ITUB20159298A1

ITUB20159298A1 - Scambiatore di calore a fascio tubiero e mantello, tubi alettati per tale scambiatore e relativo metodo di produzione.

Info

Publication number: ITUB20159298A1
Application number: ITUB2015A009298A
Authority: IT
Inventors: Marco Rottoli; Marcello Garavaglia
Original assignee: Brembana & Rolle S P A
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-06-23
Also published as: US20180372427A1; ES2944546T3; KR20180098304A; US20210033351A1; DK3394550T3; EP3394550B1; EP3394550A1; CN108431538A; JP2019502084A; WO2017108330A1

Description

SCAMBIATORE DI CALORE A FASCIO TUBI ERO E MANTELLO, TUBI ALETTATI

PER TALE SCAMBIATORE E RELATIVO METODO DI PRODUZIONE.

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad uno scambiatore di calore a fascio tubiero e mantello, in particolare ad uno scambiatore di calore a fascio tubiero e mantello che comprende tubi alettati di tipo particolare. In un suo ulteriore aspetto, la presente invenzione è relativa ad un metodo di produzione di tubi alettati provvisti di un particolare sistema di alettatura.

Scambiatori del tipo a fascio tubiero e mantello (shell and tube) sono scambiatori di calore industriali di tipo noto e sono costituiti essenzialmente da un fascio di tubi posizionato all'intemo di un involucro (mantello) di contenimento solitamente cilindrico. In condizioni operative lo scambiatore viene percorso da due flussi fluidi: un primo fluido, preferenzialmente il più caldo, oppure più corrosivo o con coefficiente di sporcamente superiore, scon'e afl’intemo dei tubi (il cosiddetto flusso “lato tubi”), mentre un secondo fluido scorre nello spazio delimitato dalla superficie interna del mantello e dalle superfici esterne dei tubi (il cosiddetto flusso “lato mantello”).

Setti trasversali (“diaframmi”), generalmente realizzati in lamiera, sono generalmente presenti afl’intemo del mantello con il duplice scopo di sostenere il fascio tubiero e creare turbolenza nel fluido lato mantello al fine di incrementare il coefficiente di scambio termico

Con riferimento alla figura 3, i setti trasversali sono realizzati con piatti in lamiera che occupano una parte della sezione interna dello scambiatore 10, detemiinando un percorso tortuoso (come rappresentato dalle trecce in figura 3) del fluido lato mantello, avente componenti longitudinali e soprattutto trasversali rispetto afl’asse dello scambiatore 10; questa tipologia di diaframmatura configura la soluzione tradizionalmente classificata secondo la Noima TEMA comunemente adottata a livello intemazionale.

Nei cosiddetti scambiatori longitudinali, un esempio dei quali del tipo EMBaffle® (Expanded Metal Baffi e) è rappresentato nelle allegate figure 1 e 2, il fluido lato mantello scorre lungo una direzione sostanzialmente rettilinea (come rappresentato ad esempio dalle frecce in figura 2) - generalmente in controcorrente rispetto al fluido lato tubi - e sostanzialmente parallela afl’asse dello scambiatore 1.

Il flusso del fluido lato mantello può avere anche un andamento di tipo elicoidale, come rappresentato ad esempio in figura 4. In questo caso, alT interno dello scambiatore 100 sono posizionati un certo numero di diaframmi, realizzati con griglie stampate, inclinati in maniera opportuna in modo da conferire un moto rotatorio al fluido lato mantello durante Tavanzamento alT interno dello scambiatore 100, determinando cosi il moto complessivo elicoidale del fluido lato mantello schematizzato dalle frecce di figura 4.

Un tipico problema che si riscontra negli scambiatori di tipo TEMA tradizionale è dato dal deposito di materiale solido trasportato dal fluido o che si forma per precipitazione in corrispondenza dei diaframmi o di angoli morti sul calumino del fluido lato mantello. Il deposito di materiale solido può comportare una diminuzione del coefficiente di scambio termico con conseguente diminuzione delle prestazioni dello scambiatore. Inoltre, la presenza di materiale solido depositato alTintemo dello scambiatore può determinare una distribuzione non uniforme del flusso del fluido lato mantello, e può quindi comportare un peggioramento delle prestazioni dello scambiatore.

