Brevet FR2590816A1 — publié le 19870605

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour former des ailettes externes hélicoïdales intégrales sur des longueurs de tubes évaporateur et plus particulièrement un tel procédé et un tel appareil au moyen desquel les ailettes sont formées avec des départs d'ailet- tes multiples et les ailettes des hélices respectives sont roulées sur ellesmêmes afin de constituer des canaux en dessous de la surface, lesquels présentent des petites ouvertures superficielles ou pores espacés le long de cha- que hélice. Des tubes fabriqués suivant l'invention sont uti- lisés dans un échangeur de chaleur du type évaporateur dans lequel un fluide devant être refroidi s'écoule à travers le tube et un liquide bouillant est en contact avec l'extérieur du tube si bien que de la chaleur est transférée à partir du fluide s'écoulant dans le tube, en direction du liquide bouillant. Ainsi qu'il est décrit dans le brevet US 4 425687 un tube évaporateur à surface agrandie est fabriqué par un procédé dans lequel on place un mandrin rainuré à l'inté- rieur d'un tube non formé et on fait rouler sur la surface externe du tube un arbre porte-outils portant une série d'outils. Le tube non formé est pressé contre le mandrin de manière à former au moins une nervure interne sur la surface interne du tube. Simultanément des spires d'ailettes exter- nes sont formées sur la surface externe du tube par l'arbre porte-outils. Les spires des ailettes externes présentent des sections enfoncées qui se trouvent au-dessus de la ner- vure interne là o le tube est forcé dans les rainures du mandrin afin de constituer la nervure. Après que l'ailette externe a été formée, on fait rouler, sur la surface externe du tube, un disque rouleau lisse lequel est porté par l'arbre porte-outils. Le disque rouleau lisse est conçu de manière à recourber la partie extrême de l'ailette externe de manière qu'elle vienne toucher la spire adjacente de l'ailette uniquement aux endroits des sections de l'ailette externe qui ne se trouvent pas situées au-dessus d'une ner- vure interne. Les parties extrêmes des sections enfoncées de l'ailette externe, lesquelles sont disposées au-dessus de la 2 5 90 8 16 nervure interne, sont recourbées mais elles ne viennent pas toucher la spire adjacente, en formant ainsi une petite ouverture ou un pore qui établit une communication pour le fluide entre le milieu environnant le tube et les canaux du tube se trouvant en dessous de sa surface. Il est également connu que la formation d'ailettes à plusieurs points de départ ou la formation d'ensembles multiples d'hélice permet d'exécuter plus rapidement la fabrication des ailettes. Cependant on a trouvé que, lors- qu'on utilise le disque rouleau lisse, tel que décrit dans le brevet précité, pour la fabrication d'ailettes à plus- ieurs points de départ, les ailettes ne sont pas roulées d'une manière correcte par le disque rouleau lisse mais elles sont écrasées en dessous en réduisant ainsi l'aire de la section droite de chaque canal en dessous de la surface et en réduisant par conséquent les performances de transfert thermique du tube. Un but de la présente invention est de remédier aux difficultés et inconvénients précités résultant de la technique antérieure et d'améliorer les performances de transfert thermique d'un tube évaporateur à surface agrandie fabriqué par le procédé à points de départ d'ailettes multi- ples. Un autre but de la présente invention est de fournir des séries d'outils à pas multiples avec des disques rou- leaux qui roulent sur les ensembles multiples d'hélices sans écraser à fond les ailettes et sans réduire l'aire de la section droite des canaux situés en dessous de la surface. Ces buts ainsi que d'autres sont atteints par un nouvel appareil et un nouveau procédé pour la formation de petites ouvertures ou pores et de canaux situés en dessous de la surface dans des tubes comportant des ensembles mul- tiples d'hélices. Suivant l'invention un tube à ailettes fabriqué par un procédé à pas multiples a ses ailettes rou- lées d'une quantité désirée par une pluralité de disques rouleaux. Les disques rouleaux sont montés sur un arbre porte-outils et les disques adjacents sont séparés par des entretoises. Les disques rouleaux ont généralement des faces 2590 8 16 latérales inclinées suivant un certain angle ou en biseau. Le point de contact entre la face latérale d'un disque rouleau adjacent et l'ailette devant être roulée et l'angle de biseau de la face latérale du disque rouleau adjacent varient progressivement afin de produire le roulage désiré. