Brevet FR2476298A1 — publié le 19810821

La présente invention a pour objet une plaque tubulaire pour échangeur thermique tel que condenseur ou analogue ainsi qu'un procédé d'usinage d'une telle plaque tubulaire. Les plaques tubulaires sont utilisées dans les écran geurs thermiques à batterie de tubes pour la mise en contact indirecte d'un premier fluide avec un second fluide. Dans ces échangeurs, le premier fluide parcourt les tubes intérieurement tandis que le second est admis à l'exte- rieur des tubes dans les intervalles ménagés entre ceuxci. Ces tubes sont fixés à leurs extrémités opposées par mandrinage ou dudgeonnage dans des alésages de plaques tubulaires qui font partie de disppsitifs distributeurs et/ou collecteurs du premier fluide, généralement appelés bol te à eau. La fixation des tubes dans les plaques tubulaires doit en principe etre parfaitement étanche, mais il peut néanmoins se produire des fuites en cas de défaut de dudgeonnage ou mandrinage. Or, il existe un certain nombre d'applications de ces échangeurs pour lesquelles tout mélange entre le premier et le second fluides doit obligatoirement être évité.C'est notamment le cas dans les circuits de turbines à vapeur pour centrales electriques ou autres dans lesquels le condenseur est constitué par une enceinte que traversent les tubes de l'échangeur et dans laquelle est admise une vapeur très pure, tandis que l'eau de refroidissement qui traverse les tubes est une eau ordinaire d'un circuit fermé, de l'eau de mer, de l'eau prélevée dans une rivière ou un fleuve, ou une autre eau. Dans un tel circuit, tout passage de l'eau ordinaire dans le circuit de vapeur pourrait être dommageable pour les composants de ce circuit, principalement les générateurs de vapeur.Plus particulièrement, il est essentiel d'eviter toute fuite au niveau de la fixation des tubes dans les alésages des plaques tubulaires dans tous les cas où l'un des fluides est une fluide corrosif et où son passage en quantité quelconque dans le circuit de l'autre fluide pourrait endommager des composants de ce circuit. Pour éviter tout mélange entre les deux fluides présents de part et d'autre des plaques tubulaires, il est connu de ménager dans celles-ci des gorges annulaires creusées dans une partie intermédiaire de la longueur des alésages et qui communiquent les unes avec les autres, et de remplir le réseau de gorges ou alvéoles ainsi formé d'un fluide neutre sous pression qui isole ainsi totalement les premier et second fluides. Cette solution est notamment utilisée dans les condenseurs de circuit de vapeur pour empêcher l'eau ordinaire de refroidissement de pénétrer dans l'enceinte vapeur en cas de défaut de dudgeonnage ou mandrinage. Pour former les gorges dans les parois des alésages, on utilise un dispositif d' usinage de gorge comprenant une tete porte-outil que l'on introduit axialement à une profondeur donnée dans l'alésage où l'on veut former une gorge, des moyens de centrage de la tête dans cet alesage et des moyens pour faire décrire à l'outil un mouvement orbital de rayon progressivement croissant jusqu'à ce que la profondeur voulue de la gorge soit atteinte. Suivant une première technique illustrée par les Fig. 1 et 2 des dessins annexés, toute les gorges sont usinées à une même distance axiale de l'une des faces de la plaque tubulaire, jusqu'à une profondeur radiale telle qu'à la fin de l'opération d'usinage les gorges adjacentes soient au moins tangentes, et de préférence légèrement sécantes, de manière à ménager une ouverture de communication entre ces gorges adjacentes.Toutefois, lorsqu'on usine une gorge adjacente à une gorge déjà formée, à la fin de l'opération d'usinage, lorsque l'outil élimine la matière qui restait entre les deux gorges adjacentes, il ne rencontre brusquement plus aucune résistance au niveau de l'ouverture de communication ainsi formée entre les deux gorges, de sorte qu'il se produit des chocs qui peuvent entraîneur la détérioration rapide ou la rupture de cet outil. Etant donné que les opérations d'usinage des gorges doivent être répétées pour chaque alésage, c'està-dire un très grand nombre de fois, de tels incidents sont peu compatibles avec une production industrielle. On connaît également par la demande de brevet fran çais 78.05 664 une seconde technique illustrée par la Fig. 3 des dessins annexés suivant laquelle on forme les gorges de la manière décrite ci-dessus mais où l'on interrompt l'opération d'usinage avant que