Nel campo degli scambiatori di calore, in particolare degli scambiatori di tipo industriale, è noto utilizzare tubi provvisti di alette superficiali per aumentare la superficie di scambio tennico. Nel caso degli scambiatori di calore a fascio tubi ero e mantello, a seconda che si vogliano incrementare le prestazioni sul lato mantello o sul lato tubi, il tubo può essere provvisto di aletta sulla sua superficie esterna o sulla sua superficie interna. In casi particolari viene utilizzato un tubo alettato su entrambi le superfici.

Negli scambiatori convenzionali (con flusso principale trasversale del tipo rappresentato in figura 3), Palettatura normalmente usata è trasversale al tubo, in modo da massimizzare lo scambio con la componente principale del flusso del fluido lato mantello. In uno scambiatore a fascio tubiero e mantello a flusso longitudinale (del tipo rappresentato in figura 1 e 2) tale alettatura trasversale (vale a dire con angolo di avanzamento a=90°) perderebbe invece di efficacia.

E’ anche noto realizzare tubi provvisti di alettatura con passo elicoidale, ossia tubi in cui Tangolo di avanzamento del aletta ha una componente in senso longitudinale rispetto all’asse del tubo (a< 90°).

I procedimenti di realizzazione di tubi con alette a passo elicoidale ad oggi noti impiegano la combinazione di più utensili per massimizzare il numero di alette con profilo elicoidale. Le tecnologie di tipo noto di produzione di tubi alettati soffrono però di un limite di applicazione in funzione delle caratteristiche del materiale con cui è realizzato il tubo, limitando quindi la gamma di materiali alettabih.

Infatti, in presenza di tubi in lega a più elevate resistenza meccanica (i.e. inossidabili e duplex), la componente longitudinale della forza impressa sul tubo durante la fomiazione delTaletta, non omogeneamente ripartibile fra gli utensili, provoca in virtù del progressivo incrudimento del materiale determinato dall’azione degli utensili in successione, il sistematico slittamento dell’utensile maggiormente caricato al di fuori del profilo in fase di realizzazione.

Ne consegue un danneggiamento dell’ utensile e la necessità di una sua frequente sostituzione, con i danni conseguenti in termini di costo diretto dell’utensile e di mancata produzione a causa del corrispondente fermo macchina.

Per minimizzare l’effetto di incrudimento che rende difficile se non impossibile Γ ottenimento di determinate altezze dell’aletta in presenza di acciai legati (inossidabili e superiori) si ricorre solitamente alla ricottura del tubo a cavallo fra due lavorazioni successive, con un sensibile aggravio economico del processo produttivo del tubo.

In base a queste considerazioni, compito principale della presente invenzione è quello di fornire uno scambiatore di calore a fascio tubiera che superi gli inconvenienti ed i problemi sopra descritti.

All’interno di questo compito, uno scopo della presente invenzione è quello di fornire uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale con prestazioni migliorate rispetto agli scambiatori di tipo noto.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale in cui sia incrementato, in particolare sul lato mantello, il coefficiente di scambio termico per unità di perdita di calicò, rispetto agli scambiatori ti tipo convenzionale.

Ancora uno scopo della presente invenzione è quello di fornire uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale in cui sia incrementato, sia sul lato mantello che sul lato tubi, il coefficiente di scambio termico per unità di perdita di carico, rispetto agli scambiatori ti tipo convenzionale.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un tubo alettato per scambiatori di calore, in particolare per scambiatori di calore a fascio tubiera, che consenta di migliorare le prestazioni dello scambiatore.

Ancora un altra scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo di produzione di tubi alettati che consenta di realizzare tubi provvisti di alettatura con passo elicoidale (a < 90°) anche quando detti tubi sono realizzati con materiali ad elevata resistenza meccanica. Non ultimo scopo di quanto forma oggetto della presente invenzione è quello di fornire uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale, nonché un tubo alettato per scambiatori di calore, che abbia elevata affidabilità, e sia di facile realizzazione e a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti attraverso uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale che comprende un involucro di contenimento all’intemo del quale un primo fluido può scorrere sostanzialmente parallelamente all’asse longitudinale di detto involucro; detto involucro di contenimento ospita al suo interno un fascio di tubi che sono sostanzialmente paralleli tra loro e paralleli all’asse longitudinale di detto involucro e una pluralità di setti sostanzialmente trasversali all’asse longitudinale di detto involucro e conformati a griglia che sostengono detti tubi, detto fascio di tubi essendo atto allo scorrimento al suo interno di un secondo fluido; lo scambiatore secondo la presente invenzione è caratterizzato dal fatto che detti tubi sono provvisti su almeno una parte della loro superficie esterna di una pluralità di alette a bassa altezza, dette alette a bassa altezza essendo disposte con andamento elicoidale sulla superficie esterna di detti tubi con un primo angolo di avanzamento a e presentando un profilo intenOtto da scanalature elicoidali aventi un secondo angolo di avanzamento β, con α≠β.

