ЭЛЕМЕНТ НАСАДКИ Российский патент 1997 года по МПК B01J19/30 

Изобретение относится к элементу насадки, который состоит из плоской цилиндрично изогнутой металлической ленты.

Элементы насадки применяются в химических реакторах. Они используются с целью увеличения эффективной поверхности и, таким образом, ускорения реакции, а также способствуют теплообмену и обмену веществ между газами и жидкостями, между жидкостями, между жидкостями и твердыми веществами. Поэтому они имеют конструктивное исполнение с максимальной поверхностью. При этом необходимо, чтобы элемент насадки был стабильным для предотвращения вдавливания или разрушения.

Известно конструктивное исполнение элементов насадки в виде колец из цилиндрических металлических заготовок с заранее определенной внутренней структурой с использованием различных подходящих технологий.

При этом желательно иметь структуру, стандартное исполнение которой позволило бы наладить массовое простое производство. Такую структуру имеет кольцо Паля. Во многих случаях элемент насадки штампован из листового металла и изогнут в цилиндрическую форму. Из листового металла вырезано множество пластин и помещено во внутреннее пространство в направлении оси цилиндра.

Для обеспечения прочности подобного элемента насадки последний должен быть изготовлен из относительно плотного листового металла, который в состоянии выдержать возникающие при его использовании силы нажима. При отсутствии достаточной прочности элементы насадки сминаются в колонне силами нажима. В результате требуется повысить их количество. Кроме того, смятые элементы насадки не имеют первоначальной производительности, что может привести при их применении к непредвиденному риску.

При применении плотного листового металла элементы насадки имеют относительно большой вес, затраты на их производство также высокие.

Согласно патенту US 4 197264 известен элемент насадки, в котором выполнены две соединительные части для сцепления двух полуцилиндрических элементов. Таким образом, элемент насадки состоит из четырех частей, что требует высоких производственных затрат.

Согласно заявке DE 2610459 известен кольцеобразный элемент насадки, который состоит из изогнутой металлической полосы, концы которой соединены друг с другом, при этом соединение представляет собой жесткое или прочное соединение.

Это приводит к тому, что элементы насадки при перегрузке деформируются усилиями давления и, таким образом, становятся в той или иной степени непригодными.

Задача изобретения создание элемента насадки, состоящего из плоской цилиндрично изогнутой металлической ленты относительно малой толщины в монолитном исполнении, которая бы принимала возникающие в химических реакторах силы нажима, не вызывая деформации, а также допускала штамповку и изгиб в условиях массового производства.

Задача решается таким образом, что на боковых концевых отрезках металлической ленты, прилегающих друг к другу в кольцеобразно изогнутом состоянии ленты, расположен по меньшей мере один крепежный элемент, причем он состоит как минимум из одного выступа и шлица, которые выполнены в виде пары, находящейся в кинематической связи, а концевые отрезки подвижно соединены друг с другом крепежным элементом в кольцеобразно изогнутом состоянии цилиндрического элемента насадки и защищены от относительного сдвига по отношению к друг другу, уменьшающего окружность кольца.

За счет данного изобретения элемент насадки может быть использован в химических реакторах, в особенности при массопередаче и прямой теплопередаче. Он имеет цилиндрическую форму подобно кольцам Паля, Лессинга и их аналогам.

Предпочтительное конструктивное исполнение изобретения состоит в том, что выступ крепежного элемента состоит как минимум из одной пары полос, штампованных из плоской металлической ленты, которые выгнуты из поверхности металлической ленты под одним углом и в одном направлении и при этом на каждом из концевых отрезков расположена одна из изогнутых полос пары, и возникшее при этом в металлической ленте отверстие образует шлиц крепежного элемента, причем в кольцеобразно изогнутом состоянии цилиндрического элемента насадки концевые отрезки выполнены в виде соединения внахлестку, и выгнутая полоса одного концевого отрезка соответственно входит в шлиц другого концевого отрезка, образуя подвижное соединение.

