IT9021418A1

IT9021418A1 - DEVICE FOR THE MECHANICAL EXPANSION OF THE TUBES THAT MAKE UP THE HEAT EXCHANGE BATTERIES

Info

Publication number: IT9021418A1
Application number: IT021418A
Authority: IT
Inventors: Angelo Serrato
Original assignee: Serratto Angelo
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1992-03-10
Also published as: IT9021418A0; IT1249798B

Description

DISPOSITIVO PER L'ESPANSIONE MECCANICA DEI TUBI CHE COM-PONGONO LE BATTERIE DI SCAMBIO'TERMICO" DEVICE FOR THE MECHANICAL EXPANSION OF THE PIPES THAT COMBINE THE THERMAL EXCHANGE BATTERIES "

La presente invenzione riguarda un dispositivo per l'espansione meccanica dei tubi che compongono le batterie di scambio termico o scambiatori di calore a piastra continua. The present invention relates to a device for the mechanical expansion of the tubes that make up the heat exchange coils or continuous plate heat exchangers.

E’ noto che una batteria di scambio termico é costituita da una pluralità di tubi, nei quali scorre il fluido primario, ad alta adduttanza, e da alette a piastra in intimo contatto con detti tubi, tra le quali passa il fluido secondario a bassa adduttanza. Più precisamente i tubi della batteria sono ripartiti in una o più file, dette "ranghi", di tubi affiancati ed intervallati. Nei tubi, che possono essere in rame e sue leghe, alluminio o acciaio inossidabile, circola il fluido ad alta adduttanza, cioè a bassa resistenza superficiale, per esempio acqua, salamoia, gas frigorigeno o vapore. La superficie interna, in contatto con detto fluido, costituisce la superficie primaria della batteria. It is known that a heat exchange coil consists of a plurality of tubes, in which the high adductance primary fluid flows, and of plate fins in intimate contact with said tubes, between which the low adductance secondary fluid passes. . More precisely, the tubes of the battery are divided into one or more rows, called "ranks", of tubes placed side by side and at intervals. In the pipes, which can be made of copper and its alloys, aluminum or stainless steel, the fluid with high adductance, i.e. with low surface resistance, circulates, for example water, brine, refrigerant gas or steam. The internal surface, in contact with said fluid, constitutes the primary surface of the battery.

I tubi sono infilati in fori imbutiti ricavati nelle alette a piastra continua le quali, dello spessore di qualche decimo di millimetro, possono essere a loro volta in alluminio, rame e sue leghe o acciaio inossidabile. Esse sono distanziate le une dalle altre mediante collarini distanziatori, ricavati all'atto dello stampaggio dei fori imbutiti. Tra queste alette circola il fluido a bassa adduttanza, cioè ad alta resistenza superficiale, quali sono gli aeriformi in genere, ad esempio l'aria. La superficie delle alette e quella esterna dei tubi costituisce la superficie secondaria, molto maggiore di quella primaria. The tubes are inserted in drawn holes obtained in the continuous plate fins which, with a thickness of a few tenths of a millimeter, can in turn be made of aluminum, copper and its alloys or stainless steel. They are spaced from each other by means of spacer collars, obtained when the drawn holes are molded. Between these fins circulates the fluid with low adductance, that is, with high surface resistance, such as gaseous in general, for example air. The surface of the fins and the outer surface of the tubes constitute the secondary surface, much greater than the primary one.

Per un buon funzionamento, ovvero rendimento dello scambio termico, occorre che il contatto tra tubi ed alette sia il più intimo possibile e che sia permanente nel tempo. La differenza tra il diametro dei fori imbutiti e quello esterno dei tubi, già minima all'atto del-1 'infilaggio, deve essere annullata con l'operazione di espansione dei tubi stessi. For a good functioning, that is to say efficiency of the heat exchange, it is necessary that the contact between tubes and fins is as intimate as possible and that it is permanent over time. The difference between the diameter of the deep drawn holes and the external diameter of the pipes, already minimal at the time of insertion, must be eliminated by the expansion of the pipes themselves.

Secondo la tecnica nota, l'espansione dei tubi può essere ottenuta attraverso metodi idraulici o meccanici. According to the known art, the expansion of the tubes can be obtained by hydraulic or mechanical methods.

