Façonnage de tubes à turbulences pour échangeurs thermiques

Abstract

 L'invention concerne un procédé de moletage hélicoïdal ou annulaire au défilé d'un tube à paroi mince sur machine standard de formage à froid à deux molettes, selon lequel le tube soumis au moletage est entraîné par les molettes le long d'un guide circulaire. On n'utilise, comme guide circulaire, qu'un mandrin ou «canon» cylindrique externe (8, 9, 10) dont la paroi pleine est échancrée en vis- à-vis des molettes (1, 2) et attaque le tube (7) à l'aide des molettes au travers de ces échancrures.
L'invention est applicable à la fabrication d'échangeurs thermiques.

Description

[0001] La présente invention concerne le façonnage de tubes minces à simple ou double paroi, en métaux ferreux et non ferreux destinés àla fabrication d'échangeurs de chaleur et autres systèmes de transfert de fluides avec brassage hélicoïdal ou turbulent.

[0002] Plus précisément, elle a pour objet un procédé de moletage hélicoïdal ou annulaire au défilé d'un tube à paroi mince sur machine standard de formage à froid à deux molettes, selon lequel le tube soumis au moletage est entraîné par les molettes le long d'un guide circulaire.

[0003] Différents procédés ont été proposés jusqu'ici pour la réalisation de tels tubes mais aucun d'eux ne donne entière satisfaction, soit qu'ils ne sont applicables qu'à des tubes de diamètre et de longueur limités, soit qu'ils ne permettent pas un façonnage en continu, soit qu'ils sont inaptes à la réalisation de rainures annulaires ou d'empreintes ayant le profil exact souhaité, soit qu'ils nécessitent des investissements importants pour la création de machines spécifiquement destinées à la fabrication en cause, à savoir des machines sophistiquées utilisant quatre galets de façonnage.

[0004] L'invention a pour but principal d'apporter un procédé de façonnage qui soit réalisable dans des conditions économiques et qui garantisse, en outre, l'exactitude des profils recherchés.

[0005] Ce but est atteint en ce sens que le procédé selon l'invention consiste à n'utiliser comme guide circulaire, qu'un mandrin ou "canon" cylindrique externe dont la paroi pleine est échancrée en vis à vis des molettes et à attaquer le tube à l'aide des molettes au travers de ces échancrures.

[0006] Ainsi, en n'adjoignant qu'un outillage simple à des machines standard dites de formage à froid à molettes, il est possible de réaliser :

- un façonnage calibré, sans limitation de profondeur des ondulations et sans limitation du nombre d'hélices ;

- un façonnage de tubes cuivre ou acier de toutes épaisseurs et de tous diamètres, sans problèmes spécifiques pour les tubes à parois minces ;

- un façonnage en continu, sans restriction de longueur et sans besoin d'outillage spécial annexe, tel que barre de traction ;

- un façonnage de rainures hélicoïdales ou annulaires, en procédant de la même manière et sans opération supplémentaire ,

ce que ne permet aucun procédé antérieur.

[0007] Dans un mode de mise en oeuvre préféré, le procédé selon l'invention consiste, en outre, à conférer une surface rugueuse au tube en donnant un état de`surface approprié aux molettes.

[0008] Cette rugosité de surface forme des mini-cavités qui augmentent la surface d'échange thermique. Ainsi, par exemple, dans les échangeurs gaz refrigérant/eau, ces mini-cavités provoquent, dans le gaz réfrigérant circulant à l'extérieur du tube, des turbulences favorables à l'échange thermique avec l'eau qui circule à l'intérieur du tube.

[0009] Selon l'invention, les deux typés de forme façonnées, à savoir :

- les rainures hélicoïdales ou annulaires, et

- les aspérités externes bénéfiques aux échanges de chaleur,

peuvent être réalisées simultanément.

[0010] Le procédé permet, en outre, de façonner, en même temps, deux tubes de diamètres voisins engagés l'un dans l'autre pour obtenir un tube double paroi.

[0011] Ce genre de fabrication trouve son importance dans les échangeurs thermiques spéciaux utilisés dans la production d'eau chaude potable et qui emploient un fluide vecteur (caloporteur).

[0012] En effet, en France potamment, ces échangeurs doivent répondre à des normes de sécurité qui stipulent que la perforation de l'enveloppe du fluide vecteur ne doit, en aucun cas, permettre le contact entre ce fluide et l'eau potable et que la détérioration du dispositif d'échange doit se manifester de façon visible à l'extérieur de ce dispositif.

[0013] Le tube à double paroi réalisable selon l'invention répond parfaitement à cette exigence.

[0014] L'invention est décrite par référence aux dessins annexés dans lequels :

- la figure 1 est une vue de dessus en coupe partielle de l'outillage tel qu'il est monté sur une machine de formage à froid par molettes,

- la figure 2 est une vue en coupe prise selon la ligne AA ou BB de la figure 1,

- la figure 3 est une vue en coupe prise selon la ligne CC de la figure 1,

- la figure 4 est une vue en perspective à plus grande échelle de la surface du tube après façonnage, et

- la figure 5 est une vue similaire à la figure 3, montrant à plus grande échelle l'attaque des molettes sur le tube.

