Brevet FR2491608A1 — publié le 19820409

PROCEDE ET APPAREIL POUR LA FABRICATION D'UNE PLAQUE MUNIE D'OUVERTURES, DESTINEE EN PARTICULIER A UN ECHANGEUR DE CHALEUR La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour la fabrication d'une plaque munie d'ouvertures. L'invention vise en particulier la fabrication de plaques destinées à des échangeurs de chaleur en particulier des échangeurs couramment connus sous le nom d'échangeurs "du type à enveloppe et àtubes" dans lesquels une pile de tubes de forme allongée est disposée longitudinalement à l'intérieur d'une enveloppe, ces tubes traversant une série de plaques munies d'ouvertures jouant le rôle d'ailettes et/ou de chicanes ou déflecteurs. On peut fabriquer de façon peu conteuse de telles plaques, si elles sont de petites dimensions, en perçant tous les trous nécessaires dans une plaque par une unique opération faisant appel à une presse de type approprié, mais des difficultés se présentent s'il s'agit de plaques relativement grandes, en raison du fait que le prix de l'outil nécessaire devient prohibitif. L'invention vise un procédé commode et économique, ainsi que l'appareil correspondant, pour la fabrication d'une plaque à ouvertures, destinée en particulier à un échangeur de chaleur. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une plaque munie d'ouvertures, ce procédé consistant à former dans cette plaque des rangées, d'ouvertures, chacune dc ces rangées ! considérée comme percée sur un rayon vecteur qui part d'un centre, étant le lieu géométrique d'un point qui s'éloigne radialement d'une DO sition initiale sur ce rayon vecteur en rotation, d'une manière telle que la distance angulaire, à partir de ladite position initiale de ce rayon vecteur, de chacune des ouvertures de chaque rangée varie comme la distance entre cette ouverture et ledit centre, les rangées étant formées dans une ébauche en forme de plaque par des opérations successives de façonnage, au cours de chacune desquelles est percée une série d'ouvertures constituant au moins une partie de l'une desdites rangées. Si l'on veut obtenir un rendement optimum d'un échangeur de chaleur du type à enveloppe et à tubes, il convient que les tubes enfilés dans les ouvertures pratiquées dans les ailettes et dans les chicanes ou déflecteurs, soient répartis de façon à peu pres régulière. Le procédé selon l'invention permet facilement de satisfaire à cette condition, les opérations successives de formation d'ouvertures donnant chacune soit des rangées individuelles, soit des groupes de rangées simultanément, soit encore des parties ou des groupes de partie de rangées. Suivant une forme préférée de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les rangées d'ouvertures sont formées le long de développantes de cercle correspondantes, engendrées à partird'unlrleme cercle de base, les points de départ respectifs de ces courbes étant décalés de quantités étales sur le pourtour de ce cercle de base, et le déplacement en rotationdu rayon vecteur s'effectuant par rapport au centre de qénération desdites courbes, par échelons. Ce décalage des points de départ des diverses courbes s'effectue de préférence par quantités égales. Les rangées d'ouverture peuvent être disposées suivant une série de zones concentriques annulaires distinctes à la surface de la plaque. L'invention a également pour objet un appareil pour la fabrication d'une plaque munie d'ouvertures, cet appareil comprenant des moyens destinés à supporter une ébauche, ou flan, en forme de plaque, des moyens servant à former des rangées d'ouvertures dans cette ébauche, lesdits moyens de formation d'ouvertures comportant des paires d'éléments disposés de maniere telle que chacune desdites rangées d'ouvertures, si on la considère comme commençant sur un rayon vecteur qui part d'un centre, soit le lieu géométrique d' un point qui s'éloigne radialement d'une position initiale sur ce rayon vecteur, en rotation, de telle facon crue la distante S laire, comptée à partir de ladite position initiale sur le rayon vecteur, de chacune des ouvertures de chaque rangée varie comme la distance entre cette ouverture et le centre, et des moyens servant à assurer un déplacement angulaire par échelons desdits moyens de formation d'ouvertures par rapport à l'ébauche entre les opérations successives de formation, opérations au cours de chacune desquelles