L'espansione idraulica consiste nel riempire tutti i tubi della batteria con acqua ad una pressione tale da dilatarli in modo permanente per portarli a stretto contatto con la superficie interna dei fori imbutiti delle alette. Per una buona riuscita di questa tecnica occorre che i tubi siano rigorosamente calibrati e con uguali resistenze, in ogni loro punto, alle dilatazioni radiali. Data la difficoltà di avere materiali idonei, questo metodo é stato pressoché abbandonato, anche perché si presta solo per i tubi in rame. The hydraulic expansion consists in filling all the pipes of the coil with water at a pressure such as to permanently expand them to bring them in close contact with the internal surface of the drawn holes of the fins. For this technique to be successful, the pipes must be rigorously calibrated and with equal resistance, in every point, to radial expansion. Given the difficulty of having suitable materials, this method has been almost abandoned, also because it is suitable only for copper pipes.

L'espansione meccanica può essere ottenuta mediante biglie in acciaio, di diametro leggermente superiore a quello interno dei tubi da espandere, spinte da un’estremità all’altra dei tubi mediante acqua in pressione. Anche questo metodo, molto lento e di una certa pericolosità, si presta solo per tubi in rame, oltre tutto al di sopra di un certo diametro. Mechanical expansion can be achieved by means of steel balls, with a diameter slightly greater than the internal diameter of the pipes to be expanded, pushed from one end of the pipes to the other by pressurized water. Also this method, very slow and dangerous, is suitable only for copper pipes, in addition to everything above a certain diameter.

L’espansione meccanica può anche realizzarsi con il metodo che fa ricorso ad una o più aste provviste, alle estremità che devono entrare nei tubi di elementi in acciaio a forma di oliva, con un diametro leggermente superiore a quello interno dei tubi da espandere mentre dalla parte opposta sonò fissate ad una piastra che viene spinta da un pistone oleodinamico. Una difficoltà di questo metodo di espansione é data dalla necessità di avere all’esterno dei tubi guide per le aste che sono relativamente sottili e caricate di punta, mentre un altro inconveniente é l’ingombro, dato che le aste devono essere lunghe quanto i tubi da espandere e così pure il pistone per cui, in definitiva, l’ingombro longitudinale é di oltre tre volte la lunghezza della batteria. Questa tecnica viene quindi usata principalmente per batterie di lunghezza ridotta e di geometria relativamente costante, come nel caso dei ventiloconvettori e dei condizionatori di ambiente. The mechanical expansion can also be carried out with the method which makes use of one or more rods provided, at the ends that must enter the tubes of olive-shaped steel elements, with a diameter slightly greater than the internal diameter of the tubes to be expanded while from opposite side are fixed to a plate which is pushed by a hydraulic piston. A difficulty of this method of expansion is the need to have on the outside of the tubes guides for the rods that are relatively thin and tip loaded, while another disadvantage is the bulk, since the rods must be as long as the tubes. to expand and so does the piston so that, ultimately, the longitudinal bulk is more than three times the length of the battery. This technique is therefore mainly used for coils of short length and relatively constant geometry, as in the case of fan convectors and room conditioners.

E' stato ora ideato, e costituisce l’oggetto della presente invenzione, un dispositivo per l'espansione meccanica dei tubi summenzionati avente un ingombro ridotto e tale da consentire di eliminare tutti gli inconvenienti presentati dai dispositivi e metodi noti, Che sia in grado di espandere tubi in rame e sue leghe, alluminio, acciaio inossidabile ed altri materiali in modo preciso, sicuro e veloce. A device for the mechanical expansion of the aforementioned pipes has now been devised, and constitutes the object of the present invention, having a reduced overall dimensions and such as to allow to eliminate all the drawbacks presented by the known devices and methods, which is able to expand pipes in copper and its alloys, aluminum, stainless steel and other materials in a precise, safe and fast way.

Le caratteristiche ed i vantaggi del dispositivo secondo la presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente .dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa preferita, con riferimento ai disegni annessi in cui : The characteristics and advantages of the device according to the present invention will become evident from the following detailed description of a preferred embodiment thereof, with reference to the attached drawings in which:

la FIGURA 1 mostra una vista in sezione longitudinale del dispositivo secondo l'invenzione, presa lungo un piano diametrale di uno dei tubi da espandere; Figure 1 shows a longitudinal sectional view of the device according to the invention, taken along a diametrical plane of one of the tubes to be expanded;

la FIGURA 2 mostra una vista in sezione lungo la linea II-II di figura 1; e Figure 2 shows a sectional view along the line II-II of Figure 1; And

la FIGURA 3 mostra un'altra vista in sezione, lungo la linea III-III di figura 1. Figure 3 shows another sectional view, along the line III-III of Figure 1.

Con riferimento alle figure, la catena articolata 1 é formata dalle piastrine in acciaio 2, dai perni 3 e dalle bussole 4 libere di ruotare intorno ai perni. Le bussole presentano il profilo esterno sferico per adattarsi, con un piccolo gioco, al profilo interno del tubo espanso. With reference to the figures, the articulated chain 1 is formed by the steel plates 2, by the pins 3 and by the bushes 4 free to rotate around the pins. The bushings have a spherical external profile to adapt, with a small play, to the internal profile of the expanded tube.

