Brevet FR2631269A1 — publié le 19891117

- 1- PROCEDE DE FABRICATION DE TUBES A AILETTES A COEFFICIENT D'ECHANGE THERMIQUE ELEVE. La présente invention se réfère à un procédé de fabrication de tubes à ailettes à coefficient d'échange thermique élevé. Plus particulièrement, la présente invention se réfère à un procédé de fabrication de tubes à ailettes à coefficient d'échanger thermique élevé aptes à être utilisés dans les échangeurs de chaleur. Comme on le sait, on peut utiliser différents procédés pour la fabrication de tubes à ailettes pour échangeurs de chaleur. Un procédé consiste à enrouler autour d'un tube cylindrique lisse une bande de tôle mince disposée en spirale. Ce procé- dé, non seulement est assez complexe et par conséquent coûteux, mais encore présente l'inconvénient que le contact entre le tube et l'ailette ne se fait pas sur toute la sur- face du tube. 263' 1269 - 2 - En outre, sur la surface du tube et/ou sur la surface de la feuille qui entre en contact avec le tube, il se trouve une couche, même mince, d'oxyde, si bien que la conductibilité n'est pas assurée. Un autre procédé consiste à faire passer le tube lisse, d'épaisseur supérieure à celle demandée, à travers une tré- fileuse, à mouvement en spirale. La matière ductile du tube est ainsi écrasée et remontée hors du moule en forme d'ailettes en spirale. Ce procédé entraine un grand gaspil- lage de matière, du fait que les ailettes ne peuvent pas être minces, et le rendement thermique du tube à ailettes obtenu n'est pas très satisfaisant. En outre le procédé est plutôt complexe à mettre en oeuvre et, par conséquent, coûteux, étant donné qu'il demande l'insertion dans le tube d'une barre métallique pour empê- cher l'écrasement du tube lui-même durant le travail, sous l'effet de la pression exercée, et ensuite l'enlèvement de cette barre. Un autre procédé, plutôt simple et économique pour fabri- quer des tubes à ailettes pour échangeurs de chaleur, est celui décrit dans le brevet italien n ' 748709 déposé le 13 Janvier 1965 et délivré le 15 Février 1967. Ce procédé consiste à effectuer une ou plusieurs découpes circulaires ou en hélice, dans une direction inclinée par rapport à l'axe du tube, sur la surface externe du tube lui-même, et en même temps ou successivement à l'opération d'entaille, à déformer et à replier vers l'extérieur, par rapport à la surface externe du tube, la portion de matière isolée du reste de la matière du tube. L'entaille créée sur la surface externe du tube a une direction de pénétration dans la ma- tière sensiblement inclinée par rapport à l'axe du tube lui- même, en isolant du reste de la matière, sans cependant l'en 3 - détacher complètement, des portions de matière ayant la forme d'une crête posée le long de la surface externe du tube. Parallèlement à l'opération d'entaille, à l'aide du même outil, les portions de matière partiellement isolées sont déformées et repliées vers l'extérieur, par rapport à la surface externe du tube, de manière à déborder au maximum par rapport à celui-ci, et constituer un ailettage. Un outil adapté pour réaliser en même temps la découpe et le pliage vers l'extérieur de la matière partiellement isolée en forme de feuille mince disposée en hélice autour du tube, est décrit dans la demande de brevet italien n 22798 A/85 déposée le 12 Novembre 1985. L'outil décrit dans cette demande comprend une ligne coupante composée de deux portions, raccordées l'une à l'autre, dont l'une avec une fonction de découpe qui rencontre la première la surface en mouvement du tube et se présente, par rapport à celui-ci et à ses génératrices, en position inclinée selon un angle qui va de 0 à 90 , et l'autre, ayant une fonction de déforma- tion du copeau qui abandonne le dernier le contact avec l'ailette obtenue à partir du tube, délimite une portion de surface de 1' outil, dont les points, par le mouvement rela- tif par rapport-à l'ailette, sont animés de vitesses relati- ves directes tangentiellement tant à ladite surface de l'outil qu'à la surface de l'ailette aux points de contact. L'outil est animé d'un mouvement hélicoïdal par rapport à l'axe du tube. Celui-ci peut être obtenu en imprimant au tube un mouvement rotatif autour de son axe -et à l'outil un mouvement rectiligne uniforme parallèle à l'axe du tube. En variante, le tube peut être maintenu en mouvement rectiligne uniforme selon son axe et l'outil en.mouvement rotatif uni- forme autour de son propre axe. Le tube est maintenu à pro- ximité de l'outil au moyen d'un organe de centrage et de positionnement de précision, rigidement fixé à la structure portant les outils. 