КОНВЕКТИВНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗМЕЕВИКОВ КОНВЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИБКИ ОРЕБРЕННЫХ ТРУБ Российский патент 1996 года по МПК F28D7/02 B21D53/06 

Изобретение относится н теплоэнергетике, в частности к конвективным поверхностям нагрева (теплообменникам) из труб в форме плоских змеевиков с наружным поперечным оребрением, направлено на усовершенствование таких поверхностей, технологии их изготовления и оснастки для гибки предварительно оребренных труб.

Известны теплообменники, поверхности нагрева которых выполнены в виде непрерывной гибки трубопровода, изогнутой в форме плоского змеевика и имеющей наружное поперечное оребрение из ленты нужной высоты и толщины с постоянным шагом ребер в основании на прямолинейном участке трубы, при этом на участках изгиба змеевика ребра выполнены меньшей высоты (1). Выполнение оребрения на всей длине, собранной из нескольких частей трубы, требует значительных производственных площадей для изготовления и сборной оребренной трубы и теплообменников в форме плоских змеевиков, а изготовление ребер меньшей высоты на участках гиба трубы предполагает нарушение непрерывности процесса выполнения оребрения для переналадки оборудования, что снижает производительность работ и повышает их стоимость.

Наиболее близким к заявляемому является трубчатый теплообменник из теплообменных элементов в форме плоского змеевика, имеющих по всей длине наружные спиральные ребра одинаковой высоты, шаг которых в основании на участках изгиба труб больше шага на прямолинейных участках (2).

Способ изготовления таких змеевиков заключается в том, что в начале из отдельных прямых труб собирают одну нитку по длине каждого змеевика последовательным соединением труб (частей) встык с зачисткой каждого соединения от внутреннего грата, затем выполняют непрерывное оребрение собранной трубы с заданным шагом ребер на соответствующих ее участках, после чего осуществляют гибку оребренной трубы в плоский змеевик. Выполнение спирального оребрения на всей длине образующий змеевик трубы с разной плоскостью ребер на прямых участках будущего змеевика и на его изгибах обеспечивается изменением угла наклона спирали при навивке ребер на прямой трубе и практически не отражается на производительности работ при выполнении этой операции известного способа изготовления таких теплообменников (2), однако изготовление змеевиков из предварительно оребренной трубы, собранной из нескольких частей, требует значительных производственных площадей.

Собственно процесс гибки плоских змеевиков из предварительно оребренных труб может осуществляться на штатном трубогибочном оборудовании для гибки гладких труб наматыванием их на рабочий орган. Такие известные устройства содержат гибочный шаблон в форме диска с рабочим ручьем, закрепленного на приводном валу в станине устройства, зажим в виде колодки с ручьем (канавкой) для охвата и сжатия трубы между шаблоном и зажимом, который жестко соединяется с шаблоном, и ползун с ручьем (канавкой) под обрабатываемую трубу, который может быть установлен неподвижно или иметь возможность продольного перемещения вместе с трубой при намотке ее на шаблон. В отдельных случаях при гибке труб может использоваться и дерн (3). Диаметр ручья гибочного шаблона, зажима и ползуна берется равным номинальному диаметру изгибаемой трубы, а потому глубина криволинейной части ручья не должна превышать половину его ширины. При гибке в таком устройстве оребренной трубы диаметр ручья гибочного шаблона, зажима и ползуна обычно берется равным номинальному диаметру наружного оребрения трубы.

Для выполнения бездефектной гибки предварительно оребренных прямых труб параметры оребрения (высота и толщина ребер, шаг их навивки) должны обеспечивать необходимую жесткость. В научно-технической и патентной информации пока нет сведений об известности зависимости между указанными параметрами оребрения для обеспечения качественной гибки оребренных труб и пока они подбираются экспериментально, что требует дополнительных трудозатрат и не всегда может соответствовать технологическим или иным требованиям.

Данное изобретение имеет целью усовершенствовать поверхности нагрева в форме плоских змеевиков с наружным поперечным (спиральным) оребрением, способ их изготовления и устройство для гибки предварительно оребренных труб, обеспечив при этом возможность направленного изменения любого из основных параметров оребрения при обеспечении качественной гибки предварительно оребренных труб, повысить эффективность поверхностей нагрева.

Поставленные цели достигаются тем, что в известной поверхности нагрева газожидкостного теплообменника преимущественно для работы в чистых газовых средах, содержащей плоские змеевики из поперечно оребренных труб, включая участки их гибов, подключенных к раздающему и собирающему коллекторам, в соответствии с данным изобретением параметры оребрения выбраны из условия соблюдения следующих соотношений:
h(S-δ) ≅ 75 (1)
h/δ ≅ 13 (2)
где h высота ребра;
S шаг ребер в их основании на прямом участке трубы;
δ толщина ребра,
а минимальный радиус гиба змеевиков составляет 1,8-2,1 диаметра несущей трубы.