Si è infatti visto che uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale cosi concepito presenta un insieme di caratteristiche e proprietà che consentono di superare gli inconvenienti ed i problemi sopra descritti.

In particolare si è visto che la presenza di alette ad andamento elicoidale permette di aumentare notevolmente il coefficiente di scambio tennico lato mantello, migliorando quindi le prestazioni dello scambiatore.

La presenza di discontinuità o interruzioni sul profilo dell’aletta, dovuta alle scanalature elicoidali realizzate come descritto in seguito, consente di creare una superficie tridimensionale che incrementa ulteriormente l’area di scambio rispetto all’aletta iniziale. La superficie finale ottenuta è superiore di un fattore 3, 0-4,0, e può arrivare sino a un fattore 4,5 rispetto al tubo liscio di partenza.

Inoltre, come meglio spiegato nel seguito, grazie al particolare processo produttivo dei tubi alettati, il quale processo costituisce pure oggetto della presente invenzione, è possibile utilizzare negli scambiatori di calore della presente invenzione tubi alettati realizzati con materiali ad elevata resistenza meccanica, ad esempio acciai legati, quali rame-nichel, inossidabili, duplex, titanio, che risultano critici per i motivi esposti precedentemente.

Non sono infatti noti ad oggi scambiatori di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale provvisti di tubi, in particolare tubi realizzati con materiali ad elevata resistenza meccanica, sulla cui superficie esterna siano disposte alette del tipo “a bassa altezza” con andamento elicoidale.

Per gli scopi della presente invenzione con il tennine “alette a bassa altezza” si intendono alette che hanno un’altezza H inferiore a circa 2mm e preferibilmente compresa tra 0,5 e 1,5 mm.

L’angolo di avanzamento a delle alette è generalmente < 80°, e preferibilmente 15°< a<60°, più preferibilmente 20°< a<45°, essendo quesfultimo il migliore intervallo per ottenere l’ottimo compromesso fra altezza e densità di aletta, come verificabile sperimentalmente. Come meglio descritto nel seguito, le interruzioni sul profilo dell’aletta possono essere ottenute sottoponendo il tubo a due operazioni di alettatura immediatamente successive realizzate con angoli diversi di avanzamento.

Il tubo viene sottoposto con un primo utensile di alettatura/scanalatura, ad una prima operazione di scanalatura che realizza una aletta con un angolo di avanzamento β, di profondità bassa, preferibilmente < 0,5 mm, per limitare rincrudimento del materiale. Sul tubo cosi scanalato si compie una seconda operazione di alettatura, principale, che realizza Palettatura vera e propria con un angolo di avanzamento a.

In tal modo Palettatura principale viene realizzata su di una superficie che già presenta creste e valli. Il procedimento utilizza angoli di avanzamento e passi per il primo utensile di alettatura/scanalatura e per l’utensile principale di alettatura tali da far si che l’esito della lavorazione dell’utensile principale sia di incrementare l’altezza dell’aletta finita rispetto a quanto ottenibile partendo da una nonnaie superficie circolare liscia.

In particolare, la lavorazione di alettatura principale viene effettuata secondo un piano inclinato di un angolo a rispetto all’asse longitudinale del tubo, mentre la lavorazione di alettatura/scanalatura viene effettuata secondo un piano inclinato di un angolo cq rispetto all’asse longitudinale del tubo. L’angolo relativo fra i due piani di lavorazione (angolo di taglio) viene scelto in base ad un compromesso fra il maggiore incremento ottenibile dell’altezza dell’ alettatura e il maggior numero di interruzioni ottenibili per unità di lunghezza misurata secondo l’asse longitudinale del tubo.

L’angolo di taglio è quindi compreso fra 0° (massimo incremento altezza e nessuna interruzione) e 90° (minimo incremento altezza e massimo effetto di interruzione). Preferibilmente l’angolo di taglio è compreso fra 30 e 60°, in funzione delle esigenze. In tal modo si realizza sia l’incremento dell’altezza di alettatura finale rispetto alla lavorazione singola che, contestualmente, Γ interruzione desiderata.

