Способ изготовления теплообменника и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области сварки, в частности к способу изготовления теплообменника, состоящего из оребренных теплообменных труб овалообразного сечения с плоскими параллельными стенками в направлении большей оси сечения трубы и к устройству для его осуществления и может найти применение в теплоэнергомашиностроении. Сущность изобретения состоит в следующем: устройство содержит опорный ленточный транспортер 1 для ребер 7, расположенные рядом с этим транспортером ведущие ленточные транспортеры 6 для ребер 7, магазин 8 ребер 7, а также лучевой сварочный аппарат 11 - лазерный или электронный луч -, который полутрубы 10 сваривает с внутренней стороны с размещенными на их наружной стороне ребрами 7и. После оребрения полутрубы 10 по продольным кромкам 27 свариваются с другими оребренными полутрубами 10 в теплообменные трубы. Эти трубы можно оцинковать по отдельности или в пакете в виде теплообменника. 3 с.п. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к способу изготовления теплообменника, состоящего из оребренных теплообменных труб овалообразного сечения с плоскими параллельными стенками в направлении большей оси сечения трубы, и устройству для его осуществления и может найти применение в теплоэнергомашиностроении.

Известен способ изготовления теплообменника, состоящего из оребренных теплообменных труб овалообразного сечения с плоскими параллельными стенками в направлении большей оси сечения трубы, при котором отдельно изготовленные ребра непрерывно устанавливают на заготовку трубы, закрепляют их и затем производят цинкование оребренных труб (1).

При изготовлении известного теплообменника необходимо, чтобы механизированные операции штамповки и насаживания ребер на теплообменные трубы производились с высокой точностью для обеспечения качественного соединения теплообменных труб с ребрами. Для этого нужны немалые затраты. Так как ребра насаживаются по теплообменным трубам, то вырубаемый по сечению труб материал, идущий в отходы, составляет по весу значительную часть, идущую преимущественно в скрап.

Если трубы оцинковываются по отдельности, то каждая труба по своим концам сплющивается и герметично заваривается, чтобы происходило протравливание и пассивирование только наружных поверхностей, а внутренние поверхности не оцинковывались. Это также требует значительных затрат. После оцинковки теплообменных труб необходимо открыть сплющенные и заваренные концы. Это также связано с дополнительными затратами труда и с материальными отходами, которые в принципе не могут быть использованы.

Затем отдельные трубы с помощью опорных конструкций нужно смонтировать в теплообменники, которые должны быть самонесущими по своей длине.

Таким образом, изготовление теплообменника известным способом сопряжено с относительно дорогими и трудоемкими рабочими процессами. К тому же технология дополнительно усложняется мероприятиями по предотвращению повреждения при монтаже теплообменника поверхностного защитного слоя, нанесенного в результате цинкования.

Вследствие внутреннего низкого давления и/или наружного высокого давления на большую площадь боковых сторон обтекаемых труб теплообменника действуют значительные усилия. Это приводит к тому, что при превышении определенного коэффициента обтекаемости боковые стенки труб сжимаются, если не предусмотреть соответствующих мер в виде опор. В этой связи было предложено снабжать трубы по меньшей мере одной внутренней поперечной перемычкой, обеспечивающей опору боковых стенок друг на друга.

В основу изобретения была положена задача создать способ изготовления теплообменника, который позволил бы изготовлять теплообменник с обтекаемыми по направлению потока наружной среды трубами, в которых устранена опасность сжатия боковых сторон.

Для этого трубы изготавливают в виде отдельных двух половин, ребра изготавливают Г-образного сечения с длиной, соответствующей размеру плоской части трубы вдоль большей оси ее сечения, и одной из стенок располагают на наружной плоской поверхности каждой из полутруб на заданном расстоянии друг от друга, затем ребра с полутрубой перемещают для сварки и соединяют друг с другом сварочным лучом с высокой плотностью энергии, который располагают со стороны внутренней поверхности полутрубы и перемещают его возвратно-поступательно по всей ширине трубы под углом к направлению большей ос сечения трубы, затем две оребренные полутрубы собирают друг с другом и сваривают продольным швом, после чего выполняют цинкование.

