Procédé pour la fabrication d'un élément servant à transmettre la chaleur, élément fabriqué selon ce procédé, et dispositif pour la mise en #uvre de celui-ci. La présente invention comprend un pro cédé pour la fabrication d'un élément ser vant à transmettre la chaleur, un élément fabriqué selon ce procédé, et un dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci.
Il a été -établi qu'une grande vitesse de transmission de la chaleur entre des fluides de différentes températures se déplaçant .à l'in- té-rieur et à l'extérieur d'un tube peut être ob tenue par de grandes vitesses d'écoulement des dits fluides. Par exemple pour un tube conte nant,de l'eau chaude et sur lequel de l'air à plus basse température est envoyé, la vitesse de transmission de la chaleur -de l'eau à l'air augmente avec la vitesse de l'air passant sur la surface du tube.
Inversement, pour d!es tubes contenant de l'eau froide, et sur lesquels passent des gaz chauds, la chaleur est transmise à l'eau à une vitesse d'autant plus grande, que la vitesse des gaz chauds sur la surface des tubes est plus forte. De plus, il a été établi qu'il est avantageux d'utiliser des tubes de faible diamètre, et qu'une amélioration ap préciable de la transmission de chaleur est obtenue en disposant les tubes en zigzag. Il s'ensuit que pour une surface donnée et un écoulement d'air donné, la quantité de cha leur transmise dépend de la disposition des surfaces.
Il a été prouvé par expérience que, pour obtenir la meilleure transmission de chaleur dans des échangeurs de température de forme ordinaire, il est nécessaire d'utiliser des tubes de très faible diamètre, par exem ple de 1,5 mm. Mais pratiquement il est im possible d'employer de tels tubes, vu la très grande quantité qu'il en faudrait pour pro duire la surface nécessaire, .le nombre de joints et les difficultés de nettoyage. La pré sente invention a pour but de permettre d'é tablir des moyens autres que ces petits tubes, pour obtenir des vitesses de transmission de chaleur approximativement égales à celles qu'ils permettent de réaliser; elle comprend un procédé caractérisé en ce qu'on forme un ruban au moyen d'un fil enroulé en hélice, et en ce qu'on fixe ce ruban à la surface d'un tube en suivant une hélice de ce tube.
L'invention comprend aussi un élément caractérisé par un tube à la surface duquel est fixé, selon une hélice, un ruban formé au moyen d'un fil enroulé en hélice. Elle comprend enfin un dispositif caractérisé par des moyens pour former un ruban au moyen d'un fil enroulé en hélice, et par d'autres moyens pour enrouler ce ruban à la surface d'un tube, selon une hélice, et pour le fixer audit tube.
Le dessin annexé représente un tube pourvu de tiges radiales, et, à titre d'exem ple, une forme d'exécution d'un élément selon l'invention et un dispositif pour le fabri quer.
La fig. 1 est une vue à grande -échelle d'un tube pourvu extérieurement de tiges ra diales; La fig. 2 est un développement d'une par tie de la surface du tube; La fig. 3 est une vue encore à plus grande échelle d'une seule tige, et d'une par tie du tube; les flèches indiquent comment se transmet la chaleur de l'intérieur du tube à l'air de refroidissement qui circule à l'exté rieur dans les autres vues les flèches indi quent la direction de l'écoulement de l'air; La fig. 4 est une vue en élévation, grandeur naturelle, d'une partie de tube fa briqué conformément à la présente invention;
La fig. 5 en est une vue .en bout; La fig. 6 est une coupe selon la ligne VI-VI de la fig. 5; La. fig. 7 est une coupe transversale montrant le mode de fabrication du tube, et La fig. 8 est une coupe selon la ligne VIII-VIII de la fig. 7; La fig. 8a est une vue d'un détail im portant; La fig. 9 est, à plus petite échelle, une coupe verticale .d'une partie .du dispositif utilisé pour préparer le ruban de fil et l'ap-, pliquer sur le tube;
Les fig. 9a et 9b sont des vues et des coupes de détails; La fig. 10 est, .à plus petite échelle en core, une vue en élévation du dispositif com plet; La fig. 11 en est une vue de côté, et La fig. 12 est une vue en élévation ar rière, avec coupe suivant la ligne XII-XII de la fig. 11.
Dans ce dessin, et plus particulièrement dans les fig. 1 à 3, 1 est un tube sur lequel des tiges 2 sont disposées radialement, et qui est contenu dans une "enveloppe 3 reliée à. des conduits latéraux 4. On supposera que le tube est rempli d'eau chaude ou de vapeur devant être refroidie par un courant d'air qui est indiqué par des flèches et qui passe sur sa surface extérieure. Ce courant d'air est continuellement subdivisé par les tiges 2 dont. il absorbe la chaleur; celle-ci lui est trans mise par chaque tige de la manière indiquée par les flèches dans la fig. 3.
Il serait pratiquement impossible d'obte nir un tube avec une telle quantité de tiges, par exemple par moulage, tandis que le même effet peut être obtenu facilement avec l'élément fabriqué par le procédé selon l'in vention, qui va être décrit en référence aux fig. 4 à 8.
