Procédé pour la fabrication d'un élément servant à transmettre la chaleur, élément fabriqué selon ce procédé, et dispositif pour la mise en #uvre de celui-ci. La présente invention comprend un pro cédé pour la fabrication d'un élément ser vant à transmettre la chaleur, un élément fabriqué selon ce procédé, et un dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci.
Il a été -établi qu'une grande vitesse de transmission de la chaleur entre des fluides de différentes températures se déplaçant .à l'in- té-rieur et à l'extérieur d'un tube peut être ob tenue par de grandes vitesses d'écoulement des dits fluides. Par exemple pour un tube conte nant,de l'eau chaude et sur lequel de l'air à plus basse température est envoyé, la vitesse de transmission de la chaleur -de l'eau à l'air augmente avec la vitesse de l'air passant sur la surface du tube.
Inversement, pour d!es tubes contenant de l'eau froide, et sur lesquels passent des gaz chauds, la chaleur est transmise à l'eau à une vitesse d'autant plus grande, que la vitesse des gaz chauds sur la surface des tubes est plus forte. De plus, il a été établi qu'il est avantageux d'utiliser des tubes de faible diamètre, et qu'une amélioration ap préciable de la transmission de chaleur est obtenue en disposant les tubes en zigzag. Il s'ensuit que pour une surface donnée et un écoulement d'air donné, la quantité de cha leur transmise dépend de la disposition des surfaces.
Il a été prouvé par expérience que, pour obtenir la meilleure transmission de chaleur dans des échangeurs de température de forme ordinaire, il est nécessaire d'utiliser des tubes de très faible diamètre, par exem ple de 1,5 mm. Mais pratiquement il est im possible d'employer de tels tubes, vu la très grande quantité qu'il en faudrait pour pro duire la surface nécessaire, .le nombre de joints et les difficultés de nettoyage. La pré sente invention a pour but de permettre d'é tablir des moyens autres que ces petits tubes, pour obtenir des vitesses de transmission de chaleur approximativement égales à celles qu'ils permettent de réaliser; elle comprend un procédé caractérisé en ce qu'on forme un ruban au moyen d'un fil enroulé en hélice, et en ce qu'on fixe ce ruban à la surface d'un tube en suivant une hélice de ce tube.
L'invention comprend aussi un élément caractérisé par un tube à la surface duquel est fixé, selon une hélice, un ruban formé au moyen d'un fil enroulé en hélice. Elle comprend enfin un dispositif caractérisé par des moyens pour former un ruban au moyen d'un fil enroulé en hélice, et par d'autres moyens pour enrouler ce ruban à la surface d'un tube, selon une hélice, et pour le fixer audit tube.
Le dessin annexé représente un tube pourvu de tiges radiales, et, à titre d'exem ple, une forme d'exécution d'un élément selon l'invention et un dispositif pour le fabri quer.
La fig. 1 est une vue à grande -échelle d'un tube pourvu extérieurement de tiges ra diales; La fig. 2 est un développement d'une par tie de la surface du tube; La fig. 3 est une vue encore à plus grande échelle d'une seule tige, et d'une par tie du tube; les flèches indiquent comment se transmet la chaleur de l'intérieur du tube à l'air de refroidissement qui circule à l'exté rieur dans les autres vues les flèches indi quent la direction de l'écoulement de l'air; La fig. 4 est une vue en élévation, grandeur naturelle, d'une partie de tube fa briqué conformément à la présente invention;
La fig. 5 en est une vue .en bout; La fig. 6 est une coupe selon la ligne VI-VI de la fig. 5; La. fig. 7 est une coupe transversale montrant le mode de fabrication du tube, et La fig. 8 est une coupe selon la ligne VIII-VIII de la fig. 7; La fig. 8a est une vue d'un détail im portant; La fig. 9 est, à plus petite échelle, une coupe verticale .d'une partie .du dispositif utilisé pour préparer le ruban de fil et l'ap-, pliquer sur le tube;
Les fig. 9a et 9b sont des vues et des coupes de détails; La fig. 10 est, .à plus petite échelle en core, une vue en élévation du dispositif com plet; La fig. 11 en est une vue de côté, et La fig. 12 est une vue en élévation ar rière, avec coupe suivant la ligne XII-XII de la fig. 11.
