FR2631269A1 - METHOD FOR MANUFACTURING FIN TUBES WITH HIGH THERMAL EXCHANGE COEFFICIENT - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING FIN TUBES WITH HIGH THERMAL EXCHANGE COEFFICIENT Download PDFInfo
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Abstract
Procédé de fabrication de tubes à ailettes à coefficient d'échange thermique élevé, dans lequel le tube 1 à munir d'ailettes, alors qu'il se trouve en mouvement de rotation et d'avance rectiligne, est soumis successivement et séparément à une opération d'entaille superficielle et de déformation et soulèvement de la partie partiellement détachée.Method for manufacturing finned tubes with a high heat exchange coefficient, in which the tube 1 to be fitted with fins, while it is in rotation and straight forward movement, is subjected successively and separately to an operation of surface notch and deformation and lifting of the partially detached part.
Description
- 1-- 1-
PROCEDE DE FABRICATION DE TUBES A AILETTES A COEFFICIENT METHOD FOR MANUFACTURING COEFFICIENT FIN TUBES
D'ECHANGE THERMIQUE ELEVE.HIGH THERMAL EXCHANGE.
La présente invention se réfère à un procédé de fabrication The present invention relates to a manufacturing process
de tubes à ailettes à coefficient d'échange thermique élevé. finned tubes with high heat exchange coefficient.
Plus particulièrement, la présente invention se réfère à un procédé de fabrication de tubes à ailettes à coefficient d'échanger thermique élevé aptes à être utilisés dans les More particularly, the present invention refers to a method of manufacturing finned tubes with a high heat exchange coefficient suitable for use in
échangeurs de chaleur.heat exchangers.
Comme on le sait, on peut utiliser différents procédés pour la fabrication de tubes à ailettes pour échangeurs de As is known, various processes can be used for the production of finned tubes for heat exchangers.
chaleur.heat.
Un procédé consiste à enrouler autour d'un tube cylindrique One method is to wrap around a cylindrical tube
lisse une bande de tôle mince disposée en spirale. Ce procé- smooths a strip of thin sheet metal arranged in a spiral. This process
dé, non seulement est assez complexe et par conséquent coûteux, mais encore présente l'inconvénient que le contact not only is quite complex and therefore expensive, but also has the disadvantage that contact
entre le tube et l'ailette ne se fait pas sur toute la sur- between the tube and the fin is not done on the entire sur-
face du tube.face of the tube.
263' 1269263 '1269
- 2 - En outre, sur la surface du tube et/ou sur la surface de la feuille qui entre en contact avec le tube, il se trouve une couche, même mince, d'oxyde, si bien que la conductibilité - 2 - In addition, on the surface of the tube and / or on the surface of the sheet which comes into contact with the tube, there is a layer, even thin, of oxide, so that the conductivity
n'est pas assurée.is not insured.
Un autre procédé consiste à faire passer le tube lisse, Another method is to pass the smooth tube,
d'épaisseur supérieure à celle demandée, à travers une tré- thicker than that required, through a very
fileuse, à mouvement en spirale. La matière ductile du tube est ainsi écrasée et remontée hors du moule en forme spinner, spiral movement. The ductile material of the tube is thus crushed and reassembled out of the shaped mold
d'ailettes en spirale. Ce procédé entraine un grand gaspil- of spiral fins. This process results in a great waste
lage de matière, du fait que les ailettes ne peuvent pas être minces, et le rendement thermique du tube à ailettes lage of material, the fact that the fins can not be thin, and the thermal efficiency of the fin tube
obtenu n'est pas très satisfaisant. obtained is not very satisfactory.
En outre le procédé est plutôt complexe à mettre en oeuvre et, par conséquent, coûteux, étant donné qu'il demande In addition, the process is rather complex to implement and, consequently, expensive, since it requires
l'insertion dans le tube d'une barre métallique pour empê- inserting a metal bar into the tube to prevent
cher l'écrasement du tube lui-même durant le travail, sous l'effet de la pression exercée, et ensuite l'enlèvement de expensive crushing of the tube itself during work, under the effect of the pressure exerted, and then the removal of
cette barre.this bar.