les gorges adjacentes aient été mises en communication les unes avec les autres de manière à conserver un voile de matière entre celles-ci, la mise en communication des gorges adjacentes étant ensuite effectuée par un opération de perçage,poin çonnage ou brochage. Bien que permettant d'éviter les chocs répétés facteurs de détérioration de l'outil, cette seconde technique est longue à mettre en oeuvre du fait qu'elle nécessite pour chaque alésage une opération d'usinage de la gorge et plusieurs opérations de brochage pour la mise en communication de la gorge ainsi formée avec les gorges adjacentes.De plus, des difficultés de réalisation apparaissent lorsque les alésages de la plaque tubulaire sont de faible diamètre (inférieur à 18 mm environ). Une variante de cette technique consiste à faire céder le voile de matière existant entre gorges adjacentes par une mise sous pression brutale de la zone des alésages contenant lesdites gorges. Cependant, cette technique produit une pièce Imparfaite présentant de nombreuses bavures métalliques à chaque ouverture de communication entre les gorges, bavures pouvant endommager les tubes ou être préjudiciables à la bonne utiliaation de la plaque. La présente invention vise à réaliser une plaque tubulaire à gorges pour échangeur thermique ainsi qu'un procédé d'usinage d'une telle plaque qui permette, en une seule et même opération, d'assurer la formation de la gorge et sa mise en communication avec les gorges adjacentes éventuellement déjà formées tout en réduisant, voire en supprimant, les chocs auxquels sont soumis l'outil d'usinage des gorges lors de l'élimination du voile de matière qui sépare deux gorges adjacentes. A cet effet, l'invention a pour objet une plaque tubulaire pour échangeur thermique, comprenant une série d'alésages cylindriques parallèles traversant de part en part la plaque tubulaire et aptes à recevoir chacun un tube de façon sensiblement étanche, chaque alésage présentant dans une région intermediairè de sa longueur au moins une gorge annulaire agencée pour communiquer avec au moins une autre gorge annulaire d'un alésage adjacent, cette plaque étant remarquable en ce que chaque gorge annulaire comprend, en direction axiale, au moins deux parties contigües dans l'une desquelles le fond de la gorge est ininterrompu et dans l'autre desquelles le fond de la gorge est interrompu dans au moins une zone où il est tangeant ou sécant avec le fond de la partie correspondante de ladite autre gorge et où lesdites gorges communiquent entre elles. L'invention a également pour objet un procédé d'usinage d'une plaque telle que définie ci-dessus, dans lequel on forme chaque gorge au moyen d'un outil porté par un dispositif d'usinage de gorge comprenant une tête porteoutil que l'on introduit dans l'alésage correspondant à une profondeur donnée, des moyens de centrage de la tête dans ledit alésage et des moyens pour faire décrire à l'outil un mouvement orbital de rayon progressivement croissant jusqu'à ce que la profondeur voulue de la gorge soit atteinte, ce procédé étant remarquable en ce qu'on usine les gorges successives dans des positions axiales relatives et à des profondeurs telles que, jusqu'à l'achèvement de l'usinage de chaque gorge, au moins une première partie de la longueur axiale du tranchant dudit outil porte en permanence au cours de son mouvement orbital contre la matière de ladite plaque, définissant ainsi ladite partie ininterrompue, tandis que, dès qu'au moins une première gorge est usinée, la seconde partie de la longueur axiale du tranchant de l'outil engendre à la fin de l'usinage d'une gorge adjacente une ouverture de communication entre ladite première gorge et ladite gorge adjacente. D'autres caractéristiques et avantages de linven- tion ressortiront de la description qui va suivre de dif férents modes de sa réalisation donnés uniquement à titre d'exemples et illustrés par les dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe transversale d'une plaque tubulaire dont les gorges ont été formées suivant la première technique antérieure précitée; la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue analogue à la Fig.2 d'une plaque tubulaire dans laquelle les gorges ont été usinées et mises en communication conformément à la seconde technique connue précitée; la Fig. 4 est une vue en coupe analogue à la Fig. 1 d'une plaque tubulaire suivant un premier mode de réalisation de l'invention;; la Fig. 5 est une vue schématique