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en élévation schématique d'une de machine formation d'ailettes à pas multiples pour la fabrication de tubes suivant l'invention. La figure 2 est une vue en élévation d'un arbre porte-outils de la machine de formation d'ailettes représen- tée sur la figure l, avec une vue en coupe partielle d'un tube sur un mandrin. La figure 3 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle montrant un tube à ailettes courant en train d'être soumis à une opération de roulage par l'ensemble de disques rouleaux suivant l'invention. La forme d'exécution qui est décrite ci-après, est conçue plus particulièrement pour être utilisée avec des tubes évaporateur à surface agrandie parce que ces tubes ont une dimension critique qui doit être contrôlée avec précision afin de conserver de bonnes performances de trans- fert thermique. Ces tubes à surface agrandie sont conçus pour être utilisés dans un évaporateur d'un système de ré- frigération comportant un fluide devant être refroidi lequel s'écoule à travers des tubes de transfert thermique, ainsi qu'un réfrigérant qui est vaporisé, en contact avec les surfaces externes des tubes. Habituellement une pluralité de tubes de transfert thermique sont montés en parallèles et ils sont reliés de telle façon que plusieurs tubes forment un circuit d'écoulement du fluide et une pluralité de tels circuits parallèles sont prévus pour former un-faisceau tubulaire. Habituellement tous les tubes des divers circuits sont contenus dans une enveloppe unique dans laquelle ils sont immergés dans le réfrigérant. Les possibilités de transfert thermique de l'évaporateur sont fortement déter- minées par la caractéristique de transfert thermique moyenne des tubes de transfert thermique individuels. La dimension des canaux situés en dessous de la surface et celle des petites ouvertures ou pores présent à la surface des tubes sont particulièrement critiques. En outre on préfère mettre en oeuvre des procédés de fabrication de tubes à ailettes à plusieurs pas ou filets, puisque qu'ils permettent une opération plus rapide. Si on se référe à la figure 1, on y voit un schéma d'un poste de formation d'ailettes pour la fabrication de tubes à surface agrandie utilisés conjointement avec la présente invention. Le poste de formation d'ailettes 10 comporte une armoire 12 de commande électronique, un poste d'alimentation 14, un poste 16 à têtes de formation d'ailet- tes à plusieurs pas, un poste d'éjection 32 et un poste de contrôle de qualité 18. L'armoire de commande électronique comporte une console d'opérateur 22 à laquelle est associé un appareil de commande programmable qui exécute des opéra- tions logiques d'exécution, de temporisation, de séquence- ment et de calcul pour l'opération de formation des ailet- tes. Le poste d'alimentation 14 comporte généralement deux mandrins 24 parallèles axialement (le mandrin postérieur se trouve dans le même plan horizontal que le mandrin antérieur et ainsi il n'apparalt pas sur la figure 1). Habituellement les deux mandrins sont supportés par une pluralité de bras supports 26 et ils sont déplacés par des dispositifs à pis- ton 28. Par conséquent l'opérateur charge un tube ébauche sur les mandrins antérieur et postérieur 24 et il commande le cycle du poste d'alimentation 14 de telle façon que l'un des mandrins, par exemple le mandrin antérieur, s'abaisse et se déplace le long de l'axe longitudinal 29 du poste 16 à tête de formation des ailettes pour pénétrer dans ce poste. Le poste à tête de formation des ailettes comporte une pluralité d'ensembles de rouleaux de formage. De préférence on utilise trois ensembles de rouleaux de formage qui sont montés avec leurs axes parallèles les uns aux autres, tout en étant espacés de 120 les uns des autres. Les axes des ensembles de rouleaux de formage sont inclinés d'un petit angle par rapport à l'axe longitudinal du poste à tête de formation des ailettes de telle façon que, tandis que le tube est avancé à travers le poste à tête de formation des ailettes, les ailettes soient formées sur la surface du tube afin de définir une configuration à hélices multiples. Cha- que ensemble de rouleaux de formage comporte un arbre por- te-outils avec une série d'outils montés sur cet arbre. La série d'outils comporte au moins un paquet de disques de formation d'ailettes et un paquet de rouleaux coopérant avec le mandrin pour produire le tube à surface agrandie suivant l'invention. Le premier disque de formation d'ailettes de chaque série d'outils vient en contact avec le tube ébauche dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal 29 du poste de formation des ailettes. Ainsi les points de départ des diverses rainures hélicoldales, bien qu'ils soient in- clinés pour former une hélice, se trouvent être dans le même plan transversal, en étant toutefois espacés d'une manibre équidistante tout autour de la circonférence du tube. Par exemple pour une machine de formation d'ailettes comportant trois arbres porte-outils, trois ailettes hélicoldales distinctes peuvent être formées et les points de départ des diverses ailettes sont situés dans un même plan transversal en étant toutefois décalés de 120 les uns par rapport aux autres. Par conséquent après chaque tour complet du tube, c'est-à-dire après 360 de rotation, trois ailettes héli- coldales distinctes se trouvent avoir été formées et chaque tour ultérieur provoque la formation de trois ailettes héli- coldales additionnelles. Les arbres porte-outils peuvent tourner