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La présente invention est relative à la fabrication d'é- changeurs de chaleur tubulaires du type à surface déployée et trise à établir un procédé de construction perfectionné, ainsi qu'un appareil perfectionné pour la mise en oeuvre de cette méthode, procédé et appareil à l'aide desquels un-tube métallique peut être pourvu extérieurement d'une ailette hélicoïdale continue .
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Selon l'invention, le procédé pour former sur un tube métallique une ailette métallique hélicoïdale extérieure consiste à appliquer de façon continue une bande de métal, par son bord, à un tube en rotation, à façonner ladite bande, à la température ambiante, de manière qu'elle forme une ailette hélicoïdale dont
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le bord intérieur est en contact avec le tube, et à réunir l'hélice ainsi constituée, par ledit bord intérieur, au moyen d'une soudureà l'arc, à la surface du tube.
Considérée sous un autre angle, l'invention permet d'établir un procédé pour appliquer une ailette métallique hélicoïdale à la face extérieure d'un tube métallique, ce procédé consistant : à guider une bande de métal de façon continue sous un angle d'in- clinaison hélicoïdal, de façon à mettre un de ses bords en contact avec l'extérieur du tube; à entraîner le tube en rotation ; à fixer l'extrémité antérieure ou d'amorçage de la bande, de façon ,lue cette dernière tourne solidairement avec le tube, de telle aorte que ladite bande soit.façonnée d'une manière continue en une hélice autour dudit tube, à la température ambiante ; età réunir le bord de la bande,qui est en contact avec le tube, par une soudure à l'arc, à la surface dudit tube.
Le bord intérieur de la bande est de préférence soudé au tube, sur une face de cette bande.Avantageusement, l'arête du- dit bord intérieur, sur laquelle la soudure est effectuée, est biseautée préalablement à l'application de ce bord contre la surface du tube-.
Il a été constaté que, pour réaliser l'opération de soudure, il était avantageux de monter le tube à rotation autour d'un axe vertical et d'opérer la soudure sur la face supérieure de l'ailette, de sorte que, dans le cas où le métal aurait tendance à s'écouler depuis le point où le soudage est en cours, cet écoulement se ferait vers le bas, le long de la partie du joint Soudé qui est encore à l'état chaud; ainsi, la formation du joint de soudure n'exige pas 'une attention extrême.
D'autre part, on peut monter le tube de façon qu'il tourne autour d'un axe horizontal et, soit appliquer l'électrode de soudure à un point de la surface de con- tact entre la surface du tube et le bord intérieur de la bande, en un endroit de cette surface où celle-ci est en descente,
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soit appliquer cette électrode en un point situé au sommet de la surface du tube, en prenant des dispositions appropriées en vue d'empêcher que le métal en fusion ne s'écoule le long de la ligne de,contact de ladite surface et du bord intérieur de la bande, en direction de la partie où la soudure n'a pas encore été opérée.
La présente invention vise en outre à établir un appareil pour former- sur un tube, d'une manière continue, une ailette métallique extérieure hélicoïdale, cet appareil comprenant : des moyens pour produire la rotation du tube; des moyens pour fixer l'extrémité d'amorçage de la bande de métal, de façon qu'elle tourne solidairement avec ce tube ; des moyens de contrainte pour. guider la bande suivant l'angle d'inclinaison hélicoïdal, de ma- nière à amener un de ses bords en contact avec l'extérieur du tube ; des moyens pour opérer un déplacement relatif entre lesdits moyens de guidage et le tube, dans le sens longitudinal de celui- ci, lesdits moyens agissant conjointement en vue de façonner la bande à la,température ambiante, de manière qu'elle tonne une ailette hélicoidale autour du tube;
et des moyens de soudage à l'arc, montés de. façon à se déplacer solidairement avec lesdits moyens de guidage et pouvant être ajustés de telle façon qu'au moins une électrode, supportée par ces.moyens, soit appliquéeà un point de contact du bord de la bande avec la surface du tube.
