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"Tube en fonte pour échangeur de chaleur et échangeur de ohaleur composé de tels tubes. ainsi que procéd1 pour 1' exécution de tels tubes." ' dinventieurs Heinz Jacobs et Flans Claesgen)
Les tubes en fonte pour échangeurs de chaleur présentent vis-à-vis des tubes en acier,l'avantage d'être résistants la corrosion ainsi qu'aux surchauffes de faible durée,et celui qui consiste en ce qu'ils permettent de réaliser une grande surface de chauffe dans un petit espace et donc de mettre en oeuvre une puissance calorifique importante. Par contre, les tubes en acier présentent vis-à-vis des tubes en fonte pour.
,échangeur de chaleur l'avantage d'être soudables. L'assembla-' ge des tubes individuels en faisceaux tubueire parcourus en parallèle est notablement facilita ''par la soudabilité, tout en assurant une étanchéité parfaitequi ne peut pas, être at- teinte avec un;degré de perfection semblable dans le cas des tubes moulés pour échangeurs du chaleur,tubes qui nécessitent
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jusqu'à présent des assemblages à vis.
'La présente invention vise'à combiner les avantages des tubes moulés avec oeux des tubes en acier.
L'invention consiste en ce que,le tube moulé pour échan- geur de chaleur est prolongé au moyen de bouts de tube en 'acier encastrés de coulée dans le tube en fonte.Les bouts de tube en acier qui émergent du tube en fonte permettent de souder celui-ci,de sorte que les tubes en fonte pour-échangeurs de chaleur selon l'invention peuvent être assemblés par sou- dage en faisceaux tubulaires parcourus en parallèle,delà de la manière qui ne pouvait être appliquée à ce jour qu'aux tubes en acier.
Il importe essentiellement de réaliser un joint parfait entre les bouts de tube en acier'et le tube en fonte. A cette fin,il est avantageux que les extrémités des bouts de tube en acier, encastrées de coulée dans les tubes en fonte, soient effilées à la manière de tranohants.A l'endroit d'un tranchant ainsi formé on obtient avec certitude une soudure par fusion entre l'acier.et la fonte, de sorte que l'étanohéité du joint est assurée.D'autre part, la partie du bout de tube d'acier encastrée de moulage peut présenter un relief qui augmente sa surface.En outre, on peut prévoir des évidements dans la par- tie encastrée de moulage du bout dé tube en acier.
Afin de réaliser des conditions favorables pour l'écoule- ment le long des surfaces extérieures à aliettes etun accoris- sement de la résistance à la flexion et à la compression, il .est avantageux de combiner deux tubes en une seule pièce mou- lée. Dans ce cas,.les deux tubes possèdent une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie communes qui présentent une section transversale à peu près'ovale. Dans de tels tubes, les bouts de tube en acier encastrés de coulée peuvent présent' une forme adaptée à celle de la section d'entrée et de sortie
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du tube double.
Il est particulièrementavantageux d'imprimer un mouvement en tourbillon ou en vrille au fluide qui parcourt les tubes, étant donné que cette disposition améliore les échanges ther- miques.A cette fin, et toujours selon l'invention, on prévoit, sur la face intérieure de la paroi tubulaire, des surfaces 'directrices sous la forme d'une vis à plusieurs spires, sur- faces qui produisent un mouvement en vrille du fluide en air- culation et qui agissent en outre comme ailettes de refroidis- sement par le fait qu'elles augmentent la superficie intérieure du tube.
' Ces surfaces directrices peuvent s'étendre sur la tota de la longueur du tube. Il est oependant avantageux de les pré voir uniquement à la partie initiale de celui-ci, la section du tube située à l'intérieur par rapport à ces surfaces étant occupée par un corps de garniture.Grâce à la présence du corps de garniture, le fluide en circulation est forcé de s'écouler par les canaux situés entre les surfaces directrices, de sorte qu'il se voit imprimer un mouvement en vrille.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on prévoit. à proximité des extrémités des tubes pour échangeurs de chaleur des brides d'appui et de protection qui sont veuesd'une seule pièce avec le tube.Ces brides protègent les bouts de tube d' acier 'prévus aux.extrémités des tubes en fonte,.ainsi que les joints de soudure entre ces deux éléments,contre les suroahuffes de la part des gaz qui cèdent leur chaleur et baignent les tubes entre les brides.