simultanément en synchronisme dans la même direction angulaire et ils amènent le tube à tourner et à avancer par suite du contact à frottement entre les disques de formation des ailettes et le tube. Lorsque le tube ébauche a eu sa surface complètement agrandie sur une longueur désirée, ce tube vient en contact avec un interrupteur de position (non représenté) lequel amène les trois ensembles de rouleaux de formage à se déplacer radialement en s'écartant du tube à surface agrandie, tandis qu'un dispositif d'éjection 32, tel que par exemple des roues d'éjection, vient en contact avec le tube à surface agrandie et l'envoie dans le poste de contrôle ne qualité 18. Une fois le tube à surface agrandie introduit complètement dans le poste de contrôle de qualité 18, le mandrin antérieur est ramené à a position originale S tandis que c'est alors le mandrin postérieur qui est abaissé si bien que le processus peut se répéter. Si on se réfère maintenant à la figure 2, on y voit la relation entre un tube dont la surface est en train d'*- tre agrandie, et les ensembles de rouleaux de formage espa- cés autour du tube, d'une part, et le mandrin introduit dans le tube, d'autre part. Bien que la forme d'exécution préfé- rée comporte une pluralité d'ensembles de rouleaux de for- mage, par exemple trois ensembles espacés de 120 les uns des autres, seul un ensemble de rouleaux de formage est représenté sur le dessin dans un but de clarification. Le tube 30 est chargé sur le mandrin 24 et il est déplacé de la gauche vers la droite. Le mandrin 24 a une longueur suffi- sante pour que la surface interne du tube 10 soit supportée en dessous des paquets de disques 54 et du paquet de rou- leaux 56. Les paquets de disques 54 sur l'arbre porte-outils sont mis en contact avec le tube 10 en formant un petit angle par rapport à l'axe longitudinal 29 du poste de for- mation des ailettes. Cette faible inclinaison assure l'ap- parition de la force qui est nécessaire pour entraîner le tube le long de son axe longitudinal tandis que les ensem- bles de rouleaux de formage sont entraînés en rotation. Les disques 54 de formation des ailettes provoquent un fluage du matériau de la paroi du tube 30 afin de former les spires des ailettes externes tout en pressant le tube 30 contre le mandrin 24 afin de faire fluer la paroi du tube 30 dans les rainures 31 du mandrin 24, en formant ainsi les nervures internes 33. Le fluage de la paroi du tube pour former les nervures internes 33 se traduit par la formation de sections enfoncées des spires des ailettes externes qui sont situées au-dessus des nervures internes 33 si bien que, lorsque les rouleaux 56 roulent sur la surface externe du tube 50, après que les disques de formation d'ailettes 54 ont formé les spires des ailettes externes, les disques rouleaux recour- hent les parties extrêmes des ailettes, par paliers,ncrê- mentaux, de manière qu'elles viennent toucher la spire adjacente uniquement à l'endroit des sections de la spire d'ailette qui ne se trouvent pas situées au-dessus d'une nervure interne 33, c'est-à-dire qui ne sont pas enfoncées. Ceci se traduit par la formation d'un canal situé en des- sous de la surface. Les sections des spires d'ailettes ex- ternes qui se trouvent être situées au-dessus des nervures internes 33, sont quelque peu roulées mais elles ne viennent 1in pas toucher la spire adjacente, en formant ainsi des petites ouvertures ou pores espacés le long des canaux situés en dessous de la surface. Si on se réfbre maintenant à la figure 3, on voit que cette figure représente les détails de la construction générale du paquet de rouleaux 56. Conformément à ce qui est représenté sur cette figure, dans le cas du -fonctionnement de la forme d'exécution préférée c'est-à-dire comportant trois ensembles de rouleaux de formage, le paquet de rou- leaux 56 comporte une pluralité de disques 58 semblables à des rouleaux comprenant des entretoises 59 entre eux. La surface de roulage 57 de chaque disque 58 en forme de rou- leau est inclinée d'un certain angle par rapport à la verti- cale et cet angle va en croissant dans la direction du mouvementdu tube, afin de permettre aux parties extrêmes 34 des ailettes d'être roulées progressivement, par paliers incrémentaux, en empêchant ainsi que les ailettes ne soient éerasées à fond et que l'aire de la section droite des canaux 38 situés sous la surface soit réduite. Les entretoi- ses 59 empêchent qu'une ailette qui a déjà été roulée partiellement, ne vienne heurter la partie arrière du disque rouleau 58 sur l'arbre porteoutils subséquent. Dans un poste de tête de formation d'ailettes typique, comportant trnis ensembles de rouleaux de formage, une ailette vient rencontrer en premier lieu une surface de roulage inclinée 57 du premier disque rouleau 58 après quoi elle tourne en direction de l'ensemble de rouleaux de formage suivant (situé h 1200 par rapport au premier ensemble) , o elle passe dans un espace défini par une entretoise, sans être heurtée par un disque rouleau, puis elle arrive au troisième ensemble de rouleaux