Трубная доска из полимерного материала и способ ее изготовления

 

Использование: при изготовлении узлов теплообменных и теплопередающих устройств, применяемых в теплоэнергетической, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: трубная доска содержит основание с отверстиями для закрепления теплообменных труб, снабженное несущим каркасом из армирующих стекловолокон с концентрическими спиралями вокруг отверстий, омоноличенное полимерным материалом. Перед погружением концов труб в расплав полимерного связующего их оплетают нитями, жгутами или лентами с образованием каркаса, который омоноличивают отверждающимся полимерным материалом и получают усиленную трубную доску. 2 с. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретения относятся к конструкциям и способам изготовления узлов теплообменных и теплопередающих устройств и могут быть использованы в трубных решетках теплообменных аппаратов или аналогичной технике, применяемой в теплоэнергетической, химической и других отраслях промышленности.

Известна трубная доска из композиционного материала, содержащая каркас из слоистого стеклопластика и полимерного связующего со сквозными отверстиями в нем для закрепления теплообменных труб, описанная в изобретении на теплообменник [1] К ее недостаткам следует отнести сложность соединения и уплотнения концов теплообменных труб, что сказывается на снижении эксплуатационной надежности теплообменных аппаратов, периодичности их ремонтов.

Известен теплообменник, в котором трубная доска образована набором брусков, в отверстия между которыми устанавливаются и закрепляются трубчатые элементы [2] Конструкция указанного теплообменника с трубной доской и способ его изготовления является сложным в изготовлении и герметизации несмотря на кажущуюся простоту сборки пакета труб.

Известен ряд аналогичных трубных досок из полимерных материалов для теплообменных аппаратов и способов их изготовления, предусматривающих изготовление трубных решеток отливкой их в специальных формах, имеющих конфигурацию решеток, с установкой в эти формы пучка труб и заливкой в них пластмассы на основе эпоксидных смол при 90-100^оС с последующим отверждением и извлечением из формы [3, 4 и 5] Положительный эффект от этих изобретений заключается в том, что при изготовлении трубных решеток исключаются трудоемкие операции формообразования в них сквозных отверстий под трубчатые элементы, сварка, развальцовка или склеивание стенок решеток с трубами.

Однако и этим решеткам и способам их изготовления присущи существенные недостатки, выраженные в значительно меньшей прочности полимерных решеток по сравнению со стеклопластиковыми.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению, выбранным в качестве прототипа и для трубной доски, и для способа ее изготовления является трубная доска из полимерного материала для теплообменных аппаратов, содержащая отверстия для закрепления теплообменных труб [6] Основной задачей разработки является создание трубной доски из полимерного материала такой конструкции и способа ее изготовления, которые в процессе соединения с нею пучка теплообменных труб обеспечивали бы прочность и герметичность их соединения.

Цель изобретения повышение прочности и эксплуатационной надежности.

Цель достигается за счет оригинального конструктивного решения и способа, в основе которых использованы пространственное армирование нитью как самостоятельная операция и каркасирование трубной доски.

Для этого трубная доска из полимерного материала для теплообменных аппаратов, содержащая отверстия для закрепления теплообменных труб, снабжена пространственным несущим каркасом, выполненным в виде перекрещивающихся армирующих нитей, жгутов или лент из параллельных стекловолокон с включенным в них нитяным резистивным элементом, например, из углеродных волокон, с концентрическими спиралями вокруг отверстий для закрепления теплообменных труб, омоноличенными полимерным материалом.

В способе изготовления трубной доски из полимерного материала для теплообменных аппаратов, включающем фиксацию труб, погружение их концов в расплав полимерного материала в форме, отверждение полимера и извлечение трубной доски с омоноличенными трубами, зафиксированные концы труб перед погружением в расплав полимерного материала последовательно оплетают непрерывными нитями, жгутами или лентами и винтовыми спиралями из параллельных стекловолокон с образованием на них пространственного несущего каркаса трубной доски и омоноличивают полимером после погружения в расплав полимерного материала и последующего его отверждения.

На фиг. 1 представлен общий вид трубной доски в изометрии; на фиг.2 поперечное сечение трубной доски; на фиг.3 схема расположения нитяного каркаса; на фиг.4 узел соединения трубы с трубной доской в сечении; на фиг.5 схема включения нитяного резистивного элемента.

Трубная доска из полимерного материала содержит основание 1 с отверстиями 2 для закрепления теплообменных труб 3. Основание 1 трубной доски снабжено пространственным несущим каркасом 4, выполненным в виде перекрещивающихся армирующих нитей, жгутов или лент из параллельных стекловолокон с включенным в них нитяным резистивным элементом 5, например, из углеродных волокон, с концентрическими спиралями 6 вокруг отверстий 2 для закрепления теплообменных труб 3, омоноличенным полимерным материалом 7.

В качестве термопластичного материала использовался полисульфон.

Способ изготовления трубной доски из полимерного материала заключается в следующем.

Фиксируют пучок труб, предназначенный для получения теплообменника так, что их концы остаются свободными. Свободные концы труб последовательно оплетают с образованием вокруг них спиралей так, что образуется каркас из перекрещивающихся нитей, жгутов или лент из параллельных стекловолокон с включенным в них нитяным резистивным элементом, затем эти концы, сплетенные каркасом, опускают в расплав термопластичного полимера. При наличии в каркасе нитяного резистивного элемента к нему одновременно подводят ток для прогрева каркаса изнутри. После отверждения термопластичного материала полученная трубная доска вместе с пучком труб извлекается из формы. В другом варианте в качестве пучка труб могут быть использованы стержни как формообразователи отверстий под теплообменные трубы.

Использование трубной доски заключается в следующем.

К трубной доске с вмонтированными в нее трубами 3 подсоединяются кожухи-коллекторы, весь комплект устанавливается в корпусе герметичного теплообменного аппарата (условно не показано). При различных давлениях теплообменных сред трубная доска подвергается соответствующему нагружению, но благодаря каркасу и способу его изготовления эффективно противодействует таким нагрузкам и обеспечивает надежное функционирование теплообменного аппарата.

Опытно-экспериментальные работы, проведенные по изготовлению трубных досок с использованием предложенных технических решений по их конструкции и способу изготовления, подтвердили положительные результаты их промышленной реализации.

Формула изобретения

1. Трубная доска из полимерного материала для теплообменных аппаратов, содержащая отверстия для закрепления теплообменных труб, отличающаяся тем, что доска снабжена пространственным несущим каркасом, выполненным в виде перекрещивающихся армирующих нитей, жгутов или лент из параллельных стекловолокон с включенными в них нитянным резисторным элементом, например, из углеродных волокон, с концентрическими спиралями вокруг отверстий для закрепления теплообменных труб, омоноличенным полимерным материалом.

2. Способ изготовления трубной доски из полимерного материала для теплообменных аппаратов, включающий фиксацию труб, погружение их концов в расплав полимерного материала в форме, отверждение полимера и извлечение трубной доски с омоноличенными трубами, отличающийся тем, что зафиксированные концы труб перед погружением в расплав полимерного материала последовательно оплетают непрервными нитями, жгутами или лентами и винтовыми спиралями из параллельных стекловолокон с образованием на них пространственного несущего каркаса трубной доски.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5