En combinaison avec lesdits moyens de guidage, l'appareil selon l'invention peut comporter des moyens pour bis.eauter le bord de la bande préalablement à son application à la surface du tube.
L'appareil est de préférence monté de façon à entraîner le tube en rotation autour d'un axe vertical et est conçu de telle manière que l'électrode de soudure soit appliquée à la jonction entre la surface du tube et la face supérieure de l'ailette.
Les caractéristiques de l'invention énumérées ci-dessus, ainsi que d'autres, seront mieux comprises à la lecture de la description
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qui suit, et qui est donnée à titre d'exemple, du procédé selon l'invention et d'un mode de réalisation de l'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, cette description se reportant aux dessins'schématiques annexés, dans lesquels : la,figure 1 est une vue d'élévation de l'appareil ; la figure 2 est une vue d'une partie de l'appareil en regar- dant dans le sens de la flèche II dessinée dans la fig. 1; la figure 3 est une vue partielle en élévation, à une plus grande échelle, suivant la ligne III-III de la fig. 1;
la figure 4 est une vue partielle en élévation, également à plus grande échelle, suivant la ligne IV-IT de la fig. 1.
L'appareil représenté dans ces figures est capable de former sur un tube métallique, à la température ambiante,, une ailette hélicoïdale continue, soudée à ce tube, ce tube et cette ailette présentant des dimensions importantes, en vue de résister aux pressions- intérieures%, L'appareil selon l'invention permet, par exemple, d'appliquer à un tube d'acier ayant un diamètre extérieur de 2 pouces, et sans chauffer la bande utilisée à cet effet, une ailette hélicoïdale en acier ayant une épaisseur de l'ordre de 1/8 de pouce et une:largeur, mesurée dans le sens radial du tube; de l'ordre de 1/2 pouce à 1 pouce-.
On a constaté que, pour éviter toute rupture dans la bande . de métal lors de l'enroulement en hélice de celle-ci autour d'un tube d'undiamètre aussi réduit, il était avantageux d'employer une bande d'acier ayant une résistance à la traction de l'ordre "de 22-26 tonnes par pouce carré.
L'appareil représenté ici appartient, de façon générale, à la catégorie des tours, cet appareil étant de préférence monté verticalement et étant pourvu d'un mandrin (non représenté), dans lequel une extrémité du tube d'acier 1 est serrée de façon à assurer la rotation du tube, cet appareil comprenant en outre un chariot 2 sur lequel sont montés, d'une part, les moyens de con-
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trainte destinés à guider la bande métallique 3 et, d'autre part,: des moyens de soudage à l'arc, ledit chariot pouvant être déplacé axialement par rapport au tube 1 au moyen d'une vis- mère 4. Un dispositif pour le soudage à l'arc est monté sur un chariot' transversal 5 qui se déplace transversalement par rap- port à l'axe du tube,au moyen d'une vis 6 manoeuvrable à l'aide d'un volant à main 7.
Lorsque l'appareil est monté dans le sens vertical, il est recommandé d'équilibrer le poids du chariot 2 et des organes qui le supportent, par exemple à l'aide d'un contrepoids monté sur un câble ou sur une chaîne passant sur des poulies prévues à l'extrémité supérieure de .l'appareil, afin d'éviter dans l'opé.. ration de soudage, des irrégularités dues à un jeu dans les glissières (non représenté) des chariots 2, ainsi qu'entre les surfaces de contact de ce chariot et de la vis-mère 4.
Le tube 1 est supporté sur le chariot 2 à l'aide d'un bloc 8 et d'un sommier,complémentaire à ce bloc et fixé à celui-ci à l'aide de vis 10; ce bloc et ce sommier déterminent conjointe- ment un orifice circulaire dans lequel-le tube 1 est supporté à rotation, bien que, d'une façon ferme., A une certaine distance du bloc à sommier 8,9 est prévu un bloc d'appui 11 pourvu d'une cavité semi- circulaire dans laquelle prend appui le tube 1, le bloc 11 présentant en outre une face plane 12, orientée oblique- ment par rapport à l'axe du tube 1, en formant avec celui-ci un angle correspondant à l'angle d'inclinaison de l'hélice qu'il s'agit de former, par exemple un angle de l'ordre-de 40-60. Une- plaque amovible 15, est fixée à ladite face oblique- à l'aide de vis 13,
avec interposition d'une lama d'espacement intermédiaire 14 dont l'épaisseur corresponde à celle de la bande 3.
