Теплопередающее устройство

 

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: теплообменный элемент установлен на части длины внутри элемента с зазором с помощью треугольной резьбы. При этом угол профиля резьбы определяется соотношением, приведенным в тексте описания. Зазор заполнен теплопроводной смазкой. 4 ил.

Изобретение относится к теплообмену и может быть использовано в развертывающихся теплопередающих системах.

Известны подвижные теплопередающие устройства, в которых зазор между сопрягаемыми поверхностями вступающих в теплообмен деталей заполнен текучей теплопроводной средой.

Наиболее близким к изобретению является соединение двух тепловых труб, в котором конец одной из труб вставлен в цилиндрическое гнездо другой трубы, а зазор в соединении заполнен теплопроводной смазкой.

Недостатком такого устройства является невысокая проводимость, что связано с относительно малой теплопроводностью применяемых синтетических смазок (меньше, чем у металлов на 1-2 порядка).

Целью изобретения является увеличение проводимости теплопередающего устройства, состоящего из охватываемой и охватывающей деталей, установленных с зазором, заполненным теплопроводной смазкой.

Это достигается тем, что сопряжение деталей, между которыми осуществляется теплообмен, выполнено по треугольной резьбе с определенным углом при вершине профиля.

Изложенное подтверждает соответствие заявленного устройства критерию "новизна".

Отличительный признак выполнение сопряжения деталей по треугольной резьбе широко известен в технике и применяется в крепежных элементах и механизмах для преобразования вращения в осевое перемещение.

В предлагаемом устройстве применение резьбы позволяет увеличить тепловую проводимость соединения за счет развития поверхности сопряжения деталей. При этом увеличение тепловой проводимости резьбового сопряжения по сравнению с цилиндрическим при одинаковых зазорах достигается в определенном диапазоне углов профиля резьбы, соотношение для которого составляет второй отличительный признак предлагаемого устройства.

Таким образом, сочетание известного признака (сопряжение деталей по треугольной резьбе) и нового признака (определенный угол профиля резьбы) придает теплопередающему устройству, обладающему вращательной степенью свободы, новое свойство значительное увеличение тепловой проводимости, следовательно изобретение отвечает критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показан продольный разрез теплопередающего устройства; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 оптимальные характеристики резьбового соединения; на фиг.4 влияние угла профиля резьбы на проводимость соединения.

Теплопередающее устройство состоит из теплопроводов (например, тепловых труб) 1 и 2 и обоймы 3, изготовленной из высокотеплопроводного металла (например, медь, алюминий) и выполненной заодно с теплопроводом 2.

Сопряжение теплопровода 1 с обоймой 3 выполнено по треугольной резьбе, зазоры между сопрягаемыми деталями заполнены теплопроводной смазкой 4 (например, смазкой ЦИАТИМ).

Наряду с возможностью вращения и простотой исполнения такое соединение позволяет развить площадь сопрягаемых поверхностей и увеличить тепловую проводимость слоя смазки, а значит и всего соединения.

Величина зазора (толщина слоя смазки) δ выбирается по возможности минимальной, при том должны учитываться допуски на размеры и отклонения формы с тем, чтобы исключить заедание при поворотах.

Высота профиля резьбы Н выбирается по следующим соображениям. С уменьшением Н уменьшается масса и размеры соединения, однако, если Н и δ становятся соизмеримыми, резко падает тепловая проводимость соединения (см. фиг. 3).

Угол α при вершине профиля резьбы сильно влияет на проводимость соединения, причем это влияние носит двоякий характер.

Так, уменьшение α приводит к увеличению числа витков и в то же время к уменьшению поверхности теплообмена одного витка из-за увеличения доли неработающих впадин А и Б. Таким образом, существует оптимальное значение угла α_опт, при котором поверхность теплообмена и тепловая проводимость соединения максимальны.

Поверхность теплообмена одного витка 2πD число витков на длине l равно тогда вся поверхность теплообмена определится выражением F_p= πD πDl Проводимость слоя смазки с коэффициентом теплопроводности λ и толщиной δ в резьбовом сопряжении P_p= πDl (1) Для сравнения приведем выражение для проводимости слоя смазки такой же толщины в цилиндрическом соединении P_ц= πDl (2) Из выражений (1) и (2) можно определить увеличение проводимости предлагаемого соединения по сравнению с известным цилиндрическим.

(3) Анализ выражения (3) показывает, что положительный эффект, т.е. >1 достигается при условии sin > причем максимальная его величина имеет место при оптимальном угле α_опт определяемом соотношением sin 2 (4) Из выражений (3) и (4) имеем

(5) Зависимость (5) графически изображена на фиг.3. Так, при δ /H=0,1 оптимальный угол профиля резьбы составляет 23^о, а проводимость слоя смазки по сравнению с цилиндрическим сопряжением возрастает в 2,6 раз.

В этих условиях распространенная резьба с углом профиля 60^о дает увеличение проводимости только в 1,7 раз.

Вблизи оптимального значения угла профиля резьбы проводимость соединения сравнительно слабо зависит от угла (см. график на фиг.4, построенный по формулам (3) и (5)), что позволяет по технологическим или иным соображениям расширить диапазон оптимальных углов. Так, в диапазоне углов, определяемых соотношением
sin (1,5÷3,0)
(6) снижение тепловой проводимости соединения по сравнению с максимально возможной незначительно (около 10%).

Все приведенные выше соотношения получены для слоя смазки равномерной толщины. При осевом или радиальном сдвиге зазор в соединении окажется неравномерным, а тепловая проводимость соединения возрастет за счет участков с уменьшенным зазором.

Таким образом, предлагаемое устройство с вращательной степенью свободы позволяет в несколько раз увеличить тепловую проводимость по сравнению с известным соединением, сохраняет ее в широком диапазоне углов при вершине профиля резьбы, не требует дополнительных элементов для осевой фиксации.

Устройство целесообразно использовать в низко- и среднетемпературных развертывающихся системах теплопередачи, причем рабочий температурный диапазон определяется термостойкостью и вязкостью применяемой теплопроводной смазки.

Формула изобретения

ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее теплообменные элементы, установленные на части длины один внутри другого с зазором, заполненным теплопроводной смазкой и с возможностью их взаимного поворота, отличающееся тем, что, с целью увеличения тепловой проводимости, элементы соединены посредством треугольной резьбы, имеющей угол α при вершине профиля, величина которого определяется соотношением

где δ величина зазора;
H высота профиля резьбы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4