Поставленные цели достигаются еще и тем, что при осуществлении известного способа изготовления змеевиков конвективной поверхности нагрева, включающих последовательное выполнение гибов предварительно оребренной трубы до полного формирования плоского змеевика или заданной его части, в соответствии с данным изобретением змеевик изготавливают из нескольких частей - предварительно оребренных прямых труб, концы которых оставляют со свободными от ребер технологическими участками, путем выполнения гиба (или гибов) на первой трубе, приварки к ее концу встык очередной прямой трубы, зачистки стыка от внутреннего грата, последующего выполнения гибов на присоединяемой трубе и последовательное повторение указанных операций с каждой присоединяемой трубой до полного изготовления змеевика или заданной его части.

Поставленные цели достигаются также и тем, что в установке для гибки оребренных труб с получением плоских змеевиков конвективной поверхности нагрева, содержащий гибочный шаблон с рабочим ручьем и приводом поворота и зажимное устройство, в соответствии с данным изобретением ширина рабочего ручья гибочного шаблона равна наружному диаметру оребрения трубы, а его глубина имеет величину не менее половины ширины.

Действительно, как показали предварительные исследования и последующий опыт изготовления змеевиков из предварительно оребренных труб, выполнение указанного соотношения параметров оребрения труб обеспечивает их необходимую жесткость и прочность для выполнения механической холодной гибки с указанными минимальными радиусами гиба труб. При этом обеспечивается возможность выбора любого из основных параметров оребрения и расчет других при сохранении необходимых для гибки прочности и жесткости оребренной трубы.

Предлагаемый способ изготовления змеевика из нескольких частей - предварительно оребренных прямых труб, позволяет осуществить производство плоских змеевиков на значительно меньших производственных площадях без ухудшения качества продукции и производительности работ, что во всех случаях экономически целесообразно.

Наконец, гибка предварительно оребренных труб на штатном трубогибочном оборудовании с использованием гибочных шаблонов, ширина рабочего ручья которых равна наружному диаметру оребрения трубы, а его глубина имеет величину не менее половины ширины (или несколько больше) обеспечивает высокое качество выполнения гибки труб без деформации оребрения т.е. сохранение стабильности теплотехнических характеристик оребрения на участках гибов и товарного вида готовой продукции.

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже описания конкретных примеров осуществления каждого из заявляемых объектов и чертежи, на которых представлены:
на фиг. 1 фрагмент конвективной поверхности нагрева на основе данного изобретения;
на фиг. 2 рабочие органы установки для гибки труб с наружным поперечным оребрением с установленной в них оребренной трубой.

Конвективная поверхность нагрева (см. фиг.1) содержит некоторое количество змеевиков из оребренных труб 1, установленных в газоходе 2 на опорных стойках 3. Особенность конструкции конвективной поверхности в соответствии с данным изобретением заключается в том, что ребра 4 на образующих змеевики трубах 1 выполнены практически на всей их длине, включая участки 5 гибов труб, кроме технологических участков 6 на концах труб, которыми они соединены между собой. Для исключения образования сквозных шунтов для газов, технологические участки 6 на смежных прямых участках труб 1 каждого змеевика должны быть смещены друг относительно друга по длине прямого участка, а для возможности осмотра стыков труб эти технологические участки 6 не должны попадать на опорные стойки 3.

Возможность изготовления змеевиков из труб с наружным поперечным оребрением не только прямых участков, но и участков гиба труб, обеспечивается тем, что параметры оребрения труб выполняются из условия соблюдения следующих соотношений:
h(S-δ) ≅ 75 и h/δ ≅ 13
где h высота ребра;
S шаг ребер в их основании на прямом участке трубы;
δ толщина ребра.

Из этих соотношений следует, что с увеличением высоты ребер их шаг должен соответственно уменьшаться или соответственно увеличиваться толщине. При соблюдении указанных условий выбора параметров оребрения труба становится достаточно жесткой и прочной конструкцией и позволяет осуществлять ее гибку на стандартных гибочных установках. Кроме того, это позволяет осуществлять выполнение оребрения каждой образующей змеевик трубы сразу на всей ее длине с одной установки на специальном оборудовании, что значительно повышает производительность процесса и снижает стоимость этой операции.

