FR2483594A1 - Turbulateurs pour tubes d'echangeur de chaleur, et leurs procede et dispositif de montage dans les tubes - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TURBULATEUR POUR TUBE DE CIRCULATION DE LIQUIDE DANS UN ECHANGEUR DE CHALEUR, ET SON PROCEDE ET SON DISPOSITIF DE MONTAGE DANS LE TUBE. LE TURBULATEUR 16, PLACE DANS LE TUBE 10 DE L'ECHANGEUR DE CHALEUR, PRESENTE A UNE EXTREMITE UN BEC DE RETENUE 18 DECALE LATERALEMENT, DONT LA RESISTANCE A LA FLEXION-TORSION EST RENFORCEE PAR UNE NERVURE 26 LE LONG D'UNE LIGNE OBLIQUE 25 PASSANT PAR LES ZONES D'APPUI DU BEC 18 SUR LA SURFACE INTERNE D'UN EVASEMENT 11, 12 DU TUBE 10. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX RADIATEURS DES CIRCUITS DE REFROIDISSEMENT DES MOTEURS DE VEHICULES AUTOMOBILES.

Description

L'invention concerne des turbulateurs pour tubes d'écan- geurs de chaleur, ainsi que leurs procédé et dispositif de montage dans les tubes d'un éc-ngeur.

Il est connu de garnir les tubes d'un échangeur de coaleur, dans lesquels circule par exemple un liquide, d'organes appelés turbulateurs provoquant des turbulences de l'écoulement de liquide dans les tubes, afin d'améliorer le coefficient d'éc:iange thermique entre le liquide et les tubes et d'augmenter le rendement de l'échangeur.

Un tel turbulateur est souvent une bande plate métallique pourvue sur ses deux faces de languettes en saillie formées par des crevés de la bande et constituant des obstacles à l'écoulement du liquide. Cette bande en général très flexible comprend à une extrémité une partie déportée latéralement, formant bec de retenue qui vient buter par exemple sur le col d'un évasement d'extrémité du tube de l'échangeur, pour éviter l'entrainement du turbulateur par le liquide circulant dans ce tube.

Pour son montage dans un tube, ce turbulateur comprend en général, à son extrémité opposée au bec de retenue, un trou issu d'un crevé permettant son accrochage sur une tige terminée par un crochet Au moyen de la tige introduite dans le tube, on tire le turbulateur à l'intérieur du tube Jusqu'à ce que son bec de retenue vienne en butée à l'extrémité du tube, par exemple sur le col de l'évasement, et on décroce ensuite à la main la tige du turbulateur.

Cette technique présente des inconvénients car, d'une part, le décrocage manuel des turbulateurs est une opération longue, donc coûteuse, et d'autre part, les extrémités d'accro cage des turbulateurs, qui dépassent néçessairement des tubes pour permettre le décroc'lage manuel, forment dans la boite à eau correspondante de l'éclangeur des saillies créant des pertes de charge importantes pour le liquide circulant dans la boite à eau.

L'invention a pour-but d'apporter une solution simple à l'ensemble de ces problèmes, au moen de turbulateurs qui, d'une part, permettent le décroclaage automatique desdites tiges après mise en place dans les tubes d'un échangeur de chaleur, et qui, d-'autre part, sont contenus entièrement à l'intérieur des tubes et ne font pas saillie l'intérieur d'une botte à eau de I'écangeur.

A cet effet, l'invention propose LII turbulateur destiné à être introduit dans un tube et comprenant une partie d'extrémité déportée ou.décalée latéralement et propre à buter sur l'extrémité du tube pour s'opposer à l'entratnement du turbulateur par le liquide circulant dans le tube, caractérisé en ce que la résistance à la déformation de torsion et flexion de ladite extrémité déportée du turbulateur eSt renforcée le long d'une ligne partant d'au moins une sone de butée du turbulateur sur le tube.