Un autre procédé, plutôt simple et économique pour fabri- Another rather simple and economical process for manufacturing
quer des tubes à ailettes pour échangeurs de chaleur, est celui décrit dans le brevet italien n ' 748709 déposé le 13 Janvier 1965 et délivré le 15 Février 1967. Ce procédé consiste à effectuer une ou plusieurs découpes circulaires ou en hélice, dans une direction inclinée par rapport à l'axe du tube, sur la surface externe du tube lui-même, et en même temps ou successivement à l'opération d'entaille, à déformer et à replier vers l'extérieur, par rapport à la surface externe du tube, la portion de matière isolée du reste de la matière du tube. L'entaille créée sur la surface quer finned tubes for heat exchangers, is that described in Italian Patent No. 748709 filed January 13, 1965 and issued February 15, 1967. This process involves making one or more circular or helical cuts in an inclined direction relative to the axis of the tube, on the external surface of the tube itself, and at the same time or successively to the notch operation, to be deformed and folded outwards, relative to the external surface of the tube, the portion of material isolated from the rest of the material in the tube. The notch created on the surface
externe du tube a une direction de pénétration dans la ma- external of the tube has a direction of penetration into the ma-
tière sensiblement inclinée par rapport à l'axe du tube lui- substantially inclined relative to the axis of the tube itself
même, en isolant du reste de la matière, sans cependant l'en 3 - détacher complètement, des portions de matière ayant la forme d'une crête posée le long de la surface externe du tube. Parallèlement à l'opération d'entaille, à l'aide du même outil, les portions de matière partiellement isolées sont déformées et repliées vers l'extérieur, par rapport à la surface externe du tube, de manière à déborder au maximum similarly, by isolating from the rest of the material, without however completely detaching it, portions of material having the shape of a crest placed along the external surface of the tube. Parallel to the notching operation, using the same tool, the partially insulated portions of material are deformed and folded outwards, relative to the external surface of the tube, so as to overflow as much as possible.
par rapport à celui-ci, et constituer un ailettage. relative to it, and constitute a fin.
Un outil adapté pour réaliser en même temps la découpe et le pliage vers l'extérieur de la matière partiellement isolée en forme de feuille mince disposée en hélice autour du tube, est décrit dans la demande de brevet italien n 22798 A/85 déposée le 12 Novembre 1985. L'outil décrit dans cette demande comprend une ligne coupante composée de deux portions, raccordées l'une à l'autre, dont l'une avec une fonction de découpe qui rencontre la première la surface en mouvement du tube et se présente, par rapport à celui-ci et à ses génératrices, en position inclinée selon un angle qui A tool suitable for carrying out at the same time the cutting and the outward folding of the partially insulated material in the form of a thin sheet arranged helically around the tube, is described in Italian patent application No. 22798 A / 85 filed on 12 November 1985. The tool described in this application comprises a cutting line composed of two portions, connected to each other, one of which with a cutting function which first meets the moving surface of the tube and presents itself , relative to it and its generators, in an inclined position at an angle which
va de 0 à 90 , et l'autre, ayant une fonction de déforma- goes from 0 to 90, and the other, having a deformation function
tion du copeau qui abandonne le dernier le contact avec l'ailette obtenue à partir du tube, délimite une portion de tion of the chip which abandons the last contact with the fin obtained from the tube, delimits a portion of
surface de 1' outil, dont les points, par le mouvement rela- surface of the tool, the points of which, by the relative movement
tif par rapport-à l'ailette, sont animés de vitesses relati- tif compared to the fin, are driven by relative speeds
ves directes tangentiellement tant à ladite surface de direct ves tangentially both to said surface of
l'outil qu'à la surface de l'ailette aux points de contact. the tool only on the surface of the fin at the contact points.
L'outil est animé d'un mouvement hélicoïdal par rapport à l'axe du tube. Celui-ci peut être obtenu en imprimant au tube un mouvement rotatif autour de son axe -et à l'outil un mouvement rectiligne uniforme parallèle à l'axe du tube. En variante, le tube peut être maintenu en mouvement rectiligne The tool is driven in a helical movement relative to the axis of the tube. This can be obtained by imparting to the tube a rotary movement around its axis - and with the tool a uniform rectilinear movement parallel to the axis of the tube. As a variant, the tube can be kept in rectilinear movement
uniforme selon son axe et l'outil en.mouvement rotatif uni- uniform along its axis and the tool in uniform rotary movement
forme autour de son propre axe. Le tube est maintenu à pro- shape around its own axis. The tube is kept at
ximité de l'outil au moyen d'un organe de centrage et de positionnement de précision, rigidement fixé à la structure ximity of the tool by means of a centering and precision positioning member, rigidly fixed to the structure
portant les outils.carrying the tools.
