Procédé de fabrication d'un tube à ailettes et tube obtenu par ce procédé Le présent brevet comprend un procédé de fabri cation d'un tube à ailettes, par exemple un tube métallique pour échangeur de chaleur. Il comprend également un tube obtenu par ce procédé.
Jusqu'à présent on a proposé de fabriquer des tubes à ailettes en laminant la surface extérieure d'un tube préformé soit annulairement, hélico1idale- ment, ou linéairement pour former dans celui-ci une ou plusieurs rainures pour la réception d'ailettes dont la profondeur représente une partie sensible de l'épaisseur de la paroi du tube.
Cependant, avec des rainures entaillées aussi profondément, la résis tance du tube après que les ailettes ont été appli quées et serties dans la ou les rainures, déterminée par la plus mince section transversale de la paroi, n'est représentée que par la profondeur radiale de la matière entre sa périphérie intérieure et le fond de la rainure. Le reste du métal du tube situé radialement à l'extérieur du fond de la rainure est en effet excessif et superflu pour autant qu'il s'agisse de l'augmentation de la résistance à la traction du tube.
De plus, le cintrage d'un tube à ailettes tel que fabriqué par le procédé connu n'est pas pratique et n'est pas réalisable sans élargir quelque peu les rainures des ailettes du tube à sa courbure exté rieure, relâchant ainsi les ailettes, étant donné que c'est la paroi de plus faible épaisseur aux fonds et au-dessous des fonds des rainures qui se cintre d'abord. Ces considérations sont applicables même si l'ailette sertie est encore maintenue dans la rai nure, par exemple par fusion.
Le procédé que comprend le présent brevet a pour but de fournir un tube à ailettes ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Dans ce procédé des paires de nervures faisant saillie radia- lement sont formées sur la périphérie extérieure du tube par une opération de laminage faisant ressortir la matière du tube, les deux nervures d'une paire étant espacées axialement l'une de l'autre par une rainure de réception d'ailette et les paires succes= sives de nervures étant espacées axialement les unes des autres,
les ailettes étant ensuite fixées dans lesdites rainures de réception.
Ce procédé est caractérisé selon l'invention en ce qu'on forme les nervures, la rainure de réception et l'espace intermédiaire entre les paires de nervures simultanément par laminage à l'aide d'au moins trois disques adjacents axialement, ces disques venant simultanément en prise avec le tube et ayant des parties actives dont les largeurs sont celles des largeurs désirées de la rainure et de l'espace inter médiaire, et en ce qu'on fixe les ailettes disposées dans les rainures ainsi formées au moyen d'au moins deux disques dont les parties périphériques sont légèrement espacées axialement l'une de l'autre,
ces disques situés des deux côtés de l'ailette déformant simultanément les nervures contre l'ailette.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du tube à ailettes fai- sant l'objet d'une des inventions et illustre, égale ment à titre d'exemple, des mises en #uvre du procédé pour la fabrication de ce tube.
Les fig. 1 et 2 sont des vues fragmentaires par tiellement brisées et en coupe diamétrale montrant deux formes de tube à ailettes dans lesquelles les ailettes sont respectivement planes et hélicoïdales.
La fig. 3 est une coupe axiale à une plus grande échelle illustrant une mise en oeuvre du procédé. La fig. 4 est une coupe axiale à encore plus grande échelle d'un détail d'une autre mise en aeuvre du procédé.
La fig. 5 est une coupe semblable à celle de la fig. 4 illustrant des variantes de mises en oeuvre du procédé.
Les fig. 6 et 7 sont des coupes axiales partielles montrant des variantes du procédé comportant une opération de fusion pour la fixation des ailettes.
Les fig. 9, 8, 10 et 11 sont des vues montrant différentes manières d'appliquer des disques d'ailette à un tube nervuré dans la fabrication d'un tube tel que représenté à la fia. 2, du type à ailettes parallè les annulaires.
