ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1996 года по МПК F28F1/24 F28F1/36 

Изобретение относится к теплообменнику, а более конкретно к конструктивным элементам общего назначения для теплообменных и теплопередающих устройств. Оно может быть использовано в теплообменных аппаратах разнообразного назначения.

Известен теплообменник по авт. св. CCCР N 1083060, кл. F 28 D 7/00, 1983, в котором имеется трубчатый элемент, соединенный с другими элементами теплообменника с помощью пайки. Данное техническое решение принято за аналог. Сложность конструкции теплообменника препятствует получению надежного и технологичного устройства.

Известен способ изготовления теплообменной поверхности по авт. св. СССР N 1366852, кл. F 28 F 1/40, 1988, в котором имеется металлическая трубка и оребряющие пластины, соединяемые с трубкой. Данное техническое решение также принято за аналог изобретения. В этой конструкции сложно повысить надежность соединения и точность соблюдения расстояния между оребряющими пластинами при обеспечении простоты устройства. Недостатком является также относительная нежесткость соединения ввиду свободы краев пластин и недостаточная надежность.

Известен теплообменник типа "труба в трубе", в котором на внутренней поверхности наружной трубы выполнены продольные выступы, а на ребрах под выступами ответные гнезда. Этот теплообменник, защищенный авт. св. СССР N 1160225, кл. F 28 D 7/10, 1984, выбран за аналог изобретения. Сложность конструкции теплообменника не позволяет повысить технологичность и надежность конструкции при соблюдении простоты.

В технике широко известно применение сварки в трубчатых теплообменниках, например из патента США N 3252511, кл. 165 172, 1963, на трубчатую стенку. Данное техническое решение принято за аналог изобретения. Применение сварного шва из этого патента в изобретении не экономично и не обеспечивает высокой технологичности разработки.

Из патента США N 3847212, кл. 165 179, 1973 известна теплообменная труба с внутренними ребрами. Она имеет и наружное спиральное оребрение. Это техническое решение принято в качестве прототипа изобретения. Недостаток прототипа состоит в большом расходе металла при изготовлении из целого куска металла или в необходимости специального оборудования при изготовлении сваркой или пайкой, а также при изготовлении выдавливанием.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состояла в обеспечении простоты изготовления, высокой технологичности при высокой прочности и надежности конструкции. Необходимо было сделать такую конструкцию, которая бы не требовала специального оборудования для изготовления теплопередающего элемента механическим путем и не требовала бы чрезмерного расхода металла, что имело бы место при изготовлении точением.

При осуществлении изобретения можно получить технический результат, заключающийся в том, что конструкция не требует специального механического оборудования для своего изготовления, как это требуется в прототипе при выполнении сваркой, или пайкой или выдавливанием, не требуется лишнего расхода металла, как это необходимо при изготовлении мехобработкой. Следует отметить, что конструкция получается надежной и прочной, т. к. выполнена паяно-сварной и содержит соответствующие опорные элементы. Кроме того, наличие опорных элементов на периферии дисков обеспечивает высокую жесткость конструкции и простоту точного поддержания расстояния между дисками в паяно-сварном соединении.

Изобретение содержит следующие существенные признаки. В нем имеется металлическая трубка и пакет оребряющих пластин, каждая из которых имеет центральное отверстие с отбортованным по периметру краем. Соединение пакета пластин с трубкой выполнено паяно-сварным. Крайние пластины пакета соединены с трубкой сваркой, а все промежуточные пластины соединены с трубкой пайкой.

Пластины предлагаемого теплопередающего элемента по наружному периметру имеют не менее двух зубцов, полученных вырубом и отгибом перпендикулярно плоскости пластины. Высота зубцов определяет шаг между пластинами, т. к. эти пластины сжаты в пакете до упора зубцов в пластины в собранном теплопередающем элементе.

Для стабилизации гидравлического сопротивления конструкции зубцы на пластинах выполнены равнорасположенными по окружности. Зубцы соседних пластин смещены друг относительно друга в тангенциальном направлении на величину углового шага не менее угловой ширины зубца. В принципе возможна и величина шага несколько меньше ширины зубца; но в этом случае часть зубца будет нависать над вырубленным пазом соседней пластины, что не обеспечивает оптимальности конструктивного оформления. Наиболее конструктивным следует считать, чтобы зубцы соседних пластин были смещены друг относительно друга на величину 1/2 углового шага равнорасположенных по окружности зубцов одной пластины.

Выполнение соединения пакета оребряющих пластин с трубкой паяно-сварным, а также наличие на оребряющих пластинах зубцов, определяющих осевой шаг между пластинами, позволяет сделать соединение прочным (благодаря сварке на крайних пластинах пакета) и технологичным (благодаря тому, что для промежуточных пластин предусмотрена пайка) при простоте обеспечения точности изготовления паяно-сварного соединения (за счет зубцов).

На фиг. 1 изображен общий вид теплопередающего элемента с угловым смешением соседних пластин друг относительно друга на величину 1/2 углового шага равнорасположенных по окружности трех зубцов (т. е. с угловым смещением 60^o); на фиг. 2 вид в плане теплопередающего элемента, представленного на фиг. 1; на фиг. 3 место I теплопередающего элемента, представленного на фиг. 1; на фиг. 4 общий вид теплопередающего элемента с величиной углового смещения зубцов соседних пластин на величину немного большую угловой ширины зубца; на фиг. 5 вид в плане теплопередающего элемента, представленного на фиг. 4.