В другом варианте исполнения трубы изготавливают в виде отдельных полутруб, ребра изготавливают U-образного сечения, с длиной основания равной размеру плоской части трубы вдоль большей оси ее сечения, и располагают их стенками на наружной плоской поверхности полутрубы, перемещают собранную полутрубу с ребрами на сварку и соединяют друг с другом сварочным лучом с высокой плотностью энергии, который располагают с внутренней стороны полутрубы и перемещают возвратно-поступательно по всей ширине трубы под углом к направлению большей оси сечения трубы, затем оребренную полутрубу кантуют на 180^oC и свободные стенки ребер располагают на наружной стороне другой полутрубы и сваривают с ней также как и с первой полутрубой, после чего полученные оребренные секции сваривают с другими такими же секциями в продольном направлении, и затем их оцинковывают.

Кроме того, в случае необходимости, из стенок ребер вырубают дистанционные элементы с длиной, превышающей длину оснований ребер и отгибают их параллельно реберным основаниям.

Ребра закрепляют под острым углом к продольной оси труб.

Кроме того, полутрубы подают на сборку с ребрами в направлении, перпендикулярном направлению подачи ребер.

Известно устройство для изготовления теплообменника, содержащее смонтированные на основании транспортирующее средство для подачи трубных заготовок, магазин ребер, средство для подачи ребер в зону сборки и сварки с трубными заготовками, и сварочный аппарат (2).

Задачей создания изобретения является создание такого устройства, которое бы позволило изготавливать теплообменник с обтекаемыми по направлению потока наружной среды трубами, в которых устранена опасность сжатия боковых сторон.

При этом речь идет о предпочтительном выполнении устройства, которое в принципе не имеет собственного приводного агрегата. Это значит, что как опорный ленточный транспортер, так и ведущие ленточные транспортеры и система подачи ребер не имеют собственных приводных двигателей. Лишь на подлежащие оребрению полутрубы воздействует тяговое усилие. Это усилие через ребра, уже приваренные к полутрубе, действует на боковые ведущие ленточные транспортеры для ребер и в конечном счете вследствие связи между по меньшей мере одним ведущим ленточным транспортером и системой подачи ребер воздействует также на цикл подачи. Таким образом, гарантируется, что все движущиеся части работают синхронно и обеспечивают, следовательно, точное позиционирование ребер на полутрубах. Однако изобретение не исключает, что по меньшей мере один узел при необходимости может быть снабжен приводом.

Для этого средство для подачи ребер в зону сборки и сварки выполнено в виде бесконечного опорного ленточного транспоpтера с горизонтальной рабочей поверхностью и бесконечных ведущих ленточных транспортеров с вертикальной рабочей поверхностью, установленных по боковым сторонам опорного ленточного транспортера, магазин ребер установлен вначале опорного ленточного транспортера и снабжен муфтой, кинематически связанной, по крайней мере, с одним из ведущих ленточных транспортеров, в конце опорного ленточного транспортера расположен сварочный аппарат, в качестве которого использовано устройство для лучевой сварки, и который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения под углом к продольной оси опорного ленточного транспортера, с боковой стороны которого расположено транспортирующее средство для подачи трубных заготовок.

Кроме того, магазин ребер выполнен в виде вертикальной шахты для ребер, и, по крайней мере, одного разделяющего зубчатого колеса и прижимного пневматического агрегата. Сварочный аппарат снабжен шариковыми прижимными планками.

Кроме того, сварочный аппарат снабжен опорной роликовой подушкой, расположенной под опорным ленточным транспортером.