Dans ces figures, 1 est le tube à refroi dir et les éléments radiaux 2 sont obtenus en enroulant en hélice et @de champ sur le tube 1 une sorte de ruban 6 en fil de cuivre (ou autre matière bonne conductrice de la cha leur); ce ruban est constitué par un fil en roulé en hélice aplatie; l'hélice à section cir culaire ayant été reconnue moins efficace, la forme préférée de ce ruban est représentée à la fig. 8a.
On enroule ce ruban de champ sur le tube 1 en même temps qu'un fil de fixation 7 qui le traverse, après avoir soudé sur le tube l'extrémité dudit fil 7. La surface des spires qui vient en contact avec le tube est de préférence fraisée comme indiqué en 6a (fig. .8a), de manière à augmenter la. surface de transmission de la chaleur.
Le tube 1 peut aussi être pourvu de rai nures hélicoïdales formant un siège pour le bord rond du ruban 6, auquel cas l'opération de meulage de celui-ci n'est pas nécessaire. Après que le ruban a été enroulé en hélice sur toute la longueur du tube, l'extrémité libre du fil de fixation 7 estsoudée au tube 1, ce qui assure une très bonne fixation du ruban. Il est toutefois nécessaire, pour que la transmission de la chaleur soit parfaite, de souder finalement le ruban au tube au moyen de soudure s (fig. 5 et 6).
Ceci peut être effectué par étamage, c'est-à-dire en trempant tout le tube dans de la soudure: mais celle-ci est coûteuse, et une grande -éco nomie, de même qu'une efficacité encore un peu plus grande peuvent être obtenues en se limitant au soudage des spires du ruban 6 sur le tube 1. Cette opération peut être effec tuée en enroulant entre les spires du ruban et sur le tube, un fil de soudure provenant d'une bobine, par exemple en même temps que le ruban lui-même, ainsi que cela sera expliqué clairement ci-après; l'extrémité du fil de soudure, qui est mou, peut aisément être pincée sous l'extrémité du fil de fixa tion 7.
Après avoir enroulé sur le tube le ruban 6 et le fil de soudure, ci celui-ci est. en étain, ou en plomb et en étain, on plonge le tout dans de l'eau à décaper, puis on l'égoutte, on le place en position verticale dans un mou fle, -et on chauffe le tube un peu au-dessus (lu point de fusion de la soudure, celle-ci s'écoule alors le long du tube; mais il en reste aux endroits où le ruban 6 s'appuie sur celui-ci, ce qui est précisément ce que l'on désire. Pour souder de manière satisfaisante de cette façon, il est important que le tube soit chauffé depuis l'intérieur, de manière que les gaz chauds ne viennent pas en contact avec le ruban de fil et avec le décapant.
Il est également important que le tube soit plus chaud que-le ruban, et que les parties exté rieures :de celui-ci soient au-dessous du point de fusion de la soudure.
Il a été possible de former un chalumeau à l'extrémité d'un long tube qui peut être in troduit dans le tube 1; la flamme de ce cha lumeau brûle à l'intérieur du tube 1 ,dont une partie est portée à. la température dé sirée.
Ce long brûleur tubulaire peut être uti lisé .de la manière suivante: Le tube auquel doit être soudé le ruban enroulé est passé sur le brûleur jusqu'à ce que ce dernier fasse légèrement saillie au-dessus de lui. Le gaz et l'air sont :alors amenés au chalumeau et s'al lument au contact de la flamme veilleuse; le tube 1 est alors soulevé lentement; la flamme du chalumeau, à l'extrémité -de celui-ci, chauffe ainsi d'une extrémité à l'autre le tube 1 sur lequel le ruban se soude au fur et à mesure que le tube s'élève. Dès que l'ex trémité inférieure de celui-ci dépasse le cha lumeau, le gaz et l'air amené à ce dernier sont coupés et l'opération est terminée.
Chauffé de cette manière, le fil de sou dure fond et la soudure se loge aux endroits où le ruban s'appuie sur le tube, tout excé dent de soudure qui n'est pas retenu par ca pillarité s'écoulant le long .du tube et s'é chappant finalement à l'extrémité de celui-ci.
Le même résultat pourrait encore être ob tenu en chauffant le tube électriquement. Outre l'économie -de soudure, ce procédé présente sur l'ëtamage par plomgeage l'avan tage d'éviter que des gouttes de soudure res tent entre les fils du ruban; il est en effet important que les fils soient indépendants les uns des autres.
La soudure employée peut être d'une qualité dure ou molle; on peut même avoir recours à une brasure selon l'emploi que l'on fait du tube.
Le dispositif représenté aux fig. 9 à 12 comprend une tête de formation du ruban portée par un bâti 10; sur un arbre creux 11, supporté par des paliers à billes, est posée une bobine de fil de ruban 12, qui est en suite serrée contre un disque à friction 13 par un ressort 14 (fig. 9 et 11); celui-ci est fixé sur une douille 15 qui est verrouillée à l'arbre 11 par une fermeture à baïonnette.