Lors du moulage du tube pour échangeurs de chaleur, et selon une autre caractéristique de l'invention, l'entonnoir de coulée,prévu dans le châssis supérieur du moule, est de préférence.disposé au-dessus de la partie à encastrer de mou- lage du bout de tube en acier,de sorte que le jet de coulée
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celle-ci. Grâce à cette disposition, on peut placer le bout de tube en acier à l'état froid dans le moule, le réchauffage étant assuré par le jet de coulée.
Lorsque les tubes de l'échangeur de chaleur sont assemblés de manière à former un faisceau échangeur de chaleur, ils s'ap- puient les uns sur les autres par l'intermédiaire de leurs bri- des d'appui,cependant que les brides d'appui de tous les tubes sont maintenues assemblées à l'aide d'un dispositif de serrage en forme de cadre, dont les éléments sont réunis les uns aux autres d'une manière élastique. Le dispositif de serrage en form< de cadre peut se prêter lors des dilatations thermiques.
Au lieu de souder les bouts de tube en acier dans des pla ques de tête,lors de l'assemblage de ces tubes en vue de 1a òr- mation d'échangeurs de chaleur, on peut donner aux extrémités extérieures des bouts de tube en acier encastrés de coulée la forme de brides polygonales dont les bords seront soudés aux bords des brides des tubes voisins, de sorte que ces brides combinées forment la plaque de tête. Il est encore plus avanta- geux de courber les bords de ces brides vers l'extérieur.
Grâce à cette disposition, les bords des brides se rencontrent sous un angle aigu, de.sorte qu'ils peuvent être soudés les uns aux autres par une soudure à bas point de fusion.Lorsqu'il s'agit de remplacer un tube dans un faisceau tubulaire,ce tube peut être aisément détaché du faisceau âpres enlèvement à la meule du joint de soudure de la bride du tube en'question. '
La fixation élastique et souple des tubes peut encore être améliorée par la prévision, entre la bride et l'extrémité en- castrée de coulée du bout de tube,d'un ou de plusieurs étran- glements,de façon que le bout de tube agisse comme un tube camper, sateur ondulé.
Un tel bout de tube en,acier, comportant une bride et un étranglement,est avanta eussemtn constitué en deux parties assemblées par soudage,le joint de soudure étant situé dans la partie la plus étroite de l'étranglement.
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D'autres détails de l'invention ressortiront de la des- criotion di-après qui se rapporte aux dessins annexés,dans lesquels l'invention est représentée à titre d'exemple et d'une manière schématique.
Dans ces dessins :
La Fig.1 est une-vue en coupe d'une extrémité d'un tube . munie d'un bout de tube en acier encastré de moulage et soudé à une plaque d'acier élastique.
La Fig.la est une vue en coupe d'un mode de réalisation de variante du bout de tube en acier.
La Fig.2 est une vue en coupe par l'extrémité d'un tube double:
La Fig.3 est une vue d'élévation latérale relative à la Fig.2,partie en coupe.
La Fig.4 montre un mode de montage des tubes pour échan- geurs de chaleur pour une disposition verticale.
La Fig.5 montre un faisceau tubulaire maintenu assemblé , .au moyen d'un dispositif de serrage élastique.
La Fig.6 pst une vue en coupe par l'extrémité d'un moule.
'. La Fig.7 est une vue en coupe par l'extrémité de tubes comportant dès bouts de tube en.acier établis à la manière de brides'
La Fig.8 est une .vue d'élévation latérale relative à la Fig. 7.
La Fig. 9 est une vue en coupe correspondant à la Fig.7 et montrant une variante qui comporte des bouts de tube en acier dont.les brides sont bordées.
, La Fig.10 est'une vue en coupe'correspondant à la Fig.9 où les bouts de tube présentent un étranglement devant la bride.
La Fig.11 est une vue en plan relative à la Fig.9.
La Fig.12 est une vue schématique d'élévation latérale montrant la construction d'un système de chauffage comportant
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l'emploi de tubes avec bouts de tube en acier encastrés de coulée.
La Fig.13 est une vue en plan schématique d'un système comportant des bouts de tube en acier'munis de brides hexa- gonales .