Сущность изобретения поясняется ниже чертежами, на которых показано: Фиг. 1 схема устройства для изготовления оребренных полутруб - полуфабрикатов для теплообменных труб, вид в перспективе, фиг. 2 то же, продольный разрез, фиг. 3 сечение III-III на фиг. 2, фиг. 4 часть продольного разреза оребренной полутрубы. увеличено, фиг. 5 вид по стрелке V на фиг. 4, фиг. 6 вид на ребро по стрелке VI на фиг. 4, фиг. 7 вариант устройства, представленного на фиг. 1, фиг. 8 участок теплообменной трубы, снабженной с обеих сторон ребрами, вид в перспективе, фиг. 9 схема секции из двух полутруб, соединенных друг с другом ребрами, вид в перспективе,
фиг. 10 теплообменник, вид в перспективе,
фиг. 11 поверхностный конденсатор с воздушным охлаждением в двух различных вариантах выполнения.

Устройство включает опорный ленточный транспортер 1 в виде образующейся вокруг горизонтальных осей 2 бесконечной ленты 3 с горизонтальной рабочей поверхностью 4, расположенные по обе стороны от транспортера 1, обращающиеся синхронно с ним вокруг вертикальных осей 5 бесконечные ведущие ленточные транспортеры 6 для ребер 7 (показан только один транспортер 6), расположенный на одном конце транспортера 1 магазин 8 ребер 7, размещенное за магазином 8 (по направлению движения LR транспортера 1) транспоpтирующее средство 9 подачи неоребренных полутруб 10 и лазерный сварочный аппарат 11, расположенный на другом конце транспортера 1. Магазин 8 располагается под прямым углом к направлению движения LR транспортера 1 и параллельно горизонтальным осям 2.

Магазин 8 для ребер 7 содержит вертикальную шахту 12 с загрузочной воронкой 13, два разделяющих зубчатых колеса 14 по обе стороны транспортера 1, расположенные на нижнем конце шахты 12 (показано только одно зубчатое колесо), а также прижимной агрегат 15, работающий на сжатом воздухе D. Г-образные в сечении ребра 7, поступающие с соответствующего штампа (см. также фиг. 4 и 6), загружаются в шахту 12 основаниями 16 вверх и с помощью разделяющих зубчатых колес 14, снабженных по периметру кулачками 17, с заданной цикличностью укладываются на рабочую поверхность 4 опорного транспортера 1. После подъема направляющей между разделяющими колесами 14 и ребрами 7 последние под действием сжатого воздуха D, выходящего из прижимного агрегата 15, перемещаются к ребрам 7, уже находящимся на опорном транспортере 1.

На некотором расстоянии от магазина 8 по обе стороны от опорного транспортера 1 расположены на уровне, соответствующем высоте ребер 7, ведущие ленточные транспортеры 6, снабженные боковыми выемками 18. Выемки 18 выполнены так, что в каждой из них без зазора размещается стенка 19 ребра.

Кроме того, за магазином 8 по направлению движения LR транспортера 1 расположено транспортное средство 9 подачи полутруб 10, показанных на фиг. 9 более подробно. Это обозначенное схематично средство 9 позволяет с помощью механизма 20 так укладывать полутрубы 10 внутренней стороной 21 вверх на ребра 7, центрированные ведущими транспортерами 6, чтобы наружная сторона 22 полутруб 10 находилась в плоскостном контакте с основаниями 16 ребер.

Рядом с транспортным средством 9 по направлению движения LR транспортера 1 предусмотрен лазерный сварочный аппарат 11. Аппарат 11 перемещает лазерный луч 23 возвратно-поступательно под углом к направлению движения LR транспортера 1 по всей ширине полутрубы 10. По обе стороны от лазерного луча 23 предусмотрены шариковые прижимные планки 24 (на фиг. 1 показана только одна планка), которые обеспечивают в рабочей зоне лазерного луча 23 надежное прижатие полутрубы 10 ее наружной стороной 22 к основаниям 16 ребер.

В качестве контропоры для планок 24 под транспортером 1 предусмотрена роликовая опорная подушка 25.

Энергия движения для транспортера 1, ведущих транспортеров 6 и магазина 8 обеспечивается тяговым усилием ZK, которое прикладывается к полутрубе 10, находящейся в пределах лазерного сварочного аппарата 11. Следующие полутрубы 10, устанавливаемые транспортным средством 9, механически разъемно соединяются с полутрубами, находящимися в пределах сварочного аппарата 11.