La catena 1 si impegna su un’apposita ruota dentata 5 il cui passo é pari a quello della catena 1, dato dalla distanza tra i centri dei perni 3- Il profilo dei denti della ruota 5 é tale da permettere 1'impegnamento ed il disimpegno di una bussola 4 alla volta nella gola compresa tra due denti successivi, mentre le piastrine 2 alloggiano in adatti incavi praticati nei denti della ruota 5, così che ogni coppia di bussole contigue 4 venga a trovarsi in due gole successive della ruota 5 fra le quali é compreso un dente in cui alloggia la piastrina 2 che unisce dette due bussole 4. The chain 1 engages on a special toothed wheel 5 whose pitch is equal to that of the chain 1, given by the distance between the centers of the pins 3- The profile of the teeth of the wheel 5 is such as to allow the engagement and disengagement of one bush 4 at a time in the groove between two successive teeth, while the plates 2 are housed in suitable recesses made in the teeth of the wheel 5, so that each pair of contiguous bushings 4 is located in two successive grooves of the wheel 5 between which a tooth is included in which the plate 2 which joins said two bushings 4 is housed.

La ruota dentata 5 presenta un mozzo 9 collegato ad un albero motore 7 mediante una chiavetta 8 o qualsiasi altro mezzo facilmente innestabile e disinseribile. Si noti che, benché sia stata rappresentata nei disegni una sola catena, sullo stesso albero motore 7 possono essere montate altre ruote dentate 5, in particolare tutte quelle necessarie per espandere in una sola volta tutti i tubi di un rango della batteria. The toothed wheel 5 has a hub 9 connected to a drive shaft 7 by means of a key 8 or any other means which can be easily engaged and disengaged. It should be noted that, although only one chain has been shown in the drawings, other toothed wheels 5 can be mounted on the same drive shaft 7, in particular all those necessary to expand at once all the tubes of a row of the battery.

Ogni catena 1 termina con un elemento in acciaio 6, a forma sostanzialmente di oliva ed avente un diametro leggermente superiore a quello interno del tubo 12 da espandere. Il dispositivo comprende anche un tubo di guida 10 per ogni catena 1, che termina con un morsetto 11 ed é coassiale al tubo 12 da espandere. Allorché la ruota dentata viene fatta girare nel senso della freccia F, la catena avanza dapprima nel tubo di guida 10 e quindi, grazie alla spinta esercitata dalla ruota 5, penetra nel tubo 12 bloccato coassialmente rispetto al tubo di guida mediante il morsetto 11, provocandone l'espansione. Si noti che la spinta avviene sulle piastrine 2 passando per i centri 3 di due perni contigui scomponendosi in due componenti, una parallela e l'altra ortogonale all'asse del tubo. Il piccolissimo gioco esistente tra il profilo esterno delle bussole 4 e quello interno del tubo, pari a non più di 1+2 decimi di millimetro, rende la componente ortogonale del tutto trascurabile, per cui il valore della componente assiale é praticamente uguale a quello della spinta esercitata dalla ruota dentata. Each chain 1 ends with a steel element 6, substantially olive-shaped and having a diameter slightly greater than the internal diameter of the tube 12 to be expanded. The device also comprises a guide tube 10 for each chain 1, which ends with a clamp 11 and is coaxial with the tube 12 to be expanded. When the toothed wheel is rotated in the direction of the arrow F, the chain first advances in the guide tube 10 and then, thanks to the thrust exerted by the wheel 5, it penetrates into the tube 12 which is coaxially blocked with respect to the guide tube by means of the clamp 11, causing expansion. It should be noted that the thrust occurs on the plates 2 passing through the centers 3 of two contiguous pins, breaking down into two components, one parallel and the other perpendicular to the axis of the tube. The very small play existing between the external profile of the bushings 4 and the internal one of the tube, equal to no more than 1 + 2 tenths of a millimeter, makes the orthogonal component completely negligible, so that the value of the axial component is practically equal to that of the thrust exerted by the toothed wheel.