en élévation d'un outil pour l'usinage des gorges de la plaque de la Fig.4; la Fig. 6 est une vue en coupe analogue à la Fig. 1 d'une plaque tubulaire suivant un second mode de réalisation de l'invention; la Fig. 7 est une vue schématique en élévation d'un outil pour l'usinage des gorges de la plaque de la Fig.6; la Fig. 8 est une vue en coupe analogue à la Fig. 1 d'une plaque tubulaire suivant un troisième mode de réalisation de l'invention; la Fig. 9 est une vue schématique en élévation d'un outil pour l'usinage des gorges de la plaque de la Fig.8; la Fig. 10 est une vue en élévation latérale mon" trant l'outil de la Fig. 9 monté dans son porte-outil; et la Fig. 11 est une vue en perspective de l'outil des Fig. 9 et 10. En se reportant aux Fig. 1 et 2, une plaque tubulaire 1 comprend une série d'alésages 2 dans lesquels des tubes 3 sont fixés de façon sensiblement étanche par mandrinage ou dudgeonnage. Chaque alésage 2 présente dans sa paroi, à mi-distance de sa longueur, une gorge annulaire 4 de forme cylindrique, toutes les gorges 4 étant formées à la même distance d'une face plane 5 de la slaquetubu- laire 1. Comme le montre plus particulièrement la Fig. 2, les gorges adjacentes 4 communiquent entre elles par des ouvertures 6 de sorte que toutes les gorges 4 communiquent les unes avec les- autres et peuvent etre rempiies d'un fluide sous pression à partir d'une ouverture d'entrée unique (non représentée).Comme indiqué précédemment, en fonctionnement le fluide qui remplit les gorges 4 permet d'isoler le fluide A se trouvant du coté de la face 5 de la plaque 1 du fluide B se trouvant du cbté de l'autre face 7 de cette plaque. Les gorges 4 sont formées au moyen d'un dispositif d'usinage de gorge classique (non représenté) tel que, par exemple, l'outil de ce type commercialisé sous la référence "Type 99" par la Société KOTTHAUS et BUSCH de la République Fédérale d'Allemagne. Ce dispositif d'usinage comprend une tête porte-outil destinée à être introduite dans l'alésage où l'on désire former une gorge, des moyens de centrage de la tête dans l'alésage et des moyens pour faire décrire à l'outil porté par la tête un mouvement orbital de rayon progressivement croissant jusqu'à ce que la profondeur voulue de la gorge soit atteinte.L'outil utilisé pour former les gorges 4 des Fig. 1 et 2 peut être analogue à celui représenté en plan à la Fig. 5..A cet effet, on usine toutes les gorges 4 à une même distance de la face 5 de la plaque 1, jusqu'à une profondeur de gorge prédéterminée pour que, en fin d'usinage, les fonds- de deux gorges adjacentes soient au moins tangents, et de préférence légèrement sécants, de façon à éliminer localement le voile séparant ces deux gorges et à former ainsi les ouvertures 6 de communication. Bien entendu, on comprend qu'au moment de l'elimi- nation locale de ce voile, l'outil,ne rencontrant plus de matière1 subit une accélération brutale puis, rencontrant à nouveau le fond de la gorge, est freiné brutalement, de sorte qu'il subit a chaque tour, en fin d'usinage, une série de chocs susceptibles de le détériorer. Dans le cas de la plaque de la Fig. 3 usinée suivant la seconde technique connue précitée, les gorges 4 sont formées comme celles des Fig. 1 et 2 mais leur profondeur est inférieure à ces dernières de telle sorte qu'à la findel'opération d'usinage le fond des gorges adjacentes reste séparé par un voile de matière. La communication entre les gorges adjacentes-est ensuite réalisée par une opération supplémentaire de perçage, poinçonnage ou brochage nécessaire pour créer une ouverture entre chaque gorge et les gorges adjacentes.Outre 1|allongement considérable de la durée des opérations, cette opération supplémentaire peut engendrer des déchets métalliques qui endommagent les tubes 3 lors du mandrinage ou du dudgeonnage. On se référera maintenant à la Fig. 4 qui montre une plaque tubulaire analogue à celle de la Fig. 1 mais sur laquelle les tubes 2 n'ont pas été représentés. Les gorges 4 de cette plaque ont une forme cylindrique et sont décalées deux à deux suivant la direction axiale des alésages, c'est- & dire que les gorges adjacentes sont situées à des distances différentes de la face 5 de la plaque 1. Le diamètre D des gorges 4 est légèrement supérieur à la distance d entre les axes de deux alésages adjacents et le décalage axial entre les gorges adjacentes est inférieur à leur longueur axiale 1 de telle sorte que les gorges adjacentes sont sécantes sur