IT9019576A1 - Procedimento ed apparecchiatura per aumentare internamente tubature per scambiatori di calore - Google Patents

Procedimento ed apparecchiatura per aumentare internamente tubature per scambiatori di calore

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IT9019576A1 IT019576A IT1957690A IT9019576A1 IT 9019576 A1 IT9019576 A1 IT 9019576A1 IT 019576 A IT019576 A IT 019576A IT 1957690 A IT1957690 A IT 1957690A IT 9019576 A1 IT9019576 A1 IT 9019576A1
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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un procedimento ed un'apparecchiatura per sbalzare la superficie interna ditubatura per scambiatori di calore in modo da produrvi sopra nervature o gole.
Nella tubatura di una serpentina di condensazione di un condizionatore d'aria, della serpentina di evaporazione, o di altro scambiatore di calore, si preferisce che le superfici interne del tubo siano dotate di nervature o simili per aumentarne l'area di superficie e per elevarne l'efficienza nella condensazione od evaporazione di un fluido refrigerante.
Una macchina per scanalare o sbalzare la superficie interna di tubatura per scambiatori di calore, che può essere costituita da tubo di rame, viene realizzata convenzionalmente combinando una trafilatrice per tubi più o meno normale con un banco di trafilatura, una matrice esterna del tipo a ciambella, ed una matrice interna avente una superficie scanalata che produce le nervature d'aumento sulla superficie interna del tubo. Una pluralità di rulli o sfere ruota planetariamente, cioè in direzione circonferenziale , attorno alla parte del tubo dove si trova posizionata la matrice a scanalare.
Nel tubo si provoca normalmente una sollecitazione straordinaria per compressione del tubo tramite il contatto dei cilindri con la matrice interna. Ciò è aqqravato dalla piccola area di contatto, che richiede lOimpiego di passi piccoli. Ne viene influenzata la velocità di lavorazione, che deve perciò essere indesiderabilmente bassa. ciò eleva il costo di lavorazione del tubo di rame.
Una macchina a sbalzare impieaa sfere rotanti planetariamente, per la penetrazione della tubatura nella matrice interna, contenute in una testa che ruota coassialmente al tubo o tubolare. Una struttura siffatta è descritta nel brevetto statunitense No. 4.373.366.
E' da notare che tale macchina a sbalzare, a motivo del moto genericamente circonf erenziale degli orcrani pressori del tipo a sfera, è idonea a produrre risalti a spirale od elicoidali, ma appare meno idonea all’esecuzione di gole, scanalature o nervature interne, inoltre, che lo si desideri o meno, si ha produzione di oole a spirale sulla superficie esterna del tubolare dovute al moto genericamente spiralato delle sfere.
si desidera sostituire il convenzionale processo di penetrazione del tubo sulla matrice o mandrino interno. Più particolarmente, si desidera sostituire la convenzionale matrice rotante con una pluralità di organi di matrice rotanti che rotolano in contatto con il tubo in direzione parallela a quella di movimento del tubo.
uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento ed una apparecchiatura per far "penetrare" un tubo per scambiatori di calore su una matrice o mandrino interno, onde sbalzare la superficie interna del tubo ed aumentare l'area di superficie efficace e le proprietà di trasferimento termico del tubo stesso.
Uno scopo piu specìfico della presente invenzione è quello di fornire un procedimento che eviti forze assiali eccessive, tipiche della convenzionale riduzione a matrice di trafilatura, e che eviti inoltre la riduzione di produzione che è caratteristica delle sfere, rulli e simili rotanti circonferenzialmente.
Un altro SCOPO della presente inenzione è quello di fornire una tecnica per far penetrare tubatura in un mandrino di aumento interno mediante schiacciamento e rilascio alternati del tubo, in modo da alternare un moto rapido di slittamento ed adesione. Ciò porta efficacemente a lavorare il metallo nelle gole del mandrino, e libera in seguito il medesimo dalla presa per attrito, cosicché il tubo può essere fatto prontamente avanzare ad una velocità economicamente conveniente.