La fig. 1, représente, en cours de formation une forme d'exécution du tube dans lequel les ailettes 15 ont la forme de disques plats fendus et présentant une ouverture centrale et disposés perpendiculaire ment par rapport au tube 16 tandis que la fig. 2 montre un tube à ailettes 18 dans lequel les ailettes 19 sont formées par les spires successives d'une bande disposée hélicoïdalement autour du tube 20.
Comme représenté à la fig. 3, les ailettes 15 fixées au tube 22 sont représentées sous forme de mïnces disques annulaires (fig. 1) mais elles pour raient être hélicoïdales comme représenté à la fig. 2. Pour recevoir ces ailettes, la périphérie extérieure du tube 20 est laminée en vue de fournir des paires de nervures 23 rapprochées faisant saillie radialement, et formant une rainure 24 de réception d'ailettes de faible largeur axiale entre elles.
Comme représenté à la fig. 3, les paires successives de ces nervures sont espacées pour fournir un espacement axial cor respondant des ailettes successives 15. Ceci est réa lisé en utilisant un disque de laminage de rainure 26 relativement mince avec des disques de laminage de nervure 27, 28, relativement épais, montés fixes de chaque côté du disque 26.
Ainsi la surface périphérique de laminage du disque 26 forme la rainure 24 entre une paire de nervures 23 qui ont été laminées de chaque côté de cette rainure par les surfaces périphériques adja centes 29 des disques 27, 28. Ces derniers forment des rainures 30 plus larges qui séparent les paires successives des nervures parallèles. Lors de forma tion de nervures préliminaires par les disques 26, 27, 28 la périphérie extérieure et l'épaisseur de paroi du tube 22 sont réduites légèrement à partir de la dimension A d'épaisseur radiale primitive.
L'effet du laminage produisant les nervures radiales 23 faisant saillie circonférentiellement sans pour autant entail ler le tube 22, est expliqué plus loin.
Les nervures 23 étant ainsi formées des disques plats tels que représentés aux fig. 8 à 11 sont insé rés dans les rainures 24 et les nervures 23 sont ensuite laminées pour sertir le disque. Dans le cas d'ailettes hélicoïdales, une bande est enroulée dans la rainure 24. Cette opération de laminage est réa lisée- par des disques de laminage spéciaux comme représenté aux fig. 4 et 5 et décrit ci-après.
Ce procédé permet de déterminer le diamètre effectif minimum des deux nervures ainsi que la résistance et la hauteur des nervures qui serrent par la suite la base de l'ailette.
Dans le cas de la fabrication d'un tube à ailettes hélicoïdales le pas P donné à la machine de lami nage est égal à la somme des épaisseurs du disque de rainurage 26 et d'un disque de laminage de nervure.
Les fia. 4 et 5 illustrent des opérations différen tes pour laminer les nervures 23 à leur contour final de sertissage comme désigné en 23'. Ainsi, dans la fig. 4, il y a deux disques de laminage 32, 33 butant axialement l'un contre l'autre et montés sur un axe commun, avec un espace libre 34 entre leurs sur faces centrales en contact et leurs périphéries exté rieures. Une surface de déformation 35 intérieure, annulaire et venant en prise avec la nervure est prévue sur le disque 32 qui présente une inclinaison telle qu'elle provoque un cintrage axial vers la droite (fig. 4) de la nervure 23'.
D'autre part, la surface correspondante 36 de l'autre disque 33 est dégagée ou légèrement concave et les deux disques présen tent radialement à l'intérieur des surfaces 35 et 36 des épaulements 37 arrondis servant à retenir ou stabiliser l'ailette, ces épaulements s'engageant de façon coulissante avec l'ailette 15 à l'extérieur des nervures 23.
Ainsi, l'ailette étant sertie par les disques de laminage 32, 33 de la fig. 4, elle est cintrée ou bombée dans la zone annulaire 38 de sa périphérie intérieure et l'ailette est bloquée entre les nervures déformées 23'.