Grâce à ce renforcement de la partie déportée ou bee de retenue, il devient possible d'accroctier le turbulateur, par une partie déployée de son extrémité opposée, sur la tige d'accrochage, et dé le décrocher automatiquement en exerçant sur cette partie une traction pour supprimer ou diminuer son déploiement et permettre le dégagement de la tige d'accroc?iage sans que cette traction provoque une torsion selon un axe parallèle à l'axe du- tube ou un rabattement du bec de retenue et le glissement du lurbulateur à l'intérieur du tube
En l'absence de ce renforcement, quand l'effort de traction sur le turbulateur devient important, c'est-à-dire quand la partie déportée est en contact avec l'extrémité du tube, cette partie se tord et l'-extrémité du turbulateur prend une forme arrondie grossièrement hélicoïdale d'axe parallèle à l'axe du tube, et de ce fait n'est plus retenue par le tube et glisse à l'intérieur de celui-ci.

Avantageusement, ladite partie déployée de l'extrémité du turbulateur opposée au bec de retenue est la dernière languette en saillie du turbulateur, qui sera au décrochage rabattue sensiblement dans le plan du turbulateur.

L'invention propose également un procédé de montage de ces turbulateurs dans les tubes d'un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire dans lesdits tubes des tiges se terminant par des tetes d'accroclage jusqu'à ce que les tetes dépassent des tubes, à accrocher sur lesdites têtes les turbulateurs, chacun au moyen d'une languette érigée située à l'extrémité opposée à l'extrémité déportée du turbulateur, à déplacer les tiges par rapport aux tubes pour introduire les turbulateurs dans les tubes jusqu'à ce que leurs extrémités déportées viennent en butée à l'extrémité des tubes, et à exercer une traction sur les turbulateurs pour causer une flexion desdites languettes d'extrémité et leur rabattement sensiblement dans le plan des turbulateurs pour décrocher automatiquement lesdites têtes d'accroc'age de ces derniers.

Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdites tiges sont fixes et verticales et on déplace l'échangeur de chaleur à tubes par rapport audit'es tiges.

L'invention propose également une tête d'accroc'iage pour l'exécution de ce procédé, caractérisée en ce qu'elle comprend deux branches longitudinales parallèles séparées d'une distance légèrement supérieure à l'épaisseur de l'ex trématé d'un turbulateur, l'une au moins de.cesEHancles se terminant par un croc'cet incurvé propre à fermer butée de retenue d'une languette en saillie située à-ltextrémité du turbulateur quand cette extrémité est introduite entre les deux branches.

L'invention concerne également un échangeur de chaleur à tubes de circulation d'un fluide tel qu'un liquide, caractérisé en ce que les tubes sont munis des turbulateurs précités.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un tube d'un échangeur de chaleur muni d'un turbulateur selon l'invention;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale, selon-la ligne II-II de la figure 1;
- la figure 3 est une vueen,plan d'un crochet terminant une tige d'accrochage d'un turbulateurselon l'invention,
- la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3;
- la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 3;
- la figure 6 est une vue de dessous dudit crochet; et
- les figures 7, 8 et 9 représentent scnématiquement les trois phases principales du procédé selon l'invention..

On a représenté schématiquement, dans les figures 1 et 2, un turbulateur selon l'invention monté en place dans un tube d'un échangeur de chaleur.

Ce tube 10, cylindrique à section circulaire, présente deux évasements successifs à chacune de ses extrémités. Le premier évasement comprend une part.ie sensiblement conique 11,s'élargissant vers l'extrémité du tube, et prolongée par une partie sensiblement -cylindrique 12 ayant un diamètre supérieur à celui de la partie médiane du tube 10. Le second évasement, suivant immédiatement le premier, comprend une partie sensiblement tronconique 13 s'élargissant .en direction de l'extrémité du tube et prolongée par une partie sensiblement cylindrique 14 terminant le tube et ayant un diamètre supérieur à celui de la partie 12.Ces deuxévasements successifs à caque extrémité du tube 10 servent, l'un au verrouillage du tube dans une plaque à trous ou collecteur sur laquelle sont montés les tubes de l'échangeur de chaleur, et l'autre au montage d'une garniture d'étanchéité, par exemple en caout c'nouc, tapissant la face extérieure de la plaque à trous.