Secondo un aspetto della presente invenzione, un procedimento per produrre l'aumento interno comporta lo spostamento della tubatura o tubo per scambiatore di calore assialmente sopra un mandrino genericamente cilindrico che è supportato all'interno del tubolare o tubo in una posizione sostanzialmente fissa, e quindi la penetrazione del tubo tubolare per scambiatore di calore entro le gole del mandrino in modo da produrre nervature interne o aole assiali in corrispondenza delle posizioni delle qole. La penetrazione del tubo si ottiene mediante rotazione di una pluralità di matrici rotanti opposte contro la superficie esterna del tubo in corrispondenza delle posizioni del mandrino. Le matrici si presentano sotto forma di ruote che hanno i propri assi disposti aenericamente perpendicolari all'asse del tubo, ed hanno porzioni circonferenziali che rotolano in contatto con il tubo parallelamente all'asse dei tubo stesso. Le porzioni circonferenziali delle matrici rotanti hanno un profilo frontale concavo che definisce un arco sostanzialmente eguale a 360 gradi divisi per il numero di queste matrici. Per esempio, nelle forme realizzative preferite, si hanno quattro matrici ad intervalli di 90 qradi, e ciascuna di esse presenta un profilo frontale e di contatto che definisce un arco di 90 gradi.
Le porzioni esterne o circonferenziali delle matrici rotanti eseguono un martellamento incrementale per contatto e rilascio della superficie esterna del tubo. A questo fine, possono avere una superficie circonferenziale dentellata, oppure possono avere una superficie circolare genericamente regolare con distacco ultrasonico, verso e da la superficie esterna del tubo, oppure possono essere costituite da una ruota principale recante una pluralità di rulli circonferenziali.
In forme realizzative della presente invenzione, è possibile ottenere, se desiderato. velocità d'uscita del tubo che vanno da circa cinque piedi/minuto (1,524m/inin) fino a circa centocinquanta piedi/minuto (45,72 m/min) ed oltre, se desiderato, ed un aumento assiale può essere sbalzato sulla superficie esterna del tubo semplicemente lasciando un piccolo intervallo fra matrici ruotanti adiacenti. Un aumento esterno può essere ottenuto mediante lavorazione a sbalzo, e può inoltre essere realizzato in vari disegni utilizzando superfici dei rulli rigate.
Questi e molti altri scopi, peculiarità e vantaggi della presente invenzione appariranno più chiaramente comprensibili dalla descrizione che segue di forme realizzative preferite della presente invenzione, da prendersi in esame in unione all'annesso disegno.
Nel diseano:
- la fiqura 1 è una sezione schematica in alzato di una macchina a trafilare e sbalzare tubo secondo una prima forma realizzativa della presente invenzione;
- la figura 2 è una vista in sezione da un estremo della prima forma realizzativa della presente invenzione;
- la fictura 3 è un alzato laterale, in sezione, di una seconda forma realizzativa della presente invenzione;
la figura 4 è una vista da un estremo della seconda forma realizzativa della presente invenzione; e la figura 5 è una vista in sezione parziale che rappresenta un mandrino alternativo.
Con riferimento al disegno, ed inizialmente alla figura 1. una macchina 10 a sbalzare secondo la presente invenzione comprende un banco 12 di trafilatura, che rappresenta mezzi per effettuare lo spostamento assiale di un tubo o tubolare 14 di scambiatore di calore. Il banco di trafilatura può essere un'altra macchina trafilatrice per tubi, una matrice della trafila, una matrice a caduta etc.. Tali tubi sono in generale tubolare di rame, ma potrebbero essere tubi di altro metallo. Il tubo 14·passa attraverso una matrice anulare 16 di riduzione nella quale è insediata una spina "flottante" interna. Questa spina 18 supporta un asta 20 che passa a valle entro il tubo 14. Un mandrino cilindrico o matrice 22 a "proiettile" è montato in corrispondenza dell'estremità distale dell'asta 20 ed è libero di ruotare sull'asta stessa. sulla superficie esterna, o cilindrica, del mandrino 22, si trovano gole 24 intervallate che