L'enveloppe 16 protège la bobine 12 et sup porte un tube de guidage 1.7, ainsi qu'un ten deur de fil 19 (fig. 10); ce tendeur offre une résistance suffisante à l'avancement du fil de ruban pour que les côtés du ruban soient plats, mais toutefois insuffisante pour provoquer la rupture du fil. Cette rupture ne pourrait :être évitée seulement par le res sort 14, car la tension maximale qu'il exerce sur le fil de ruban augmente au fur et à mesure que le fil 12 se déroule à cause de la réduction du rayon de la bobine.
Au commencement d'une opération, on fait passer le fil de ruban de la bobine à tra vers une ouverture 18 ménagée dans le car ter 16, puis sous le tendeur 19; la pression de celui-ci est ajustée, pour donner la tension désirée, au moyen de vis 20 qui sont ensuite arrêtées par une plaque de verrouillage; le fil de ruban est alors enroulé autour d'un mandrin 22 en acier trempé sur une longueur d'environ 25 mm en avant d'une rondelle 23, également en acier trempé qui s'appuie sur l'extrémité inclinée de l'arbre creux 11, et qui fait avancer le ruban de fil formé le long du mandrin 22.
Le mandrin 22 est ajusté dans un siège conique formé dans un axe fixe 24 sur lequel tourne l'arbre creux 11; la partie extérieure à cette douille est plate en section transver sale, comme représenté à la fig. 9a; la ron delle 23 présente une ouverture qui s'adapte à lui et permet en outre au fil de fixation 25 de passer sous le mandrin, après avoir traversé une douille de guidage 21, l'axe 24 et une rainure du mandrin; la rondelle 23 oscille sur celui-ci grâce à l'inclinaison de l'arbre I1 et à la poussée en arrière du ru ban de fil 26.
Le tube 27, sur lequel doit être enroulé le ruban 26, est tenu à une extrémité par les mâchoires d'un mandrin élastique 28 monté dans deux supports appartenant à un chariot 37, ces mâchoires sont serrées sur le tube 27 au moyen d'un .écrou à ailettes 30 (fig. 9 et 11), et sont disposées à l'extrémité d'un arbre creux 31 qui porte une roue den tée 32.
On prévoit divers arbres s'adaptant aux différents diamètres de tubes. Un mandrin ordinaire pourrait, il est vrai, être disposé sur l'arbre 31 et être utilisé pour des tubes de toutes dimensions, d'es mandrins coniques pouvant être utilisés pour les plus petits, de manière à éviter ces jeux de plusieurs arbres; mais pour du travail en série sur des tubes d'une même grandeur, la forme décrite est préférable.
La roue dentée 32 est clavetée sur l'arbre 31, et entraînée par une autre roue dentée 33; celle-ci est portée par un arbre 82 et est à son tour entraînée par une roue dentée 34 qui est montée sur une broche filetée 35 qui l'actionne (fig. 12); cette broche s'étend sur toute la longueur d'un banc 36 et tra verse le chariot 37 qu'elle entraîne à partir de sa position initiale représentée jusqu'à l'autre extrémité du banc 36.
La broche 35 est actionnée par un jeu de roues d'angle 90 et par une chaîne (fig. 11) passant sur des roues de chaîne 39 et 38; cette dernière est clavetée sur l'arbre d'une poulie 40 et est entraînée par elle; les roues à chaînes 38 et 39 sont amovibles pour en permettre l'échange rapide selon le rapport des vitesses de l'arbre<B>Il.</B> et de l'arbre creux 31, et selon le diamètre du tube 27. Il est évident que plus le diamètre du tube est grand, plus celui-ci doit tourner lentement, afin qu'en s'enroulant sur le tube, le ruban reste serré. Une roue à chaîne folle 41 est prévue pour régler la tension de la chaîne et permettre de changer rapidement les roues à chaîne.
N'importe quel espacement des spires du ruban, à partir de la formation en enroule ment serré, peut être obtenu par le choix de roues de chaîne convenables accouplées, et si cela est nécessaire par une plus ou moins grande poulie, dont le diamètre n'influe tou tefois pas sur le pas des spires<B>du</B> ruban sur le tube.
Ce pas dépend des dimensions de la roue dentée 32 calée sur l'arbre du chariot 37; en retirant cet arbre et en remplaçant la roue 32 par une plus petite, on obtient des spires à pas plus serré; l'axe de la roue dentée 33, qui est folle, peut être déplacé dans une fente 42 de manière que l'engrènement se produise convenablement.
Le tube 27, sur lequel doit être enroulé le ruban, est supporté, près du mandrin 22' du quel il reçoit le ruban .de fil 26, par un cous sinet appartenant à un support fixe (fig. 10) qui appartient au banc 36.
Quand le chariot 37 portant le mandrin 28 se déplace sur le banc 36, il fait tourner le tube 27 et tire ce dernier à travers le cous sinet du support 43 qui le maintient solide ment quelle que soit la position qu'occupe le chariot.
Pour former une petite surface plate à la base des spires aplaties du ruban .de fil 26, une fraise rotative, ou un autre dispositif convenable, peut être disposée au-dessous du mandrin 22 entre la rondelle 2-3 et le tube 27. Cette fraise peut par exemple être sup portée par le bâti, à l'extrémité d'un bras réglable selon le mandrin et selon l'étendue désirée de la surface fraisée. Le sens de ro tation de la fraise doit être tel que la pres sion qu'elle exerce sur le fil enroulé tende à comprimer les spires les unes contre les au tres.