Ход лазерного луча 23, скорость его возвратно-поступательного движения, а также скорость подачи полутрубы 10, находящейся в пределах сварочного аппарата 11, согласованы друг с другом таким образом, что (см. также фиг. 4 и 5) основание 16 каждого ребра многократно по линиям соединяется с полутрубой 10. Сварочный шов обозначен позицией 26.

Когда полутруба 10 полностью снабжена ребрами, она отсоединяется от следующей полутрубы 10 и по продольным кромкам 27 сваривается с уже оребренной другой полутрубой 10 (фиг. 8) в теплообменную трубу 28. Труба 28 отдельно или в пакете с другими трубами 28 может быть подвергнута цинкованию.

На фиг. 4 и 6 показано, что из стенок 19 ребер вырубаются дистанционные элементы 29, которые отгибаются параллельно основаниям 16 ребер. Длина дистанционных элементов 29 больше, чем длина реберных оснований 16. Поэтому при цинковании образуется зона 30 углового шва, что улучшает теплопередачу от стенок 31 трубы к реберным основаниям 16 (фиг. 4). Дистанционные элементы 29 имеют трапецевидную форму.

Как показано на фиг. 1, разделяющие зубчатые колеса 14 через муфту 32 связаны с ведущим транспортером 6. С помощью этой муфты 32 можно отсоединять магазин 8 от ведущего транспортера 6. Это нужно для того, чтобы на время отсоединения приостановить подготовку ребер 7, в частности в том случае, если концевые участки теплообменных труб необходимо соединить с трубными досками 33 (фиг. 10).

На фиг. 7 показан вариант расположения ведущих транспортеров 6 по отношению к опорному транспортеру 1. При такой конструкции ребра 7 закрепляются на полутрубах 10 под углом к направлению движения LR транспортера 1. Для этого магазин 8 также располагается под необходимым углом к направлению движения LR транспортера 1. Кроме того, предусмотрено смещение в продольном направлении в соответствии с этим углом ведущих транспортеров 6 относительно друг друга.

На фиг. 11 изображен поверхностный конденсатор 34 с воздушным охлаждением, который состоит из теплообменников 35, расположенных крышеобразно относительно друг к другу. При этом справа от вертикальной средней плоскости МLE представлен вариант, в котором ребра 7 располагаются под прямым углом к продольной оси теплообменных труб. Слева от плоскости MLE показан теплообменник 35, и в котором ребра расположены под углом к продольной оси трубы, отличающимся от прямого. Благодаря этому могут быть значительно снижены вторичные потери в системе охлаждения. Это визуально показано с помощью струй 36 охлаждающего воздуха.

На фиг. 9 показан вариант из двух полутруб 10, соединенных друг с другом U-образными ребрами 7 в секцию 37. Изготовление такой секции 37 происходит так же, как и изготовление полутруб 10 с Г-образными ребрами 7, которые затем согласно фиг. 8 сваривают в теплообменные трубы 28. Когда ребра 7 установлены на одной полутрубе 10, оребренную полутрубу поворачивают на 180^o и свободные основания 16 ребер с помощью устройства (фиг. 1) приводят в контакт с наружной поверхностью 22 другой полутрубы 10. Затем оребренную полутрубу 10 и другую полутрубу 10 перемещают вдоль с одинаковой скоростью и свободные реберные основания 16 соединяют с наружной стороной 22 второй полутрубы 10 с помощью сварочного луча 23 с внутренней стороны той полутрубы 10.

После изготовления секций 37 можно любое количество таких секций соединить в пакет теплообменных труб, сваривая полутрубы 10 по их продольным кромкам 27.