2 6 3 1 2 6 9 -4- Ce procédé, même 's'il a eu un certain succès industriel, présente certains inconvénients pratiques dus tant à l'usure de l'outil qui doit être continuellement remplacé, qu'à sa construction qui requiert un personnel très spécialisé. Le but de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication des tubes à ailettes à coefficient d'échange thermique élevé, o les ailettes sont obtenues à partir d'un seul morceau de tube, et qui ne présente pas les inconvé- nients indiqués ci-dessus. Plus particulièrement, le but de l'invention est de fournir un procédé qui permette de réaliser l'ailettage des tubes par entaille, déformation et pliage vers l'extérieur de matière partiellement isolée sous la forme d'une fine feuille disposée en hélice, de manière simple, économique et facile à réaliser. Selon la présente invention, on atteint cet objectif et d'autres encore au moyen d'un procédé qui consiste: a. à imprimer au tube un mouvement de rotation par rapport à son axe et un mouvement rectiligne parallèle à son axe, avec, pour chaque tour, un déplacement rectiligne axial du tube égal au pas désiré de l'ailette; b. à effectuer l'opération d'entaille du tube séparément de celle de réalisation d'ailettes; c. à effectuer les opérations d'incision et de réalisation d'ailettes en position opposée par rapport à l'axe du tube; et d. à permettre, durant les opérations d'entaille et de réalisation d'ailettes, un déplacement du tube, suivant un segment égal à la profondeur de l'entaille, parallè- lement à son axe de rotation. -5- Les outils pour l'entaille et la réalisation d'ailettes sont fixés sur des supports disposés de préférence en position opposée et symétrique par rapport à l'axe du tube. Lesdits supports sont rapprochés du tube à munir d'ailettes et réglés de manière à entailler le tube sur une profondeur égale à la hauteur désirée pour les ailettes. L'outil de découpe peut être de n'importe quel type déjà connu, et est orienté par rapport aux surfaces du tube de façon à ce que l'entaille soit inclinée et ait un angle compris entre 5 et 80 par rapport à l'axe du tube. L'outil de fabrication d'ailettes présente sa surface courbe et inclinée de manière à pouvoir pénétrer dans la fente précédemment formée par l'entaille, déformer et plier, selon un plan sensiblement perpendiculaire au tube, le copeau isolé de manière à dépasser au maximum de la surface du tube, et à constituer un ailettage de proportions convena- bles fixé à la surface dudit tube. Il est préférable que les outils d'entaille et de production d'ailettes soient disposés en position opposée et sur le même axe par rapport au tube à munir d'ailettes; en varian- te, lesdits outils peuvent être disposés en position oppo- sée et séparés axialement d'une distance égale au moins au pas de l'entaille. Selon un aspect essentiel de -la présente invention, le tube à munir d'ailettes est guidé et soutenu par un support situé à proximité des outils d'entaille et de. production d'ailettes et qui, durant le travail, maintient le tube en position, sans déformations excessives, et qui permet au tube de glisser axialement et de tourner dans ledit support. 263t269 - 6 - Ce support est constitué d'une douille, -de préférence en matière dure et antifriction spéciale, introduite et bloquée dans un logement fixé à la structure porte-outil. Ladite douille est munie d'une ouverture latérale en corres- pondance de laquelle est disposé l'outil d'entaille et d'un trou elliptique dont le plus grand diamètre est disposé le long de l'axe passant entre l'outil d'incision et celui de production d'ailettes. Le procédé de fabrication des tubes à ailettes, objet de la présente invention, pourra être mieux compris grâce à la description détaillée suivante qui se réfère au dessin annexé, lequel représente un mode de réalisation de la pré- sente invention, donné à titre d'exemple, mais non limitatif.. . Au dessin: La figure 1 représente la vue schématique frontale de l'appareil pour entaille et production d'ailettes qui met en oeuvre le procédé de la présente invention; La figure 2 représente une vue schématique de dessus de la section longitudinale de la figure 1, obtenue selon un plan passant entre l'axe du tube et le point d'entaille; La figure 3 représente une vue schématique en perspec- tive de l'outil servant à pratiquer l'entaille; La figure 4 représente une vue schématique en perspec- tive de l'outil de déformation et de soulèvement de la crête; et - 7 - La figure 5 représente une vue schématique en perspec- tive de la douille de support et de guidage du tube. Dans les figures, le tube 1, lisse à munir d'ailettes, est maintenu en mouvement d'avance rectiligne et de rotation autour de son propre axe par des organes moteurs, non illus- trés sur les figures car ils sont de type connu. On fait passer le tube 1, lisse à munir d'ailettes, à travers le trou elliptique 2 d'une douille de guidage 3 fixée au