Pour utiliser le dispositif, on opère comme suit: Une bobine pleine 44 contenant le fil de fixation 95 est placée sur une console 45: une cheville 46 qui fixe au bâti de la, ma chine un bras 47 portant un excentrique 81 (fig. 10 et 9) dans lequel tourne l'arbre 48 du rouleau supérieur 49 d'une paire de rou leaux tendeurs du fil 49 et 50, est retirée, et lt@ bras 4 7 est déplacé dans la, direction -de la flèche (fig. 9); ceci provoque la rotation de l'arbre 48 dans les paliers excentriques, et éloigne le rouleau supérieur 49 du rouleau inférieur 50.
L'extrémité du fil de fixation 25 peut alors être introduite à travers la douille 21, dans l'axe 24 -et le mandrin 22 puis accrochée à une tige 51 portée par l'ar bre 'al (fig. 11). Celui-ci est alors mis en ro tation au moyen de la poulie 40, et le bras 17 est ramené à la, position représentée. La rotation de l'arbre 31 et du tube 27 produit le déroulement -du fil .de fixation entre les rouleaux 49 et 50 et l'enroulement sur le tube 27 du ruban à spires aplaties qui sort du mandrin 22.
Le fil 25 est fixé .sur le tube 27 par soudure, ou au moyen d'une pince telle que celle représentée en détail à la fig. 9u; cette pince est constituée par un anneau 52 fait d'une bande de métal dont les extrémités sont recourbées puis liées en semble par un collier 53.
La courroie motrice 54 du mécanisme d'entraînement est alors poussée de la poulie folle 55 sur la poulie 56; le carter 16 de la bobine commence alors à tourner et produit, autour du mandrin 22 un ruban en spires de fil, contenant le fil de fixation 25; comme celui-ci se déplace le .long du mandrin et est aussi enroulé sur le tube 2.7, le ruban de fil est pris entre lui et le tube et serré sur ce dernier avec la tension produite par les rou leaux 49 et 50.
La traction à laquelle le ruban de fil 26 est soumis est déterminée par la vitesse à la quelle il est produit par rapport à la vitesse circonférentielle du tube 27, tandis que le pas de la spire hélicoïdale qu'il forme dé pend de la vitesse relative de ce tube et de la broche 35.
Le ruban de fil 26 est enroulé sur le tube. jusqu'à ce que le chariot 37 ait fait passer toute la longueur du tube, sauf environ 32 mm à travers le coussinet du support 43, le chariot est alors arrêté et le ruban de fil 26 coupé près de la rondelle 23, le tube 27 étant maintenu en rotation jusqu'à ce que l'extrémité du ruban soit serrée sur le tube 27 par quelques spires de fil de fixation 25.
Celui-ci est alors fixé au tube 27 près de l'ex trémité du ruban 26; la partie restante est, coupée, et on appuie sur une pédale 157 ac tionnant par un câble 91 un coulisseau 58 qui porte le banc 36; ce coulisseau 58 s'é loigne alors du mandrin 22 d'où l'extrémité du fil de fixation 25 dépasse; le tube peut ensuite être facilement retiré de ses supports.
Il suffit pour cela de desserrer l'écrou à ai lettes 30, et d'abaisser un levier 59 (fig. 12) agissant sur; une pince 92; le chariot est alors libéré de la broche d'entraînement 35 et peut être déplacé vers la droite jusqu'à ce que l'extrémité du tube 27 émerge du cous sinet du support 43; le tube peut être aisé ment retiré, puis la pédale 157 relâchée; le coulisseau 5,8 reprend alors sa position ini tiale, marquée par une butée, sous l'action d'un ressort 60 (fig. 11).
Pour produire un enroulement du ruban sur un autre tube, on amène le chariot 37 contre un arrêt 61, on introduit un nouveau tuba 2 7 dans le coussinet du support 43, et on serre l'écrou à ailettes 30; après avoir fixé l'extrémité du fil de fixation 25 dépas sant le mandrin sur le nouveau tube 27, on met le dispositif en marche, et le nouveau tube est recouvert comme il vient. d'être de crit. Il est commode d'aplatir le fil de fixation 25; mais cela n'est pas absolument indispen sable. On pourrait d'ailleurs obtenir le même effet au moyen de deux fils placés côte à côte, comme le montre la partie inférieure de fig. 6.
Les rouleaux 49 et 50 produisent une tension très constante sur le fil 25. Il est possible de modifier le degré d'aplatissement du fil de fixation 25 en réglant l'arbre 62 du rouleau inférieur dont les extrémités re posent dans une douille excentrique 60, au moyen d'un levier 63 (fig. 10) pourvu d'une vis de réglage 64; une rotation partielle de l'excentrique rapproche plus ou moins le rou leau 50 du rouleau supérieur 49. L'arbre 62 du rouleau inférieur 50 est fixé dans une mâchoire 75 au moyen d'une vis de fixation 76 (fig. 12).