on obtient une série desdites ouvertures constituant au moins une partie de l'une desdites rangées. L'invention aoncerne une plaque fabriquée par mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, ainsi qu'un échangeur de chaleur comportant une ou plusieurs de telles plaques, par exemple sous la forme d'ailettes ou de chicanes ou déflecteurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation. Sur ces dessins, La figure 1 est une vue partielle, en perspective, d'un échangeur de chaleur du type à enveloppe et à tubes, comportant des plaques fabriquées conformément à l'invention. La figure 2 représente, en élévation, l'une des faces d' une plaque conforme à l'invention, jouant le rôle d'une ailette dans l'échangeur de chaleur de la figure 1; La figure 3 est une coupe faite suivant la ligne A-A de la figure 2; La figure 4 est une coupe faite suivant la ligne B-B de la figure 2; et La figure 5 représente une forme de réalisation de l'appareil mettant en oeuvre le procédé selon 1'- invention. L'échangeur de chaleur du type à enveloppe et à tubes, tel que représenté sur la figure 1, comprend un carter 1, ayant en gros la forme d'un cylindre, muni de distributeurs 2 et 3 qui constituent respectivement l'entrée 4 dans ce carter et la sortie 5 de 1' un des fluides soumis à l'échange de chaleur; en pratique, ce fluide est de l'eau de refroidissement. Ce carter 1 contient un empilement de tubes formé, de façon classique, d'une grandé quantité de tubes parallèles 6 portés par un empilement de plaques qui se présentent sous la forme d'ailettes 7 et de chicanes, ou déflecteurs 8 et 8a; ces plaques sont percées de trous 9 pour le passage des tubes et ceux-ci sont soudés aux plaques ou sont montés à ajustage serré dans ces plaques, de manière à être en échange de cha leur avec ces dernières.Les plaques extrêmes 10 de l'empilement sont appliquées de façon hermétique contre les distributeurs respectifs 2 et 3 de manière à constituer une chambre d'entrée 11 et une chambre de sortie 12, entre lesquelles l'eau de refroidissement circule dans les tubes 6 entre l'entrée 4 et la sortie 5. Les plaques 7, 8 et # a sont situées à une certaine distance les unes des autres dans la direction longitudinale. Les plaques 7 et 8 sont espacées radialement de la paroi du carter 1. Chacune des plaques 7 et 8a présente en son centre un trou. Une telle disposition permet à un second fluide d'échange de chaleur (par exemple de l'huile) de circuler radialement entre l'entrée secondaire 13 et la sortie secondaire 14 entre les plaques, de manière à tirer parti de la grande surface d'échange de chaleur ainsi assurée. La figure 2 représente l'une des plaques 7 de ltechan- geur de chaleur de la figure 1. On voit que les trous 9 sont disposés suivant une série de rangées dont chacune, dans le cas considéré, se trouve. sur une développante de cercle 15 engendrée par un cercle de base 16. Cette plaque 7 comporte en outre d#s pattes 17 formées par emboutissage, destinées à jouer le roule de pièces d'écartement entre plaques voisines lorsque les diverses plaques sont empilées a l'intérieur d'un échangeur de chaleur. La figure 3 représente une patte en forme de trapèze; cette forme est préférée mais on pourrait adopter toute autre forme convenable. On peut en outre former, à la presse, de petits alvéoles 18 dans la plaque afin de provoquer de la turbulance dans le fluide qui s'écoule par dessus les plaques, pour renforcer l'échange de chaleur. Ces alvéoles sont représentées clairement sur la figure 4. Les plaques 8 et 8a comportent des ouvertures 9 disposées de la même manière, mais les pattes 17 et les alvéoles 18 ne sont pas représentées. Suivant une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on réalise les plaques 7, 8 et 8a en formant plusieurs rangées successives ou plusieurs groupes de rangées de trous 9 à l'aide de couples de poinçons et de matrices disposées suivant une ou plusieurs -rangées qui suivent la ou les courbes le long desquelles on désire que soient percés les trous 9. Dans le cas de la figure 2, chacune des rangées de trous 9 se trouve sur une développante de cercle engendrée à partir du cercle de base 16. La figure 5 représente une forme possible de réalisation de l'appareil servant à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Dans cet appareil, une plaque circulaire 20 est fixée, de façon concentrique, à