При этом свободными от оребрения оставляют только технологические участки на концах труб, необходимые для осуществления механизированной сварки встык оребренных труб между собой в процессе изготовления и сборки змеевиков конвективных поверхностей нагрева. Наконец, указанные условия выбора параметров оребрения определяют и минимально допустимый радиус гиба оребренной трубы, который может быть в пределах 1,8-2,1 диаметра несущей трубы. А способ изготовления змеевиков в плане состава и последовательности выполнения операций заключается в следующем.

Подготовленные по размерам и состоянию поверхности трубы для изготовления каждого змеевика последовательно подают в установку для навивки и приварки ребер (при изготовлении наружного спирального поперечного оребрения). Оребрение выполняют непрерывным по всей длине каждой трубы змеевика с одной ее установки, оставляя неоребренными только концы труб. Пакет (набор) оребренных труб для изготовления каждого змеевика подают на поточную линию, оборудованную установками для гибки труб в количестве двух штук, причем с гибкой в разные стороны; у каждой установки дополнительно смонтированы по одному устройству для стыковой сварки оребренных труб (контактной или электродуговой) и по одному устройству для зачистки стыков сварных соединений от внутреннего грата.

Указанное оборудование технологически связано между собой передающими и транспортными рольгангами или подобными средствами.

Первую оребренную трубу для изготовления змеевика подают в одну из установок для гибки труб, выставляют по размеру (длине) прямого участка змеевика один (передний) конец трубы, фиксируют (зажимают) трубу в рабочих органах и выполняют первый гиб трубы на 180^o.

После разневоливания (освобождения) трубы в рабочих органах первой установки ее подают ко второй установке для гибки труб. При этом, если по технологии предусмотрено выполнение на первой трубе двух и более гибов на 180^o, ее выставляют во втором устройстве для гибки труб, фиксируют (зажимают) в рабочих органах и выполняют второй гиб в противоположную сторону. Если по технологии изготовления змеевика на первой трубе предусмотрен один гиб конец этой трубы фиксируют в устройстве для стыковой сварки труб и подают к этому устройству вторую оребренную трубу. После выполнения приварки второй трубы встык с первой во вторую трубу вводят штангу с рабочим органом устройство для зачистки стыка (сварного шва) от внутреннего грата и выполняют зачистку с отсосом снятого грата. После этого изготовленную часть змеевика с приваренной к нему второй трубой подают во второе устройство для гибки труб, выставляют по размеру второго прямого участка, фиксируют в рабочих органах и выполняют гибку в противоположную сторону. После разневоливания трубы в рабочих органах устройства для гибки труб полученную часть змеевика выводят из второго устройства и передают к первому устройству для гибки труб. Если по технологии предусмотрено выполнение на второй трубе двух и более гибов, изготовленную часть змеевика подают в первое устройство, выставляют по размеру очередного прямого участка змеевика, фиксируют в рабочих органах и осуществляют очередной гиб змеевика в соответствующую сторону. Если нет то перед подачей изготовленной части змеевика в первое устройство для гибки труб к концу змеевика подают очередную ореберенную трубу, выполняют стыковую сварку и зачистку стыка соединения от грата, после чего осуществляют установку изготовленной части змеевика в первом устройстве для гибки труб, выставляют по размеру очередного прямого участка змеевика, фиксируют в рабочих органах и выполняют очередной гиб в соответствующую сторону.

Указанные выше операции выполняют последовательно с приваркой очередных труб и поочередной гибке в обоих устройствах до полного изготовления всего змеевика для заданной его части если окончательная сборка змеевика предусмотрена из предварительно изготовленных его частей. Затем приступают к изготовлению по такой же технологии остальных змеевиков конвективной поверхности нагрева. Трубы каждого змеевика закреплены на дистанционирующих стойках.

Осуществление заявляемого способа изготовления змеевиков конвективной поверхности нагрева позволит повысить качество и товарный вид готовой продукции (змеевиков) если для гибки использовать не обычное устройство с размером рабочего ручья гибочного шаблона по размеру оребренной трубы, а доработанный в соответствии с данным изобретением гибочный шаблон. Особенность предлагаемой конструкции устройства для гибки труб заключается в том, что рабочий ручей гибочного шаблона в нормальном сечении имеет глубину несколько больше половины ее ширины, равной диаметру оребренной трубы, как показано на фиг.2.

Гибочный шаблон 7 с рабочим ручьем 8 выполнен разъемным (раздвижным) по оси симметрии ручья 8 и состоит из двух частей. Зажимное устройство 9 тоже имеет рабочий ручей 10. При установке трубы 1 с поперечными ребрами 4 в рабочих органах ручей 10 зажимного устройства 9 охватывает ребра 1 по половине их периметра, т.е. ручей 10 зажимного устройства 9 имеет в сечении форму полукруга диаметра "Д" по размеру поперечных ребер 4.