. , ' Le tube d'échangeur de chaleur 1 selon la Fig.l est muni extérieurement de nervures 2, afin de faciliter la transmission de chaleur. Sur la face intérieure du tube sont prévues des surfaces directrices 3, sous la forme d'une vis à filets mul- tiples.Le fluide, l'air par exemple,qui pénètre par l'extrémi- té représentée du tube,se voit' imprimer un mouvemt en vril- le par les surfaces directrices 3.La section du tube stitde intérieurement par rapport aux surfaces directrices 3 peut être occupée par un corps de garniture 4, de sorte que l'air est forcé de s'écouler entre ces surfaces directrices ( voir figs.2 et 3).
Un bout de tube en acier 5 est encastré de coulée dans 1' extrémité du tube 1, fig.1L;extrémité du bout de tube 5 en- gagée dans le.tube en fonte 1, est munie de gorges 6, afin d'assurer.un 'joint.particulièrement intime entre l'acier et la tonte. Dans ce.même but, on peut prévoir des évidements 7, prévus dans la partie encastrée du bout de tube en acier.
Dans le mode de réalisation de l'invention selon la fig.
1a ,l'extrémité encastrée du bout de tube en acier 5 est ef- filée à la manière d'un tranchant.Lors de la coulée, le tran- chant 5' entre en fusion avec certitude; de sorte que le joint est étanche.Au lieu de bouts- de tube en acier exécutés sans , oudure bn peut employer des bouts de tube de forme quelcon- que, exécutés en centrant des pièces de tôle.
Le bout de tube en a ier 5/est soudé par son extrémité extérieure dans la plaque d'acier 9 formant le fond de l'échan. geur.On obtient de cette façon un joint comme on n'a jamais
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pu le réaliser à ce jour avec des tubes en fonte.La plaque d'acier 9 présente une très faible épaisseur,de sorte qu'elle peut se prêter élastiquemetn aux' dilatations thermiques iné- gales des différents tuves la plaque d'acier prévue à l'autre extrémité de 1'échangeur de chaleur peut présenter une plus grande épaisseur et peut donc être rigide, Pour soulager les joints de soudure 8 et la plaque d'acier 9,
les tubes en fonte sont munis du voisinage de leurs extrémités de brides d'appui
10 à l'aide desquelles ces tubes prennent appui les uns sur les autres. En outre, les brides 10 protègent la plaque d'acier 9 et les bouts de tube d'acier 5 contre les effets thermiques , des gaz de combustion qui baignent les tubes d'échangeur de chaleur 1 dans l'espace compris entre les brides 10.
Dans le mode de réalisation Belon les figs. 2 et 3, deux tubes sont combinés de manière à constituer un tube double sous la forme d'une pièce de moulage unique. Pour cette raison l'orifice d'embouchure présente une forme approximativement ovale, à laquelle correspond la section du bout de tube en acier 5.
Les tubes d'échangeur-de chaleur en fonte peuvent être montés dans 1'équangeur soit dans le sens horizontal, soit dans le sens vertical. La Fig.4 montre une dispositinn pour ' le montage de tubes dans une position verticale, une condition essentielle consistant à absorber le poids des tubes,afin de soulager la plaque d'acier 9 qui forme le fond de l'échari- geur.Les brides d'appui 10 des tubes reposent, entre les bouts de tube en acier 5, sur des pièces intercalaires 11 disposées entre les brides d'appui 10 et la plaque d'acier 9 et cons- tiutées par des profilés appropriés.
D'autres éléments d'ap- pui 12 sont prévus au-dessous dos éléments d'appui 11, soit, entre la plaque d'acier 9 et uno construction de support,
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non représoittée,une grille aa uupport par exemple. On réalise
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ainsi un soulagement complet de la plaque d'acier et des joints de soudure 8.
Le faisceau échangeur de chaleur est avantageusement maintenu assemblé-à l'aide d'un dispositif de serrage comme représenté dans la Fig.5.Les brides d'appui juxtaposées 10, qui font partie des tubes assemblés en un faisceau,sont maintenus assemblés par des cornières 13 qui forment une espèce de cadre et qui sont sollicitées les unes vers les autres à l'aide de ressorts 14 par exemple.Lorsque les brides 10 subissent des dilatations thermiques,la construction formant le dispositif de serrage est à même de se prêter à celle-ci.