une base 19. Une pièce 21 en forme d'anneau peut tourner librement par rapport à cette plaque 20 et elle repose à la surface supérieure de la base 19. Entre cette base, la plaque 20 et la pièce 21 en forme d'anneau, on peut intercaler des paliers ou des roulements destinés à faciliter la rotation de l'anneau 21. Sur la face supérieure de cet anneau 21 est montée une plaque de support 22, assujettie à l'anneau 21 par tous moyens appropriés. Une ébauche 24, destinée à former une plaque munie d'ouvertures est fixée à la plaque de support 22 au moyen de blocs 25 de mise en place, et à l'aide de tous autres moyens complémentaires de serrage ou dispositifs analogues éventuellement nécessaires (non représentés).Selon la dimension de la plaque que l'on veut fabriquer, on utilise une plaque de support 22 faisant partie d'une série de plaques de support interchangeables comportant chacune des blocs de mise en place 25. Un mécanisme 26 coopère avec des trous de repérage 27 de la plaque 22, pour faire tourner par échelons la bague 21 et la plaque porteuse 22 sur laquelle repose 1' ébauche 24. Sur la plaque circulaire 20 est montée de façon fixe une partie 28, (dans le cas considéré, la partie comportant des matrices) d'une poinçonneuse, cette partie 28 comportant une série de matrices 28a. Une plaque supérieure 29 est montée au-dessus de la plaque de base 19 à l'aide de tous moyens de support appropriés, par exemple des colonnes (non représentées) et cette plaque supérieure porte la partie 30 de la poinçonneuse assurant le poinçonnage proprement dit, cette partie 30 comportant une série de poinçons 30a disposés respectivement en regard de chacune des matrices 28a de la partie 28. On peut faire agir cette poinçonneuse en la disposant tout entière sous une presse. Suivant une variante, un dispositif peut être placé au-dessus de la plaque supérieure 29 pour entraîner les divers poinçons 30a. Les deux parties de la poinçonneuse, à savoir la partie comportant les poinçons et la partie comportant les matrices, sont conçues et disposées de manière telle que, chaque fois qu'on les met en mouvement, elles confectionnent une rangée d'ouvertures situées sur une développante de cercle, comme représenté sur la figure 2. Les opérations successives de mise en action de la poinçonneuse, séparées par des rotations par échelons de l'anneau 21, assurent la formation de rangées successives d'ouvertures dans l'ébauche. En raison du fait que les trous risquent d'être très rapprochés les uns des autres le long de chaque développante de cercle, il peut être bon de disposer de deux poinçonneuses, l'une pour percer les trous de deux en deux et l'autre pour percer les trous intermédiaires, de manière à laisser une place suffisante et à donner une force suffisante aux matrices et aux poinçons. Sur la figure 2 on a représenté, à titre d'exemple, huit développantes de cercle. Cela nécessite huit échelons de rotation pour la confection de l'ensemble des ouvertures d'une plaque. Si l'on fait appel à deux ou plusieurs poinçonneuses, le nombre des rotations par échelons peut être diminué en conséquence. Des poinçonneuses complémentaires 31 et 32 sont prévues, dans cette forme de réalisation, pour la formation des pattes ou des alvéoles représentés sur les figures 3 et4. Etant donne que, ainsi qu'on peut le voir d" après la figure 2, certaines des pattes ou certains alvéoles se trouvent sur des lignes radiales partant du centre de la plaque et se répétant par rotation, on peut utiliser une poinçonneuse ayant une forme rectangulaire et non pas la forme en développante de cercle des poinçonneuses 28 et 30. Ces dernières poinçonneuses peuvent avoir n'importe quelle forme compatible avec la fabrication d'ouvertures disposées conformément au procédé de l'invention. Lorsque l'on veut traiter des plaques de dimensions diverses, les poinçonneuses qui ne conviennent pas peuvent être retirées ou rendues inactives, comme par exemple lorsque l'on veut confectionner une plaque comportant des zones annulaires distinctes munies d'ouvertures. On peut installer ensemble les matrices 28 et 31, 32; on peut également installer d' abord par-exemple les matrices 28 et 30 et effectuer une première opération de percement de trous, puis retirer cette poinçonneuse et la remplacer par la poinçonneuse 31, 32, pour achever la formation des trous dans la plaque. Lorsque l'on