La commande de la tête formant le ruban et celle du chariot sont indépendantes l'une de l'autre, car tandis qu'elles sont mises en marche ensemble, elles sont arrêtées à des moments différents; une commande à accou plement est recommandable pour la poulie 40 qui est entraînée par une courroie 65, car elle lui permet d'être pourvue d'une cour roie assez longue pour permettre le mouve- ment du coulisseau 58. La tête mobile tou tefois comporte une poulie fixe et une pou lie folle 55 et 56, comme représenté, de ma nière à éviter une accélération ou une dimi nution subites de la vitesse du carter 7.6, eu qui pourrait rompre le fil qui le traverse ou provoquer une rotation trop rapide de la bo bine 12.
L'oreille 165 du support 66 (fig. 9) des rouleaux aplatisseurs 49 et 50 n'empêche pas seulement l'axe fixe 24 de tourner; mais au moyen de vis 6 7 (fig. 10) logées dans des bossages du bâti 10 elle permet d'ajuster le mandrin 22 par rapport au tube 2 7 (le fa çon que le ruban 26 puisse toujours être ra pidement attaché au tube 2 7 en bonne posi tion; la meilleure position du mandrin n'est g-énéraleinent pas exactement la position ver ticale, mais varie quelque peu avec la dureté du fil employé.
Le tube de guidage 17 est disposé de fa çon à pouvoir être placé en dehors du chemin de la bobine 12, afin de faciliter le chanr;e- ment de celle-ci.
Un arrêt 68 (fig. 10 et 1.l) est prévu pour le coulisseau transversal 58; cet arrêt est disposé pour venir en prise avec un bras 69 qui porte un poids réglable 70, et qui in dique la tension donnée au fil de fixation 25, ce qui permet à. l'opérateur de voir si cette tension est correctement ajustée: cette tension peut être ajustée en faisant agir une tension auxiliaire sur le fil 25 au moyen d'un ressort 71 freinant la, bobine 44.
La bobine 12 portant le fil est percée de trous 72 (fig. 11) de façon que l'opérateur puisse voir combien de fil il reste sur la bo bine, et juger si la quantité est suffisante pour commencer un tube.
Il n'a été fourni aucune indication sur le dessin au sujet de dispositifs éventuels de soudage électrique, car ces -dispositifs sont connus. Un bras à souder isolé peut toute fois facilement être fixé au support 43 et être amené en contact avec le fil de fixation 25 au moyen d'une seconde pédale 93.
Le banc 36 (fig. 12) peut pivoter sur des tourillons 7 3 qui sont supportés par des bras du coulisseau transversal 58, et peut être in cliné au moyen d'une vis de réglage 74. Ceci permet d'amener la partie supérieure de tube 27, quel que soit le diamètre de celui-ci, en alignement avec le fil de fixation 25 qui sort de dessous le mandrin 22, sans toucher aux engrenages de la broche filetée et du chariot.
L'arbre creux 11 est porté dans le bâti par des paliers à billes 77, 78 et la poulie folle 55 est munie d'un moyeu 79 qui est également à billes.
Process for the manufacture of an element for transmitting heat, an element produced according to this process, and device for the implementation thereof. The present invention comprises a process for the manufacture of an element used to transmit heat, an element manufactured according to this process, and a device for the implementation thereof.
It has been established that a high speed of heat transmission between fluids of different temperatures moving inside and outside a tube can be achieved by high speeds of heat. flow of said fluids. For example, for a tube containing hot water and over which air at a lower temperature is sent, the speed of heat transfer from water to air increases with the speed of the air. air passing over the surface of the tube.
Conversely, for tubes containing cold water, and over which hot gases pass, the heat is transmitted to the water at a speed which is all the greater as the speed of the hot gases on the surface of the tubes is stronger. In addition, it has been established that it is advantageous to use tubes of small diameter, and that an appreciable improvement in heat transmission is obtained by arranging the tubes in a zigzag fashion. It follows that for a given surface and a given air flow, the quantity of heat transmitted depends on the arrangement of the surfaces.
It has been proven by experience that, in order to obtain the best heat transmission in heat exchangers of ordinary shape, it is necessary to use tubes of very small diameter, for example 1.5 mm. But in practice it is im possible to employ such tubes, in view of the very large quantity which it would take to produce the necessary surface, the number of joints and the difficulties of cleaning. The object of the present invention is to make it possible to establish means other than these small tubes, to obtain heat transmission speeds approximately equal to those which they allow to be achieved; it comprises a method characterized in that a tape is formed by means of a helically wound wire, and in that this tape is fixed to the surface of a tube by following a helix of this tube.
The invention also comprises an element characterized by a tube to the surface of which is fixed, according to a helix, a tape formed by means of a wire wound in a helix. Finally, it comprises a device characterized by means for forming a tape by means of a wire wound in a helix, and by other means for winding this tape on the surface of a tube, according to a helix, and for fixing it to said. tube.
The accompanying drawing shows a tube provided with radial rods, and, by way of example, an embodiment of an element according to the invention and a device for manufacturing it.