La quasi-simultaneità delle due operazioni di scanalatura/alettatura permette di minimizzare l’effetto di incrudimento che renderebbe diversamente molto più difficile Γ ottenimento del risultato di incremento dell’altezza dell’ alettatura in presenza di acciai legati (inossidabili e superiori), se non ricorrendo al procedimento di ricottura del tubo a cavallo fra due lavorazioni successive ricordato precedentemente, con il conseguente aggravio economico. Nello scambiatore di calore a fascio tubiera e mantello, secondo la presente invenzione, l’angolo relativo tra detto primo angolo di avanzamento a e detto secondo angolo di avanzamento β è preferibilmente compreso tra 0° e 90°, e più preferibilmente è compreso tra 30° e 60°.

L’aletta interrotta cosi realizzabile può estendersi suH’intera superficie del tubo o per tratti di sviluppo qualsiasi, lasciando i tratti rimanenti lisci. Tale caratteristica risulta utile nelTimpiego di tubi curvati ad U al fine di non indebolire la sezione curvata, preservandone la resistenza meccanica in particolari applicazioni.

Nel caso di scambiatori di calore a fascio tubi ero a flusso longitudinale del tipo EMbaffle®, tale caratteristica risulta particolarmente utile in quanto il tratto liscio favorisce il posizionamento stabile del setto; per questo motivi gli scambiatori di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale secondo la presente invenzione possono essere vantaggiosamente provvisti di tubi in cui porzioni alettate sono alternate da porzioni lisce.

Al fine di migliorare il coefficiente di scambio tennico anche sul lato tubi, lo scambiatore di calore a fascio tubiero, secondo la presente invenzione, è vantaggiosamente provvisto di tubi che possono essere dotati di una alettatura interna ottenuta per scanalatura della superficie interna.

In un suo ulteriore aspetto, la presente invenzione è relativa anche ad un procedimento per la realizzazione di un tubo alettato per mezzo di una macchina che comprende un primo gruppo di lavoro e almeno un gmppo di supporto. Il primo gruppo di lavoro comprende un primo utensile rotante di alettatura/scanalatura ed un secondo utensile rotante di alettatura montati in sequenza su un uno stesso asse di azionamento. Il primo utensile rotante di alettatura/scanalatura è provvisto di un primo profilo elicoidale di lavorazione avente un primo angolo di avanzamento oq, mentre il secondo utensile rotante di alettatura è provvisto di un secondo profilo elicoidale di lavorazione avente un secondo angolo di avanzamento a2, con a2≠oq .

Il procedimento secondo la presente invenzione comprende l’avanzamento di detto tubo su un piano definito da detto gmppo di supporto, la formazione di una prima aletta/scanalatura (temporanea) su detto tubo per mezzo di detto primo utensile rotante, la formazione di una seconda aletta (principale) su detto tubo per mezzo di detto secondo utensile rotante, la formazione di detta seconda aletta essendo immediatamente successiva alla formazione di detta prima aletta; inoltre l’altezza di detta prima aletta è generalmente inferiore all’altezza di detta seconda aletta.

Nel caso, più frequente, in cui Tasse di azionamento del primo utensile rotante di alettatura/scanalatura e del secondo utensile rotante di alettatura sia parallelo all’asse longitudinale del tubo, il primo angolo di avanzamento cq avrà lo stesso valore del secondo angolo di avanzamento β di detta prima aletta/scanalatura (temporanea), e il secondo angolo di avanzamento a2avrà lo stesso valore del primo angolo di avanzamento a di detta seconda aletta (principale).

Come precedentemente spiegato, Γ angolo relativo (angolo di taglio) tra detto primo angolo di avanzamento ai e detto secondo angolo di avanzamento a2è vantaggiosamente compreso tra 0° e 90°, e preferibilmente è compreso tra 30° e 60°, Inoltre, il primo utensile rotante di alettatura/scanalatura ed il secondo utensile rotante di alettatura sono vantaggiosamente conformati in modo tale che l’altezza h di detta prima aletta sia preferibilmente < 0,5 mm e l’altezza H di detta seconda aletta sia preferibilmente < 2 mm.