La Fig. 6 représente l'extrémité d'un moule dans lequel a lieu la coulée des tubes selon l'invention.Le bout de tube en acier 5 est glissé sur le noyau 15 de telle façon que son extrémité profilée fait saillie dans la partie du creux du moule dans laquelle se forme l'extrémité du tube moulé.Selon l'invention, l'entonnoir de coulée 16 est disposé dans le châssis supérieur 17 du moule de telle façon que le jet de coulée rencontre l'extrémité à encastrer du bout de tube en aice 5..Grâce à cette disposition., le bout de tube en acier 5 peut être'placé à l'état froid dans le moule et est réchauffé par le jet de coulée lors de la coulée,de sorte que ce bout de - tube se soude parfaitement à la fonte.
Au 1 t'eu de souder'les bouts de tube; en acier dans'une plaque de fonte,comme montré dans les figs. 1 et 4,on peut enoas trer de coulée, dans les extrémités de tubés en fonte, des bouts de tube en acier 18 dont les extrémités extérieures sont tournées-vers l'extérieur à la manière de brides (voir les figs 7 et 9). Les brides 19 présentent toutes la même for- me polygonale et sont en contact les,unes avec les autres par leurs bords. Ces brides sont soudées les unes aux autres par leurs bords 20 Les brides 19, assemblées par soudage, forment la plaque de fond de l'échangeur de chaleur.
Dans le
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mode de réalisation selon la Fig.9,les bords des brides 19 des bouts de tube encastrés de coulée sont pliés vers l'ex- térieur.Par conséquent, les bords 21 des brides de bouts de tube voisins se rencontrent à angle aigu. Grâce à cette dis- position,ces bords peuvent être réunis les uns aux autres d'une façon.simple,au moyen d'une soudure à bas point de fusion.
..Les bouts de tube en acier représentés dans la fig.10
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difèen.da\,ulu mode' de.réalisation se'ion la fig.9 par le fait qu'un.-étranglement 22 est prévu entre l'extrémité'en- castrée de moulage, du bout de tube en acier, 'd'une'part, 'et
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sa, partie.,Qonstituée.,sous la-forme d'une bé>±dé"19') d'autre pàrt. bout de tube en acier és.tàblement augmentée par l'étranglement 22. Le bout de tube en acier est constitué en deux pièces, le joint de soudure 23 entre ces dernières étant prévu dans la partie la plus de 1'étran glement.
La Fig.12 montre l'assemblage de tubes individuels en.vue de constituer un système de chauffage. Les bouts de tube en acier 5 sont soudés les uns aux autres par l'entremise des bords des brides'19.'La liaison entre les bouts de tube d'acier soudés les uns aux autres, d'une part, et l'élément de bâti 34 d'autre part,est assurée à l'aide d'une pièce de tôle intermé- diaire 25 qui présente la forme d'un tube compensateur ondulé et qui sert à absorber les dilatations thermiques. A l'élément de bâti 24 est en outre fixé un raccord 26 par l'entremise duquel un des fluides entre lesqus doit s'opérer l'échange thermique parvient dans l'intérieur des tubes en fonte 1 en ,passant par les bouts de tube en acier 5.
.'La Fig.13 montre l'assemblage de bouts de'tube en acier comportant une bride hexagonale 19. Ce mode de réalisation offre l'avantage d'un écartement à peu près égal entre, d'une part, le bord 21 de la bride,qui est soudé.. au bord de la bride voisine., et, d'autre part, la paroi 27 du bout de tube
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en acier, o'est-à-dil.e,la paroi du tube d'éohangeur, de sorte que .l'on obtient une dilatation à peu près uniforme de la bride et du bout de tube en acier Contrairemetn à ce qui.se passe dans le cas de brides quadrangulaires,le nombre des pointes de bords de brides,qui se rencontrent, comme indiqué en 28 est de trois seulement, ce qui signifie une simplifica- tion de l'opération de soudage et une meilleure étanchéité.
Lorsque les bouts de tube en acier présentent une forme hexa- gonale, les brides en fonte des tubes d'échangeur présentent avantageusement elles aussi une forme hexagonale.
REVENDICATIONS.
1. Tube moùlé,soit,en fonte, pour échangeurs de chaleur, caractérisé en ce qu'il est prolongé par des bouts de tube en acier (5) encastrés de coulée dans ses extrémités.
2. Tube moulé pour échangeurs de chaleur, selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'extrémité du bout de tube en acier appelée à être encastrée de coulée est effilée à la manière d'un tranchant (fig. la).