[0015] Si l'on se réfère aux figures 1, 3 et 5, on voit que le dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte deux molettes de formage motorisées 1 et 2 traditionnellement montées sur deux axes parallèles xx, yy dans un plan vertical, lesquelles molettes présentent :

- une zone conique de déformation progressive 3,

- une zone cylindrique de calibrage 4

- une zone conique de dégagement 5, et

- un profil usiné 6 correspondant exactement au profil souhaité sur le tube à façonner 7.

[0016] L'inclinaison en degrés de l'hélice réalisée sur chaque molette 1 et 2 est peu différente de l'angle d'hélice alpha α souhaité sur le tube à façonner 7.

[0017] Il est prévu, pour le tube 7, un guide circulaire se présentant sous la forme d'un mandrin ou "canon" 8-12 monobloc très rigide

- qui est situé dans un plan horizontal, entre les deux molettes 1, 2

- dont les parties "amont" 8 et "aval" 9 entourent le tube 7 respectivement à son entrée dans, et à sa sortie de, la machine, et

- qui est échancré dans sa partie centrale 10 en vis à vis des molettes 1 et 2, permettant ainsi à ces dernières d'at- teindre le tube 7 à déformer.

[0018] Les deux parties 11 et 12 du "canon" de guidage subsistant dans la zone centrale 10 assurent un maintien énergique du tube 7 en cours de façonnage, limitant ainsi au maximum l'ovalisation de ce dernier sous l'action de quatre forces concentriques qui s'équilibrent (figure 3) :

- F1 et F2 = actions des molettès

- F3 et F4 = actions du "canon" de guidage.

[0019] Comme il ressort des figures 2 et 3, le "canon" comporte, à sa partie inférieure, un support rigide 13 le rendant solidaire du bâti 14 de la machine.

[0020] Toute la surface de travail de chaque molette 1 et 2 est traitée par le procédé dit de grenaillage afin d'obtenir des micro-cavités 15 qui conférent à la molette un aspect rugueux. De plus, les parties saillantes de la zone de travail de chaque molette 1 et 2 présentent des stries 16 obtenues par une opération de moletage.

[0021] Le fonctionnement du dispositif est le suivant :

[0022] On introduit l'extrémité du tube 7 dans la partie 8 du canon tandis que tournent les molettes 1 et 2 autour de leur axe respectif xx et yy. Lorsque le tube 7 entre en contact avec les molettes 1 et 2, qui pénètrent à l'intérieur du canon, par les échancrures pratiquées dans la partie centrale 10 de ce dernier, la périphérie dudit tube se trouve successivement attaquée par les profils 3, 4, 6 et 5, qui entraînent le tube en rotation et le font progresser vers la partie 9 du canon, en y imprimant l'empreinte voulue. L'entraînement en rotation est amélioré par la rugosité et les striages de la surface de travail des molettes 1 et 2, en ce sens que l'on évite tout glissement du tube de nature à provoquer un chevauchement des hélices façonnées et un _"bourrage" du tube 7, bloquant ce dernier en rotation.

[0023] Le tube 7 façonné ressort de la machine, guidé par la partie 9 du canon. Il présente, selon le profil conféré aux molettes 1 et 2, une empreinte annulaire ou hélicoïdale profonde et sa périphérie reproduit faiblement les stries et rugosités de la surface de travail des molettes, sous la forme de stries et de micro-cavités correspondantes. Celles-ci confèrent au tube un état de surface propre à améliorer les échanges thermiques (échangeurs de chaleur) car la surface d'échange obtenue avec ce système est plus importante que celle d'un tube lisse de mêmes caractéristiques dimensionnelles.

[0024] De plus, ces rugosités provoquent des mini-turbulences au niveau de l'écoulement du fluide en contact avec cette surface amenant ainsi un coefficient d'échange thermique supérieur.

[0025] Comme il ressort de la description ci-dessus, le procédé selon l'invention tire essentiellement son originalité des modes de guidage et d'entraînement du tube à façonner qui permettent de façonner en une seule passe des empreintes hélicoïdales ou annulaires sur des tubes à simple ou double paroi sans limitation de longueur, tout en limitant le laminage du métal et l'altération de ses qualités physiques primitives.

Revendications

1- Procédé de moletage hélicoïdal ou annulaire au défilé d'un tube à paroi mince sur machine standard de formage à froid à deux molettes, selon lequel le tube soumis au moletage est entraîné par les molettes le long d'un guide circulaire, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à n'utiliser comme guide circulaire, qu'un mandrin ou "canon" cylindrique _ext_er- ne (8 ,9 ,10, 11, 12) dont la paroi pleine est échancrée en vis à vis des molettes (1, 2) et à attaquer le tube (7) à l'aide des molettes au travers de ces échancrures.

2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il consiste, en outre, à conférer une surface rugueuse au tube (7) en donnant un état de surface approprié (15, 16) aux molettes (1, 2).

3- Dispositif de guidage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il revêt la forme d'un mandrin ou "canon" cylindrique (8, 9, 10, 11, 12) présentant, dans une région intermédiaire (10) entre ses extrémités,deux échancrures en vis à vis, respectivement, des deux molettes (1, 2).

4- Dispositif de guidage selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans leur zone venant en contact avec le tube (7), les molettes (1, 2) ont une surface rugueuse (15, 16).

5- Tube issu du procédé selon la revendication 1 ou 2.

6- Application du procédé selon la revendication 1 ou 2, à la fabrication de tubes d'échangeurs thermiques.

Dessins