Dans ce dessin, et plus particulièrement dans les fig. 1 à 3, 1 est un tube sur lequel des tiges 2 sont disposées radialement, et qui est contenu dans une "enveloppe 3 reliée à. des conduits latéraux 4. On supposera que le tube est rempli d'eau chaude ou de vapeur devant être refroidie par un courant d'air qui est indiqué par des flèches et qui passe sur sa surface extérieure. Ce courant d'air est continuellement subdivisé par les tiges 2 dont. il absorbe la chaleur; celle-ci lui est trans mise par chaque tige de la manière indiquée par les flèches dans la fig. 3.
Il serait pratiquement impossible d'obte nir un tube avec une telle quantité de tiges, par exemple par moulage, tandis que le même effet peut être obtenu facilement avec l'élément fabriqué par le procédé selon l'in vention, qui va être décrit en référence aux fig. 4 à 8.
Dans ces figures, 1 est le tube à refroi dir et les éléments radiaux 2 sont obtenus en enroulant en hélice et @de champ sur le tube 1 une sorte de ruban 6 en fil de cuivre (ou autre matière bonne conductrice de la cha leur); ce ruban est constitué par un fil en roulé en hélice aplatie; l'hélice à section cir culaire ayant été reconnue moins efficace, la forme préférée de ce ruban est représentée à la fig. 8a.
On enroule ce ruban de champ sur le tube 1 en même temps qu'un fil de fixation 7 qui le traverse, après avoir soudé sur le tube l'extrémité dudit fil 7. La surface des spires qui vient en contact avec le tube est de préférence fraisée comme indiqué en 6a (fig. .8a), de manière à augmenter la. surface de transmission de la chaleur.
Le tube 1 peut aussi être pourvu de rai nures hélicoïdales formant un siège pour le bord rond du ruban 6, auquel cas l'opération de meulage de celui-ci n'est pas nécessaire. Après que le ruban a été enroulé en hélice sur toute la longueur du tube, l'extrémité libre du fil de fixation 7 estsoudée au tube 1, ce qui assure une très bonne fixation du ruban. Il est toutefois nécessaire, pour que la transmission de la chaleur soit parfaite, de souder finalement le ruban au tube au moyen de soudure s (fig. 5 et 6).
Ceci peut être effectué par étamage, c'est-à-dire en trempant tout le tube dans de la soudure: mais celle-ci est coûteuse, et une grande -éco nomie, de même qu'une efficacité encore un peu plus grande peuvent être obtenues en se limitant au soudage des spires du ruban 6 sur le tube 1. Cette opération peut être effec tuée en enroulant entre les spires du ruban et sur le tube, un fil de soudure provenant d'une bobine, par exemple en même temps que le ruban lui-même, ainsi que cela sera expliqué clairement ci-après; l'extrémité du fil de soudure, qui est mou, peut aisément être pincée sous l'extrémité du fil de fixa tion 7.
Après avoir enroulé sur le tube le ruban 6 et le fil de soudure, ci celui-ci est. en étain, ou en plomb et en étain, on plonge le tout dans de l'eau à décaper, puis on l'égoutte, on le place en position verticale dans un mou fle, -et on chauffe le tube un peu au-dessus (lu point de fusion de la soudure, celle-ci s'écoule alors le long du tube; mais il en reste aux endroits où le ruban 6 s'appuie sur celui-ci, ce qui est précisément ce que l'on désire. Pour souder de manière satisfaisante de cette façon, il est important que le tube soit chauffé depuis l'intérieur, de manière que les gaz chauds ne viennent pas en contact avec le ruban de fil et avec le décapant.