une fraction de leur périphérie et de leur longueur axiale pour ménager ainsi entre elles les ouvertures- ou trous 6 de communication. Les gorges de la plaque de la Fig. 4 sont formées au moyen d'un dispositif d'usinage du type précité portant un outil 8 tel que représenté en plan à la Fig. 5 qui comporte un tranchant 9 rectiligne et parallèle à l'axe A-A du mouvement orbital que décrit ltoutil pendant 1 'usi- nage. Les opérations d'usinage sont analogues à celles des gorges de la plaque tubulaire des Fig. 1 et 2 à ceci près que les gorges adjacentes sont formées à des profondeurs différentes dans leur alésage respectif. Grâce à ce décalage axial, au cours de l'usinage de chaque gorge une partie de la longueur axiale du tranchant 9 de l'outil 8 porte en permanence contre la matière de la plaque 1 et définit ainsi une partie ininterrompue 4a du fond de la gorge 4 tandis que la partie restante de la longueur axiale du tranchant 9 de outil 8 définit une seconde partie 4b du fond de la gorge 4 qui est interrompue dans plusieurs zones où cette partie est sécante avec une par tie correspondante d'une gorge adjacente 4 préalablement formée., l'intersection entre ces parties 4b de gorges adjacentes constituant leur trou 6 de communication.Ainsi, grâceaufait que le tranchant 9 de l'outil 8 porte en permanence en partie contre la matière de la plaque 1, les chocs auxquels était soumis l'outil lors de l'usinage de gorges conformement aux Fig. 1 et 2 sont évités. Dans l'exemple de la Fig. 6, les gorges annulaires 4 présentent également deux parties contigües dont l'une est ininterrompue et dont l'autre 4d est interrompue au niveau des trous 6 de communication avec les parties correspondantes de gorges adjacentes, mais les parties 4c et dd n'ont pas le même diamètre. Les gorges 4 de la plaque de la Fig. 6 sont toutes usinées à la même profondeur dans les alésages 2, c'est-à-dire à la même distance de la face 5, au moyen de l'outil 10 représenté à la Fig. 7. Cet outil 10 présente un tranchant 11 en forme d'échelon comprenant des première et seconde parties 11a et 11b rectilignes et parallèles à l'axe A-A du mouvement orbital de l'outil en cours d'usinage. En fonctionnement, les par ties 11a et 11b du tranchant 11 creusent respectivement les parties 4c et 4d de la gorge 4, la partie 11b du tranchant 11 étant disposée à une distance radiale de l'axe A-A supérieure à la partie 11a.Plus précisément, le décalage radial entre les parties 11a et 11b du tranchant 11 est déterminé de manière qu'à la fin de l'usinage la partie 4c de la gorge 4 présente un diamètre D1 inférieur à la distance d, laissant ainsi subsister un voile 12 de matière entre les parties 4c de deux gorges adjacentes, tandis que la partie 4d présente un diamètre D2 supérieur à la distance d de manière que les parties 4d de deux gorges adjacentes se coupent pour former les trous de comniunication 6. Il résulte clairement de ce qui précède qu'au cours de l'usinage la partie 11a du tranchant 11 de l'outil 10 porte en permanence contre la matière de la plaque A. Enfin, on se reportera maintenant à la Fig. 8 qui montre une plaque suivant un troisième mode de réalisation dans lequel les gorges annulaires 4 sont de forme à peu près tronconique et communiquent entre elles par leur partie de plus grand diamètre. Ces gorges sont usinées au moyen de l'outil 13 représenté aux Fig. 9 à lk et qui comporte un tranchant rectiligne ou curviligne 14 oblique par rapport à l'axe A-A du mouvement orbital que décrit l'outil au cours de l'usinage. Comme dans l'exemple de la Fig. 6, toutes les gorges 4 sont usines à la même distance de la face 5 de la plaque 1 et chaque gorge annulaire 4 comprend, en direction axiale, une partie 4e dan-s laquelle le fond de la gorge 4 est ininterrompu et une partie contigüe Of dans laquelle le fond de la gorge 4 est interrompu dans plusieurs zones où il coupe le fond de la partie correspondante de gorges adjacentes, définissant ainsi les trous 6 de communica tion -. L'inclinaison du tranchant 14 de l'outil par rapport à l'axe A-A et le mouvement orbital de l'outil 13 sont déterminés pour qu'à la fin de l'usinage le bord du fond de la gorge tronconique délimitant sa petite base ait un diamètre D3 inférieur à la distance d entre les axes de deux alésages adjacents et que le bord délimitant sa grande base ait un plus grand diamètre D4 supérieur à d. Par conséquent,pendant l'usinage, une partie du tranchant 14 de l'outil portera en permanence contre la partie 4e du fond des gorges 4, évitant à celui-ci de subir des chocs répétés lorsque la partie de plus grand diamè- tre de sgn tranchant quittera, dans les zones des trous 6, le contact avec la matière de la plaque 1. Bien entendu, il doit être compris que l'invention n'est pas limitée aux trois modes de réalisation décrits ci-dessus et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre et de son esprit. - REVENDICATIONS-- 1.