2 6 3 1 2 6 92 6 3 1 2 6 9
-4- Ce procédé, même 's'il a eu un certain succès industriel, présente certains inconvénients pratiques dus tant à l'usure de l'outil qui doit être continuellement remplacé, qu'à sa -4- This process, even if it has had some industrial success, has certain practical drawbacks due both to the wear of the tool which must be continually replaced, and to its
construction qui requiert un personnel très spécialisé. construction which requires very specialized personnel.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication des tubes à ailettes à coefficient d'échange thermique élevé, o les ailettes sont obtenues à partir d'un The object of the present invention is to provide a method of manufacturing finned tubes with a high heat exchange coefficient, where the fins are obtained from a
seul morceau de tube, et qui ne présente pas les inconvé- single piece of tube, and which does not have the disadvantages
nients indiqués ci-dessus.nients indicated above.
Plus particulièrement, le but de l'invention est de fournir un procédé qui permette de réaliser l'ailettage des tubes par entaille, déformation et pliage vers l'extérieur de matière partiellement isolée sous la forme d'une fine feuille disposée en hélice, de manière simple, économique et More particularly, the object of the invention is to provide a method which allows the finning of the tubes by notching, deformation and outward folding of partially isolated material in the form of a thin sheet arranged in a helix, simple, economical and
facile à réaliser.easy to make.
Selon la présente invention, on atteint cet objectif et d'autres encore au moyen d'un procédé qui consiste: a. à imprimer au tube un mouvement de rotation par rapport à son axe et un mouvement rectiligne parallèle à son axe, avec, pour chaque tour, un déplacement rectiligne axial du tube égal au pas désiré de l'ailette; b. à effectuer l'opération d'entaille du tube séparément de celle de réalisation d'ailettes; c. à effectuer les opérations d'incision et de réalisation d'ailettes en position opposée par rapport à l'axe du tube; et d. à permettre, durant les opérations d'entaille et de réalisation d'ailettes, un déplacement du tube, suivant According to the present invention, this objective and others are achieved by means of a method which consists of: a. to impart to the tube a rotational movement with respect to its axis and a rectilinear movement parallel to its axis, with, for each revolution, an axial rectilinear displacement of the tube equal to the desired pitch of the fin; b. performing the notching operation of the tube separately from that of producing fins; vs. to perform the operations of incision and production of fins in the opposite position relative to the axis of the tube; and D. to allow, during the notching and finning operations, a displacement of the tube, according to
un segment égal à la profondeur de l'entaille, parallè- a segment equal to the depth of the cut, parallel to
lement à son axe de rotation.to its axis of rotation.
-5- Les outils pour l'entaille et la réalisation d'ailettes sont fixés sur des supports disposés de préférence en position -5- The tools for notching and making fins are fixed on supports preferably arranged in position
opposée et symétrique par rapport à l'axe du tube. opposite and symmetrical with respect to the axis of the tube.
Lesdits supports sont rapprochés du tube à munir d'ailettes et réglés de manière à entailler le tube sur une profondeur Said supports are brought closer to the tube to be fitted with fins and adjusted so as to cut the tube to a depth
égale à la hauteur désirée pour les ailettes. equal to the desired height for the fins.
L'outil de découpe peut être de n'importe quel type déjà connu, et est orienté par rapport aux surfaces du tube de façon à ce que l'entaille soit inclinée et ait un angle The cutting tool can be of any type already known, and is oriented relative to the surfaces of the tube so that the notch is inclined and has an angle
compris entre 5 et 80 par rapport à l'axe du tube. between 5 and 80 relative to the axis of the tube.
L'outil de fabrication d'ailettes présente sa surface courbe et inclinée de manière à pouvoir pénétrer dans la fente précédemment formée par l'entaille, déformer et plier, selon un plan sensiblement perpendiculaire au tube, le copeau isolé de manière à dépasser au maximum de la surface du The fin manufacturing tool has its curved and inclined surface so as to be able to penetrate into the slot previously formed by the notch, deform and bend, in a plane substantially perpendicular to the tube, the insulated chip so as to protrude as much as possible. from the surface of the
tube, et à constituer un ailettage de proportions convena- tube, and to constitute a fin of suitable proportions
bles fixé à la surface dudit tube. bles fixed to the surface of said tube.