Allorché l’elemento ad oliva.6 ha percorso tutto il tubo 12, viene fatto invertire il senso di rotazione della ruota 5 e la catena viene estratta ed inviata in' un tubo di raccolta 1 3 posto preferibilmente sullo stesso lato, sotto la batteria. Questa, della quale sono stati rappresentati in figura 1 altri tubi 14, alcune alette 15 ed una piastra terminale 16, può essere vantaggiosamente fissata su una piattaforma 17 spostabile in modo da portare il terminale del tubo 12, 14 da espandere di fronte al morsetto il. Si noti che il massimo numero di tubi per rango che un costruttore intende realizzare determina il numero di ruote dentate 5 che verranno montate sullo stesso albero motore 7- Poiché però questo numero può variare da batteria a batteria, se quella da espandere ha un numero di tubi inferiore al massimo, le ruote dentate superflue vengono disennestate dall'albero motore per esempio mediante la chiavetta 8. Le ruote dentate 5 saranno poi preferibilmente protette mediante un tegolo ribaltabile 18 rappresentato in figura 1 a linee tratteggiaté in posizione ribaltata per l'introduzione e l'ispezione delle catene, nonché da un tegolo fisso 19. I tubi di guida 10 e di raccolta 13 sono inoltre resi vantaggiosamente solidali tra loro mediante traverse 20 e 21 rispettivamente,le quali sono collegate, a loro volta, all'incastellatura generale del dispositivo non mostrato in figura, che raggruppa il motore di comando, il riduttore di giri, i cuscinetti dell'albero motore e quant'altro necessario al funzionamento del dispositivo di espansione senza tuttavia far parte dell'invenzione essendo alla portata di un qualsiasi tecnico del ramo. When the olive element 6 has covered the entire tube 12, the direction of rotation of the wheel 5 is reversed and the chain is extracted and sent in a collection tube 13 preferably placed on the same side, under the battery. This, of which other tubes 14, some fins 15 and an end plate 16 have been shown in Figure 1, can be advantageously fixed on a platform 17 which can be moved so as to bring the end of the tube 12, 14 to be expanded in front of the clamp. . Note that the maximum number of tubes per row that a manufacturer intends to make determines the number of sprockets 5 that will be mounted on the same crankshaft 7- However, since this number can vary from battery to battery, if the one to be expanded has a number of tubes lower than the maximum, the superfluous toothed wheels are removed from the drive shaft for example by means of the key 8. The toothed wheels 5 will then preferably be protected by means of a tilting plate 18 represented in figure 1 in broken lines in an overturned position for the introduction and inspection of the chains, as well as from a fixed plate 19. The guide tubes 10 and collection tubes 13 are also advantageously made integral with each other by means of crosspieces 20 and 21 respectively, which are connected, in turn, to the general frame of the device not shown in the figure, which groups together the drive motor, the speed reducer, the crankshaft bearings and anything else necessary for operation of the expansion device without however being part of the invention being within the reach of any person skilled in the art.

Eventuali aggiunte e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo alla forma realizzatila sopra descritta ed illustrata del dispositivo di espansione meccanica dei tubi di una batteria o di qualsivoglia scambiatore di calore senza uscire dall'ambito dell'invenzione stessa. Any additions and / or modifications may be made by those skilled in the art to the embodiment described and illustrated above of the mechanical expansion device of the tubes of a battery or of any heat exchanger without departing from the scope of the invention itself.

Claims

CLAIMS 1. Device for the mechanical expansion of the tubes that make up the heat exchange batteries comprising a tool for carrying out the expansion and means for pushing it into the tube (12) to be expanded, characterized in that said thrust means are constituted, for each tube to be expanded, by an articulated chain (1) at one end of which an expansion tool is provided formed by a steel element (6) having a diameter slightly greater than the internal diameter of the tube ( 12) to be expanded, a drive member consisting of a toothed wheel (5) mounted on a drive shaft (7) being provided for each chain (1).

2. Device according to claim 1, characterized in that said chain (1) comprises bushings (4) having a spherical outer profile, capable of rotating around central pins (3) and joined together by elongated plates (2) which constitute the links of said chain, whereby the latter becomes a rigid element, the external diameter of said bushings (4) being only slightly smaller than the internal diameter of the tubes (12, 14) to be expanded.

3. Device according to claims 1 and 2, further comprising for each articulated chain (1) a guide tube (10) and a collection tube (13), said guide tube being coaxially positioned with any of said tubes (12 , 14) to be expanded by means of clamps (11).

4. Device according to one or more of the preceding claims, comprising for each articulated chain (1) a toothed wheel (5) mounted on a single drive shaft (7) by means of a quick coupling means (8) for the adaptation of time to time to the number of tubes to expand (12,14) for each rank of the heat exchange coil.

5. Device according to any one of claims 3 or 4, further comprising protection means (18,19) of the toothed wheel (5), possibly overturning for inspection and introduction of the chain (1), as well as means (20, 21) for connecting said guide tubes (10) and collection tubes (13) rigidly side by side with each other.

6. Device according to claim 1, wherein said element (6) is substantially olive-shaped.

7. Device for the mechanical expansion of the tubes that make up the heat exchange coils, substantially as described and illustrated above