Un tubo alettato per scambiatori di calore, in particolare per scambiatori di calore a fascio tubiero, ottenuto per mezzo del procedimento qui descritto, costituisce pure un oggetto della presente invenzione

In particolare i tubi alettati della presente invenzione sono provvisti su almeno una parte della sua superficie esterna di una pluralità di alette a bassa altezza, che sono disposte con andamento elicoidale sulla superficie esterna di detto tubo con un primo angolo di avanzamento a e presentano un profilo interrotto da scanalature elicoidali aventi un secondo angolo di avanzamento β, con α≠β, detto angolo di avanzamento a essendo preferibilmente < 80°, e più preferibilmente 15°< a<60°, l’angolo relativo tra detto primo angolo di avanzamento a e detto secondo angolo di avanzamento β essendo preferibilmente compreso tra 0° e 90°, e più preferibilmente tra 30° e 60°, dette alette a bassa altezza avendo un’altezza H preferibilmente < 2mm e più preferibilmente compresa tra 0,5 e 1 ,5 mm.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme re alizzati ve preferite - ma non esclusive - di uno scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale, secondo la presente invenzione, che sono illustrate a titolo esemplificativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 mostra una vista prospettica di uno scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale;

la figura 2 mostra una vista schematica di uno scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale;

la figura 3 mostra una vista schematica di uno scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso tortuoso;

la figura 4 mostra una vista schematica di uno scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso elicoidale;

la figura 5 mostra una porzione di tubo alettato utilizzabile in uno scambiatore di calore a fascio tubi ero a flusso longitudinale, secondo la presente invenzione;

la figura 6a illustra schematicamente l’andamento elicoidale delle alette di un tubo alettato utilizzabile in uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale, secondo la presente invenzione;

la figura 6b illustra schematicamente l’andamento elicoidale delle scanalature che interrompono il profilo delle alette di un tubo alettato utilizzabile in uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale, secondo la presente invenzione;

le figure 7a-7c illustrano sezioni di profili alternativi di alette di un tubo alettato utilizzabile in uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale, secondo la presente invenzione;

la figura 8 mostra una porzione di tubo alettato con parti alettate alternate da parti lisce utilizzabile in uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale, secondo la presente invenzione;

la figura 9 è una vista laterale schematica di una prima forma di realizzazione di una macchina per attuare il procedimento di realizzazione di tubi alettati, secondo la presente invenzione;

la figura 10 è una vista frantale schematica della macchina di figura 9;

la figura Ila illustra schematicamente la formazione di una prima aletta/scanalatura su un tubo con il procedimento di realizzazione di tubi alettati, secondo la presente invenzione;

la figura 1 lb illustra schematicamente la fonnazione di una seconda aletta (principale) su un tubo con il procedimento di realizzazione di tubi alettati, secondo la presente invenzione;

la figura 12 è una vista laterale schematica di una seconda fonna di realizzazione di una macchina per attuare il procedimento di realizzazione di tubi alettati, secondo la presente invenzione;

la figura 13 è una vista frontale schematica della macchina di figura 12;

la figura 14 mostra una vista schematica di uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale, secondo la presente invenzione;

la figura 15 mostra un dettaglio dello scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale di figura 14.

Con riferimento alle allegate figure uno scambiatore di calore a fascio tubiera a flusso longitudinale del tipo EMBaffle® comprende - nella sua forma di realizzazione più generale un involucro di contenimento 101 all’interno del quale un primo fluido può se onere in direzione sostanzialmente parallela all’asse longitudinale di detto involucro 101. All’intemo dell’involucro di contenimento 101 è posizionato un fascio di tubi 2, che sono sostanzialmente paralleli tra loro e paralleli all’asse longitudinale dell’involucro 101; nell’involuciO 101 sono pure presenti una pluralità di setti 102 trasversali all’asse longitudinale di detto involucro 101 e conformati a griglia, i quali setti 102 sostengono detti tubi 2.

Con particolare riferimento alla figura 14, all’interno dei tubi 2 scorre un secondo fluido, generalmente in controcorrente (vedasi frecce 210) rispetto alla direzione di scorrimento del primo fluido all’intemo del mantello 101 (vedasi trecce 110).

