et qu'un autre fluide encore peut circuler au delà de la paroi externe du tube externe 40.Bien entendu, dans un dispositif utilisant l'élément 38, deux ou plusieurs trajets d'écoulement différents le parcourant ou s'étendant au delà de l'élément peuvent être reliés en commun pour manutentionner un fluide commun, si désiré. Si l'on examine maintenant la fig. 5, on voit qu'elle représente un mode de réalisation d'un appareil utilisable pour la fabrication d'un élément de tubage conforne E: l'invention. Cet appareil comprend une table ou sommier 44 et une poupée 46 montée en vue d'un mouvement de coulissement longitudinal à cette table. Une poupée fixe 48 comprend un mandrin rotatif 50 actionné mécaniquement et coopérant avec un autre mandrin non rotatif 52 porté par la poupée mobile0 A la table 44 sont fixés un cylindre hydrau ligue 54 et une tige 56 reliée à la poupée mobile 46 en vue de déplacer ceile-ci pour la rapprocher ou l'éloigner, selon le cas, de la poupée fixe 48. Pendant l'opération de torsadage, le cylindre 54 entraxe la poupée mobile 46 vers la poupee fixe pour régler la fornation des ondulations dans le tube en cours- de torsadage. Des dispositirs de commande hydraulique convenables qui ne font d'ailleurs pas partie de l'invention sont prvus pour effectuer cette opératio, une partie de ces dispositifs étant indiquée par 58 dans 1 fig. 5. Dans la fig. 6 est représentée la façon dont les deux tubes et le mandrin sont assemblés les uns par rapport à l'autre dans l'appareil que montre la fig0 5 avant l'opération de formation des ondulations afin de donner lieu à un élément de tubage tel que l'élément 10 que montre la fig. 1. Comme représenté par cette figure, le tube interne 14 sous sa forme initiale non déformée est placé dans les deux mandrins 50 et 52 qui enserrent ce tube àses extrémités opposées. Jn mandrin 60 mesurant un diamètre externe sensiblement nférieur au. diamètre interne du tube non déformé 14 est inséré dans ce tube et est, de préférence, maintenu en position centrée par rapport au tube par deux manchons de centrage 62,62, le mandrin pouvant coulisser longitudinalement au moins par rapport au manchon de gauche 62. Ces manchons de centrage 62,62 ne sont pas toutefois absoliù-aent essentiels étant donné que, pendant que l'opération de torsadage sc déroule, les ondulations formées dans le tube 14 et portant contre le mandrin ont généralement une influence auto-ce-itreuse sur celui-ci. Dans ces conditions, dans certains cas et si cela est jugé désirable, le mandrin peut être simplement placé sans serrage à l'intérieur du tube 14 avant le début de l'opération de torsadage0 Le tube externe 12 est placé au-dessus du tube 14 et positionné tout près de l'un des deux mandrins à nartir duquel les ondulations doivent s'amorcer pendant l'opération de torsadage, en l'espèce le mandrin de droite dans la fig. 5 rapport au tube t4 avant le début de l'opération de torsadage.Irais ceci n'est pas nécessaire étant donné que, quand les ondulations sont formées dans le tube 14, leur engagement avec la paroi interne du tube 12 exerce une influence auto-centreuse sur ce tube. Il convient également de remarquer qu'avant l'opération de torsadage, le tube à torsader comporte, de préférence formées dedans à proximité d'une de ses extrémités, un certain nombre d'in- dentations qui forment les amorces des rainures ménagées dans la paroi interne du tube pendant le torsadage. Le nombre de ces indentations telles qu'elles sont prévues règle le nombre des rainu- les continues formées dans le tube pendant le torsadage. De préf é- rence, chaque indentation est allongée et orientée de façon à suivre sensiblement la dernière rainure formée qui part de cet endroit. Dans la fig. 8 sont ret > résentées en 64,64 plusieurs indentations pratiquées dans le tube 14, Après que les tubes et le mandrin sont assemblés avec les mandrins 50 et 52 (comme représenté dans la fig. 5), le mandrin 50 reçoit un mouvement de rotation par rapport au mandrin 52 afin de torsader le tube 14. Tandis que ce torsadage se déroule, le tube se déforme Dour prendre une forme hélicoldale, les crêtes et les rainures hélicoldales ainsi formées progressant régulièremetlt depuis les indentations de début 64,64 ~vers le mandrin 50 tandis que celuici tourne.Cette déformation du tube 14 comprend à la fois une croissance externe des crêtes hélicoïdales 18,18 sur la paroi externe du tube 14 et une croissance interne des crêtes 24,24 sur la surface interne du tube. La croissance externe radiale des crêtes 18,18 s'étendant vers l'extérieur est limitée par suite de l'engagemenl de ces crêtes avec la paroi interne du tube externe 12, et la croissance radiale interne des crêtes 24,24 s'étendant vers l'intérieur est limitée par suite de l'engagement de celle-ci avec la paroi externe du manchon 60. Il en résulte qu'en choisissant convenablement le diamètre externe du mandrin, la longueur des rainures à fonds plats 20w20 peut être réglée selon les besoins. A l'achèvement de l'opération de