ПАКЕТ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА, СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИН ПАКЕТА РЕГЕНЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 1997 года по МПК F28F3/08 

Изобретение относится к теплотехнике и касается набивного пакета для регенеративного теплообменника, который состоит из наложенных друг на друга пластин, образующих между собой аэродинамические каналы и по крайней мере частично профилированных, например оснащенных тиснением, которые имеют служащую защитным покрытием облицовку, например, слой эмали.

Изобретение касается также способа и устройства для изготовления таких оснащенных защитным покрытием фасонных пластин или набивных пакетов.

О набивных пакетах такого типа для регенеративных теплообменников, устройстве и способе их изготовления известно из [1, 2] Но известно также, что для изготовления таких набивных пакетов пластины, которые накладываются друг на друга, образуя между собой аэродинамические каналы, и которые хотя бы частично профилированы, например, имеют тиснение, оснащены поверхностно-защитным покрытием из эмали.

Набивные пакеты из пластин с покрытием, служащим для поверхностной защиты, в частности эмалированным, в регенеративных теплообменниках используются всегда в тех случаях, когда они, несмотря на опасность коррозии, должны иметь достаточно большой срок службы и/или когда с целью уменьшения пожароопасности требуется обеспечить элементарную чистоту нагревательных поверхностей.

При пакетировании профилированных пластин в набивной пакет часто получается, что кромочные области соседних пластин еще до остальных областей поверхности вступают друг с другом в контакт. Отрицательное следствие этого состоит в том, что поверхностное покрытие в кромочных областях трескается, из-за чего поверхностная защита там утрачивается и следовательно, возникает повышенная коррозионная опасность.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков, имеющих место при пакетировании известных профильных пластин в набивные пакеты. Поэтому задачей изобретения является устранение повреждений поверхностно-защитного покрытия на кромках профилированных пластин и тем самым, избежание даже локальной коррозионной опасности у профильных пластин набивных пакетов.

В соответствии с этим предмет изобретения в основном, характеризуется посредством профилирования пластин, при котором по крайней мере кромки непосредственно соседствующих накладываемых друг на друга пластин повсеместно проходят на минимальном расстоянии друг от друга или соответственно, выставляются без контактов друг с другом.

Так как взаимное контактирование непосредственно друг на друга наложенных пластин вдоль кромок предотвращается, там не может иметь места вытекающее из напряженного состояния в высшей мере нежелательное растрескивание возникшего защитного кромочного слоя. Это имеет силу и для таких профилированных пластин, в которых при нанесении поверхностно-защитного покрытия и в частности слоя эмали вдоль кромок образуется накопление материала покрытия, которое формируется в хотя и небольшом, но имеющее вид нароста утолщение по сравнению с поверхностным покрытием.

Кроме того, изобретение предусматривает, что минимальное расстояние между кромками пластин больше нормальной толщины покрытия и даже больше толщины покрытия на обращенных друг к другу боковых поверхностях кромок.

Таким образом, контактные напряжения между утолщенными наростообразно кромочными покрытиями при составлении набивного пакета устраняются в любом случае и без особых затрат.

Практическая возможность решения поставленной задачи состоит в том, что высота профилирования пластин по крайней мере в области их кромок сокращается по сравнению с другими областями поверхности. Причем это может осуществляться за счет того, что из двух пластин, непосредственно соседствующих друг с другом лишь одна имеет профильную кромку, а кромка другой пластины проходит прямо.

Но можно также из двух параллельных кромок пластины оснастить профилированием одну, а вторую оставить прямой и при этом соседние, непосредственно накладываемые друг на друга пластины располагать в их плоскости с поворотом относительно друг друга на 180^o.

Кромки пластин, имеющие между собой минимальное расстояние, целесообразно располагать внутри набивного пакета таким образом, чтобы они были обращены соответственно к кромкам натекания и утекания теплообменника, т.е. своим наростообразно утолщенным поверхностным покрытием проходили поперек направления набегания агрессивной среды, нагружающей теплообменник.