Con riferimento alla figura 7, una delle caratteristiche peculiari dello scambiatore di calore a fascio tubi ero a flusso longitudinale 1, secondo la presente invenzione, è data dal fatto che detti tubi 2 sono provvisti su almeno una parte della loro superficie esterna di una pluralità di alette a bassa altezza 21 che sono disposte con andamento elicoidale sulla superficie esterna di detti tubi 2 secondo un primo angolo di avanzamento a. Tale angolo di avanzamento a è generalmente inferiore a 80°, e preferibilmente è compreso tra 15° e 60°, più preferibilmente compreso tra 20° e 45°.

Una ulteriore caratteristica peculiare dello scambiatore di calore a fascio tubi ero a flusso longitudinale 1 , secondo la presente invenzione, è data dal fatto che le alette a bassa altezza 21 presentano un profilo che è interrotto da scanalature 22 elicoidali aventi un secondo angolo di avanzamento β, con α≠β.

Per illustrare con maggior chiarezza le caratteristiche del tubo 2, in figura 6a e 6b le alette e le scanalature sono state rappresentate separatamente in maniera schematica. Con riferimento anche alla figura 11 a, una prima fase di lavorazione del tubo 2 consente di abbassare (di una quantità tì) ed alzare (di una pari quantità h) il profilo base del tubo 2 in modo tale da realizzare un profilo ondulato avente alette elicoidali 22 e corrispondenti scanalature elicoidali con angolo di avanzamento β, come illustrato in figura 6b. L’altezza h rispetto al profilo base è preferibilmente inferiore a 0,5 mm.

Con riferimento ora alla figura 1 lb, una seconda fase di lavorazione del tubo 2 consente di ottenere l’aletta finale 21 operando in modo da abbassare (di una quantità H) ed alzare (di una pari quantità H) il profilo ondulato del tubo 2 di figura 1 la secondo una lavorazione elicoidale con angolo di avanzamento a (vedasi figura 6a).

La struttura finale dell’aletta 21, in termini di altezza e di numero di interruzioni, dipenderà quindi dalla composizione delle due deformazioni, in particolare dalle quantità h e H, nonché dagli angoli a e β. Quando l’angolo relativo tra a e β è prossimo a 0° si avrà il massimo incremento dell’altezza dell’aletta 21, mentre quando è prossimo e 90° si avrà il massimo numero di interruzioni sul profilo dell’aletta 21 dovute alla scanalature 22.

Per quanto riguarda la “forma” dell’aletta 21, questa può essere scelta a piacimento in funzione delle esigenze. Le figure 7a-7c illustrano alcune possibili sezioni dell’aletta 21, senza voler in alcun modo limitarsi a queste forme di attuazione.

Con riferimento alla figura 8, una forma di realizzazione preferita dello scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale 1, secondo la presente invenzione, prevede che i tubi 2 siano provvisti di porzioni alettate 20 alternate da porzioni lisce 200. In questo modo, con riferimento anche alla figura 15, il posizionamento stabile del setto 102 risulta essere facilitato.

Con riferimento alle figure 9 e 10, verrà ora illustrata una prima fonna di realizzazione di un procedimento per la realizzazione di un tubo alettato 2 provvisto su almeno una parte della sua superficie esterna di una pluralità di alette a bassa altezza 21. Tali alette 21 sono disposte con andamento elicoidale su detta superficie esterna con un primo angolo di avanzamento a e presentano un profilo interrotto da scanalature elicoidali 22 aventi un secondo angolo di avanzamento β.

Il procedimento secondo Pinvenzione viene condotto per mezzo di una macchina 3 che comprendente un gruppo di lavoro 30 e almeno un gruppo di supporto 40. Il primo gruppo di lavoro 30 comprendendo un primo utensile rotante di alettatura/scanalatura 32 ed un secondo utensile rotante di alettatura 31 che sono montati in sequenza su un uno stesso asse di azionamento 33. Il gruppo di supporto 40 comprende da due guide cilindriche a superficie liscia 34 e 36 il cui scopo è mantenere il tubo 2 in posizione durante la lavorazione, reggendo il carico di spinta del gruppo di lavoro 30.

Il primo utensile rotante di alettatura/scanalatura 32 è provvisto di un primo profilo elicoidale di lavorazione che è speculare alle scanalature elicoidali 22 che si vogliono generare sulla superficie esterna del tubo 2 e che presenta un primo angolo di avanzamento 3⁄4 .

Il secondo utensile rotante di alettatura 31 è provvisto di un secondo profilo elicoidale di lavorazione che è speculare alle alette a bassa altezza 21 che si voglio generare sulla superficie esterna del tubo 2 e che presenta un secondo angolo di avanzamento a2, con a2≠ai .