Ce tube 10 est muni d'un turbulateur 16 qui, dans l'exemple représenté, est formé d'une bande plate rectiligne 17 métallique, par exemple en aluminium ou en laiton, ayant une- largeur sensiblement égale'ou légèrement inférieure au diamètre interne du tube 10 dans sa partie-'médiane. A l'une de ses extrémités, le turbulateur 16 comprend un bec de retenue formé par sa partie d'extrémité 18 déportée ou décalée latéralement dans le plan de la bande 17 par rapport à l'axe longitudinal médian de cette bande. Cette partie déportée 18 comprend deux bords obliques sensiblement parallèles 19 prolongés vers l'extrémité du turbulateur par deux bords rectilignes 20 parallèles-aux bords- longitudinaux 21 du reste de la bande plate 17.La largeur de la partie déportée 18 est égale à la largeur du reste de la bande 17 de telle sorte que, quand le turbulateur 16 est monté en place dans le tube 10, l'un des bords obliques 19 de cette partie 18 vient en butée sur la surface interne de la partie sensiblement tronconique 11 du premier évasement, en s'appuyant sensiblement le long d'une génératrice de cette surface interne, et le bord-recti- ligne 20 de la partie 18 prolongeant ce bord oblique 19 est sensiblement appuyé sur la surface interne de la partie cylindrique 12 du premier évasement le long d'une génératrice de celle-ci, comme représenté en figure 1.

Ainsi, quand le liquide circule dans le tube dans le sens indiqué par la flèche 22, le turbulateur 16 est retenu dans le tube 10 et ne peut être entraîné par l'écoulement de liquide.

Pour créer des turbulences dans cet écoulement de liquide, afin d'améliorer le coefficient d'écangue thermique entre le liquide et le tube 10 et d'augmenter le rendement de l'échangeur, le turbulateur 16 comprend sur ses deux faces des languettes en saillie 23 s'étendant perpendiculairement au plan de la bande 17 et qui sont alternées d'une face à l'autre de cette bande le long de l'axe longitudinal du turbulateur. Ces languettes 23 sont de forme triangulaire arrondie et sont formés par des crevés 24 de la bande 17.

Elles ont une longueur qui est sensiblement égale au rayon interne du tube 10, de façon à être sensiblement au contact de la paroi interne du tube 10 quand le turbulateur 16 est en place dans le tube.

Selon l'in~ention, la résistance à la torsion-flexion de la partie déportée -18, ou bec de retenue, est renforcée le long d'une ligne oblique 25 passant sensiblement par les centres des zones d'appui de la partie déportée 18 surla face interne du tube 10 au niveau du premier évasement 11, 12.

Dans l'exemple représenté en figure 1, la ligne 25 s'étend sensiblement entre le point de jonction du bord oblique 19 et du bord rectiligne 20 qui sont en appui sur la face interne du tube 10, et le point de jonction de l'autre bord oblique 19 avec le bord longitudinal 21 correspondant de la bande plate 17.

Ce renforcement est obtenu au moyen d'une nervure de raidissement 26 s'étendant le long de la ligne oblique 25, à cheval sur celle-ci, et ayant dans L'exemple représenté une forme semi-cylindrique obtenue par pliage ou emboutissage de la bande 17.

Cette nervure de renforcement 26 s'oppose à toute torsion ou déformation du bec de retenue 18, qui se traduirait par un rabattement d'une partie de ce bec de retenue et permettrait alors au turbulateur 16 de glisser à l'intérieur du tube 10 dans le sens indiqué par la flèche 22.

Selon l'invention, le turbulateur 16 est mis en place dans le tube 10 au moyen de la tête d'accroc.age représentée dans les figures 3 à 6, destinée à coopérer avec la languette 23A située au voisinage immédiat de l'extrémité 28 du turbu lateur opposée au bec de retenue 18.

La tête d'accrochage 30,normalement montée en bout d'une tige rectiligne ayant une longueur égale au moins à celle d'un tube 10, comprend essentiellement un tronçon de tube 31 formant etllbout de montage à l'extrémité de ladite tige, et qui est prolongé longitudinalement par deux branches symétriques 32 et 33 parallèles écartées entre elles d'une distance légèrement supérieure à l'épaisseur du turbulateur 16. Ces branches 32 et 33 se terminent par un crochet incurvé 34, 35, respectivement, en forme de U dont les deux bras parallèles sont écartés entre eux d'une distance légèrement supérieure à la largeur.d'une languette 23.Le diamètre extérieur de l'embout tubulaire 31 de la tête 30, et la largeur des crochets 34, 35 sont sensiblement égaux à la largeur d'un turbulateur 16, de telle sorte que la tette 30 peut glisser librement à l'intérieur d'un tube 10.