- Plaque tubulaire pour échangeur thermique, comprenant une série d'alésages cylindriques parallèles traversant de part en part la plaque tubulaire et aptes à recevoir chacun un tube de façon sensiblement étanche, chaque alésage présentant dans une région intermédiaire de sa longueur au moins une gorge annulaire agencée pour communiquer avec au moins une autre gorge annulaire d'un alésage adjacent, plaque caractérisée en ce que chaque gorge annulaire (4) comprend, en direction axiale, au moins deux parties consignes dans l'une (4a; 4c; 4e) desquelles le fond de ladite gorge est ininterrompu et dans l'autre (4b; 4d; 4f) desquelles le fond de la gorge est interrompu dans au moins une zone (6) où il est tangent ou sécant avec le fond de la partie correspondante de ladite autre gorge et où lesdites gorges (4) communiquent entre elles. 2.- Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites gorges annulaires (4) ont une forme cylindrique et en ce que les gorges adjacentes sont décalées deux à deux suivant la direction axiale des alésages (2). 3.- Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites parties contigües (4C, 4d) des gorges annulaires sont cylindriques et ont des diamètres différents, lesdites gorges (4) communiquant entre elles par leur partie (4d) de plus grand diamètre. 4.- Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que les gorges annulaires (4) sont de forme à peu près tronconique et communiquent entre elles par leur partie (4f) de plus grand diametre. 5.- Plaque selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que lesdites gorges (4) sont toutes usines à une même distance d'une face plane (5) de la plaque. 6.- Procédé d'usinage d'une plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on forme chaque gorge au moyen d'un outil porté par un dispositif d'usinage de gorge comprenant une tête porte-outil que l'on introduit dans l'alésage correspondant à une profondeur donnée, des moyens de centrage de la tête dans ledit alésage et-des moyens pour faire décrire à l'outil un mouvement orbital de rayon progressivement croissant jusqu'à ce que la profondeur voulue de la gorge soit atteinte, caractérisé en ce qu'on usine les gorges (4) successives dans des positions axiales relatives et à des profondeurs telles que, jusqu'à l'achèvement de 1 'usi- nage de chaque gorge, au moins une première partie de la longueur axiale du tranchant (9; 11; 14) dudit outil (8; 10; 13) porte en permanence au cours de son mouvement orbital contre la matière de ladite plaque, définissant ainsi ladite partie interrompue ; (4a, 4c, 4e), tandis que, des qu'au moins une preinAère gorge est usinée, la seconde partie de la longueur axiale du tranchant (9; 11; 14) de l'outil (8; 10; 13) engendre à la fin de l'usinage d'une gorge adjacente une ouverture de communication 46) entre ladite première gorge et ladite gorge adjacente. 7.- Procédé suivant la revendication 6 lorsqu'elle dépend de la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un outil (8) ayant un tranchant (9) rectiligne parallèle à l'axe (A-A) de son mouvement orbital et on usine les gorges adjacentes (4) à des profondeurs différentes dans lesdits alésages (2). 8.- Procédé suivant la revendication 6 lorsquelle dépend des revendications 3 et 5, caractérisé en ce qu'on usine toutes les gorges (4) à la même profondeur dans lesdits alésages (2) au moyen dtun outil (10) présentant un tranchant en forme d'échelon dont lesdites première et deuxième parties (lia, 11b) sont rectilignes et paralleles à l'axe de son mouvement orbital, la deuxième partie (lob) du tranchant étant disposée à une distance radiale dudit axe de mouvement orbital supérieure à la première partie (11 (lla) du tranchant. 9.- Procédé suivant la revendication 6 lorsqu'elle dépend des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'on usine toutes les gorges (4) à la même profondeur dans les alésages (2) au moyen d'un outil (13) présentant un tranchant (14) oblique par rapport à l'axe (A-A) du mouvement orbital.