Il est également important que le tube soit plus chaud que-le ruban, et que les parties exté rieures :de celui-ci soient au-dessous du point de fusion de la soudure.
Il a été possible de former un chalumeau à l'extrémité d'un long tube qui peut être in troduit dans le tube 1; la flamme de ce cha lumeau brûle à l'intérieur du tube 1 ,dont une partie est portée à. la température dé sirée.
Ce long brûleur tubulaire peut être uti lisé .de la manière suivante: Le tube auquel doit être soudé le ruban enroulé est passé sur le brûleur jusqu'à ce que ce dernier fasse légèrement saillie au-dessus de lui. Le gaz et l'air sont :alors amenés au chalumeau et s'al lument au contact de la flamme veilleuse; le tube 1 est alors soulevé lentement; la flamme du chalumeau, à l'extrémité -de celui-ci, chauffe ainsi d'une extrémité à l'autre le tube 1 sur lequel le ruban se soude au fur et à mesure que le tube s'élève. Dès que l'ex trémité inférieure de celui-ci dépasse le cha lumeau, le gaz et l'air amené à ce dernier sont coupés et l'opération est terminée.
Chauffé de cette manière, le fil de sou dure fond et la soudure se loge aux endroits où le ruban s'appuie sur le tube, tout excé dent de soudure qui n'est pas retenu par ca pillarité s'écoulant le long .du tube et s'é chappant finalement à l'extrémité de celui-ci.
Le même résultat pourrait encore être ob tenu en chauffant le tube électriquement. Outre l'économie -de soudure, ce procédé présente sur l'ëtamage par plomgeage l'avan tage d'éviter que des gouttes de soudure res tent entre les fils du ruban; il est en effet important que les fils soient indépendants les uns des autres.
La soudure employée peut être d'une qualité dure ou molle; on peut même avoir recours à une brasure selon l'emploi que l'on fait du tube.
Le dispositif représenté aux fig. 9 à 12 comprend une tête de formation du ruban portée par un bâti 10; sur un arbre creux 11, supporté par des paliers à billes, est posée une bobine de fil de ruban 12, qui est en suite serrée contre un disque à friction 13 par un ressort 14 (fig. 9 et 11); celui-ci est fixé sur une douille 15 qui est verrouillée à l'arbre 11 par une fermeture à baïonnette.
L'enveloppe 16 protège la bobine 12 et sup porte un tube de guidage 1.7, ainsi qu'un ten deur de fil 19 (fig. 10); ce tendeur offre une résistance suffisante à l'avancement du fil de ruban pour que les côtés du ruban soient plats, mais toutefois insuffisante pour provoquer la rupture du fil. Cette rupture ne pourrait :être évitée seulement par le res sort 14, car la tension maximale qu'il exerce sur le fil de ruban augmente au fur et à mesure que le fil 12 se déroule à cause de la réduction du rayon de la bobine.
Au commencement d'une opération, on fait passer le fil de ruban de la bobine à tra vers une ouverture 18 ménagée dans le car ter 16, puis sous le tendeur 19; la pression de celui-ci est ajustée, pour donner la tension désirée, au moyen de vis 20 qui sont ensuite arrêtées par une plaque de verrouillage; le fil de ruban est alors enroulé autour d'un mandrin 22 en acier trempé sur une longueur d'environ 25 mm en avant d'une rondelle 23, également en acier trempé qui s'appuie sur l'extrémité inclinée de l'arbre creux 11, et qui fait avancer le ruban de fil formé le long du mandrin 22.
Le mandrin 22 est ajusté dans un siège conique formé dans un axe fixe 24 sur lequel tourne l'arbre creux 11; la partie extérieure à cette douille est plate en section transver sale, comme représenté à la fig. 9a; la ron delle 23 présente une ouverture qui s'adapte à lui et permet en outre au fil de fixation 25 de passer sous le mandrin, après avoir traversé une douille de guidage 21, l'axe 24 et une rainure du mandrin; la rondelle 23 oscille sur celui-ci grâce à l'inclinaison de l'arbre I1 et à la poussée en arrière du ru ban de fil 26.