de formage (disposé à 2400 par rapport au première ensemble) ob elle est heurtée par la surface de roulage inclinée 57 du deuxième disque rouleau dans le paquet. Ce processus suivant lequel une ailette vient rencontrer alternativement les disques rouleaux d'un ensemble de rouleaux de formage sur deux se poursuit jusqu'à ce que la partie extrême 34 de l'ailette soit recourbée sur elle- même pour former un canal approprié situé sous la sur- face. En général la largeur des entretoises 59 est légére- ment inférieure à la largeur des disques rouleaux 58, c'est-à-dire que chaque entretoise peut avoir par exemple, une largeur inférieure de 0, 076mm à celle du disque rouleau, si bien que le point de contact 56 entre la surface de rou- lage inclinée 57 et la partie extrême 34 de l'ailette se déplace progressivement le long de la surface de roulage inclinée 57 en direction de la face postérieure du disque rouleau sur les disques rouleaux subséquents 58. Ainsi, tandis que les ailettes sont roulées suivant une progression par paliers, l'ailette roulée ne vient pas en contact avec la face postérieure 55 du disque rouleau adjacent précédent 58, puisque le point de contact 56 du disque rouleau subsé- quant s'est déplacé, en maintenant ainsi d'une manière géné- rale la même distance entre le point de contact 56 et la face postérieure 55 du disque rouleau antérieur. Naturellement la description précédente d'un procédé et d'un appareil de fabrication de tubes à surface agran- dis extérieurement, en utilisant des points de départ de filets multiples, concernent une forme d'exécution préférée et diverses modifications et autres variantes de la présente invention apparaîtront clairement pour les spécialistes de la technique en cause. REVENDICATIONS 1.- Appareil pour. la fabrication d'un tube évapora- teur à ailettes hélicoïdales à pas ou filets multiples, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (24) pour sup- porter une longueur d'un tube ébauche (30) et un dispositif d'agrandissement de la surface du tube à pas multiples pour former des ailettes hélicoïdales multiples sur la surface externe du tube évaporateur (30), chaque dispositif d'a- grandissement de la surface comportant un paquet (54) d'or- ganes de formage d'ailettes afin de rouler une pluralité d'ailettes droites sur la surface externe du tube ébauche (30) et un paquet (56) d'organes de roulage d'ailettes pour rouler les ailettes droites s'étendant en hélices afin de former une pluralité de canaux continus (38) situés en dessous de la surface du tube, ces canaux (38) situés en dessous de la surface présentant des petites ouvertures ou pores espacés le long de la partie supérieure de ceux-ci. 2.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le paquet (56) d'organes de roulage des ailettes comporte une pluralité de disques rouleaux lisses (58) entre lesquels sont disposées des entretoises (59), et une surface de roulage inclinée (57) est prévue sur ces disques rouleaux (58) pour venir en contact avec les ailettes héli- coidales (34) et provoquer un roulage de ces ailettes sur elles-mêmes. 3.- Appareil suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la surface de roulage inclinée (57) de chaque disque rouleau adjacent présente un angle, par rapport à la verticale, différent de celui du disque rouleau adjacent précédent de telle façon que l'angle des surfaces de roulage par rapport à la verticale augmente dans la direction du déplacement du tube (30) en train d'avoir sa surface agran- die, si bien que les ailettes (34) sont roulées progressive- ment sur elles-mêmes par incréments, à partir de leur posi- tion verticale initiale jusqu'à leur position désirée dans laquelle elles forment les canaux situés en dessous de la surface, avec des petites ouvertures ou pores dans ces canaux. 4.- Procédé de fabrication d'un tube évaporateur h ailettes hélicoldales à pas ou filets multiples, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à fournir une longueur d'un tube ébauche (30), supporter la surface inter- ne de ce tube ébauche (30), mettre en contact avec ce tube ébauche une pluralité de dis positifs (54) de formation d'ailettes et provoquer une rotation relative entre eux, ces dispositifs (54) de forma tion d'ailettes formant des ailettes droites hélicoïdales b plusieurs pas ou filets, et faire rouler une pluralité de dispositifs (56) h disques rouleaux (58) sur les ailettes droites hélicoïdales, afin de former une pluralité de canaux continus (38) situés sous la surface, présentant des petites ouvertures ou pores espacés le long de la partie supérieure de ces canaux, chaque dispo- sitif (56) b disques rouleaux (58) comportant un paquet de disques rouleaux lisses (58) avec des entretoises(59) entre les disques et ayant des surfaces de roulage (57) qui sont de moins en moins inclinées progressivement, sur les dis- ques (58) successifs, dans la direction du déplacement du tube (30) de telle façon que les ailettes soient roulées sur elles-m&me par paliers incrémentaux en formant les canaux (38) situés sous la surface.