Способ формообразования многозаходной спиральной вогнуто- выпуклой поверхности теплообменных труб

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может найти применение при изготовлении трубчатых изделий со спиральным профилем теплообменных аппаратов различного назначения. Прокатку осуществляют путем осевой подачи и трубной заготовки между свободно вращающимися дисковыми давильными роликами, расположенными под углом α к продольной оси заготовки. На полученных выпуклых спиральных поверхностях дополнительно формообразуют многозаходные прерывистые спиральные поверхности с глубиной профиля, составляющей 0,3-0,5 глубины профиля многозаходной вогнуто-выпуклой спиральной поверхности. Для этого трубную заготовку пропускают через дополнительные дисковые давильные ролики, расположенные под углом β = 90°-α к продольной оси заготовки и установленные в поворотной обойме с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения трубной заготовки. Возможно формообразование трубной заготовки с шагом спирали, отличным от шага спирали многозаходной спиральной вогнуто-выпуклой поверхности, или с разными шагами спирали по длине трубной заготовки путем циклического изменения частоты вращения поворотной обоймы. Такая технология позволяет повысить теплотехнические параметры теплообменных аппаратов за счет получения развитой поверхности труб, что приводит к увеличению коэффициента теплопередачи в условиях высокой интенсивности турбулентного перемешивания теплоносителя. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении трубчатых изделий со спиральным профилем, в частности труб конвективного теплообмена теплообменных аппаратов различного назначения.

Известен способ и устройство для формообразования винтовых поверхностей свободно вращающимися роликами, повернутыми на угол подъема винтовой поверхности при осевой подаче заготовки (см. И. И. Семченко, В. М. Матюшин, Г. Н. Сахаров. Проектирование металлорежущих инструментов. - М. : Гос. научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963, с. 627-646, рис. 375,376).

Недостатком известного способа является невозможность формообразования многозаходных спиральных поверхностей различного шага и формы профиля.

Известен способ изготовления винтовых поверхностей на трубчатых заготовках, при котором осуществляют формообразование n-заходной поверхности винтового профиля при осуществлении взаимосвязанного поступательного перемещения тел качения (давильных инструментов) вдоль трубы и ее постоянном вращении с оправкой, в качестве которой используют оправку с формой обрабатываемого профиля (патент РФ N 2121405 C1, В 21 D 15/04, БИ N 31 от 10.11.98).

Недостатком известного способа является то, что для формирования отличающихся по шагу и профилю винтовых профилей требуется комплект специальных оправок, а также то, что предлагаемый способ не позволяет осуществлять одновременное формообразование разнонаправленных винтовых канавок.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому является патент РФ N 2076786 от 10.04.97, Бюл. N 10, согласно которому прокатка изделий с многозаходной спиральной поверхностью осуществляется головкой свободно вращающимися дисковыми давильными роликами, расположенными под углом α к оси трубной заготовки, имеющей осевую и оборотную подачи.

Недостатком известного технического решения является невозможность одновременной прокатки многозаходных спиральных поверхностей прямого и противоположного направления.

Целью изобретения является формообразование в процессе прокатки на трубной заготовке многозаходной спиральной поверхности теплообмена дополнительных прерывистых спирально расположенных поверхностей противоположного направления, обеспечивающих увеличение поверхности теплообмена, повышение интенсивности турбулентного перемещения потоков теплоносителя как внутри трубы, так и среды, обтекающей снаружи выпукло-вогнутые разнонаправленные и спиральные поверхности.

Для достижения поставленной цели в способе формообразования многозаходной спиральной вогнуто-выпуклой поверхности теплообменных труб, включающем прокатку трубной заготовки путем осевой подачи и вращения между свободно вращающимися дисковыми давильными роликами, расположенными под углом α к продольной заготовки, согласно изобретению: на полученных выпуклых спиральных поверхностях дополнительно формообразуют многозаходные прерывистые спиральные поверхности с глубиной профиля 0,3 - 0,5 глубины профиля многозаходной вогнуто-выпуклой спиральной поверхности путем прохождения через дополнительные дисковые давильные ролики, расположенные под углом β = 90°-α к продольной оси заготовки и установленные в поворотной обойме с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения трубной заготовки; многозаходные прерывистые спиральные поверхности формообразуют с шагом спирали, отличным от шага спирали многозаходной спиральной вогнуто-выпуклой поверхности; многозаходные прерывистые спиральные поверхности формообразуют с разными шагами спирали по длине трубной заготовки путем циклического изменения частоты вращения поворотной обоймы.

Прокатка на теплообменных трубах с многозаходными вогнуто-выпуклыми спиральными поверхностями дополнительных прерывистых поверхностей противоположного профиля глубиной, составляющей 0,3 - 0,5 глубины профиля спирали противоположного направления, и с разными шагами спирали и их прерывистое расположение по длине трубы обеспечивает существенное повышение поверхности теплообмена, повышение интенсивности турбулентного перемешивания потоков теплоносителя как внутри трубы, так и теплообменной среды, обтекающей снаружи.

Выбор глубины профиля в пределах 0,3. . . 0,5 глубины спирали противоположного направления обуславливается требованиями минимизации уменьшения проходного сечения трубы конвективного теплообмена.

Угол β = 90°-α установочного разворота дисковых давильных роликов выбирается из условия получения минимальной ширины зева прерывистых поверхностей.