veut former les pattes ou les alvéoles par emboutissage, ou même pour percer les ouvertures, il peut être nécessaire d'ajouter un mécanisme approprié, par exemple des cames, dans le mécanisme 26 de rotation par échelons, afin de soulever l'ensemble constitué par la pièce 21 en forme d'anneau et la plaaue de silnnnrt 97, pour que les pattes, les alvéoles ou les ouvertures évitent les matrices pendant la rotation. Dans le cas particulier de la plaque correspondant aux figures, chaque rangée de trous est située sur une développante de cercle, mais il est bien entendu que l'invention couvre d'autres formes de courbes, par exemple des spirales. Il est bien entendu que les poinçonneuses peuvent être disposées de toute manière appropriée, de manière que l'exé- cution du nombre voulu d'échelons et d'opérations de Dercace assure la formation complète du motif #'ou"ertures dosirt. -REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une plaque munie d'ouvertures, caractérisé par le fait qu'il consiste à former dans la plaque des rangées d'ouverture 9, chacune de ces rangées, considérée comme percée sur un rayon vecteur qui part dlun centre, étant le lieu géométrique d'un point qui s'éloigne radialement d'une position initiale sur ce rayon vecteur en rotation d'une manière telle que la distance angulaire, à partir de ladite position initiale de ce rayon vecteur, de chacune des ouvertures 9 de chaque rangée varie comme la distance entre cette ouverture 9 et ledit centre, les rangées étant formées dans une ébauche 24 en forme de plaque par des opérations successives de façonnage, au cours de chacune desquelles est percée une série d'ouvertures 9 constituant au moins une partie de l'une desdites rangées. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdites rangées d'ouvertures sont formées le long de développantes de cercle 15 correspondantes, engendrées à Rartir d'un rrt4ne cercle de base 16, les points de départ respectifs de ces courbes étant décalés les uns des autres sur le pourtour de ce cercle de base 16, et le déplacement en rotation du rayon vecteur s'effectuant par rapport au centre de génération desdites courbes, par échelon. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que lesdits points de départ des courbes sont décalés les uns par rapport aux autres d'angles égaux sur le pourtour du cercle de base 16. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lesdites rangées d'ouvertures sont formées suivant une série de zones annulaires concentriques distinctes à la surface de la plaque 24. 5. Appareil pour la fabrication d'une plaque munie d'ouvertures, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens 22 destinés à supporter une ébauche, 24 en forme de plaque, des moyens 28, 30 servant à former des rangées d' ouvertures dans cette ébauche 24, lesdits moyens de formation d'ouvertures comportant des paires d'éléments disposés de manière telle que chacune desdites rangées d'ouvertures, si on la considère comme commençant sur un rayon vecteur qui part d'un centre, soit le lieu géométrique d'un point qui s'éloigne radialement d'une position initiale sur ce rayon vecteur en rotation, de telle façon que la distance angor laire, comptée à partir de ladite position initiale sur le rayon vecteur, de chacune des ouvertures 9 de chaque rangée varie comme la distance entre cette ouverture 9 et le centre, et des moyens 26 servant à assurer un déplacement angulaire par échelons desdits moyens de formation d'ouvertures par rapport à l'ébauche 24 entre les opérations successives de formation, opérations au cours de chacune desquelles on obtient une série desdites ouvertures constituant au moins une partie de l'une desdites rangées. 6. Appareil selon la revendication 5 caractérisé par le fait que lesdits moyens de formation consistent en une poinçonneuse, comprenant une partie 30 pour le poinçonnage proprement dit et une partie 28 formée de matrices. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait que les moyens 22 servant à supporter l'ébauche ou flanc, consistent en une table donc la position angulaire par rapport auxdits moyens de formation est définie par lesdits moyens 26 de déplacement en rotation par échelons. 8. Appareil selon la revendication 6 caractérisé par le fait que ladite poinçonneuse 30, 28. est entratnée par une source d'énergie incorporée ou par une presse située à l'extérieur.