Il procedimento secondo l’invenzione comprende Tavanzamento del tubo 2 su un piano definito dal gmppo di supporto 40 e la formazione di una prima aletta/scanalatura 22 su detto tubo 2 per mezzo del primo utensile rotante 32. Convenientemente, Γ aletta/scanalatura 22 ha una profondità preferibilmente < 0,5 mm per limitare rincrudimento del materiale.

Immediatamente dopo la fonnazione di una prima aletta/scanalatura 22 si ha la formazione di una seconda aletta 21 (aletta principale) su detto tubo 2 per mezzo di detto secondo utensile rotante di alettatura 31. L’altezza di detta seconda aletta principale 21 è superiore all’altezza di detta prima aletta 22, anche se normalmente è inferiore a 2mm.

Come precedentemente spiegato, in funzione dell’angolo relativo tra detto primo angolo di avanzamento 3⁄4 e detto secondo angolo di avanzamento a2è possibile ottenere un’altezza più o meno elevata della aletta principale 21 e un numero più o meno elevato di sue interruzioni da parte della scanalatura 22.

Con riferimento alle figure 12 e 13, una seconda forma di realizzazione di un procedimento per la realizzazione di un tubo alettato 2 secondo la presente invenzione prevede la formazione di una pluralità di alette a bassa altezza sia sulla sua superficie esterna che sulla sua superficie interna.

In questo caso il procedimento secondo l’invenzione viene condotto per mezzo di una macchina 5 che comprende un primo gmppo di lavoro 50 e un gmppo di supporto 70, analoghi al primo gruppo di lavoro 30 e al gmppo di supporto 40 precedentemente descritti. Per quanto riguarda la parte esterna del tubo 2, la lavorazione avviene quindi in modo analogo a quanto descritto precedentemente.

La macchina 5 comprende inoltre un secondo gmppo di lavoro che è atto a realizzare Palettatura interna del tubo 2. L’aletta interna è ottenuta attraverso un utensile alettato 61 con profilo speculare a quanto si intende ottenere sulla superficie interna del tubo 2. L’utensile 61 è inserito internamente al tubo ed è “azionato” dalla pressione esercitata dal primo 32 e secondo 31 utensile rotante sul tubo 2 in appoggio sulle guide cilindriche a superficie liscia 71 e 72 del gruppo di supporto 70. Ne consegue quindi una riduzione del diametro interno del tubo 2 che viene quindi alettato dall’utensile interno 61.

L’aletta interna ha un angolo di avvolgimento contrario a quello dell’aletta esterna 21 in modo tale da evitare impuntamenti dell’utensile esterno o interno. Angolo di avanzamento, altezza di aletta e densità di alettatura sulla parte interna sono realizzabili negli intervalli noti dallo stato dell’arte.

Il procedimento descritto fa in sintesi uso di due utensili profilati per formatura a freddo esterna (o esterna e interna) di un tubo in lega di acciaio debolmente o altamente legata. Questa configurazione consente un’elevata produttività evitando i rischi altrimenti frequenti di danneggiamento/rottura degli utensili e riducendo al minimo la complessità dell’apparato meccanico impiegato. Si presta inoltre per la lavorazioni di acciai legati, quali rame-nichel, inossidabili, duplex, titanio, che risultano critici per molti procedimenti alternativi, come noto dallo stato dell’arte.

In base a quanto sopra descritto, si è visto come il procedimento per la realizzazione di un tubo alettato, un tubo alettato così ottenuto, nonché uno scambiatore di calore, in particolare uno scambiatore di calore a fascio tubiero e mantello a flusso longitudinale, secondo la presente invenzione, assolvano i compiti e gli scopi prefissati.