Предлагаемый способ изготовления профильных пластин для набивных пакетов посредством вальцевания, штамповки или тиснения по существу отличается от известного тем, что на зоны пластин, проходящих вдоль кромок, оказывают влияние другие деформирующие усилия, нежели в их средней области. Причем, эти другие силы деформирования можно создавать в тот же момент, когда создается и собственно профилирование пластины. Следовательно, обработка кромок пластин происходит одновременно с изготовлением собственно ее профилирования.

Правда, согласно изобретению предусматривается также, что проходящие вдоль кромок зоны пластин могут в смысле затупления профиля подвергаться дополнительно вальцеванию, штамповке или тиснению.

Соответствующее изобретению устройство для изготовления пластин пакета регенеративного теплообменника состоит из двух половин профилированного инструмента, действующих с противоположных сторон на плоскую пластину. При этом оно отличается тем, что области половин профилирующего инструмента, относящиеся к кромкам пластин, заключают между собой сходящийся или ступенчато уменьшающийся формообразующий профиль.

В качестве половин профилирующего инструмента могут использоваться пары вальцов или нажимных плит с конечными участками или краевыми зонами по крайней мере слегка наклоненными или ступенчато убывающими относительно из основной рабочей зоны.

При оборудовании устройства парами профилирующих валков эти валки по концам оснащаются кольцеобразно осажденными участками нажатного вальцевания.

Устройство для изготовления пластин с зонами этих пластин, проходящих вдоль кромок, в отношении затупления профиля, которые могут быть дополнительно отвальцованы, отштампованы или выдавлены, отличается от известного посредством двух половин инструмента, дополнительно формирующего с противоположных сторон уже отпрофилированную пластину, для узких краевых областей, примыкающих к кромкам пластин. И в этом случае в качестве половин инструмента дополнительного формообразования могут использоваться пары вальцов или соответственно нажимных плит со слегка наклоненными напротив подключенных половин профилированного инструмента и профилированными или осажденными и гладкими формообразующими поверхностями. В случае использования для дополнительного формообразования вальцовочной пары ее валки выполняются в виде гладких валков.

На фиг. 1 представлен вид спереди части набивного пакета для регенеративного теплообменника; на фиг. 2 разрез по линии 11 11 фиг. 1, обращенных друг от друга угловых областей набивного пакета; на фиг. 3 в увеличенном масштабе кромочная зона пластины набивного пакета с покрытием для защиты поверхности и наростообразным утолщением его на кромке пластины; на фиг. 4 6 схематическое упрощенное изображение варианта исполнения устройства, с помощью которого может осуществляться изготовление профилированных пластин для сборки набивных пакетов; на фиг. 7 10 - возможные варианты профилирования пластин на стыке с их кромками.

На фиг. 1 представлено сечение области набивного пакета 1, образованного из множества уложенных друг на друга или штабелированных пластин 2, которые располагаются попеременно друг над другом двумя группами 2a и 2b.

По крайней мере пластины 2 группы 2a, но преимущественно пластины 2 обеих групп 2a и 2b имеют профилированные 3, например в виде тиснения, что четко видно на пластинах 2 группы 2a фиг. 1.

Отдельные профилирования 3 имеют на пластинах 2 группы 2a вид нерегулярных волновых линий, которые однако простираются не только в поперечном направлении пластин, как это можно видеть на фиг. 1, но проходят и в продольном направлении пластины.

Профилирования 3, образованные по типу нерегулярных волновых линий или с тиснения формуются, естественно, многократно повторяясь на отдельной пластине 2, что также видно на фиг. 1.

Профилирования 3, выполненные, например в виде тиснений, образуют между двумя соседними уложенными друг на друга или штабелированными пластинами 2 внутри набивного пакета 1 множество аэродинамических каналов 4, которые в направлении главного обтекания, оснащенного набивным пакетом 1 регенеративного теплообменника, попеременно нагружаются различными теплообменными средствами. При этом желательно, чтобы проточные каналы 4, ограниченные пластинами 2 набивного пакета 1 проходили не только по существу в основном направлении обтекания теплообменных сред, но и существенно отклонялись вдоль пластины от прямого главного направления течения.