Le tube 27, sur lequel doit être enroulé le ruban 26, est tenu à une extrémité par les mâchoires d'un mandrin élastique 28 monté dans deux supports appartenant à un chariot 37, ces mâchoires sont serrées sur le tube 27 au moyen d'un .écrou à ailettes 30 (fig. 9 et 11), et sont disposées à l'extrémité d'un arbre creux 31 qui porte une roue den tée 32.
On prévoit divers arbres s'adaptant aux différents diamètres de tubes. Un mandrin ordinaire pourrait, il est vrai, être disposé sur l'arbre 31 et être utilisé pour des tubes de toutes dimensions, d'es mandrins coniques pouvant être utilisés pour les plus petits, de manière à éviter ces jeux de plusieurs arbres; mais pour du travail en série sur des tubes d'une même grandeur, la forme décrite est préférable.
La roue dentée 32 est clavetée sur l'arbre 31, et entraînée par une autre roue dentée 33; celle-ci est portée par un arbre 82 et est à son tour entraînée par une roue dentée 34 qui est montée sur une broche filetée 35 qui l'actionne (fig. 12); cette broche s'étend sur toute la longueur d'un banc 36 et tra verse le chariot 37 qu'elle entraîne à partir de sa position initiale représentée jusqu'à l'autre extrémité du banc 36.
La broche 35 est actionnée par un jeu de roues d'angle 90 et par une chaîne (fig. 11) passant sur des roues de chaîne 39 et 38; cette dernière est clavetée sur l'arbre d'une poulie 40 et est entraînée par elle; les roues à chaînes 38 et 39 sont amovibles pour en permettre l'échange rapide selon le rapport des vitesses de l'arbre<B>Il.</B> et de l'arbre creux 31, et selon le diamètre du tube 27. Il est évident que plus le diamètre du tube est grand, plus celui-ci doit tourner lentement, afin qu'en s'enroulant sur le tube, le ruban reste serré. Une roue à chaîne folle 41 est prévue pour régler la tension de la chaîne et permettre de changer rapidement les roues à chaîne.
N'importe quel espacement des spires du ruban, à partir de la formation en enroule ment serré, peut être obtenu par le choix de roues de chaîne convenables accouplées, et si cela est nécessaire par une plus ou moins grande poulie, dont le diamètre n'influe tou tefois pas sur le pas des spires<B>du</B> ruban sur le tube.
Ce pas dépend des dimensions de la roue dentée 32 calée sur l'arbre du chariot 37; en retirant cet arbre et en remplaçant la roue 32 par une plus petite, on obtient des spires à pas plus serré; l'axe de la roue dentée 33, qui est folle, peut être déplacé dans une fente 42 de manière que l'engrènement se produise convenablement.
Le tube 27, sur lequel doit être enroulé le ruban, est supporté, près du mandrin 22' du quel il reçoit le ruban .de fil 26, par un cous sinet appartenant à un support fixe (fig. 10) qui appartient au banc 36.
Quand le chariot 37 portant le mandrin 28 se déplace sur le banc 36, il fait tourner le tube 27 et tire ce dernier à travers le cous sinet du support 43 qui le maintient solide ment quelle que soit la position qu'occupe le chariot.
Pour former une petite surface plate à la base des spires aplaties du ruban .de fil 26, une fraise rotative, ou un autre dispositif convenable, peut être disposée au-dessous du mandrin 22 entre la rondelle 2-3 et le tube 27. Cette fraise peut par exemple être sup portée par le bâti, à l'extrémité d'un bras réglable selon le mandrin et selon l'étendue désirée de la surface fraisée. Le sens de ro tation de la fraise doit être tel que la pres sion qu'elle exerce sur le fil enroulé tende à comprimer les spires les unes contre les au tres.