La fig. 5 montre une autre disposition pour la fixation de l'ailette. Ici, 40 désigne une ailette (soit plate, soit hélicoïdale) qui comporte à sa base ou périphérie intérieure un bord recourbé 41 s'étendant dans une direction axiale. Dans une variante, l'indice de référence 42 indique une autre ailette présentant un bourrelet 43 à sa périphérie intérieure. Pour la fixation de ces ailettes, on utilise des disques oppo sés 44, 45 qui sont semblables et présentent des épaulements annulaires 46 de stabilisation et d'enga gement avec l'ailette.
D'autres variantes représentées à la fig. 5 com prennent une ailette 48 présentant une série d'ouver tures annulaires 49 s'étendant axialement percées au voisinage de sa base et dans lesquelles la matière des nervures 23 est forcée ou déformée pendant le laminage. On peut également utiliser d'autres ailettes dont l'une représentée en 50 est de section trapé zoïdale à partir d'une base relativement épaisse ;
une autre, désignée par 51, est laminée annulaire ment dans une zone 52 vers l'extérieur de sa péri phérie pour fournir ainsi un blocage au moyen duquel la matière des nervures est emboîtée lorsque celles-ci sont finalement laminées en place.
La fig. 5 montre en coupe une variante de dis ques de laminage 54, 55 présentant un jeu radial continu 56 par rapport à l'ailette 50 (ou une ailette quelconque, par exemple type 40, 42, 48 et 51) pendant le laminage de celle-ci.
Bien qu'il soit préférable de réaliser un tube à ailette hélicoïdale, l'application continue de l'ailette hélicoïdale à partir d'une bande continue étant la plus économique, on peut également obtenir des tubes à ailettes plates, annulaires. Ainsi, selon la forme d'exécution de la fig. 8, les ailettes 60 sont plates et d'un contour rectangulaire présentant des encoches 61 partant de leurs centres jusqu'à un bord extérieur de celles-ci, ces encoches étant suffi samment larges pour chevaucher et s'adapter dans la rainure 24. Des ailettes successives 60 ont leurs fentes décalées angulairement comme représentées en traits plein et pointillé à la fig. 8.
La fig. 9 montre une variante d'ailette 62 de contour circulaire présentant une fente semblable 63. Les fig. 10 et 11 respectivement représentent des ailettes circulaires et rectangulaires 64 et 65, chacun présentant une ouverture centrale 66 partiellement circulaire s'adaptant de façon serrée à la rainure 24, et une autre ouverture 67, partiellement circulaire, qui coupe l'ouverture 66 et présente un rayon plus grand, suffisant pour permettre aux ailettes 64, 65 d'être glissées en place axialement sur le tube et ensuite d'être engagée avec la rainure dans l'ouver ture 66 plus petite.
Dans le cas où l'on désire un contact par fusion entre l'ailette et le tube, l'ailette 68 (fig. 6) peut être recouverte de matière de fusion 69 des deux côtés de celle-ci dans 1a zone annulaire joignant sa périphérie intérieure ou base. Cette matière est fondue après que l'ailette a été fixée par sertissage des nervures 23 de la manière décrite plus haut.
La fig. 7 montre une variante dans laquelle une ailette 70 est fixée par de la matière fondue 71 entre sa base et le fond de la rainure 24 après que les nervures 23' ont été serties en place: La matière 71 peut être un mince fil de métal fusible entourant le fond de la rainure entre les ailettes. La fusion peut être réalisée en chauffant le tube par chauffage à induction.
Method of manufacturing a finned tube and tube obtained by this process The present patent comprises a process for manufacturing a finned tube, for example a metal tube for a heat exchanger. It also includes a tube obtained by this process.
Heretofore it has been proposed to manufacture finned tubes by laminating the outer surface of a preformed tube either annularly, helically, or linearly to form one or more grooves therein for receiving fins, the length of which is formed. depth represents a substantial part of the thickness of the tube wall.