Рабочий ручей 8 разъемного гибочного шаблона 7 имеет ширину, равную диаметру "Д" оребренной трубы 5, но ее глубина выполнена несколько больше половины ширины.

Это обеспечивает свободное вхождение ребер 4 по внутреннему радиусу гибки без нарушения товарного вида готовой продукции.

Размер устанавливается экспериментально. На качество и товарный вид гибов готовой продукции влияет форма образующей рабочего ручья 8 гибочного шаблона 7. Она может быть выполнена по дуге окружности диаметром "Д" (по размеру оребрения), но лучше, когда образующая рабочего ручья 8 шаблона 7 в обеих симметрических частях имеет неодинаковую кривизну.

Выбор величины и кривизны образующей канавку 2 зависит от ряда факторов и составляет секрет производства "ноу-хау".

Работа конвективной поверхности нагрева на основе данного изобретения, изготовленной по заявляемой технологии с использованием предлагаемого устройства для гибки труб, отличается от работы известных только условиями протекания теплообменных процессов и своей эффективностью, и состоит в следующем.

Внутрь змеевиков из труб 1 подают одну из теплообменивающихся сред, преимущественно жидкую.

Снаружи змеевики омываются газовой средой в направлении, указанном стрелками, проходящей по газоходу 2. Благодаря наличию оребрения 4 практически на всей длине труб 1 змеевиков, включая участки 5 гибов змеевиков, практически полностью устранены шунты в газовом потоке, что обеспечивает повышение тепловой эффективности конструкции.

Простота конструкции, невысокая трудоемкость изготовления за счет использования единого технологического процесса сварки труб и их гибки, простота монтажа обеспечивают сравнительно низкую стоимость изготовления. Заявленные параметры оребрения образующих змеевики труб позволили осуществить гибку змеевиков на существующем гибочном оборудовании с доработкой гибочного инструмента и высокую эффективность эксплуатации конвективных поверхностей при работе в чистых газовых средах.

Использование: в теплоэнергетике, преимущественно для поверхностей нагрева из поперечно оребренных труб. Сущность изобретения: в конвективной поверхности нагрева параметры оребрения труб выполнены с оптимальными соотношениями. Змеевик изготавливают из нескольких частей предварительно оребренных прямых груб, концы которых оставляют свободными от ребер технологическими участками, путем выполнения гиба (или гибов) на первый отруб, приварки к ее концу встык очередной прямой трубы, зачистки стыка от внутреннего нагара, последующее выполнение гибов на присоединяемой части и последовательное повторение указанных операций с каждой присоединяемой трубой до полного изготовления змеевика или заданной его части. В устройстве для гибки предварительно оребренных труб ширина рабочего ручья гибочного шаблона равна наружному диаметру оребренной трубы, а его глубина имеет величину не менее половины ширины. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Конвективная поверхность нагрева газожидкостного теплообменника, преимущественно для работы в чистых газовых средах, содержащая плоские змеевики из поперечно оребренных по всей длине труб, подключенные к раздающему и собирающему коллекторам, отличающаяся тем, что параметры оребрения выполнены из условия соблюдения следующих соотношений:
h((S-δ) ≅ 75;h/δ ≅ 13,
где h высота ребра;
S шаг ребер в их основании на прямом участке трубы;
δ толщина ребра,
минимальный радиус гиба труб змеевиков составляет 1,8-2,1 диаметра несущей трубы. 2. Способ изготовления змеевиков конвективной поверхности нагрева, включающий последовательное выполнение гибов предварительно оребренной трубы до полного формирования плоского змеевика или заданной его части, отличающийся тем, что змеевик изготавливают из нескольких частей предварительно оребренных прямых труб, концы которых оставляют со свободными от ребер технологическими участками, путем выполнения гиба или гибов на первой трубе, приварки к ее концу встык очередной прямой трубы, зачистки стыка от внутреннего грата, последующего выполнения гибов на присоединяемой части и последовательного повторения указанных операций с каждой присоединяемой трубой до полного изготовления змеевика или заданной его части. 3. Устройство для гибки оребренных труб с получением плоских змеевиков конвективной поверхности нагрева, содержащее гибочный шаблон с рабочим ручьем под трубу, приводом поворота и зажимное устройство, отличающееся тем, что ширина рабочего ручья гибочного шаблона равна наружному диаметру оребрения трубы, а его глубина имеет величину не менее половины ширины.