possono essere qole assiali diritte, come illustrato, oppure gole elicoidali angolate, ma che si estendono dalla porzione estrema prossimale a quella distale del mandrino 22. Il metallo del tubo 14 vien fatto "penetrare" ovvero spinto radialmente verso l’interno; nelle qole 24 del mandrino per produrre nervature assiali 26 in qualità di aumento interno entro il tubo o tubolare 14. Per effettuare la "penetrazione" del tubo 14 nel mandrino 22, è prevista una pluralità di matrici rotanti 28, cioè di ruote che sono montate in un supporto 30 (figura 2 ) in modo che gli assi 32 delle matrici 28 siano disposti od orientati in direzione perpendicolare al tubo o tubolare. Un ruotis'mo 34 sincronizza in rotazione le matrici 28 in modo che girino tutte alla medesima velocità. Un motore 36, che può esser ad esempio un dispositivo conduttore di moto elettrico od idraulico, è accoppiato al meccanismo 34 da un albero 39 per la conduzione delle matrici rotanti 28 in modo da permettere il controllo della loro velocità con la velocità assiale del tubo 14 lungo il banco 12 di trafilatura. Le matrici 28 hanno ciascuna una porzione frontale circonferenziale 38 che rotola in contatto con la superficie esterna del tubo o tubolare 14. In questa forma realizzativa, la faccia circonferenziale 38 è dentellata, comprendendo una successione di porzioni 40 radialmente rialzate che sono separate da porzioni radialmente ribassate. Come mostrato nella figura 2, per esempio, la porzione circonferenziale 38 ha un profilo 42 che copre un arco di novanta gradi ovvero un quadrante, cosicché le quattro matrici 28 entrano congiuntamente in contatto, sostanzialmente con trecentosessanta aradi della circonferenza del tubo o tubolare 14. Se desiderato, è possibile ottenere un aumento assiale esterno lasciando un piccolo spazio fra ciascuna successiva matrice 28, od altrimenti scanalando le matrici 28 circonferenzialmente.
In questa macchina 10 a sbalzare, le matrici 28 rotolano contro la superficie esterna del tubo 14 e la percussione intermittente delle porzioni rialzate 40 della faccia circonferenziale dentellata 38 fa sì che il metallo del tubo 14 faccia alternativamente presa su, e si stacchi da, il mandrino scanalato 22. ciò provoca lo scorrimento del metallo sulla superficie interna del tubo 14 entro le gole 24 del mandrino in modo da formare le nervature 26 e permette quindi al tubo 14 di scattare in allontanamento dal mandrino 22, cosicché il tubo 14 può essere spostato assialmente per un breve incremento. Le matrici rotanti 28 sono in grado di girare in senso tale che le facce circonferenziali 38 di esse percuotano la superficie esterna del tubo nel medesimo senso di traslazione del tubo, oppure sono in grado di girare in senso opposto a quello di traslazione del tubo. La velocità ed il senso di rotazione dipenderanno da parametri quali lo spessore di parete del tubo e l’altezza dell'aumento interno.
Una seconda forma realizzativa è illustrata con riferimento alla figura 3, nella quale gli elementi mostrativi, analogamente a quelli della prima forma realizzativa, sono identificati con gli stessi numeri di riferimento, ma aumentati di 100. In questo caso, una macchina a sbalzare comprende un banco 112 di trafilatura o simile. sul quale un tubo o tubolare 114 per uno scambiatore di calore viene fatto muovere attraverso una matrice anulare 116 di riduzione che obbliga una spina flottante 118 collegata da un'asta 120 ad un mandrino 122 a sbalzare interno. Quest'ultimo contiene gole assiali 124 che producono nervature assiali 126 sulla superficie interna del tubo 114.
Come nella prima forma realizzativa, si hanno quattro matrici rotanti 128, poste ad intervalli di novanta gradi attorno al tubo 114, come mostrato nella figura 4. Come nella prima forma realizzativa, gli assi 132 delle matrici rotanti 128 sono orientati in direzione perpendicolare all'asse del tubo o tubolare 114. Il supporto per le matrici rotanti 128. come pure il ruotismo ed il meccanismo conduttore di moto, essendo simili a quelli della prima forma realizzativa, sono omessi dal disegno della figura 2.