Il est préférable que les outils d'entaille et de production d'ailettes soient disposés en position opposée et sur le It is preferable that the notch and fin production tools are placed in the opposite position and on the
même axe par rapport au tube à munir d'ailettes; en varian- same axis with respect to the tube to be fitted with fins; in varian-
te, lesdits outils peuvent être disposés en position oppo- te, said tools can be arranged in opposite position
sée et séparés axialement d'une distance égale au moins au and axially separated by a distance of at least at least
pas de l'entaille.not gash.
Selon un aspect essentiel de -la présente invention, le tube à munir d'ailettes est guidé et soutenu par un support situé à proximité des outils d'entaille et de. production d'ailettes et qui, durant le travail, maintient le tube en position, sans déformations excessives, et qui permet au According to an essential aspect of the present invention, the tube to be provided with fins is guided and supported by a support located near the notch and tools. production of fins and which, during work, keeps the tube in position, without excessive deformation, and which allows the
tube de glisser axialement et de tourner dans ledit support. tube to slide axially and rotate in said support.
263t269 - 6 - Ce support est constitué d'une douille, -de préférence en matière dure et antifriction spéciale, introduite et bloquée 263t269 - 6 - This support consists of a socket, preferably made of hard material and special anti-friction, introduced and blocked
dans un logement fixé à la structure porte-outil. in a housing fixed to the tool holder structure.
Ladite douille est munie d'une ouverture latérale en corres- Said socket is provided with a corresponding lateral opening.
pondance de laquelle est disposé l'outil d'entaille et d'un trou elliptique dont le plus grand diamètre est disposé le long de l'axe passant entre l'outil d'incision et celui de weight of which is arranged the notch tool and an elliptical hole whose largest diameter is disposed along the axis passing between the incision tool and that of
production d'ailettes.fin production.
Le procédé de fabrication des tubes à ailettes, objet de la présente invention, pourra être mieux compris grâce à la The process for manufacturing the finned tubes, object of the present invention, can be better understood thanks to the
description détaillée suivante qui se réfère au dessin following detailed description referring to the drawing
annexé, lequel représente un mode de réalisation de la pré- annexed, which represents an embodiment of the pre-
sente invention, donné à titre d'exemple, mais non invention, given by way of example, but not
limitatif.. .limiting ...
Au dessin: La figure 1 représente la vue schématique frontale de l'appareil pour entaille et production d'ailettes qui met en oeuvre le procédé de la présente invention; La figure 2 représente une vue schématique de dessus de la section longitudinale de la figure 1, obtenue selon un plan passant entre l'axe du tube et le point d'entaille; In the drawing: FIG. 1 represents the schematic front view of the device for notching and production of fins which implements the method of the present invention; 2 shows a schematic top view of the longitudinal section of Figure 1, obtained along a plane passing between the axis of the tube and the notch point;
La figure 3 représente une vue schématique en perspec- Figure 3 shows a schematic perspective view
tive de l'outil servant à pratiquer l'entaille; tive of the tool used to make the notch;
La figure 4 représente une vue schématique en perspec- Figure 4 shows a schematic perspective view
tive de l'outil de déformation et de soulèvement de la crête; et - 7 - tive of the crest deformation and lifting tool; and - 7 -
La figure 5 représente une vue schématique en perspec- Figure 5 shows a schematic perspective view
tive de la douille de support et de guidage du tube. tive of the tube support and guide sleeve.
Dans les figures, le tube 1, lisse à munir d'ailettes, est maintenu en mouvement d'avance rectiligne et de rotation autour de son propre axe par des organes moteurs, non illus- In the figures, the tube 1, which is smooth to provide with fins, is kept in rectilinear advance movement and of rotation about its own axis by motor members, not illus-
trés sur les figures car ils sont de type connu. very on the figures because they are of known type.
On fait passer le tube 1, lisse à munir d'ailettes, à travers le trou elliptique 2 d'une douille de guidage 3 The tube 1, smooth with fins, is passed through the elliptical hole 2 of a guide sleeve 3
fixée au bâti 4 de la machine, au moyen d'une vis de fixa- fixed to the frame 4 of the machine, by means of a fixing screw
tion 5. La différence entre les deux rayons dl et d2 du trou 2 est égale à la profondeur désirée de l'entaille. La tion 5. The difference between the two radii dl and d2 of hole 2 is equal to the desired depth of the notch. The
douille 3 est munie d'une fente longitudinale 6, en corres- socket 3 is provided with a longitudinal slot 6, corresponding
pondance de laquelle est inséré l'outil d'entaille 7, et d'une rainure 13 en correspondance de laquelle est inséré l'outild'ailettage 10. Ledit outil d'entaille 7 est fixé à un support 8 solidaire d'un système de guidage coulissant 9 weight of which the notch tool 7 is inserted, and of a groove 13 in correspondence of which the fin tool 10 is inserted. Said notch tool 7 is fixed to a support 8 integral with a system of sliding guide 9
qui permet le déplacement de l'outil 7 pour son rapproche- which allows the displacement of the tool 7 for its approximation-
ment et son éloignement du tube 1.and its distance from the tube 1.