Fig. 1 is a large-scale view of a tube provided on the outside with linear rods; Fig. 2 is a development of part of the surface of the tube; Fig. 3 is a view even on a larger scale of a single rod, and of part of the tube; the arrows indicate how the heat is transmitted from the inside of the tube to the cooling air which circulates outside in the other views; the arrows indicate the direction of the air flow; Fig. 4 is an elevational view, full size, of a portion of pipe made in accordance with the present invention;
Fig. 5 is an end view; Fig. 6 is a section along the line VI-VI of FIG. 5; Fig. 7 is a cross section showing the method of manufacturing the tube, and FIG. 8 is a section along the line VIII-VIII of FIG. 7; Fig. 8a is a view of an important detail; Fig. 9 is, on a smaller scale, a vertical section of a part of the device used to prepare the wire tape and apply it to the tube;
Figs. 9a and 9b are detail views and sections; Fig. 10 is, on a still smaller scale, an elevational view of the complete device; Fig. 11 is a side view, and FIG. 12 is a rear elevational view, with section taken along line XII-XII of FIG. 11.
In this drawing, and more particularly in FIGS. 1 to 3, 1 is a tube on which rods 2 are disposed radially, and which is contained in a casing 3 connected to side conduits 4. It will be assumed that the tube is filled with hot water or steam to be. cooled by a current of air which is indicated by arrows and which passes over its outer surface. This current of air is continuously subdivided by the rods 2 from which it absorbs the heat; this is transmitted to it by each rod as indicated by the arrows in Fig. 3.
It would be practically impossible to obtain a tube with such a quantity of rods, for example by molding, while the same effect can be obtained easily with the element manufactured by the method according to the invention, which will be described in reference to fig. 4 to 8.
In these figures, 1 is the cooling tube dir and the radial elements 2 are obtained by winding in a helix and @de field on the tube 1 a kind of tape 6 of copper wire (or other good conductive material of heat) ; this ribbon consists of a wire rolled in a flattened helix; the circular section propeller having been recognized as less efficient, the preferred form of this ribbon is shown in FIG. 8a.
This field tape is wound on the tube 1 at the same time as a fixing wire 7 which passes through it, after having welded the end of said wire 7 to the tube. The surface of the turns which comes into contact with the tube is of preferably milled as indicated in 6a (fig. 8a), so as to increase the. heat transmitting surface.
The tube 1 can also be provided with helical grooves forming a seat for the round edge of the strip 6, in which case the operation of grinding the latter is not necessary. After the tape has been wound helically over the entire length of the tube, the free end of the fixing wire 7 is welded to the tube 1, which ensures very good fixing of the tape. However, in order for the heat transfer to be perfect, it is necessary to finally weld the tape to the tube by means of s (fig. 5 and 6).
This can be done by tinning, that is to say by dipping the whole tube in solder: but this is expensive, and a great economy, as well as a still greater efficiency can. be obtained by limiting itself to the welding of the turns of the tape 6 on the tube 1. This operation can be carried out by winding between the turns of the tape and on the tube, a welding wire coming from a coil, for example at the same time than the ribbon itself, as will be clearly explained below; the end of the welding wire, which is soft, can easily be pinched under the end of the fixing wire 7.
After having wound on the tube the tape 6 and the welding wire, this one is. in tin, or in lead and in tin, we immerse the whole in water to be stripped, then we drain it, we place it in a vertical position in a soft fle, -and we heat the tube a little above (read the melting point of the weld, it then flows along the tube; but there is some where the tape 6 rests on it, which is precisely what is desired. To weld satisfactorily in this way, it is important that the tube is heated from the inside, so that the hot gases do not come into contact with the wire tape and the flux.
It is also important that the tube is hotter than the tape, and that the exterior parts thereof are below the melting point of the weld.
It has been possible to form a torch at the end of a long tube which can be introduced into tube 1; the flame of this heat burns inside the tube 1, part of which is brought to. the desired temperature.
This long tubular burner can be used as follows: The tube to which the wound tape is to be welded is passed over the burner until the latter protrudes slightly above it. The gas and the air are: then brought to the torch and ignite in contact with the pilot flame; tube 1 is then lifted slowly; the flame of the torch, at the end thereof, thus heats from one end to the other the tube 1 on which the tape is welded as the tube rises. As soon as the lower end of the latter exceeds the heat, the gas and the air supplied to the latter are cut off and the operation is terminated.
Heated in this manner, the hard solder wire melts and the solder lodges where the tape rests on the tube, any excess solder tooth which is not retained by the weather flowing down the tube. and eventually escaping at the end of it.
The same result could still be obtained by heating the tube electrically. In addition to saving -de solder, this process has the advantage over the tinning by plomgeage of preventing drops of solder remaining between the son of the tape; it is indeed important that the wires are independent of each other.
The solder used can be of a hard or soft quality; one can even have recourse to a solder according to the use which one makes of the tube.
The device shown in FIGS. 9 to 12 comprises a tape forming head carried by a frame 10; on a hollow shaft 11, supported by ball bearings, is placed a reel of tape 12, which is then clamped against a friction disc 13 by a spring 14 (fig. 9 and 11); this is fixed on a socket 15 which is locked to the shaft 11 by a bayonet closure.