In questa seconda forma realizzativa. le matrici
rotanti 128 sono in forma di ruote la cui circonferenza
138 contiene una pluralità di rulli 140. Questi ultimi
hanno assi paralleli all'asse 132 della matrice. Come
mostrato nella figura 4. i rulli 140 hanno ciascuno un
profilo frontale 142 che è sostanzialmente un arco di
novanta gradi, cosicché i corrispondenti rulli 140 che si
trovano in contatto con il tubo 114 ad un qualsiasi
istante di tempo occupano sostanzialmente trecentosessanta
gradi della circonferenza del tubolare 114.
In questa forma realizzativa, si hanno dieci rulli
140 per ciascuna ruota o matrice 128. Il numero di tali <; >rulli può però essere scelto in base a normali
principi tecnici, in funzione del diametro del tubolare e
dello spessore di parete, nonché in funzione della
velocità di uscita del tubolare richiesta. Con questa
macchina 110 a sbalzare, ci si possono attendere velocità
d'uscita del tubolare comprese fra circa cinque
piedi/minuti (1,524 m/min) e centocinquanta piedi/minuto
(45,72 m/min).
Si preferisce che le matrici rotanti 128 di questa
forma realizzativa siano fatte girare in senso contrario
al senso di traslazione del tubo o tubolare 114 oltre il
mandrino 122.
Come nella prima forma realizzativa, i rulli 140 entrano successivamente in contatto con la parete del tubo e sollecitano il metallo del tubo a scorrere entro le gole 124 del mandrino 122. e poi liberano il tubo 114 in modo che la parete del tubo scatti elasticamente in allontanamento dal metallo, permettendo al tubo di avanzare .
Il martellamento incrementale dei rulli 140 sul tubo 114 può creare onde fisiche sulla superficie esterna del tubo o tubolare 114. Mediante rotazione delle matrici 128 in senso contrario a quello di traslazione del tubo, le onde successive tenderanno a cancellarsi reciprocamente, mantenendo l'effetto di ondulazione ad un minimo.
Sia con la prima che con la seconda forma realizzativa, le matrici 28 e 128 sono sincronizzate in modo che le varie matrici di ciascuna macchina 10 e 110 entrino in contatto con il tubo, 14 o 114, congiuntamente, e cooperino a creare una successione di rapide prese e rilasci fra il tubolare ed il mandrino. In una versione pratica della forma realizzativa delle figure 3 e 4, le matrici rotanti 128 possono essere costituite da una ruota del diametro di dodici pollici, ciascuna con cinquantuno (30.48 era) rulli 140 del diametro di 0,7 pollici (17,78 mm). Una velocità d'uscita pari a cento piedi/minuto (30,43 m/min) può essere ottenuta ad una . velocità di rotazione della matrice di circa dodicimila giri/minuto. In un'altra versione, le matrici 128 possono essere ruote del diametro di sei pollici (15,24 cm) contenenti 17 rulli ciascuna, del diametro di 0,375 pollici (0,9525 mm). Se queste matrici 128 sono fatte girare a circa guarantaquattromila giri/minuto, si ottiene una velocità d'uscita di centoventicinque piedi/minuto (38.1 m/min). In ciascun caso. si ha un martellamento incrementale in modo da creare un avanzamento od alimentazione del tubolare pari a circa due millesimi di pollice (0.0508 mm) per rullo 140.
Un mandrino 22' alternativo, scanalato elicoidalmente come mostrato nella figura 5, presenta gole 24' elicoidali od a spirale che si estendono da una estremità prossimale ad una distale di esso. Questo può sostituire il mandrino scanalato assialmente 22 o 122. Le gole elicoidali producono nervature elicoidali 26' di aumento del tubolare sulla superficie interna del tubolare o tubo 14. In questo caso, il mandrino 22' ruota per seguire l'andamento delle nervature 26' mentre il tubo 14 viene trafilato su di esso.
Anche se la presente invenzione è stata descritta nei dettagli con riferimento a certe forme realizzative preferite. s'.intende che la domanda non si limita proprio a tali forme realizzative. Al contrario, molte modifiche e varianti si prospetteranno agli esperti del ramo senza che ciò comporti scostamento dall'ambito e dallo spirito della presente invenzione come definiti nelle annesse rivendicazioni .

