Brevet FR2607748A1 — publié le 19880610

L'invention se rapporte a un procédé de préparation d'un élément longiligne sensiblement hélicolde en résine synthétique pour sa fixation dans un corps tubulaire. L'invention se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'aux produits, notamment aux éléments hélicoîdes, préparés selon ce procédé. Notamment, l'invention intéresse la préparation de ces éléments préalablement à leur introduction dans les organes tubulaires avec lesquels ils doivent coopérer de manière statique. Dans le domaine des échangeur-s thermiques comportant des organes tubulaires de circulation de fluide, pour accroître l'effet de rayonnement ou d'absorption thermique des dits organes tubulaires, il est connu de les équiper intérieurement d'éléments dits générateurs de turbulences et/ou prolongeant l'échange thermique. Il existe plusieurs formes de réalisation de ces éléments générateurs de turbulences mais une forme particulièrement avantageuse techniquement et économiquement, consiste à les réaliser par extrusion d'une résine synthétique thermoplastique. Selon ce procédé (FR-A-2.494.626), une fois fondue, la résine est extrudée par un orifice ménagé dans une buse mise en rotation autour d'un axe centré sur l'orifice d'extrusion puis l'extrudat est refroidi et enfin stocké notamment sous la forme d'un enroulement en attendant son utilisation. Bien évidemment, le matériau mis en oeuvre est de nature telle qu'il reste solide au contact du fluide caloporteur qui doit circuler dans l'échangeur thermique à sa température de fonctionnement. Pour, lors de sa construction, équiper les tubulures d'un échangeur thermique d'éléments générateurs de turbulence, il suffit de prélever, dans l'extrudat hélicoïde précité, des tronçons, chacun de longueur compatible avec celle des tubulures à équiper puis de les introduire dans ces dernières. Pour pouvoir être introduit dans les tubulures, les éléments hélicoldes sont bien entendu de diamètre compatible avec celui des dites tubulures et notamment de diamètre légèrement inférieur. Malheureusement, les jeux inhérents au montage subsistant entre les parois des tubulures et celles des éléments qui les équipent, sont générateurs d'usure (phénomène d'érosion-corrosion). En effet, l'écoulement de fluide caloporteur dans les tubulures induit, à certaines vitesses d'écoulement, la vibration des éléments ce qui provoque un phénomène de martellement et également d'usure par abrasion non seulement des éléments mais aussi des parois des tubulures et ce même, à long terme, jusqu'à leur perforation. L'usure constatée est d'autant plus rapide que le matériau, notamment le métal, qui constitue les parois des tubulures est tendre ce qui justifie notamment l'inquiétude des constructeurs d'échangeurs thermiques car le métal préféré pour leur réalisation est l'aluminium. Pour remédier à ces inconvénients, on a tenté d'immobiliser les éléments dans les tubulures au moyen de butées disposées intérieurement aux tubulures et ce au niveau de chacune des extrémités de l'élément générateur de turbulences. Outre que ces dispositions entraînent des opérations supplémentaires lors de l'assemblage des parties constitutives de l'échangeur, elles diminuent notablement la section de passage du fluide caloporteur dans chaque tubulure. Par ailleurs, elles ne bloquent que les extrémités des éléments turbulateurs qui, de ce fait, possèdent encore au moins une fréquence de résonnance. On a imaginé de bloquer les éléments dans les tubulures par pincement local du tube en divers endroits répartis sur sa longueur. Malheureusement, ces déformations locales entravent l'emboitement des tubes dans les perçages des ailettes de refroidissement auxquelles ils sont généralement associés. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé de préparation d'un élément hélicoïde du type précité, qui permette le blocage du dit élément dans la tubulure à laquelle il est associe sans le recours d'une opération spéciale lors de la construction de l'échangeur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de préparation d'éléments générateurs de turbulences notamment caractérisé en ce que - dans un premier temps, lors d'étapes dites préparatoires, on se munit d'un matériau dont la température de ramolissement est sensiblement supérieure à celle de fonctionnement de l'élément qu'il est destiné à constituer puis, on élabore de manière classique notamment par extrusion l'élément helicolde à constituer mais en donnant à l'extrudat un diamètre d'enveloppe sensiblement supérieur à celui intérieur du conduit avec lequel il est destine à coopérer et, - dans un second temps, lors d'étapes dites de traitement, à un moment avant introduction de l'élément dans le conduit, on porte au moins une parcelle d'une