Pour utiliser le dispositif, on opère comme suit: Une bobine pleine 44 contenant le fil de fixation 95 est placée sur une console 45: une cheville 46 qui fixe au bâti de la, ma chine un bras 47 portant un excentrique 81 (fig. 10 et 9) dans lequel tourne l'arbre 48 du rouleau supérieur 49 d'une paire de rou leaux tendeurs du fil 49 et 50, est retirée, et lt@ bras 4 7 est déplacé dans la, direction -de la flèche (fig. 9); ceci provoque la rotation de l'arbre 48 dans les paliers excentriques, et éloigne le rouleau supérieur 49 du rouleau inférieur 50.
L'extrémité du fil de fixation 25 peut alors être introduite à travers la douille 21, dans l'axe 24 -et le mandrin 22 puis accrochée à une tige 51 portée par l'ar bre 'al (fig. 11). Celui-ci est alors mis en ro tation au moyen de la poulie 40, et le bras 17 est ramené à la, position représentée. La rotation de l'arbre 31 et du tube 27 produit le déroulement -du fil .de fixation entre les rouleaux 49 et 50 et l'enroulement sur le tube 27 du ruban à spires aplaties qui sort du mandrin 22.
Le fil 25 est fixé .sur le tube 27 par soudure, ou au moyen d'une pince telle que celle représentée en détail à la fig. 9u; cette pince est constituée par un anneau 52 fait d'une bande de métal dont les extrémités sont recourbées puis liées en semble par un collier 53.
La courroie motrice 54 du mécanisme d'entraînement est alors poussée de la poulie folle 55 sur la poulie 56; le carter 16 de la bobine commence alors à tourner et produit, autour du mandrin 22 un ruban en spires de fil, contenant le fil de fixation 25; comme celui-ci se déplace le .long du mandrin et est aussi enroulé sur le tube 2.7, le ruban de fil est pris entre lui et le tube et serré sur ce dernier avec la tension produite par les rou leaux 49 et 50.
La traction à laquelle le ruban de fil 26 est soumis est déterminée par la vitesse à la quelle il est produit par rapport à la vitesse circonférentielle du tube 27, tandis que le pas de la spire hélicoïdale qu'il forme dé pend de la vitesse relative de ce tube et de la broche 35.
Le ruban de fil 26 est enroulé sur le tube. jusqu'à ce que le chariot 37 ait fait passer toute la longueur du tube, sauf environ 32 mm à travers le coussinet du support 43, le chariot est alors arrêté et le ruban de fil 26 coupé près de la rondelle 23, le tube 27 étant maintenu en rotation jusqu'à ce que l'extrémité du ruban soit serrée sur le tube 27 par quelques spires de fil de fixation 25.
Celui-ci est alors fixé au tube 27 près de l'ex trémité du ruban 26; la partie restante est, coupée, et on appuie sur une pédale 157 ac tionnant par un câble 91 un coulisseau 58 qui porte le banc 36; ce coulisseau 58 s'é loigne alors du mandrin 22 d'où l'extrémité du fil de fixation 25 dépasse; le tube peut ensuite être facilement retiré de ses supports.
Il suffit pour cela de desserrer l'écrou à ai lettes 30, et d'abaisser un levier 59 (fig. 12) agissant sur; une pince 92; le chariot est alors libéré de la broche d'entraînement 35 et peut être déplacé vers la droite jusqu'à ce que l'extrémité du tube 27 émerge du cous sinet du support 43; le tube peut être aisé ment retiré, puis la pédale 157 relâchée; le coulisseau 5,8 reprend alors sa position ini tiale, marquée par une butée, sous l'action d'un ressort 60 (fig. 11).
Pour produire un enroulement du ruban sur un autre tube, on amène le chariot 37 contre un arrêt 61, on introduit un nouveau tuba 2 7 dans le coussinet du support 43, et on serre l'écrou à ailettes 30; après avoir fixé l'extrémité du fil de fixation 25 dépas sant le mandrin sur le nouveau tube 27, on met le dispositif en marche, et le nouveau tube est recouvert comme il vient. d'être de crit. Il est commode d'aplatir le fil de fixation 25; mais cela n'est pas absolument indispen sable. On pourrait d'ailleurs obtenir le même effet au moyen de deux fils placés côte à côte, comme le montre la partie inférieure de fig. 6.