На представленных чертежах теплопередающий элемент состоит из трубки 1 и пластин 2. Каждая пластина 2 имеет по три зубца 3, равнорасположенных по окружности. Зубцов 3 может быть не обязательно 3. Может быть, например, 2 зубца или 4 зубца (одного зубца недостаточно). Зубцы не обязательно должны быть одинаковыми и равнорасположенными по окружности. Каждый зубец 3 имеет угловую ширину α (см. фиг. 2 и 5) и высоту h (см. фиг. 1). q угловой шаг между зубцами на одной пластине.

Кроме того, каждая пластина имеет отбортованный по периметру край 4 центрального отверстия пластины 2. Этот край имеет высоту С (см. фиг.3), обеспечивая зазор между краем 4 и соседней пластиной равным t, благодаря тому, что h c + t (см. фиг. 1 и фиг. 3).

Как видно из фиг. 1 и фиг. 4, теплопередающий элемент состоит из пакета пластин 2. Крайние пластины 2 (самая верхняя и самая нижняя) соединены с трубкой 1 сваркой, а все расположенные между ними пластины 2 соединены с трубкой 1 пайкой. Нижняя крайняя пластина установлена перевернутой по отношению к остальным пластинам пакета.

Технологически эта конструкция изготавливается следующим образом. Сначала собирают пакет пластин 2 с трубкой 1, как показано на фиг. 1 (2), устанавливая в зазоры t (см. фиг. 3) кольца припоя (например, медного для пайки стальных деталей). Затем, обеспечив требуемое сжатие пакета до упора зубцов 3 в плоскости пластин 2, приваривают крайние пластины 2. После этого собранное устройство помещают в печь, где припой расплавляется и затекает в зазоры между кольцами 2 и трубкой 1, как показано на фиг. 3. После выема из печи теплопередающий элемент охлаждают, припой затвердевает, обеспечивая прочность и качество паяно-сварного соединения.

Далее теплопередающий элемент вставляется в теплообменник (на чертежах не показано и в описании не упомянуто), где крепится сваркой в трубных досках. Паяно-сварная конструкция теплопередающего элемента позволяет при сварке его с трубной доской на теплообменнике предотвратить возможность вытекания припоя и затекания его в сварной шов. Кроме того, малые размеры теплопередающего элемента по сравнению с теплообменником позволяют выполнять пайку в печах малых габаритов и с меньшими временными затратами.

На представленных чертежах дано два варианта установки пластин в угловом положении в собранном теплопередающем элементе. На фиг. 1 и 2 представлен вариант с угловым смещением g соседних пластин на величину 1/2 углового шага q равнорасположенных по окружности и трех зубцов 3 (т. е. на 60^o), на фиг. 4 и 5 с угловым смещением зубцов соседних пластин b на величину немного большую угловой ширины a зубца 3.

Пластины 2 не обязательно должны быть выполнены в виде дисков. Они могут быть выполнены в виде многоугольников, например квадрата или правильного шестиугольника.

Количество пластин в пакете теплопередающего элемента может быть различным и зависеть от конструктивных особенностей всего теплопередающего агрегата, например 20 пластин.

После установки теплопередающего элемента в теплообменник он может эксплуатироваться. Внутри его по трубке 1 протекает жидкость, например вода. Снаружи пластины 2 и трубка 1 омываются горячим газом, передавая тепло текущей в трубке жидкости.

Использование: в теплообменнике для трубчатых теплообменных аппаратов различного направления. Сущность изобретения: трубка 1 и пакет оребряющих пластин 2, каждая из которых имеет центральное отверстие с отбортованным по периметру краем, соединены между собой паяно-сварным соединением. При этом крайние пластины пакета приварены, а все промежуточные пластины припаяны к трубке. Каждая пластина имеет не менее двух, полученных вырубом и изгибом перпендикулярно плоскости пластины, зубцов 3 на высоту, определяющую расстояние между пластинами, при угловом смещении зубцов пластин друг относительно друга по окружности. 3 з. п.ф-лы, 5 ил.

1. Теплопередающий элемент, состоящий из металлической трубки и пакета оребряющих пластин, каждая из которых имеет центральное отверстие с отбортованным по периметру краем, а трубка вставлена пакет пластин и скреплена с ним при обеспечении заданного шага между пластинами вдоль трубки, отличающийся тем, что крайние пластины пакета и трубка скреплены сварными соединениями, а промежуточные пластины и трубка скреплены паяными соединениями, образуя паяно-сварное соединение трубки и пакета пластин, при этом оребряющие пластины имеют не менее двух вырубленных и отогнутых перпендикулярно плоскости пластины зубца на высоту, соответствующую расстоянию между пластинами в пакете. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что зубцы на пластинах выполнены равнорасположенными по окружности. 3. Элемент по п.2, отличающийся тем, что зубцы соседних пластин смещены друг относительно друга в угловом направлении на величину более угловой ширины зубца. 4. Элемент по п.3, отличающийся тем, что зубцы соседних пластин имеют угловое смещение друг относительно друга на величину, составляющую половину углового шага равнорасположенных по окружности зубцов одной пластины.