certaine longueur de l'extrudat sensiblement à la température de ramolissement du matériau puis, a cette température, on agit élastiquement sur la parcelle considérée de manière à induire, au moins pour cette parcelle d'extrudat, une réduction de section telle que son diamètre d'enveloppe soit sensiblement inférieur à celui intérieur du conduit puis, en maintenant l'action élastique, on refroidit brusquement la parcelle d'extrudat considérée à une température située en dessous de la température de ramolissement du matériau, on reprend, s'il y a lieu, les opérations de chauffage puis d'action élastique sur une nouvelle parcelle d'extrudat et ce jusqu'à obtenir un tronçon d'extrudat de longueur désirée, et ayant notamment au moins une longueur sensiblement égale à celle du conduit et enfin, - dans un troisième temps lors d'une étape dite d'utilisation, soit après avoir, d'une part, constitué l'élément helicolde notamment en prélevant dans l'extrudat un tronçon de longueur globalement identique à celle du conduit, et, d'autre part, introduit librement le dit élément hélicoïde dans le conduit, on libère les tensions internes induites lors de l'étape de préparation pour provoquer, dans le conduit, l'expansion transversale de l'élément et ce, par chauffage de l'élément sensiblement à sa température de ramolissement. L'invention a également pour objet les moyens pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : une installation permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention, et en marge à droite du schéma de l'installation, un schéma synoptique du procédé avec pour chaque étape une flèche désignant le poste intéressé de l'installation, - figure 2 : vu à grande échelle et de profil, un tronçon d'élément helicoade avant préparation, - figure 3 : vu à grande échelle et de profil, un tronçon d'élément hélicorde après préparation, - figure 4 : vu en coupe longitudinale , un conduit équipé d'un élément hélicoïde préparé selon l'invention et avant passage d'un fluide caloporteur, - figure 5 : vu en coupe longitudinale, un conduit tubulaire équipé d'un élément hélicoïde préparé selon l'invention après passage d'un fluide caloporteur à une température prédéterminée, - figure 6 : une vue en coupe selon VI-VI de la figure 5. En se reportant au dessin, on voit un élément 1 destiné à prolonger l'échange thermique et/ou générer des turbulences (non représentées) dans un écoulement de fluide 2 tel un fluide caloporteur qui circule à une température donnée dite de fonctionnement dans un conduit 3 notamment l'un des tubes d'un échangeur thermique (non représenté). Tel que cela est représenté, l'élément 1 générateur de turbulences à un corps longiligne helicolde 4 dont le diamètre d'enveloppe correspond globalement à celui intérieur du conduit tubulaire dans lequel il se trouve représenté et dont l'axe longitudinal 5 est sensiblement confondu avec celui 6 du dit conduit. Comme cela apparaît également sur le dessin (figure 6), l'élément 1 a une section droite d'aire notablement inférieure à celle de l'aire du conduit avec lequel il coopère. Tel que cela est connu, l'élément 1 est obtenu par extrusion 7 d'un matériau synthétique 8 tel une résine synthétique thermoplastique. Bien que cela ne soit pas représenté en détail, on voit que pour ce faire - dans un premier temps, on amène 9 par fusion le matériau dans un état plastique adéquate, puis, - on l'extrude à travers un orifice 10 aménagé dans une buse qui, pour permettre d'obtenir un extrudat 11 au corps longiligne hélicoïde de section transversale comparable à celle de l'orifice d'extrusion, est entraînée en rotation autour d'un axe normal et sécant à la dite section et, - sensiblement à l'issue de l'extrusion, on solidife 12 l'extrudat notamment en le refroidissant dans un bain à température appropriée puis, - on stocke 13 l'extrudat 11 par exemple en formant un enroulement avec ce dernier ou en le découpant en tronçons de longueur plus ou moins importante. Lors du montage d'un élément 1 dans un conduit 3 d'une certaine longueur, on se munit 14 bien entendu d'un segment d'extrudat de longueur adéquate (non représenté). Cependant, au lieu d'utiliser un élément dont le diamètre d'enveloppe est sensiblement inférieur à celui intérieur du conduit et de le bloquer au moyen de butées, l'invention se propose d'utiliser de manière nouvelle des propriétés physiques connues notamment celles particulièrement flagrantes de mémoire thermo-mécanique de certains matériaux comme les résines synthétiques thermoplastiques pour obtenir le blocage de l'élément dans le conduit. Il est connu de réaliser des objets en les dotant d'une mémoire thermo-mécanique du type à tensions internes qui, peuvent être relachées par chauffage de l'objet à une température appropriée. Mais, jusqu'alors