bâti 4 de la machine, au moyen d'une vis de fixa- tion 5. La différence entre les deux rayons dl et d2 du trou 2 est égale à la profondeur désirée de l'entaille. La douille 3 est munie d'une fente longitudinale 6, en corres- pondance de laquelle est inséré l'outil d'entaille 7, et d'une rainure 13 en correspondance de laquelle est inséré l'outild'ailettage 10. Ledit outil d'entaille 7 est fixé à un support 8 solidaire d'un système de guidage coulissant 9 qui permet le déplacement de l'outil 7 pour son rapproche- ment et son éloignement du tube 1. En position opposée à l'outil d'entaille 7, par rapport à l'axe de rotation et d'avance du tube 1, est disposé l'outil de production d'ailettes ou de déformation et de soulè- vement de la portion découpée. Ledit outil 10 est fixé à un support 11 solidaire d'un système de guidage coulissant 12 qui permet le déplacement de l'outil 10 pour son rapproche- ment et son éloignement du tube 1. Les outils pour l'entaille 7 et la production d'ailettes 10 sont disposés de manière à ce que le tube 1 soit d'abord entaillé et que successivement les portions détachées soient déformées et soulevées, afin de former les ailettes. Le procédé de fabrication de tubes à ailettes, objet de la présente invention, consiste à introduire le tube 1 à munir -8- d'ailettes, dans le trou 2 de la douille de guidage 3. Successivement, les deux outils d'entaille 7 et de soulève- ment 10 sont réglés de manière à ce qu'ils soient placés en position opposée et en contact avec la surface externe du tube 1. On fait ensuite tourner le tube 1 le long de son axe et on le fait avancer axialement à une vitesse correspondan- te au pas de l'ailette désirée. Tandis que le tube est en rotation, l'outil d'entaille 7 est poussé contre le tube suivant un segment correspondant à la profondeur désirée de l'entaille. La hauteur des ailettes dépend de l'inclinaison de l'outil d'entaille par rapport à l'axe du tube. Le long de la surface externe du tube 1, on produit ainsi une entaille continue hélicoidale qui détache une portion de matière sans toutefois la détacher complètement. Par effet de la force d'entaille et de la pression exercée par l'outil de production d'ailettes 7, le tube 1 est dépla- cé axialement de manière à ce que l'outil 10 s'insère dans le sillon hélicoïdal d'entaille. Un tel déplacement axial est réglé par la forme elliptique du trou 2. L'outil 10 déforme et replie vers l'extérieur par rapport à la surface externe du tube 1, la portion de matière partiellement déta- chée du tube 1 en rotation, en formant l'ailettage hélicoi- dal continu du tube lui-même. Le tube 1 peut être en cuivre, en aluminium ou tout autre matière ductile et conductrice. 263126 9 -9- Revendications 1. Procédé de fabrication de tubes à ailettes à haut coefficient d'échange thermique o les ailettes sont obte- nues sur la surface du tube (1) par une entaille hélicoïdale d'une portion de matière, sans détachement complet de celle-ci, et déformation et repliage vers l'extérieur, par rapport à la surface externe du tube, de la portion dérivant de l'opération d'entaille, caractérisé par le fait que, durant l'opération de formation d'ailettes, le tube est maintenu en mouvement rotatif autour de son axe et en mouvement rectiligne parallèlement à son axe, avec un déplacement rectiligne axial correspondant au pas désiré de l'ailette; l'opération d'entaille est effec- tuée séparément de l'opération de déformation et de repliage vers l'extérieur de la portion découpée; les deux opérations d'entaille et de repliage sont opposées par rapport à l'axe du tube, et il est possible de déplacer le tube parallèlement à son axe de rotation sur une distance correspondant à la profondeur de l'entaille. 2. Procécé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube est guidé et soutenu par une douille munie de trou elliptique, o la différence entre les deux diamètres est égale -à la profondeur désirée d'entaille. 3. Procédé selon la revendication 2, ccaractérisé par le fait que la douille est munie d'une fente longitudinale en correspondance de laquelle est installé l'outil d'entaille. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens d'entaille et de déformation et repliage vers l'extérieur sont fixés sur des - 10 - systèmes de guidage coulissants qui permettent leur rappro- chement et leur éloignement du tube à munir d'ailettes. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les outils d'entaille et de formation d'ailettes sont placés en position opposée et sur le même axe par rapport au tube à munir d'ailettes. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les outils d'entaille et de formation d'ailettes sont placés en position opposée et séparés axialement d'une distance égale à au moins un..pas de l'entaille.