Un turbulateur 16 est accrocé sur la tete 30 de la façon suivante : l'extrémité 28 du turbulateur, comprenant la languette 23A qui s'étend alors perpendiculairement au plan du turbulateur, est présentée entre les branches 32 et 33 de la tete, dans l'espace libre séparant l'extrémité de l'embout tubulaire 31 et le bord avant des crochets 34 et 35. Quand le turbulateur 16 est positionné correctement entre les deux branches 32 et 33 dans le prolongement de l'embout tubulaire 31, il suffit de le déplacer longitudinalement à l'opposé de la tête 30, c'est-à-dire vers la droite en figure 3, jusqu'a ce que la languette perpendiculaire 23A vienne en appui sur le fond d'un crochet 34 ou 35, comme représenté dans les figures 3 et 6.

Avantageusement, les faces internes 36 et 37, en regard l'une de l'autre, des crochets 34 et 35, sont obliques, par exemple sensiblement tronconiques ou prismatiques, pour faciliter la flexion et le rabattement de la languette 23A vers l'extrémité 28 du turbulateur 16.

Le procédé de montage des turbulateurs selon l'invention dans les tubes d'un écnangeur-de clnaleur va maintenant être décrit fen référence aux figures 7 à 9.

Dans ces figures, on a représenté en 40 une partie d'un échangeur de chaleur, comprenant un certain nombre de tubes 10 et deux collecteurs ou plaques à trous 41 aux extrémités des tubes 10. Des tiges verticales 42 se terminant par des têtes d'accrochage 30 à léur extrémité inférieure, sont portées à leur extrémité supérieure par un organe de support 43. Ces tiges 42- ont une longueur supérieure à celle des tubes 10 de l'éc-angeur.

Dans une première phase du procédé, représenti en figure t 7, on amène l'échangeur de chaleur 40 sous les tiges 42, de telle sorte que celles-ci soient sensiblement alignées avec les tubes 10 de l'écangeur. Dans la seconde phase du procédé, représenté en figure 8, on déplace l'éc-langeu'r 40 par rapport aux tiges 42, de telle sorte que les tiges 42 s'étendent chacune à l'intérieur d'un tube 10 et que leurs têtes d'accrochage 30 dépassent de l'extrémité inférieure des tubes 10.

Dans la phase suivante du procédé, également -représentée en figure 8, on accroche les turbulateurs 16 aux têtes 30 terminant les tiges 42, en procédant de la façon décrite en référence aux figures 3 à 6. Les turbulateurs 16 sont accrochés aux têtes 30 par leur extrémité opposée aux becs de retenue 18, qui forment alors les extrémités inférieures des turbulateurs (figure 8).

Le procédé consiste ensuite à déplacer à nouveau ltéc'nan- geur de chaleur 40 verticalement par rapport aux tiges 42, de façon à extraire ces tiges des tubes 10, I'éc;iangeur de chaleur occupant finalement la position représentée en figure 9, identique à celle de la figure 7. Au cours de ce déplacement, les turbulateurs- 16 ont été introduits dans les tubes 10 de l'échangeur, et quand leurs becs de retenue sont en butée sur les évasements-des extrémités inférieures dés tubes, le déplacement vers le bas de l'échangeur 40 par rapport aux tiges 42 se traduit par une flexion et un rabattement des languettes d'extrémité 23A des turbulateurs par lesquelles ils étaient accrochés sur les têtes 30.Cette flexion des languettes d'extrémité 23A permet le décrochage automatique des turbulateurs de sur les têtes d'accrocnage 30.

La languette d'extrémité 23A se trouve alors sensiblement rabattue dans le plan du turbulateur, comme représenté en figure 2, et ne forme sensiblement plus d'obstacle à l'écou- lement du liquide. Cela n'a toutefois pas.. d'importance en pratique, car cette languette d'extrémité 23A est proche de l'extrémité du tube 10, qui produit elle-meme un effet pertur bateur générateur de turbulence dans l'écoulement de fluide.

Les turbulateurs 16 ainsi mis en place dans les tubes 10 de l'échangeur occupant la position représentée en figure 9, restent dans ces tubes en raison de l'appui des extrémités des languettes 23 sur la surface intérieure des tubes. I1 est donc possible de déplacer l'échangeur, sans que les turbulateurs sortent des tubes.