The casing 16 protects the coil 12 and sup carries a guide tube 1.7, as well as a yarn tenor 19 (fig. 10); this tensioner offers sufficient resistance to the advancement of the tape thread so that the sides of the tape are flat, but still insufficient to cause the thread to break. This breakage could not: be avoided only by the res out 14, because the maximum tension which it exerts on the tape thread increases as the thread 12 unwinds because of the reduction in the radius of the spool.
At the start of an operation, the tape thread is passed from the spool through an opening 18 made in the housing 16, then under the tensioner 19; the pressure thereof is adjusted, to give the desired tension, by means of screws 20 which are then stopped by a locking plate; the ribbon wire is then wound around a mandrel 22 of hardened steel over a length of about 25 mm in front of a washer 23, also of hardened steel which rests on the inclined end of the hollow shaft 11, and which advances the wire ribbon formed along the mandrel 22.
The mandrel 22 is fitted in a conical seat formed in a fixed axis 24 on which the hollow shaft 11 rotates; the outer part of this socket is flat in cross section, as shown in fig. 9a; the ron delle 23 has an opening which adapts to it and also allows the fixing wire 25 to pass under the mandrel, after having passed through a guide sleeve 21, the axis 24 and a groove of the mandrel; the washer 23 oscillates on the latter thanks to the inclination of the shaft I1 and to the thrust backwards from the wire strip 26.
The tube 27, on which the tape 26 is to be wound, is held at one end by the jaws of an elastic mandrel 28 mounted in two supports belonging to a carriage 37, these jaws are clamped on the tube 27 by means of a . Wing nut 30 (Fig. 9 and 11), and are arranged at the end of a hollow shaft 31 which carries a toothed wheel 32.
Various shafts are provided for adapting to different tube diameters. An ordinary mandrel could, it is true, be arranged on the shaft 31 and be used for tubes of all sizes, with conical mandrels being able to be used for the smallest, so as to avoid these games of several shafts; but for series work on tubes of the same size, the shape described is preferable.
The toothed wheel 32 is keyed on the shaft 31, and driven by another toothed wheel 33; this is carried by a shaft 82 and is in turn driven by a toothed wheel 34 which is mounted on a threaded spindle 35 which actuates it (fig. 12); this spindle extends over the entire length of a bench 36 and passes through the carriage 37 which it drives from its initial position shown to the other end of the bench 36.
The spindle 35 is actuated by a set of angle wheels 90 and by a chain (Fig. 11) passing over chain wheels 39 and 38; the latter is keyed onto the shaft of a pulley 40 and is driven by it; the chain wheels 38 and 39 are removable to allow rapid exchange according to the ratio of the speeds of the shaft <B> II. </B> and of the hollow shaft 31, and according to the diameter of the tube 27. It is obvious that the larger the diameter of the tube, the slower the latter must turn, so that by winding up on the tube, the tape remains tight. An idle chain wheel 41 is provided to adjust the chain tension and allow the chain wheels to be changed quickly.
Any spacing of the turns of the tape, from the tight winding formation, can be achieved by the choice of suitable chain wheels coupled together, and if necessary by a larger or smaller pulley, the diameter of which n However, this does not affect the pitch of the <B> tape </B> turns on the tube.
This pitch depends on the dimensions of the toothed wheel 32 wedged on the shaft of the carriage 37; by removing this shaft and replacing the wheel 32 with a smaller one, tighter pitch turns are obtained; the axis of the toothed wheel 33, which is idle, can be moved in a slot 42 so that the engagement occurs properly.
The tube 27, on which the tape is to be wound, is supported, near the mandrel 22 'from which it receives the tape .de wire 26, by a neck belonging to a fixed support (fig. 10) which belongs to the bench 36 .
When the carriage 37 carrying the mandrel 28 moves on the bed 36, it rotates the tube 27 and pulls the latter through the neck of the support 43 which holds it securely whatever the position occupied by the carriage.
To form a small, flat surface at the base of the flattened turns of the wire ribbon 26, a rotary cutter, or other suitable device, may be disposed below the mandrel 22 between the washer 2-3 and the tube 27. This milling cutter can for example be supported by the frame, at the end of an adjustable arm according to the mandrel and according to the desired extent of the milled surface. The direction of rotation of the cutter must be such that the pressure which it exerts on the wound wire tends to compress the turns against each other.
To use the device, the procedure is as follows: A full spool 44 containing the fixing wire 95 is placed on a bracket 45: an ankle 46 which fixes to the frame of the machine an arm 47 carrying an eccentric 81 (fig. 10 and 9) in which rotates the shaft 48 of the upper roller 49 of a pair of wire tension rollers 49 and 50, is withdrawn, and the arm 47 is moved in the direction of the arrow (fig. 9); this causes the shaft 48 to rotate in the eccentric bearings, and moves the upper roller 49 away from the lower roller 50.
The end of the fixing wire 25 can then be introduced through the sleeve 21, in the axis 24 - and the mandrel 22 and then hooked to a rod 51 carried by the ar bre 'al (Fig. 11). The latter is then put into rotation by means of the pulley 40, and the arm 17 is returned to the position shown. The rotation of the shaft 31 and the tube 27 produces the unwinding of the fixing wire between the rollers 49 and 50 and the winding on the tube 27 of the ribbon with flattened turns which comes out of the mandrel 22.