Connue montré dans les figs. 1 et 4, la face oblique 12 du bloc de support 11 et la face opposée de la plaque 15 supportent respectivement les deux faces de la bande 3, dans un sens perpen-
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diculaire à l'axe du tube, lorsque ladite bande est mise en contact avec le tube par l'intermédiaire de galets dresseurs habituels 16 (fige 1), cette bande venant d'une bobine ou couronna (non représentée). En outre, l'arête supérieure de la plaque 15 est échancrée, comme montré dans la fig. 3,, de manière à laisser une saillie 17 dirigée vers le haut, qui sert à guider la partie initiale de la première spire 18 de l'hélice et à façonner cette partie de la spire. A cette.fin, la surface de la saillie 17, opposée au bloc 11, est convenablement biseautée, comme montré dans la fig. 1.
Lorsque la plaque 15 possède une épaisseur im- portante, sa surface qui entoure l'évidement semi-circulaire 19 est biseautée, comme indiqué en 20 dans la fig. 3, de manière à . supporter une partie de la spire 18 de l'hélice en cours de for- mation.
La bande 3 est d'abord amenée à s'enrouler en hélice à la tenu pérature ambiante (c'est-à-dire sans chauffage) autour du tube 1, par une méthode qui consiste à fixer l'extrémité 21 de cette bande au 'tube, par exemple en serrant sur ce dernier un toc 22 et en fixant ladite extrémité d'amorçage 21 à celui-ci par un boulon 23.- Il , est cependant bien entendu qu'aussitôt qu'une Ion-' gueur adéquate de bande enroulée en hélice a été soudée au tube,,, la fixatif par le toc devient superflue.
A son approche, du tube, la bande 2 est supportée par son bord au moyen d'une lame de guidage 24 faisant partie d'une série de lames de-* guidage interchangeables 24 (fig.. 4) .fixées 'entre le bloc 11 et la plaque 15 par une vis 25, la dimension de cette. bande de garage, mesurée perpendiculairement à l'axe du tube, étant complémentaire de la largeur de la bande 3. En d'autres termes, Indisposition est telle que la somme représentée par la longueur du rayon du tube, la largeur de la bande 3 et la largeur de la lame 24 est constante et est toujours égale à la distance entre l'axe du tube et le bord adjacent de la lama d'es- pacement 14.
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Le bord de la lame 3 est de préférence soumis à une opéra- tion de biseautage pendant son passage entre l'appareil dres- seur 16 et le point où il entre en contact avec le tube. A cette fin, des outils, constitués par deux lames tranchantes 26 inter- venant successivement, sont montés dans un bloc 27 supporté conve- nablement par rapport-au bloc d'appui 11.
Pour le cas où il serait indiqué de supporter plus efficace- ment la spire en cours de formation, et comme montré dans la fig. 1, on peut prévoir une languette 28 pourvue d'une tige qui s'engage dans un trou convenablement situé du bloc 11 et qui est fixée à l'aide d'un écrou 29.
Le dispositif de soudage à l'arc, représenté schématiquement sous la forme d'une tête soudeuse 30 dans la fig. 1, est monté à déplacement angulaire sur un arbre 31 fixé au chariot trans- versal 5. Ce montage est réalisé au moyen d'un manchon fendu 32 muni de pattes 33 à l'aide desquelles il peut être serré sur le bras 31 au moyen de boulons 34, ce manchon portant une potence 35 sur laquelle est monté un bâti 36 à position réglable, tant dans le sens longitudinal que dans le sens radial, par rapport à l'axe de l'arbre 31. Comme montré dans les dessins, le système de réglage comporte un excentrique 37 monté à rotation autour d'un pivot 38 solidaire de la potence 35 et muni d'une fente radiale 39 dans laquelle est engagé un boulon 40 portant le bâti 36.