However, with grooves notched this deep, the strength of the tube after the fins have been applied and crimped into the groove (s), determined by the thinnest cross section of the wall, is only represented by the radial depth. material between its inner periphery and the bottom of the groove. The rest of the metal of the tube located radially outside the bottom of the groove is in fact excessive and superfluous in so far as it concerns the increase in the tensile strength of the tube.
In addition, bending a finned tube as manufactured by the known method is impractical and not achievable without somewhat widening the grooves of the fins of the tube at its outer curvature, thereby releasing the fins. since it is the thinner wall at the bottom and below the bottom of the grooves that bends first. These considerations apply even if the crimped fin is still held in the groove, for example by fusion.
The object of the process which the present patent comprises is to provide a finned tube which does not have the drawbacks mentioned above. In this process pairs of radially protruding ribs are formed on the outer periphery of the tube by a rolling operation bringing out the material of the tube, the two ribs of a pair being axially spaced from each other by. a fin receiving groove and the successive pairs of ribs being axially spaced from each other,
the fins then being fixed in said receiving grooves.
This method is characterized according to the invention in that the ribs, the receiving groove and the intermediate space between the pairs of ribs are formed simultaneously by rolling using at least three axially adjacent discs, these discs coming from simultaneously engaged with the tube and having active parts whose widths are those of the desired widths of the groove and of the intermediate space, and in that the fins arranged in the grooves thus formed are fixed by means of at least two disks whose peripheral parts are slightly spaced apart axially from one another,
these discs located on both sides of the fin simultaneously deforming the ribs against the fin.
The accompanying drawing shows, by way of example, several embodiments of the finned tube forming the subject of one of the inventions and illustrates, also by way of example, implementations of the process for the manufacture of this tube.
Figs. 1 and 2 are fragmentary views partially broken away and in diametral section showing two forms of finned tube in which the fins are planar and helical, respectively.
Fig. 3 is an axial section on a larger scale illustrating an implementation of the method. Fig. 4 is an axial section on a still larger scale of a detail of another implementation of the method.
Fig. 5 is a section similar to that of FIG. 4 illustrating variant implementations of the method.
Figs. 6 and 7 are partial axial sections showing variants of the method comprising a melting operation for fixing the fins.
Figs. 9, 8, 10 and 11 are views showing different ways of applying fin discs to a ribbed tube in the manufacture of a tube as shown in fig. 2, of the type with fins parallel to the annulars.
Fig. 1, shows, in the course of formation, an embodiment of the tube in which the fins 15 have the form of flat split discs having a central opening and arranged perpendicular to the tube 16, while FIG. 2 shows a finned tube 18 in which the fins 19 are formed by successive turns of a strip disposed helically around the tube 20.
As shown in fig. 3, the fins 15 fixed to the tube 22 are shown in the form of small annular discs (fig. 1) but they could be helical as shown in fig. 2. To receive these fins, the outer periphery of the tube 20 is rolled in order to provide pairs of closely spaced ribs 23 projecting radially, and forming a groove 24 for receiving fins of small axial width between them.
As shown in fig. 3, successive pairs of these ribs are spaced to provide a corresponding axial spacing of successive fins 15. This is accomplished by using a relatively thin groove rolling disc 26 with relatively thick rib rolling discs 27, 28. , mounted fixed on each side of the disc 26.
Thus the peripheral rolling surface of the disc 26 forms the groove 24 between a pair of ribs 23 which have been rolled on either side of this groove by the adjacent peripheral surfaces 29 of the discs 27, 28. These latter form wider grooves 30. which separate successive pairs of parallel ribs. When forming preliminary ribs by the discs 26, 27, 28 the outer periphery and the wall thickness of the tube 22 are reduced slightly from the dimension A of primitive radial thickness.
The effect of rolling producing the radial ribs 23 protruding circumferentially without however notching the tube 22 is explained below.