Les rouleaux 49 et 50 produisent une tension très constante sur le fil 25. Il est possible de modifier le degré d'aplatissement du fil de fixation 25 en réglant l'arbre 62 du rouleau inférieur dont les extrémités re posent dans une douille excentrique 60, au moyen d'un levier 63 (fig. 10) pourvu d'une vis de réglage 64; une rotation partielle de l'excentrique rapproche plus ou moins le rou leau 50 du rouleau supérieur 49. L'arbre 62 du rouleau inférieur 50 est fixé dans une mâchoire 75 au moyen d'une vis de fixation 76 (fig. 12).
La commande de la tête formant le ruban et celle du chariot sont indépendantes l'une de l'autre, car tandis qu'elles sont mises en marche ensemble, elles sont arrêtées à des moments différents; une commande à accou plement est recommandable pour la poulie 40 qui est entraînée par une courroie 65, car elle lui permet d'être pourvue d'une cour roie assez longue pour permettre le mouve- ment du coulisseau 58. La tête mobile tou tefois comporte une poulie fixe et une pou lie folle 55 et 56, comme représenté, de ma nière à éviter une accélération ou une dimi nution subites de la vitesse du carter 7.6, eu qui pourrait rompre le fil qui le traverse ou provoquer une rotation trop rapide de la bo bine 12.
L'oreille 165 du support 66 (fig. 9) des rouleaux aplatisseurs 49 et 50 n'empêche pas seulement l'axe fixe 24 de tourner; mais au moyen de vis 6 7 (fig. 10) logées dans des bossages du bâti 10 elle permet d'ajuster le mandrin 22 par rapport au tube 2 7 (le fa çon que le ruban 26 puisse toujours être ra pidement attaché au tube 2 7 en bonne posi tion; la meilleure position du mandrin n'est g-énéraleinent pas exactement la position ver ticale, mais varie quelque peu avec la dureté du fil employé.
Le tube de guidage 17 est disposé de fa çon à pouvoir être placé en dehors du chemin de la bobine 12, afin de faciliter le chanr;e- ment de celle-ci.
Un arrêt 68 (fig. 10 et 1.l) est prévu pour le coulisseau transversal 58; cet arrêt est disposé pour venir en prise avec un bras 69 qui porte un poids réglable 70, et qui in dique la tension donnée au fil de fixation 25, ce qui permet à. l'opérateur de voir si cette tension est correctement ajustée: cette tension peut être ajustée en faisant agir une tension auxiliaire sur le fil 25 au moyen d'un ressort 71 freinant la, bobine 44.
La bobine 12 portant le fil est percée de trous 72 (fig. 11) de façon que l'opérateur puisse voir combien de fil il reste sur la bo bine, et juger si la quantité est suffisante pour commencer un tube.
Il n'a été fourni aucune indication sur le dessin au sujet de dispositifs éventuels de soudage électrique, car ces -dispositifs sont connus. Un bras à souder isolé peut toute fois facilement être fixé au support 43 et être amené en contact avec le fil de fixation 25 au moyen d'une seconde pédale 93.
Le banc 36 (fig. 12) peut pivoter sur des tourillons 7 3 qui sont supportés par des bras du coulisseau transversal 58, et peut être in cliné au moyen d'une vis de réglage 74. Ceci permet d'amener la partie supérieure de tube 27, quel que soit le diamètre de celui-ci, en alignement avec le fil de fixation 25 qui sort de dessous le mandrin 22, sans toucher aux engrenages de la broche filetée et du chariot.
L'arbre creux 11 est porté dans le bâti par des paliers à billes 77, 78 et la poulie folle 55 est munie d'un moyeu 79 qui est également à billes.