Claims (8)

  1. RIVENDICAZIONI 1 . Procedimento per produrre un aumento interno su un tubo metallico tubolare (14) per scambiatore di calore, caratterizzato dalle fasi di spostamento del tubo (14) assialmente sopra un mandrino (22) genericamente cilindrico che è supportato all'interno del tubo in una posizione sostanzialmente fissa., il mandrino (22) avendo una pluralità di gole (24) che si estendono da una estremità assiale ad un'altra estremità assiale di esso; e penetrazione del tubo tubolare (14) per scambiatore di calore nelle gole (24) del mandrino (22) in modo da produrre nervature interne (26) in corrispondenza delle posizioni di dette gole, mediante rotazione di una pluralità di matrici rotanti opposte (28) contro la superficie esterna del tubo sostanzialmente al disopra di detto mandrino, dette matrici (28) essendo in forma di ruote aventi assi (32) genericamente perpendicolari all'asse del tubo tubolare (14) per scambiatore di calore ed avendo porzioni circonferenziali (38) che rotolano in contatto con il tubo parallelamente all'asse del tubo stesso.
  2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette matrici rotanti (28) occupa un arco (42) delle circonferenze del tubo per scambiatore di calore eguale sotanzialmente a 360 gradi divisi per il numero di dette matrici, cosicché viene a trovarsi in contatto con dette matrici sostanzialmente tutta la circonferenza della superficie esterna del tubo.
  3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette matrici rotanti (128) portano ciascuna una pluralità di rulli circonferenziali (140), e che.detta fase di rotazione delle matrici include il mettere ad intermittenza la superficie esterna del tubo (114) in contatto con detti rulli (140).
  4. 4 . Macchina per formare un aumento interno su una superficie interna di un tubo metallico tubolare (14) per scambiatore di calore, caratterizzata da mezzi (12) per far avanzare detto tubo (14) assialmente; un mandrino (22) genericamente cilindrico all'interno di detto tubo (14) e recante una pluralità di gole assiali (24); mezzi (16.18) supportanti detto mandrino (22) all'interno di detto tubo (14) in una posizione fissa; una pluralità di matrici rotanti (28) in forma di ruote aventi rispettivi assi (32) disposti genericamente perpendicolari all'asse del tubo per scambiatore di calore ed aventi porzioni circonferenziali (38) che rotolano in contatto con il tubo (14) parallelamente all’asse del tubo, sostanzialmente in corrispondenza della posizione di detto mandrino (22); mezzi (30) supportanti crii assi (32) di dette matrici rotanti (28) in modo che le matrici siano in contrapposizione e circondino il tubo, le porzioni circonferenziaii (38) della pluralità di matrici rotanti occupando rispettivi archi della superficie esterna del tubo in modo che sostanzialmente tutta la circonferenza della superficie esterna del tubo sia in contatto con dette matrici; e mezzi (32,34.36,39) per la rotazione di dette matrici rotanti in modo che dette loro porzioni circonferenziaii (38) rotolino in contatto con detto tubo quando detto tubo vien fatto avanzare.
  5. 5. Macchina secondo la rivendicazione 4. caratterizzata dal fatto che dette matrici rotanti (28) hanno superfici circonferenziaii genericamente dentellate con porzioni (40) radialmente rialzate che entrano in contatto con la superficie esterna del tubo (14), a turno mano a mano che le matrici ruotano.
  6. 6. Macchina secondo la rivendicazione 5, caratterizzata da mezzi (32, 34) di conduzione del moto sincronizzati per la rotazione di dette matrici rotanti (28) alla medesima velocità in modo che le matrici portino simultaneamente le rispettive porzioni rialzate (40) in contatto e poi fuori contatto con la superficie esterna del tubo.
  7. 7 . Macchina secondo la rivendicazione 4 cartterizzata dal fatto che dette matrici rotanti (128) portano ciascuna una pluralità di rulli circonferenziali (140) che entrano in contatto con la superficie esterna di detto tubo, a turno mano a mano che le matrici ruotano.
  8. 8 . Macchina secondo lei rivendicazione 7, caratterizzata da mezzi (32,34,3(5,39) di conduzione del moto sincronizzati per la rotazione di dette matrici rotanti (128) alla medesima velocità in modo che le matrici portino simultaneamente i rispettivi rulli (140) in contatto con la superficie esterna del tubo e portino quindi simultaneamente i propri rulli (140) fuori contatto con la superficie esterna del tubo.
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