ces propriétés étaient surtout utilisées dans le domaine des gaines thermo-rétractables c'est à dire des objets tubulaires dont la section intérieure peut être réduite par chauffage à une certaine température. Pour réaliser ces objets tubulaires : - après avoir porté le matériau à une température telle qu'il se déforme complétement par écoulement plastique, on l'extrude selon la section requise de l'objet à constituer puis, - on refroidit l'extrudat à une température située sensiblement au dessus de celle de ramolissement du matériau et telle que ce dernier puisse être- déformé principalement de manière élastique et, - à cette température, on déforme élastiquement le matériau notamment en augmentant la section interne de l'objet tubulaire, - finalement, on le refroidit brusquement à une température inférieure à celle de ramolissement. L'objet tubulaire obtenu a alors une section supérieure à celle de l'objet considéré immédiatement par extrusion. Pour, lors de l'utilisation de l'objet tubulaire, permettre sa rétraction notamment autour d'un corps cylindrique de section sensiblement inférieure, on porte l'objet à une température sensiblement inférieure à celle du ramolissement, ce qui libère les tensions internes volontairement induites lors de sa fabrication et provoque donc sa rétraction sensiblement aux dimensions de la section extrudée. Dans ce cas, l'effet recherché est le serrage obtenu par la rétraction de l'objet autour d'un insert et on remarque que les efforts élémentaires ayant donné naissance à la déformation élastique qui a généré chaque action de serrage élémentaire était sensiblement opposé à chacun de ces efforts de serrage. Dans le cas qui nous préoccupe, il est évidemment hors de question d'obtenir le même effet avec un tube métallique. Aussi, l'invention se propose de réaliser un élément hélicoïde de diamètre sensiblement inférieur à celui du conduit destiné à le recevoir. puis de permettre l'expansion du dit élément hélicoïde dans le dit conduit au moins jusqu'à obtention d'un certain serrage de l'élément 1 dans le conduit 3. A cet effet, conformément à l'invention - dans un premier temps, lors d'étapes dites préparatoires, on se munit 15 d'un matériau dont la température de ramolissement est sensiblement supérieure à celle de fonctionnement de l'élément qu'il est destine à constituer puis, on élabore 16 de manière classique notamment par extrusion 7 l'élément helicolde à constituer mais en donnant à l'extrudat un diamètre d'enveloppe D1 sensiblement supérieur à celui intérieur d du conduit 3 avec lequel il est destiné à coopérer et, - dans un second temps, lors d'étapes dites de traitement 17, 19, 20, au moment quelconque avant introduction 14 de l'élément 1 dans le conduit 3, on porte 17 au moins une parcelle 18 d'une certaine longueur de l'extrudat sensiblement à la température de ramolissement du matériau 8 puis, ~ cette température, on agit 19 élastiquement sur la parcelle considérée de manière à induire au moins pour cette parcelle 18 d'extrudat 11, une réduction de section telle que son diamètre d'enveloppe D2 soit sensiblement inférieur à celui intérieur d du conduit 3 puis, en maintenant l'action élastique, on refroidit 20 brusquement la parcelle d'extrudat considérée à une température située en dessous de la température de ramolissement 14 du matériau, on reprend, s'il y a lieu, les opérations de chauffage puis d'action élastique sur une nouvelle parcelle d'extrudat et ce jusqu'à obtenir un tronçon d'extrudat de longueur désirée, et ayant notamment au moins une longueur sensiblement égale à celle du conduit 3 et enfin, - dans un troisième temps lors d'une étape dite d'utilisation 21, soit après avoir, d'une part, constitué l'élément helicolde notamment en prélevant dans l'extrudat un tronçon de longueur globalement identique à celle du conduit 3, et, d'autre part, introduit librement le dit élément hélicoïde dans le conduit, on libère 21 les tensions internes induites lors de l'étape de préparation pour provoquer dans le conduit l'expansion transversale de l'élément 1 et ce, par chauffage de l'élément sensiblement à sa température de ramolissement. Selon l'invention, on agit élastiquement sur la parcelle 18 considérée au moins en l'étirant longitudinalement pour, par le biais de la forme hélicoïde de l'extrudat et de l'allongement élastique obtenu, induire la diminution de diamètre recherchée. Dans une autre forme de mise en oeuvre de l'invention, on agit élastiquement sur la parcelle 18 d'extrudat considérée au moins en lui imprimant une torsion telle que, par le biais de la forme hélicolde de l'extrudat et de la déformation élastique obtenue, cette torsion induise la diminution de diamètre recherchée. Suivant une autre forme avantageuse de réalisation, on