The wire 25 is fixed on the tube 27 by welding, or by means of a clamp such as that shown in detail in FIG. 9u; this clamp is constituted by a ring 52 made of a metal strip, the ends of which are curved and then linked together by a collar 53.
The driving belt 54 of the drive mechanism is then pushed from the idler pulley 55 onto the pulley 56; the casing 16 of the spool then begins to rotate and produces, around the mandrel 22, a tape in turns of wire, containing the fixing wire 25; as this moves the length of the mandrel and is also wound on tube 2.7, the tape of wire is caught between it and the tube and clamped on the latter with the tension produced by rollers 49 and 50.
The traction to which the wire strip 26 is subjected is determined by the speed at which it is produced relative to the circumferential speed of the tube 27, while the pitch of the helical turn it forms depends on the relative speed of this tube and pin 35.
The wire tape 26 is wound on the tube. until the carriage 37 has passed the entire length of the tube except about 32mm through the pad of the support 43, the carriage is then stopped and the thread tape 26 cut near the washer 23, the tube 27 being kept in rotation until the end of the tape is clamped on the tube 27 by a few turns of the fixing wire 25.
This is then fixed to the tube 27 near the end of the tape 26; the remaining part is cut, and a pedal 157 is pressed, activating a slide 58 which carries the bench 36 by a cable 91; this slide 58 then moves away from the mandrel 22 from which the end of the fixing wire 25 protrudes; the tube can then be easily removed from its supports.
It suffices for that to loosen the wing nut 30, and to lower a lever 59 (fig. 12) acting on; a clamp 92; the carriage is then released from the drive spindle 35 and can be moved to the right until the end of the tube 27 emerges from the neck of the support 43; the tube can be easily withdrawn, then the pedal 157 released; the slide 5.8 then returns to its initial position, marked by a stop, under the action of a spring 60 (FIG. 11).
To produce a winding of the tape on another tube, the carriage 37 is brought against a stop 61, a new tuba 27 is introduced into the pad of the support 43, and the wing nut 30 is tightened; after having secured the end of the fixing wire 25 beyond the mandrel on the new tube 27, the device is turned on, and the new tube is covered as it comes. to be of crit. It is convenient to flatten the fixing wire 25; but this is not absolutely essential. The same effect could also be obtained by means of two threads placed side by side, as shown in the lower part of fig. 6.
The rollers 49 and 50 produce a very constant tension on the wire 25. It is possible to modify the degree of flattening of the fixing wire 25 by adjusting the shaft 62 of the lower roller whose ends rest in an eccentric bush 60, by means of a lever 63 (fig. 10) provided with an adjusting screw 64; a partial rotation of the eccentric brings the roller 50 more or less closer to the upper roller 49. The shaft 62 of the lower roller 50 is fixed in a jaw 75 by means of a fixing screw 76 (FIG. 12).
The control of the head forming the tape and that of the carriage are independent of each other, because while they are started together, they are stopped at different times; a coupling drive is advisable for the pulley 40 which is driven by a belt 65, since it allows it to be provided with a belt long enough to allow the movement of the slider 58. The movable head however has a fixed pulley and a loose pulley 55 and 56, as shown, so as to avoid a sudden acceleration or decrease in the speed of the housing 7.6, which could break the wire passing through it or cause too rapid rotation of the housing the coil 12.
The lug 165 of the support 66 (FIG. 9) of the flattening rollers 49 and 50 does not only prevent the fixed axis 24 from rotating; but by means of screws 6 7 (fig. 10) housed in bosses of the frame 10 it allows the mandrel 22 to be adjusted with respect to the tube 2 7 (so that the tape 26 can always be quickly attached to the tube 2 7 in the correct position; the best position of the mandrel is not usually the exact vertical position, but varies somewhat with the hardness of the wire used.
The guide tube 17 is arranged so as to be able to be placed outside the path of the coil 12, in order to facilitate the chanr; e- ment of the latter.
A stop 68 (fig. 10 and 1.l) is provided for the transverse slide 58; this stopper is arranged to engage with an arm 69 which carries an adjustable weight 70, and which indicates the tension given to the fixing wire 25, which allows. the operator to see if this tension is correctly adjusted: this tension can be adjusted by making an auxiliary tension act on the wire 25 by means of a spring 71 braking the coil 44.
The spool 12 carrying the wire is pierced with holes 72 (Fig. 11) so that the operator can see how much wire is left on the spool, and judge whether the quantity is sufficient to start a tube.
No indication has been given in the drawing about possible electric welding devices, since these devices are known. However, an insulated welding arm can easily be fixed to the support 43 and brought into contact with the fixing wire 25 by means of a second pedal 93.
The bench 36 (fig. 12) can be pivoted on journals 73 which are supported by arms of the transverse slide 58, and can be tilted by means of an adjusting screw 74. This allows the upper part to be brought in. tube 27, regardless of the diameter thereof, in alignment with the fixing wire 25 which comes out from under the mandrel 22, without touching the gears of the threaded spindle and of the carriage.
The hollow shaft 11 is carried in the frame by ball bearings 77, 78 and the idle pulley 55 is provided with a hub 79 which is also ball.