En position opposée à l'outil d'entaille 7, par rapport à l'axe de rotation et d'avance du tube 1, est disposé l'outil In the opposite position to the notch tool 7, relative to the axis of rotation and advance of the tube 1, is arranged the tool
de production d'ailettes ou de déformation et de soulè- fin production or deformation and lifting
vement de la portion découpée. Ledit outil 10 est fixé à un support 11 solidaire d'un système de guidage coulissant 12 of the cut portion. Said tool 10 is fixed to a support 11 secured to a sliding guide system 12
qui permet le déplacement de l'outil 10 pour son rapproche- which allows the displacement of the tool 10 for its approximation-
ment et son éloignement du tube 1.and its distance from the tube 1.
Les outils pour l'entaille 7 et la production d'ailettes 10 sont disposés de manière à ce que le tube 1 soit d'abord entaillé et que successivement les portions détachées soient The tools for the notch 7 and the production of fins 10 are arranged so that the tube 1 is first notched and successively the detached portions are
déformées et soulevées, afin de former les ailettes. deformed and lifted to form the fins.
Le procédé de fabrication de tubes à ailettes, objet de la présente invention, consiste à introduire le tube 1 à munir -8- The process for manufacturing finned tubes, object of the present invention, consists in introducing the tube 1 to be provided -8-
d'ailettes, dans le trou 2 de la douille de guidage 3. fins, in the hole 2 of the guide sleeve 3.
Successivement, les deux outils d'entaille 7 et de soulève- Successively, the two notch 7 and lifting tools
ment 10 sont réglés de manière à ce qu'ils soient placés en position opposée et en contact avec la surface externe du tube 1. On fait ensuite tourner le tube 1 le long de son axe ment 10 are adjusted so that they are placed in the opposite position and in contact with the external surface of the tube 1. The tube 1 is then rotated along its axis
et on le fait avancer axialement à une vitesse correspondan- and it is moved axially at a corresponding speed
te au pas de l'ailette désirée. Tandis que le tube est en rotation, l'outil d'entaille 7 est poussé contre le tube suivant un segment correspondant à la profondeur désirée de you at the pace of the desired fin. While the tube is rotating, the notch tool 7 is pushed against the tube along a segment corresponding to the desired depth of
l'entaille.the notch.
La hauteur des ailettes dépend de l'inclinaison de l'outil The height of the fins depends on the inclination of the tool
d'entaille par rapport à l'axe du tube. notch relative to the axis of the tube.
Le long de la surface externe du tube 1, on produit ainsi une entaille continue hélicoidale qui détache une portion de Along the external surface of the tube 1, a continuous helical notch is thus produced which detaches a portion of
matière sans toutefois la détacher complètement. material without, however, detaching it completely.
Par effet de la force d'entaille et de la pression exercée By effect of the notch force and the pressure exerted
par l'outil de production d'ailettes 7, le tube 1 est dépla- by the fin production tool 7, the tube 1 is moved
cé axialement de manière à ce que l'outil 10 s'insère dans le sillon hélicoïdal d'entaille. Un tel déplacement axial est réglé par la forme elliptique du trou 2. L'outil 10 déforme et replie vers l'extérieur par rapport à la surface axially so that the tool 10 fits into the helical groove of notch. Such axial displacement is regulated by the elliptical shape of the hole 2. The tool 10 deforms and folds outward relative to the surface
externe du tube 1, la portion de matière partiellement déta- outside of tube 1, the partially detachable portion of material
chée du tube 1 en rotation, en formant l'ailettage hélicoi- from the rotating tube 1, forming the helical fin
dal continu du tube lui-même.continuous dal of the tube itself.
Le tube 1 peut être en cuivre, en aluminium ou tout autre The tube 1 can be made of copper, aluminum or any other
matière ductile et conductrice.ductile and conductive material.
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-9--9-
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