Способ изготовления теплообменной трубы

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно может быть использовано при производстве оребренных труб, холодильных аппаратов или контейнеров, предназначенных для хранения отработавшего топлива ядерных реакторов, а также других материалов или объектов, являющихся мощными источниками тепла. Способ изготовления теплообменной трубы путем ввода внутрь трубчатой заготовки сердечника и ребер, причем сердечник изготавливают полым, а каждое из ребер выполняют в виде полого тела, образованного вращением фигуры, состоящей из отрезков прямых, соединенных между собой в форме шестиугольника, после ввода ребер в них создают упругие деформации путем сближения поверхностей ребра, расположенных перпендикулярно оси трубы в направлении, совпадающем с осью трубы. Изобретение позволяет повысить тепловую проводимость путем исключения зазоров между сердечником, трубчатой заготовкой и ребрами, повысить технологичность производства, снизить трудоемкость и затраты при изготовлении крупногабаритных теплообменных труб. 2 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при производстве оребренных труб, холодильных аппаратов или контейнеров, предназначенных для хранения отработавшего топлива ядерных реакторов, а также других материалов или объектов, являющихся мощными источниками тепла.

Известен способ изготовления оребренной поверхности (патент РФ №2141615 от 14.04.98, F 28 F 3/02, опубликован 20.11.99, Бюл.№32). Способ включает укладывание дисков оребрения в кондуктор, предварительное охлаждение трубы в среде жидкого азота, затем введение ее во внутренние отверстия дисков оребрения и нагрев теплом окружающей среды, после чего оребренную поверхность вынимают из кондуктора в виде готового изделия.

При нагреве трубы теплом окружающей среды происходит ее тепловое расширение, в результате чего обеспечивается необходимый контакт между трубой и ребрами.

Недостатком данного способа являются существенные технологические трудности, возникающие при охлаждении жидким азотом крупногабаритных труб (диаметром порядка 1...3 м и длиной 2...4 м).

Известен способ изготовления теплообменной трубы с внутренним оребрением (а.с. №1250827 от 25.02.85, F 28 F 1/40, В 21 С 37/22, опубликован 15.08.86, Бюл.№30). По данному способу внутрь трубчатой заготовки вводят оребренный сердечник с диаметром описанной окружности, превышающим внутренний диаметр заготовки. Предварительно сердечник охлаждают жидким азотом до 100-140 К, а заготовку нагревают до 570-1130 К. После введения сердечника внутрь заготовки последнюю фиксируют в зажимах и выдерживают до выравнивания температур, в результате чего происходит термическая деформация, обеспечивающая необходимый контакт между сердечником и трубчатой заготовкой.

Недостатками данного способа являются:

1) существенные технологические трудности, возникающие при охлаждении жидким азотом до 100-140 К и нагревании до 570-1130 К крупногабаритных труб (диаметром порядка 1...3 м и длиной 2...4 м);

2) ограничение времени сборки (не более 30 с), вызванное выравниванием температур сердечника и заготовки.

Способ изготовления теплообменной трубы с внутренним оребрением по а.с. №1250827 выбран в качестве прототипа.

Задачей предлагаемого изобретения является изготовление крупногабаритных труб с внутренним оребрением с эффективным теплоотводом по наиболее простой технологии.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение тепловой проводимости путем исключения зазоров между сердечником, трубчатой заготовкой и ребрами, повышение технологичности производства, снижение трудоемкости и затрат при изготовлении крупногабаритных теплообменных труб.

Технический результат выражается в создании упругонапряженного состояния ребер, исключающего наличие зазоров между сердечником и трубчатой заготовкой. Этим самым обеспечивается необходимая тепловая проводимость между контактирующими деталями, способствующая эффективной передаче тепла. Способ создания упругонапряженного состояния ребер путем их предварительного деформирования перед установкой за счет создания в них избыточного давления позволяет повысить технологичность производства, снизить трудоемкость и затраты при изготовлении крупногабаритных теплообменных труб.

Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления теплообменной трубы путем ввода внутрь трубчатой заготовки сердечника и ребер сердечник изготавливают полым, а каждое из ребер выполняют в виде полого тела, образованного вращением фигуры, состоящей из отрезков прямых, соединенных между собой в форме шестиугольника, после ввода ребер в них создают упругие деформации путем сближения поверхностей ребра, расположенных перпендикулярно оси трубы в направлении, совпадающем с осью трубы.

Выполнение ребер в виде полого тела, образованного вращением фигуры, состоящей из отрезков прямых, соединенных между собой в форме шестиугольника, позволяет произвести деформирование ребер за счет сближения поверхностей, расположенных перпендикулярно оси трубы в направлении, совпадающем с осью трубы. В результате этого увеличивается размер сечения ребер в направлении, перпендикулярном оси трубы, что, в конечном итоге, приводит к выборке зазоров и создании в ребрах упругих деформаций.

Выполнение этих мероприятий позволяет создать необходимый контакт между сердечником, ребрами и трубчатой заготовкой, что, в свою очередь, позволяет обеспечить эффективный теплообмен между сердечником и заготовкой и повысить технологичность изготовления оребренной трубы.

На фиг.1 представлен общий вид теплообменной трубы, на фиг.2 - вид начального состояния ребер и после их деформирования.

Теплообменная труба состоит из полого сердечника 1, ребер 2 и трубчатой заготовки 3.

Процесс изготовления теплообменной трубы выполняют в следующей последовательности.

Устанавливают трубчатую заготовку 3. Затем вводят внутрь трубчатой заготовки 3 полый сердечник 1. Далее в пространство между полым сердечником 1 и трубчатой заготовкой 3 последовательно устанавливают ребра 2, изготовленные в виде полого тела, образованного вращением фигуры, состоящей из отрезков прямых, соединенных между собой в форме шестиугольника. При этом в каждом из ребер создают упругие деформации путем сближения поверхностей ребра, расположенных перпендикулярно оси трубы в направлении, совпадающем с осью трубы. Во время выполнения этой операции увеличивается размер сечения ребра в направлении, перпендикулярном оси трубы. Это, в конечном итоге, приводит к выборке зазоров и появлению упругонапряженного состояния ребер, обеспечивающего необходимый контакт и тепловую проводимость между сопрягаемыми деталями.

В качестве подтверждения промышленной применимости рассмотрим пример теплообменной трубы с внутренним оребрением.

Материал сердечника 1 и трубчатой заготовки 3 - сталь 20. Ребра 2 были изготовлены из листовой стали 45 толщиной 2 мм. Другие значения размеров деталей составляли: наружный диаметр сердечника - 89 мм, внутренний диаметр трубчатой заготовки - 194 мм.

Ребра теплообменной трубы выполнены в виде полого тела, образованного вращением фигуры, состоящей из отрезков прямых, соединенных между собой в форме шестиугольника. Максимальный габаритный размер сечения ребра составлял 52 мм. Выборку зазоров между ребрами и создание в них упругонапряженного состояния производили путем (например, при помощи болтового соединения) сближения поверхностей каждого ребра, расположенных перпендикулярно оси трубы в направлении, совпадающем с осью трубы. Изготовлен и испытан опытный образец по данному способу, который подтвердил заявленный технический результат.

Выполнение описанных выше операций позволило создать эффективную тепловую проводимость между сердечником и трубчатой заготовкой. При этом существенно упростилась технология, что привело к снижению трудоемкости и затрат изготовления оребренной трубы.

Способ изготовления теплообменной трубы путем ввода внутрь трубчатой заготовки сердечника и ребер, отличающийся тем, что сердечник изготавливают полым, а каждое из ребер выполняют в виде полого тела, образованного вращением фигуры, состоящей из отрезков прямых, соединенных между собой в форме шестиугольника, после ввода ребер в них создают упругие деформации путем сближения поверхностей ребра, расположенных перпендикулярно оси трубы, в направлении, совпадающем с осью трубы.