On voit clairement.que l'on peut régler la position du bâti 36 dans des limites très étendues en imprimant à l'excentrique 37 des déplacements angulaires appropriés autour du boulon 38, tout -en déplaçant le boulon 40 dans la fente 39 et en imprimant au bâti 36 des déplacements angulaires autour de l'axe de ce dernier boulon. Pour soutenir l'excentrique 37 et pour permettre un ré- glage fin de la position de celui-ci, l'invention prévoit une vis 41 qui entre en contact avec l'extrémité inférieure de cet excen-
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trique et qui est montée dans un bras 42 fixé à la potence 35.
Le réglage de l'appareil de soudure à l'arc est effectué de telle manière que l'extrémité d'un fil à souder, amené à traverser automatiquement la tête soudeuse 30 et venant d'une bobine d'ali- mentation (non représentée) portée par un bras 43 solidaire du bâti 36, est appliqué au point de contact entre le bord intérieur de la bande 3 et la surface du tube 1, ce point étant indiqué par les flèches X dans les figs. 1 et-4.
On voit que, si l'appareil est disposé de façon que le tube
1 tourne autour d'un axe vertical, si la rotation s'opère de droite à gauche, en considérant la vue d'élévation de la fig. 1 et si'le joint soudé se forme au point X, le métal en excès aura tendance à s'écouler le long du joint déjà produit, de sorte que la soudure continue ainsi réalisée est d'une qualité uni- forme et n'est pas affectée défavorablement par le fait que des portions de métal en fusion s'écoulent en s'éloignant du joint déjà produit, de façon que le bourrelet de soudure vienne ensuite se superposer à ce métal, comme cela pourrait se produire dans le cas où le tube serait monté sur un axe horizontal et où la soudure serait pratiquée à la partie supérieure de ce tube.
On a constaté qu'en utilisant le procédé et l'appareil décrit ci-dessus, il était possible de former, à la température, ambiante, une ailette d'acier hélicoïdale continue présentant une grande épaisseur et une dimension radiale importante,. sur un tube d'acier d'un diamètre relativement réduitecela'au moyen d'une soudure continue d'une bonne qualité uniforme et sans gon- . dolement de l'ailette, les spires successives de cette dernière étant espacées de façon uniforme et étant constamment perpendicu- laires à l'axe du tube.
Le procédé et l'appareil établis grâce à la présente inven- tion offrent l'avantage de permettre un façonnage à froid, c'est- à-dire à la température ambiante, d'une ailette dont le bord
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extérieur est plus mince que son bord appliqué contre le tube, ce qui améliore l'efficacité de la transmission thermique par cette ailette.
Grâce au fait que le joint de soudure est situé sur une arête de la. surface du bord intérieur de la bande, l'ensemble offre une certaine flexibilité, laquelle, comme on l'a constaté dans la pratique, suffit pour empêcher une dilatation non uniforme du tube et de l'ailette hélicoïdale continue.
L'opération de soudure continue peut avoir pour résultat la formation de légères ondulations hélicoïdales sur la surface intérieure du tube, ondulations qui, comme on Ida constaté, améliorent la transmission de la chaleur depuis l'intérieur et tendent à empêcher la formation, dans le fluide, qui traverse le tube, d'une couche périphérique plus froide, entourant un noyau intérieur, d'une température plus élevée. On a constaté dans la pratique que la profondeur et l'emplacement de ces ondu- lations dépendant dans une certaine mesure de la température et de la position du joint de soudure continu et, par conséquent, peuvent être déterminées à volonté.
Si l'on désire empêcher la formation d'ondulations et obtenir une surface intérieure unie, il suffit de régler convenablement le processus de soudage. Le tube et la bande métallique qui cons- titue l'ailette hélicoïdale peuvent être établis en acier doux ou en tout autre métal ..soudable.
REVENDICATIONS.
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