Sulla base della descrizione data, altre caratteristiche, modifiche o miglioramenti sono possibili ed evidenti al tecnico medio. Tali caratteristiche, modifiche e miglioramenti sono perciò da considerarsi parte della presente invenzione. In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale (1) comprendente un involucro di contenimento (101) all’ interno del quale un primo fluido può scorrere sostanzialmente parallelamente all’asse longitudinale di detto involucro (101), detto involucro di contenimento (101) ospitando al suo interno un fascio di tubi (2) sostanzialmente paralleli tra loro e paralleli all’asse longitudinale di detto involucro (101) e una pluralità di setti (102) sostanzialmente trasversali all’asse longitudinale di detto involucro (101) e conformati a griglia che sostengono detti tubi (2), detto fascio di tubi (2) essendo atto allo scorrimento al suo interno di un secondo fluido, caratterizzato dal fatto che detti tubi (2) sono provvisti su almeno una parte della loro superficie esterna di una pluralità di alette a bassa altezza (21), dette alette a bassa altezza (21) essendo disposte con andamento elicoidale sulla superficie esterna di detti tubi (2) con un primo angolo di avanzamento a e presentando un profilo interrotto da scanalature (22) elicoidali aventi un secondo angolo di avanzamento β, con α≠β.
2. Scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette alette a bassa altezza (21) hanno un’altezza H < 2mm e preferibilmente compresa tra 0,5 e 1,5 min.
3. Scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto angolo di avanzamento a è < 80°, e preferibilmente 15°< a<60°, più preferibilmente 20°< a<45°.
4. Scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’angolo relativo tra detto primo angolo di avanzamento a e detto secondo angolo di avanzamento β è compreso tra 0° e 90°, e preferibilmente è compreso tra 30° e 60°.
5. Scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti tubi (2) sono provvisti sulla loro superficie interna di una pluralità di alette a bassa altezza (21).
6. Scambiatore di calore a fascio tubiero a flusso longitudinale (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti tubi (2) sono provvisti di porzioni alettate (20) alternate da porzioni lisce (200).
7. Procedimento per la realizzazione di un tubo alettato (2) per mezzo di una macchina (3, 5) comprendente un gruppo di lavoro (30, 50) e almeno un gruppo di supporto (40, 70), detto primo gruppo di lavoro (30, 50) comprendendo un primo utensile rotante di alettatura (32) ed un secondo utensile rotante di alettatura (31) montati in sequenza su un uno stesso asse di azionamento (33), detto primo utensile rotante di alettatura (32) essendo provvisto di un primo profilo elicoidale di lavorazione avente un piimo angolo di avanzamento 3⁄4 e detto secondo utensile rotante di alettatura (31) essendo provvisto di un secondo profilo elicoidale di lavorazione avente un secondo angolo di avanzamento a2, con α2≠α1;il procedimento comprendendo l’avanzamento di detto tubo (2) su un piano definito da detto gruppo di supporto (40, 70), la formazione di una prima aletta (22) su detto tubo (2) per mezzo di detto primo utensile rotante (32), la forni azione di una seconda aletta (21) su detto tubo (2) per mezzo di detto secondo utensile rotante (31), la formazione di detta seconda aletta (21) essendo immediatamente successiva alla formazione di detta prima aletta (22), l’altezza di detta prima aletta (22) essendo inferiore all’altezza di detta seconda aletta (21).
8. Procedimento per la realizzazione di un tubo alettato (2), secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che l’angolo relativo tra detto primo angolo di avanzamento 3⁄4 e detto secondo angolo di avanzamento a2è compreso tra 0° e 90°, e preferibilmente è compreso tra 30° e 60°, e dal fatto che l’altezza A di detta prima aletta è < 0,5 mm e l’altezza H di detta seconda aletta è < 2 mm.
9. Tubo (2) alettato per scambiatori di calore (1, 10, 100), in particolare per scambiatori di calore a fascio tubiero (1), ottenuto per mezzo di un procedimento secondo la rivendicazione 7 o 8.
10. Tubo (2) alettato per scambiatori di calore (1, 10, 100), secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto di essere provvisti su almeno una parte della sua superficie esterna di una pluralità di alette a bassa altezza (21), dette alette a bassa altezza (21) essendo disposte con andamento elicoidale sulla superficie esterna di detto tubo (2) con un primo angolo di avanzamento a e presentando un profilo interrotto da scanalature elicoidali (22) aventi un secondo angolo di avanzamento β, con α≠β, detto angolo di avanzamento a essendo preferibilmente < 80°, e più preferibilmente 15°< a<60°, l’angolo relativo tra detto primo angolo di avanzamento a e detto secondo angolo di avanzamento β essendo preferibilmente compreso tra 0° e 90°, e più preferibilmente tra 30° e 60°, dette alette a bassa altezza (21) avendo un’altezza H preferibilmente < 2mm e più preferibilmente compresa tra 0,5 e 1 ,5 mm.