The ribs 23 thus being formed of flat discs as shown in FIGS. 8 to 11 are inserted into the grooves 24 and the ribs 23 are then rolled to crimp the disc. In the case of helical fins, a strip is wound in the groove 24. This rolling operation is carried out by special rolling discs as shown in fig. 4 and 5 and described below.
This method makes it possible to determine the minimum effective diameter of the two ribs as well as the resistance and the height of the ribs which subsequently clamp the base of the fin.
In the case of manufacturing a tube with helical fins, the pitch P given to the laminating machine is equal to the sum of the thicknesses of the grooving disc 26 and of a rib rolling disc.
The fia. 4 and 5 illustrate different operations for rolling the ribs 23 to their final crimping contour as designated 23 '. Thus, in fig. 4, there are two rolling discs 32, 33 abutting axially against each other and mounted on a common axis, with a free space 34 between their central surfaces in contact and their outer peripheries. An inner, annular, rib-engaging deformation surface 35 is provided on the disc 32 which has such an inclination as to cause axial bending to the right (Fig. 4) of the rib 23 '.
On the other hand, the corresponding surface 36 of the other disc 33 is free or slightly concave and the two discs present radially inside the surfaces 35 and 36 with rounded shoulders 37 serving to retain or stabilize the fin, these shoulders slidably engaging with fin 15 outside ribs 23.
Thus, the fin being crimped by the rolling discs 32, 33 of FIG. 4, it is bent or convex in the annular zone 38 of its inner periphery and the fin is blocked between the deformed ribs 23 '.
Fig. 5 shows another arrangement for fixing the fin. Here, 40 denotes a fin (either flat or helical) which has at its base or inner periphery a curved edge 41 extending in an axial direction. In a variant, the reference index 42 indicates another fin having a bead 43 at its inner periphery. For fixing these fins, opposing disks 44, 45 are used which are similar and have annular shoulders 46 for stabilization and engagement with the fin.
Other variants shown in FIG. 5 comprises a fin 48 having a series of axially extending annular openings 49 drilled in the vicinity of its base and into which the material of the ribs 23 is forced or deformed during rolling. It is also possible to use other fins, one of which shown at 50 is of zoidal trapezoidal section from a relatively thick base;
another, designated 51, is annularly laminated in an area 52 outwardly of its periphery to thereby provide a lock by which the material of the ribs is interlocked when the ribs are finally rolled into place.
Fig. 5 shows in section an alternative rolling disc 54, 55 having a continuous radial clearance 56 with respect to the fin 50 (or any fin, for example type 40, 42, 48 and 51) during the rolling thereof. this.
Although it is preferable to make a helical fin tube, the continuous application of the helical fin from a continuous strip being the most economical, flat, annular finned tubes can also be obtained. Thus, according to the embodiment of FIG. 8, the fins 60 are flat and of a rectangular outline having notches 61 extending from their centers to an outer edge thereof, these notches being wide enough to overlap and fit into the groove 24. Successive fins 60 have their slots angularly offset as shown in solid and dotted lines in FIG. 8.
Fig. 9 shows a variant of fin 62 of circular contour having a similar slot 63. FIGS. 10 and 11 respectively show circular and rectangular fins 64 and 65, each having a central partially circular opening 66 tightly fitting the groove 24, and another partially circular opening 67 which intersects the opening 66 and has a larger radius sufficient to allow the fins 64, 65 to be slid in place axially on the tube and then to be engaged with the groove in the smaller opening 66.
In the event that fusion contact between the fin and the tube is desired, the fin 68 (Fig. 6) may be covered with fusion material 69 on both sides thereof in the annular area joining its. inner periphery or base. This material is melted after the fin has been secured by crimping the ribs 23 in the manner described above.
Fig. 7 shows a variant in which a fin 70 is fixed by molten material 71 between its base and the bottom of the groove 24 after the ribs 23 'have been crimped in place: The material 71 may be a thin wire of fusible metal surrounding the bottom of the groove between the fins. Melting can be done by heating the tube by induction heating.