На фиг. 10 в перспективе показан теплообменник 35 из нескольких труб 28, концы которых закреплены в трубных досках 33. Такой теплообменник 35 может иметь трубы 28 согласно фиг. 8 или трубы, составленные из секций 37 согласно фиг. 9. Это значит, что цинкование таких теплообменников 35 также можно производить в комплекте. 2 4 6 8

Формула изобретения

1. Способ изготовления теплообменника, состоящего из оребренных теплообменных труб овалообразного сечения с плоскими параллельными стенками в направлении большей оси сечения трубы, заключающийся в том, что отдельно изготовленные ребра непрерывно устанавливают на заготовку трубы, закрепляют их и затем производят цинкование оребренных труб, отличающийся тем, что трубы изготавливают в виде отдельных половин, ребра изготавливают Г-образного сечения длиной, соответствующей размеру плоской части трубы вдоль большей оси ее сечения,и одной из стенок располагают на наружной плоской поверхности каждой из полутруб на заданном расстоянии друг от друга, затем ребра с полутрубой перемещают для сварки и соединяют друг с другом сварочным лучом с высокой плотностью энергии, который располагают со стороны внутренней поверхности полутрубы и перемещают его возвратно-поступательно по всей ширине трубы под углом к направлению большей оси сечения трубы, затем две оребренные полутрубы собирают и сваривают продольным швом, после чего выполняют цинкование.

2. Способ изготовления теплообменника, состоящего из оребренных теплообменных труб овалообразного сечения с плоскими параллельными стенками в направлении большей оси сечения трубы, заключающийся в том, что отдельно изготовленные ребра непрерывно устанавливают на заготовку трубы, закрепляют их и затем производят цинкование оребренных труб, отличающийся тем, что трубы изготавливают в виде отдельных полутруб, ребра изготавливают U-образного сечения с длиной основания,равной размеру плоской части трубы вдоль большей оси ее сечения, и располагают их стенками на наружной плоской поверхности полутрубы, перемещают собранную полутрубу с ребрами на сварку и соединяют друг с другом сварочным лучом с высокой плотностью энергии, который располагают с внутренней стороны полутрубы и перемещают возвратно-поступательно по всей ширине трубы под углом к направлению большей оси сечения трубы, затем оребренную полутрубу кантуют на 180° и свободные стенки ребер располагают на наружной стороне другой полутрубы и сваривают с ней так же, как и с первой полутрубой, после чего полученные оребренные секции сваривают с другими такими же секциями в продольном направлении и затем их оцинковывают.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что из стенок ребер вырубают дистанционные элементы длиной, превышающей длину оснований ребер, и отгибают их параллельно реберным основаниям.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что ребра закрепляют под острым углом к продольной оси труб.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что полутрубы подают на сборку с ребрами в направлении, перпендикулярном направлению подачи ребер.

6. Устройство для изготовления теплообменника, содержащее смонтированное на основании транспортирующее средство для подачи трубных заготовок, магазин ребер, средство для подачи ребер в зону сборки и сварки с трубными заготовками и сварочный аппарат, отличающееся тем, что средство для подачи ребер в зону сборки и сварки выполнено в виде бесконечного опорного ленточного транспортера с горизонтальной рабочей поверхностью и бесконечных ведущих ленточных транспортеров с вертикальной рабочей поверхностью, установленных по боковым сторонам опорного ленточного транспортера, магазин ребер установлен в начале опорного ленточного транспортера и снабжен муфтой, кинематически связанной по крайней мере с одним из ведущих ленточных транспортеров, в конце опорного ленточного транспортера расположен сварочный аппарат, в качестве которого использовано устройство для лучевой сварки и который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения под углом к продольной оси опорного ленточного транспортера, с боковой стороны которого расположено транспортирующее средство для подачи трубных заготовок.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что магазин ребер выполнен в виде вертикальной шахты для ребер и по крайней мере одного разделяющего зубчатого колеса и прижимного пневматического агрегата.

8. Устройство по пп.6 и 7, отличающееся тем, что сварочный аппарат снабжен шариковыми прижимными планками.

9. Устройство по пп.6 8, отличающееся тем, что сварочный аппарат снабжен опорной роликовой подушкой, расположенной под опорным ленточным транспортером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11