torsadage, et par suite de celui-ci, le tube externe 20 est fermement bloqué en place par rapport au tube interne 40 en raison de l'engagement étroit entre les crêtes 18,18 du tube interne et la paroi interne du tube externe0 En outre, le mandrin est étroitement serré par les crêtes 24,24 s'étendant vers l'intérieur du tube interne.Il est préférable qu'avant que le mandrin et l'élément de tubage soient dégagés de ltappareil de torsadage, la torsion imprimée au mandrin soit réduite en prévoyant un léger torsadage inverse du tube 14 grâce au mouvement angulaire du mandrin rotatif 50 sur une faible distance dans le sens inverse, Ceci dégage par conséquent le mandrin et lui permet de glisser plus aisément depuis l'élément de tubage après son dégagement des mandrins 50 et 52O Afin de fabriquer un élément de tubage à trois tubes, tel que l'élément 38 que montre la fig. 4, le tube externe 40 est ondulé et assemblé avec le tube 12 en torsadant ce tube externe 40 et en utilisant le tube 12 comme mandrin.Cette production d'ondulations sur le tube externe 40 et son assemblage concomitant avec le tube12 peuvent être exécutés soit avant, soit après que le tube 14 a été ondulé et assemblé avec le tube 12e Mais il est préférable que le tube externe 40 soit torsadé après le torsadage du tube interne 14. Dans la fig. 9 est représenté, à titre d'exemple, un tube externe 40 se présentant selon sa forme initialement non déformée et assemblé avec un tube 12 renfermant déjà un tube interne ondulé 14 et assemblé avec lui, Le tube 40 est maintenu dans les mandrins 50 et 52, tandis que le tube 14 est placé à l'intérieur du tuhe 40 et maintenu en position centrée par rapport à lui par deux manchons de centrage 66,66. Des indentations dtamor- çage appropriées sont prévues dans une extrémité du tube 40, puis le mandrin 50 reçoit une rotation par rapport au mandrin 52 afin d'onduler le tube 40 et par conséquent de l'assembler avec le tube 12 pour former l'élément de tubage complet 38 que montre la fig. 4O Les modalités d'exécution du procédé et les détails de réalisation de l'appareil peuvent être modifiés, sans s' 'carter de l'invention, dans le domaine des équivalences mécaniques. RBVENDICATI0NS 1.- Procédé de fabrication d'un élément de tubage (10,50 ou 38) caractérisé par les opérations consistant à prévoir un premier tube (12), à prévoir un second tube (14) mesurant un diamètre externe sensiblement inférieur au diamètre interne du premier tube, à utiliser un mandrin (60) ayant un diamètre externe sensiblement pll;;s petit que le diamètre interne de ce second tube, à assembler le premier et le second tubes et le mandrin, ce dernier se trouvant à l'intérieur du second tube, le second tube étant à l'intérieur du premier tube, puis à torsader le second tube (14) en appliquant un couple de torsion en-deux points séparés de sa longueur afin de dominer lieu - > des ondnlations hélicoïdales délimitant un premier groupe de crêtes (18) sur la paroi externe du second tube et un second groupe de crêtes (24) sur la paroi interne de ce second tube, la croissance radiale vers l'extérieur du premier groupe de crêtes (18) pendant cette opération de torsadage étant limitée par suite de son engagement avec la paroi interne du premier tube, la croissance radiale vers l'intérieur du second groupe de crêtes (24) pendant cette opération de torsadage étant limitée-pear suite de son engagement avec la paroi externe du mandrin (60). 2.- procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on produit plusieurs indentations (64) circonférentiellement espacées dans le second tube (14) dans une zone espacée d'une ex extrémité de ce second tube, toutes les indentations ayant sensiblement le mêrie esnacemlent par rapport a l'extrérftté du tube, cette opération de production de ces indentations étant accomplie avant le torsadate du second tube de façon que ces indentations servent de points d'amorçage des rainures hélicoïdales pratiquées dans la paroi externe du second tube pendant l'opération de torsadage. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par un torsadage inverse du second tube (14) faisant suite à la première opération de torsadage, afin de dérager ce second tube en vue de son engagement étroit avec le mandrin (60), puis dégagement de ce mandrin à partir de ce second tube. 4.- procédé suivant la revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'on prévoit un troisième t.ube (40) mesurant un diamètre interne supérieur au diamètre externe du premier tube (12), puis on glace ce premier tube à l'intérieur du troisième tube, et on impri une torsion ce ce troisième tube par application d'un couple de torsadage en eux points séparés de sa longueur pour donner lieu à des ondulations hélicoïdales définissant un groupe de crêtes hélicoïdales (42) sur sa paroi interne, la croissance radiale vers l'intérieur de ce dernier groupe de crêtes (42) pendant cette dernière opération de torsadage étant limitée par suite de son engagement avec la paroi externe du premier tube (12)o