Осуществление предложенного технического решения в процессе прокатки на трубной заготовке спиральной поверхности дополнительными свободно вращающимися дисковыми давильными роликами, расположенными под углом β = 90°-α к продольной оси трубной заготовки и установленными с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения трубной заготовки, реализуется на прокатном оборудовании, а также с использованием специальных приспособлений на универсальном металлорежущем оборудовании, например, на станках токарной группы.

На фиг. 1, 1a и 1б приведена принципиальная схема устройства для исполнения технического решения по предложенному изобретению.

На фиг. 2 приведен образец трубного изделия с разнонаправленными винтовыми канавками с углами наклона α и β к продольной оси трубного изделия, с зонным расположением прерывистых спиральных поверхностей с различными шагами спирали.

Трубная заготовка 1 (фиг. 1), имеющая осевую подачу S_oc от механизма гидроподачи 2 и вращение N, создаваемое от процесса формообразования спиральной поверхности свободно вращающимися дисковыми давильными роликами 3, расположенными под углом α к продольной оси трубной заготовки 1 и размещенными в неподвижной обойме 4, снабженной установочным механизмом радиальной подачи (на фиг. не представлен) дисковых давильных роликов 3 в трубную заготовку 1 на глубину спиральной поверхности H, проходит через вторую обойму 5 с бесступенчатым регулируемым числом оборотов от 0 до n_об, в которой размещены дисковые свободно вращающиеся давильные ролики 6, расположенные под углом β к продольной оси трубной заготовки 1 и имеющие возможность установочного радиального движения к оси и от оси трубной заготовки 1.

Механизм гидроподачи 2 состоит из гидроцилиндра 7, шток которого через упорный подшипник 8 и заглушку 9 соединен с передним концом трубной заготовки.

Формообразование прокаткой многозаходных спиральных вогнуто-выпуклых противоположно направленных поверхностей производят выполнением следующих технологических переходов, составляющих сущность предлагаемого способа.

Трубную заготовку 1 с наружным диаметром d_тр вводят в неподвижную обойму 4, снабженную свободно вращающимися дисковыми давильными роликами 3, расположенными под углом α к продольной оси трубной заготовки, и с помощью механизма радиальной подачи дисковых давильных роликов радиально вдавливают дисковые давильные ролики 3 в трубную заготовку на глубину спиральной поверхности H, после чего трубной заготовке 1 сообщают осевую подачу от механизма гидроподачи 2. При осевой подаче S_oc трубной заготовки свободно вращающиеся дисковые давильные ролики 3, установленные под углом α к продольной оси трубной заготовки, радиально вдавлены в металлоизделия на глубину формируемого профиля H, получают вращение под действием сил трения на поверхности взаимодействия с металлом трубной заготовки и сообщают ей вращательное движение N с формообразованием многозаходной спиральной поверхности.

Далее вращающаяся с частотой вращения N трубная заготовка 1 с прокатанной на ее поверхности многозаходной спиральной поверхностью с шагом спирали Т и глубиной профиля H проходит через поворотную обойму 5, располагающую самостоятельным приводом с бесступенчатым регулированием частоты вращения n (на фиг. не представлен), снабженную дисковыми давильными роликами 6, повернутыми на угол β = 90°-α к продольной оси трубной заготовки. При этом с помощью размещенного в поворотной обойме 5 установочного механизма (на фиг. не представлен) дисковые давильные ролики 6 вдавливают металл трубного изделия 1 по вершинам спиральной поверхности на глубину h= (0,3. . . 0,5)H и при их вращении с обоймой 5 в противоположном направлении вращению трубного изделия 1 формообразуют многозаходную прерывистую спиральную поверхность с глубиной профиля h= (0,3. . . 0,5)H и с шагом 0. . . t, определяемую частотой вращения и поворотной обоймы 5 и частотой вращения трубного изделия.

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения заключается в повышении теплотехнических параметров теплообменных аппаратов за счет развитой поверхности теплообменных труб, что приводит к увеличению коэффициентов теплопередачи в условиях высокой интенсивности турбулентного перемешивания теплоносителя и нагреваемого тела и позволит разработать специализированные устройства по реализации предложенного технологического процесса.

Формула изобретения

1. Способ формообразования многозаходной спиральной вогнуто-выпуклой поверхности теплообменных труб, включающий прокатку трубной заготовки путем осевой подачи и вращения между свободно вращающимися дисковыми давильными роликами, расположенными под углом α к продольной оси заготовки, отличающийся тем, что на полученных выпуклых спиральных поверхностях дополнительно формообразуют многозаходные прерывистые спиральные поверхности с глубиной профиля, составляющей 0,3-0,5 глубины профиля многозаходной вогнуто-выпуклой спиральной поверхности, путем прохождения через дополнительные дисковые давильные ролики, расположенные под углом β = 90°-α к продольной оси заготовки и установленные в поворотной обойме с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения трубной заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что многозаходные прерывистые спиральные поверхности формообразуют с шагом спирали, отличным от шага спирали многозаходной спиральной вогнуто-выпуклой поверхности.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что многозаходные прерывистые спиральные поверхности формообразуют с разными шагами спирали по длине трубной заготовки путем циклического изменения частоты вращения поворотной обоймы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4