Avantageusement, les turbulateurs 16, qui sont ainsi mis en place dans les tubes 10 d'un échangeur de chaleur, ont une longueur inférieure à celle des tubes, et ne dépassent pas de ces tubes à leur extrémité opposée au bec de retenue. On réalise ainsi une économie de matière résultant de l'utilisation de turbulateurs plus courts, et on évite des pertes de charge non souhaitées dans la botte à eau correspondante de l'échangeur.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

   1. Turbulateur destiné à être introduit dans un tube de circulation de fluide, par exemple de liquide, d'un échangeur de chaleur, le turbulateur comprenant une partie d'extrémité déportée ou décalée latéralement et propre à buter sur l'extrémité du tube pour stôpposer à l'entraine- ment du turbulateur par le liquide circulant dans le tube, caractérisé en ce que la résistance à la déformation de torsion-flexion de ladite extrémité déportée du turbulateur est renforcée le long d'une ligne partant d'au moins une zone de butée du turbulateur sur le tube.
2. 2. Turbulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité du tube présente au moins un évasement, et la partie d'extrémité déportée du turbulateur est propre à buts sur le col de cet évasement.
3. 3. Turbulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite ligne s'étend obliquement par rapport à la ligne moyenne du turbulateur et relie les zones de butée de celui-ci sur la surface interne du tube au niveau dudit évasement.
4. 4. Turbulateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite extrémité déportée comprend une nervure s'etendant le long de ladite ligne oblique.
5. 5. Turbulateur selon la revendication 4, caractérisé ce que ladite nervure est formée par pliage ou emboutissage et est de forme sensiblement cylindrique.
6. 6. Turbulateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa longueur est inférieure à celle du tube.
7. 7. Turbulateur selon l'une des revendications précédentes, formé par une bande plate sensiblement rectiligne, comprenant des languettes en saillie alternativement sur ses deux faces, formées par des crevés de ladite bande, caractérisé en ce que la languette se trouvant au voisinage immédiat de l'extrémité du turbulateur opposée à ladite partie déportée est sensiblement rabattue dans le plan de ladite bande quand le turbulateur est monté en place dans le tube.
8. 8. Turbulateur selon la revendicatiàn 7, caractérisé en ce que la résistance au rabattement de ladite languette est inférieure à la résistance à la flexion-torsion de ladite extrémité déportée le long de ladite ligne oblique.
9. 9. Procédé de montage, dans les tubes d'un échangeur de chaleur, de turbulateurs selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire dans lesdits tubes des tiges se terminant par des têtes d'accroc7nage jusqu'à ce que les têtes dépassent des tubes, à accrocher sur lesdites têtes les turbulateurs, chacun au moyen d'une languette érigée située à l'extrémité du turbulateur opposée à l'extrémité déportée, à déplacer lesdites tiges par rapport auxdits tubes pour introduire les turbulateurs dans les tubes jusqu'à ce que leurs extrE- mités déportées viennent en butée à l'extrémité des tubes, et à exercer une traction sur les turbulateurs, causant une flexion desdites languettes d'extrémité et leur rabattement sensiblement dans le plan des turbulateurs pour décrocher automatiquement lesdites têtes d'accrochage de ces derniers.
10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les tiges sont fixes et verticales, et on déplace l'échangeur de chaleur par rapport auxdites tiges.
11. 11. Tête d'accroc'lage pour l'exécution du procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'elle comprend deux branches longitudinales parallèles séparées d'une distance légèrement supérieure à l'épaisseur- de l'extrémité d'un turbulateur, l'une au moins de ces branches se terminant par un crochet incurvé propre à former bute de retenue d'une languette en saillie située à l'extrémité du turbulateur quand cette extrémité est introduite entre les deux branches.
12. 12. Tête selon la revendication 11, caractérisée en ce que la face interne dudit crochet est oblique.
13. 13. Tête selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que la largeur dudit crochet est sensiblement égale à la largeur du turburateur.
14. 14. Tête selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que les deux branches sont symétriques l'une de l'autre et se terminent chacune par un crochet incurvé en forme de U.
15. 15. Echangeur de chaleur à tubes de circulation de fluide, caractérisé en ce queles tubes sont munis de turbulateurs selon l'une des revendications 1 à 8.