Такое исполнение набивного пакета 1 в сочетании с нерегулярно проходящими как в поперечном, так и в продольном направлениях волнами профилей 3, образованных, например тиснением, обеспечивает заметное повышение коэффициента теплоотдачи при одновременном снижении падения напора.

Все относящиеся к группам 2a и 2b пластины набивного пакета, как это видно из фиг.3, оснащены служащим для защиты поверхности покрытием 5, в частности слоем эмали 5.

При нанесении такого покрытия 5, будучи обусловленными технологией, могут вдоль кромок 6 пластины 2 образовываться накопления материала 7 в виде наростообразного утолщения, которое дает преимущество в повышении защитного действия против агрессивных компонентов сред на кромках 6. Конечно, это защитное действие долго действует только тогда, когда предотвращается растрескивание покрытия 5 в и частности накоплений 7 материала в области кромок 6 пластин 2.

Во избежание возможности растрескивания покрытия 5 или соответственно, наростообразного утолщения осажденных накоплений 7 материала в области кромок 6 пластин 2 их профилирование 3, созданное, например тиснением, исполняется таким образом, что по крайней мере кромки 6 расположенных друг над другом или штабелированных в непосредственном соседстве пластин 2 обеих групп повсеместно проходит на минимальном расстоянии 8 друг от друга, т.е. вставлены без контакта друг с другом, что хорошо видно из фиг. 1 и на фиг. 2.

Минимальное расстояние 8 между кромками 6 пластин 2 соседних групп 2a и 2b в любом случае должно быть при этом больше толщины покрытия 5 в области наростообразного утолщения, образованного накоплением 7 материала.

В простейшем случае условия выдерживания минимального расстояния 8 между кромками 6 непосредственно соседствующих друг с другом пластин 2 могут обеспечиваться тем, что по крайней мере одна из них на кромочной полосе определенной ширины не имеет профилирования 3, а выдерживается в основном, совершенно плоской, как это показано на пластинах 2 группы 2b фиг. 1 и 2.

Представленную на фиг. 1 и 2 конструкцию набивного пакета 1 можно опять-таки, обеспечить тем, что из двух непосредственно соседствующих наложенных друг на друга пластин 2 лишь одна имеет профилированную кромку 6, что видно по пластине группы 2a на фиг. 1, а кромка 6 другой пластины является прямой, как это видно по группе 2b там же.

Для создания такой конструкции набивного пакета 1 можно использовать пластины 2, у которых из двух параллельных кромок 6 только одна имеет профилирование, а другая проходит прямо и что при этом непосредственно соседствующие наложенные друг на друга пластины 2 в их плоскости располагаются повернутыми относительно друг друга на 180^o.

Пластины 2, которые вдоль своих кромок 6 не имеют или имеют менее выраженное профилирование, чем на всей остальной поверхности, можно изготавливать посредством вальцевания, выдавливания или тиснения, т.е. различными механическими способами. При этом в зонах пластин 2, проходящих вдоль кромок 6, действуют другие силы деформирования, нежели в их центральной области, в которой находятся профили для ограничения аэродинамических каналов 4.

Формообразование в области кромок 6 и изготовление профилей 3 могут осуществляться одновременно или соответственно, в одном рабочем этапе за счет соответствующего исполнения профилирующего инструмента, который может быть выполнен в виде вальцовочной пары или пар нажимных плит или плит тиснения.

Однако зоны пластин 2, проходящие вдоль кромок 6, следует дополнительно вальцевать, выдавливать или чеканить в дополнительном рабочем этапе, т.е. уже после состоявшегося профилирования с целью затупления профиля.

На фиг. 4 6 в качестве устройства для изготовления пластин 2 для конструкции набивных пакетов 1 представлена вальцовочная пара 11, валки 12 и 13 которой имеют периферию своих бочек, дополняющую друг друга.

На большей части 14 длины своих бочек оба валка 12 и 13 вальцовочной пары 11 имеют при этом профилирование 3 в виде созданного вмятинами более или менее нерегулярного начального формования, которое понятно из фиг. 5.

Напротив, на меньшей части 15 длин бочек оба валка 12 и 13 вальцовочной пары 11 имеют взаимно уступчатые и круглые по всей окружности формообразующие поверхности, как это видно из фиг.6.