agit élastiquement sur la parcelle 18 d'extrudat considérée en combinant au moins les deux actions d'étirement longitudinal élastique et de torsion élastique. Cqnformément à une autre caractéristique de l'invention, les étapes qualifiées de traitement 17, 19, 20 de l'extrudat 11 sont réalisées successivement et à l'issue de l'opération d'extrusion 7 du matériau 8. De préférence, le chauffage de l'élément sensiblement à sa température de ramolissement est induit par le premier passage du fluide caloporteur 2 dans le conduit 3 à sa température de fonctionnement. Quoiqu'il en soit l'expansion de l'extrudat dans le conduit 3 provoque le serrage recherché de ces éléments l'un dans l'autre. Les moyens pour la mise en oeuvre de l'invention, comprennent principalement - au moins un moyen 22 en vue de porter une parcelle 18 d'extrudat d'une certaine longueur sensiblement à la température de ramolissement du matériau 8 qui le constitue, - au moins un moyen 23 en vue d'agir élastiquement sur la parcelle 18 d'extrudat 11 précitée pour en la déformant élastiquement induire la diminution de section transversale souhaitée, - au moins un moyen 24 en vue de refroidir brusquement la parcelle 18 considérée à une température située en dessous de la température de ramolissement. Généralement, la chaîne d'extrusion du matériau comprend à la sortie de l'extrudeuse un moyen de refroidissement 25 de l'extrudat et un moyen d'entraînement 26 en translation du dit extrudat notamment vers un poste de stockage par exemple par enroulement. Le moyen précité d'entraînement en translation déplace ltextrudat à la vitesse d'extrusion. Pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, de manière avantageuse, il est préférable de préparer l'extrudat au cours de sa fabrication c'est à dire sensiblement après extrusion du matériau qui le constitue. Aussi, selon l'invention, l'installation permettant de préparer l'extrudat selon le procédé de l'invention est particulière en ce que, pour préparer ltextrudat sensiblement à l'issue de l'opération d'extrusion - on détermine la direction, le sens et la vitesse V de déplacement de l'extrudat 11 issu de son dispositif d'extrusion, - on détermine une zone 27 traversée par l'extrudat 11 et, - en amont de cette zone 27, on assiste fermement le déplacement en translation de l'extrudat à la même vitesse linéaire V1 induite par l'extrusion, - en aval de cette zone, on assiste fermement le déplacement de l'extrudat 11 en lui imprimant au moins un mouvement M de nature à induire le type de sollicitation de torsion et/ou d'allongement recherché, puis, - dans la zone 27 prédéterminée, on détermine deux domaines 30, 31 successifs selon le sens de défilement de l'extrudat et, - dans le premier domaine 30, on chauffe le matériau de l'extrudat à une température sensiblement supérieure à celle de ramolissement puis, - dans le second domaine 31, on refroidit brusquement le matériau de l'extrudat notamment à une température inférieure à celle de ramolissement. Par exemple, dans le cas où l'on veut induire la diminution de diamètre de l'extrudat par allongement, il suffit en aval de la zone 27 prédéterminée d'imprimer à l'extrudat un mouvement M provoquant son entrainement en translation à une vitesse V2 sensiblement supérieure à celle Vl d'extrusion. On comprend que l'écart existant entre les vitesses V1 et V2 d'entraînement forcé de l'extrudat induit lallongement du dit extrudat dans le domaine 30 au niveau duquel il est porte à température de ramolissement et que cet allongement qui provoque d'ailleurs la diminution de diamètre recherchée de l'extrudat, est fixé dans le domaine 31 au niveau duquel ltextrudat est brusquement refroidi à une température inférieure à celle de ramolissement. L'homme de l'art est à même de déterminer l'écart entre les vitesses V1 et V2 précité pour obtenir l'allongement qui induit la diminution de diamètre recherchée. L'extrudat peut être ainsi préparé sans perturber le cycle de fabrication. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un élément (1) longiligne sensiblenlent hélicoïde notamment en matériau synthétique (8) pour sa fixation dans un corps tubulaire (3) tel un conduit dans lequel doit circuler un fluide (2) notamment un fluide caloporteur et ce à une certaine température dite de fonctionnement, lequel élément (1) est obtenu notamment par extrusion d'un matériau (8) possédant des propriétés physiques permettant à une certaine température dite de ramolissement de doter l'extrudat d'une mémoire thermo-mécanique du type tensions internes qui peuvent être relachées par réchauffage du matériau sensiblement à la même tehpérature de ramolissement précitée, l'élément (1) étant notamment constitué d'un tronçon d'extrudat de longueur appropriée, selon lequel procédé - on amène (9) par fusion le matériau dans un état plastique adéauat puis, - on l'extrude à travers un orifice (10) aménagé dans une buse qui, pour permettre d'obtenir un extrudat (11) au corps longiligne hélicoïde de section transversale comparable à celle de l'orifice d'extrusion, est entrai née en rotation autour d'un axe normal et sécant à la dite section et, - sensiblement à l'issue de l'extrusion, on solidifie (12) l'extrudat notamment en le refroidissant dans un bain à teipérature appropriée puis, - alors que le matériau (15) est à une température telle qu'il se déforme complètement par écoulement plastique, on l'extrude (16) selon une section de diamètre (D1) supérieure à celle de l'intérieur du conduit puis, - à une température située sensiblement au dessus de elle de ramolisserent du matériau et telle cue ce dernier puisse être déformé principalement ce mariere élastique, on déforme élastiquement (19) @@ mo@@@ une garce fe (18) de matériau de manière à réduire la section de l'élément tubulaire jusqu a un diamètre (D2) inférieur à celui du conduit ensuite, - on le refroidit (20) à une température inférieure à celle de ramolissement. ce procédé étant CARACTERISE en ce que c'est sans exercer de force de conipression radiale qu'on agit élastiquement sur l'élément pour en réduire la section et en ce qu'on maintient cette action pendant le refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on agit élastiquement sur la parcelle (18) considérée en exercant une simple traction longitudinale pour, par le biais de la forme helicolde de l'extrudat et de l'allongement élastique obtenu, induire la diminution de diamètre recherchée. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on agit élastiquement sur la parcelle (18) d'extrudat consideree en lui imprimant une simple torsion telle que, par le biais de la forme hélicoïde de l'extrudat et de la déformation élastique obtenue, cette torsion induise la diminution de diamètre recherchée. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on agit êlastiqueiient sur la parcelle (18) d'extrudat considérée en combinant les deux actions de traction longitudinale clastique et de torsion élastique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que, au lieu d'être opérée entre les étapes d'extrusion (7) et de refroidissement (12), les étapes qualifiées de traitement (19, 20) de l'extrudat (11) sont réalisées successivement après ces étapes d'extrusion (7) et de refroidissement (12) du matériau (8) et sont précédées d'un réchauffage (17) à température convenable. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'on induit le chauffage de l'élément sensiblement à sa température de ramolissement par - crémier passace du fluide caloporteur (2) dans le concuit ~) à sa températJre de fonctionnement. 7. Moyens Ç Jr la aise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des reverdicaTons 1 à 6 comprenant - au moins un moyen (22) en vue de porter une parcelle (18) d'extrudat d'une certaine longueur sensiblement à la température de ramolissement du matériau (8) qui le constitue, - au moins un moyen (23) en vue d'agir élastiquement sur la parcelle (18) d'extrudat (11) précitée, pour en la déformant élastiquement induire la diminution de section transversale souhaitée, - au moins un moyen (24) en vue de refroidir brusquement la parcelle (18) considérée à une température située en dessous de la température de ramolissement, caractérisés en ce que le moyen (23) est d'un type agissant sans compression radiale et le moyen de refroidissement est dispose de manière à agir alors qu'agissent encore les noyens de déformation élastique. 8. Moyens selon la revendication 7 caractérisés en ce que, dans la chaîne d'extrusion du matériau qui comprend généralement 1 'extruseuse, un moyen de refroidissement (25) de 1 'extrudat et un rnoyen d'entraînement (26) en translation du dit extrudat notamment vers un poste de stockage par exemple par enroulement, les moyens de préparation (17, 19, 20) se situent en aval des moyens de refroidissement (25). 9. Moyens selon la revendication 7 ou 8 caractérisés en ce que l'installation co;;!prend, en aval de la zone (27) où s'opère la déformation, un moyen assistant fermement le déplacement de extrudat (11) en lui imprimant au moins un mouvement (M) qui, sans le compriier radiale#ient, est de nature à induire au moins l'une des sollicitations de torsion et d'allongement précitées. 10. Moyens selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisés en ce que, pour induire la diminution de diamètre de 1 'extrudat par allongement, en aval de la zone (27) précitée, est prévu un troyen imprimant à 1 'extrudat un mouvement (M) provoquant St entraînement en translation à une vitesse (V2) sensiblement Supérieure à celle (rl) d'extrusion.