При помощи выполненной таким образом вальцовочной пары 11 можно в одном рабочем этапе изготовить пластины 2, которые только вдоль кромок 6, параллельных направлению пропускания, являются совершенно плоскими, а на остальной части поверхности оснащены более или менее нерегулярными профилями 3 в виде тиснений.

Само собой разумеется, что можно пластины 2 сначала по всей их ширине пропускать через вальцовочную пару 11, отдельные валки 12 и 13 которой имеют профили бочек, показанные на фиг. 5. Затем профилированную пластину 2 одной ее кромкой 6 можно пропустить через другую, но более узкую вальцовочную пару, валки 12 и 13 которой имеют гладкую и круглую форму бочек, чтобы тем самым дополнительно отвальцовать область кромки 6 с целью затупления профиля.

В то же время как при использовании представленной со ссылкой на фиг. 4
6 вальцовочной пары пластины 2 могут изготавливаться непрерывно в одном рабочем этапе, например, посредством обработки ленточного материала, предварительно изготовленные участки пластин могут изготавливаться эквивалентным образом, но прерывисто с использованием пар нажимных или чеканных плит посредством прессования.

На фиг. 7 10 показано, что поставленную перед изобретением задачу можно также решить тем, что высота профилирования пластин 2 по крайней мере в области их кромок 6 сокращается по сравнению с прочими областями поверхности.

При этом на фиг. 7 можно видеть, что профилирование 3 пластин 2 к их кромкам может сходиться с двух сторон, чтобы в области кромок 6 обеспечивалось требуемое минимальное расстояние 8. Напротив, на фиг. 8 показано, что равная возможность создается, если профилирование 3 пластин 2 к кромкам 6 является сходящимся с одной стороны.

В то время, как на фиг. 9 (см. стрелки IX фиг. 7 и 8) показана максимальная профильная высота 9 пластины 2 на боковом расстоянии от их кромок 6, из фиг. 10 (см. стрелки X фиг. 7 и 8) видно их сокращенную высоту 10 профиля в области их кромок 6, посредством которой опять-таки определяется минимальное расстояние 8 между кромками 6 двух соседних наложенных друг на друга пластин 2.

Для изготовления отформованных согласно фиг. 7 10 пластин 2 могут быть использованы устройства, состоящие из двух половин профилирующего инструмента, действующих с двух противоположных сторон на плоскую пластину. Части этих половин профилирующего инструмента, относящиеся к кромкам 6 пластин 2, при этом должны заключаться между собой с учетом толщины обрабатываемого листа сходящийся формообразующий профиль, соответствующий фиг. 7 или 8. И в этом случае устройство может работать с вальцовочными парами или парами зажимных или чеканных плит, которые используются либо только в одном рабочем шаге, либо в двух последовательных рабочих шагах для воздействия на пластину 2.

Заключая, следует отметить, что набивные пакеты 1 собираются из пластин 2 групп 2a и 2b таким образом, что имеющие минимальное расстояние 8 между собой кромки 6 пластин 2 внутри теплообменника соответственно обращены в сторону набегания и в сторону утекания теплообменных средств и следовательно, накопление материала для наростообразного утолщения их покрытие 5 должно иметь в тех местах, где опасность коррозии наибольшая.

Основной идеей описанных выше мероприятий является создание эмалированных теплообменных пластин 2 с затупленными кромочными зонами, которые собираются в набивные пакеты 1 для теплообменников. Причем это определяется следующими мероприятиями:
все или определенная часть пластин 2 у кромок 6 спрофилированы более плоско, чем на остальной части поверхности или даже имеют прямолинейную и соответственно, гладкую форму;
спрофилированные более плоско или соответственно, прямые или гладкие кромочные зоны пластин 2 и в набивном пакете соответственно, обращены в стороны набегания и утекания потока;
специально отформованные кромки 6 пластин 2 в процессе профилирования, например, при помощи профилирующих валков, образуются посредством соответствующего исполнения формообразующего инструмента, например, пары профилирующих валков;
высота профиля 2 за счет конической формы концов профилирующего инструмента формируется к кромкам 6 пластины сходящейся;
плоские или прямые и гладкие кромки 6 пластин 2 могут изготавливаться парами профилирующих валков, которые на своих концах имеют гладкие кольцеобразные участки;
пластины 2, оснащенные сначала профилем одинаковой толщины, например, посредством вальцевания, подвергаются обработке в дополнительном рабочем этапе, в котором область кромок 6 пластин основа выравнивается частично или полностью;
кромки 6 пластин 2, уже оснащенных сплошным профилированием равномерной толщины и разделенных по шаблону, выравниваются при помощи пресса.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: предлагается набивной пакет 1 для регенеративного теплообменника, состоящий из множества накладываемых друг на друга пластин 2, образующих между собой проходные каналы 4 и по крайней мере частично профилированных, например тиснением, которые имеют покрытие, например, слой эмали, служащее для защиты поверхности. При этом данный набивной пакет 1 отличается профилированием 3 пластин 2, при котором по крайней мере кромки непосредственно соседствующих, уложенных друг на друга пластин 2 или, соответственно 2a, 2b повсеместно проходят на минимальном расстоянии 8 друг от друга или, соответственно, установлены без контакта друг с другом. Кромки пластин 2 и по мере необходимости обусловленные изготовлением созданные на кромках накопления материала покрытия защищаются таким образом от растрескивания. 4 с.и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Пакет регенеративного теплообменника, содержащий набор уложенных друг на друга с образованием каналов профилированных или тисненных пластин, снабженных покрытием, например слоем эмали, отличающийся тем, что по меньшей мере по всей длине кромок соседние пластины расположены друг относительно друга с зазором, большим толщины покрытия на боковых поверхностях этих кромок. 2. Пакет по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере в области кромок высота профилирования пластин меньше, чем на остальной части поверхности. 3. Пакет по одному из пп.1 2, отличающийся тем, что часть пластин имеет профилированную кромку, а часть прямую и в пакете данные пластины расположены с чередованием через одну. 4. Пакет по одному из пп.1 3, отличающийся тем, что у каждой пластины одна из параллельных кромок выполнена прямой, а другая профилированной, при этом соседние пластины в пакете повернуты в своей плоскости друг относительно друга на 180^o. 5. Пакет по одному из пп.1 4, отличающийся тем, что расположенные друг относительно друга с зазором кромки пластин расположены поперек направления движения теплоносителя. 6. Устройство для изготовления пластин пакета регенеративного теплообменника, содержащее профилирующий инструмент, выполненный из двух элементов, расположенных по разные стороны пластины напротив друг друга, отличающийся тем, что вышеупомянутые элементы на концевых участках имеют ступенчато уменьшающийся или сходящийся формообразующий профиль. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что элементы инструмента выполнены в виде валков вальцовочной пары, или нажимных, или чеканных плит, концевые участки которых выполнены ступенчато уменьшающимися или наклонными относительно их рабочей поверхности. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что валки вальцовочной пары на одном из концов имеют кольцевые гладкие участки. 9. Устройство для изготовления пластин пакета регенеративного теплообменника, содержащее профилирующий инструмент, выполненный из двух элементов, расположенных по разные стороны пластины напротив друг друга, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный профилирующий инструмент для воздействия на узкие краевые зоны кромок пластин, также выполненный из двух элементов, расположенных по разные стороны пластины напротив друг друга. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что элементы дополнительно профилирующего инструмента выполнены в виде вальцовочной пары или пары нажимных или чеканных плит с профилированными формообразующими поверхностями, смещенных или расположенных наклонно относительно элементов основного профилирующего инструмента. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что валки дополнительного профилирующего инструмента имеют гладкую поверхность. 12. Способ изготовления профильных пластин пакетов регенеративного теплообменника путем вальцового, нажимного или чеканного формования плоских пластин, отличающийся тем, что на зоны, проходящие вдоль краев кромок, в направлении выравнивания или сужения профиля действуют другие формообразующие усилия, чем на остальных участках поверхности. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что проходящие вдоль краев кромок зоны пластин, имеющих профиль, довальцовывают, дожимают или дочеканивают.