Выступы и шлицы могут иметь произвольную подходящую форму. Выступы представляют собой, как описано, полосы такой же толщины, что и металлическая лента, из которой состоит элемент насадки. Внешний вид выступов не играет при этом решающей роли. Выступы могут быть круглыми, прямоугольными или даже зубчатыми. При зубчатом исполнении имеет место зубчатая поверхность, перпендикулярная по отношению к продольной полосной стороне. Шлиц штампован из плоской металлической ленты четырехугольного поперечного сечения шириной, несколько превышающей толщину выступа, и длиной, незначительно больше максимальной ширины выступа. Данные размеры важны, так как соединение выступа и шлица, замыкающее элемент насадки, должно быть подвижным и, тем не менее, одновременно предотвращать деформацию элемента насадки в момент расположения концевого отрезка металлической ленты с выступами на концевом отрезке металлической ленты со шлицами.

Длина выступа должна быть подобрана таким образом, чтобы исключить возможность непреднамеренного разъединения связи в процессе применения. Одновременно с этим недопустима любая деформация цилиндрического элемента насадки при размыкании и замыкании крепежного элемента.

Если используется крепежный элемент, состоящий из выступа и шлица, он расположен в середине его ширины.

Возможно также расположение двух или более крепежных элементов.

Для повышения стабильности целесообразно, чтобы у верхнего и нижнего края металлической ленты был расположен загиб кромки, заканчивающийся на заранее заданном расстоянии от края бокового концевого отрезка, который в кольцеобразно изогнутом состоянии цилиндрического элемента насадки образует нижнюю часть соединения внахлестку, причем размеры перекрытия при соединении внахлестку в результате наложения друг на друга загибов кромок определяются верхним и нижним краями.

Чтобы не препятствовать кольцеобразному изгибу металлической ленты, загибы кромки радиально отогнуты, а не вогнуты.

Конструктивное исполнение изобретения обеспечивает определенную гибкость элемента насадки, так как элементы насадки в области соединения внахлестку можно передвигать сбоку до тех пор, пока не прилягут друг к другу загибы кромки. Таким образом, при нормальном использовании ограничиваются возможные деформации элемента насадки и повышается его стабильность.

Исполнение согласно кольцу Паля достигается тем, что несколько направляющих перегородок из стенки, образованной металлической лентой, выдаются, как правило, в направлении продольной оси цилиндрического элемента насадки. Количество направляющих перегородок может изменяться в зависимости от размеров элемента насадки, а также желаемой поверхности.

Качество металла, из которого состоит элемент насадки, зависит от его вида применения. При этом нередко требуется применение в области коррозионных сред, что зачастую вызывает необходимость в относительно дорогостоящей коррозионностойкой стали.

Изобретение дает возможность использовать для элемента насадки плоскую металлическую ленту толщиной 0.10-0.60 мм, преимущественно 0.15-0.60 мм.

Первые экспериментальные данные показывают, что предложенные изобретением элементы насадки готовы выдержать нагрузки до 4639 кг/м² (950/бар/фут²), что приблизительно соответствует нагрузкам в элементе насадки аналогичных размеров, изготовленном из листовой стали, которая на 50% толще, и не располагающем крепежными средствами, предложенными изобретением.

Из этого вытекает, что в колонне могут быть использованы более плотные слои насадки, не требуя установки у основания колонны дополнительных промежуточных опорных конструкций с целью предотвращения поломки элементов насадки. Кроме того, использование листовой стали имеет значительные финансовые преимущества данного конструктивного исполнения изобретения.

Следующим элементом изобретения является соответствующее оформление кольца Лессинга, отличающееся тем, что на одном из боковых концевых отрезков металлической ленты расположен вогнутый под углом удлинитель, который в кольцеобразно изогнутом состоянии металлической ленты достает до внутреннего пространства цилиндрического элемента насадки, и при этом концевые отрезки металлической ленты взаимно прилегают, причем на них рядом друг с другом расположены как минимум два крепежных элемента, и шлиц каждого крепежного элемента в области изгиба размещен между металлической лентой и удлинителем, а на другом концевом отрезке расположен выступ, который входит в соответствующий шлиц крепежного элемента, что образует подвижное соединение концевых отрезков металлической ленты.

Благодаря предложенному изобретением решению имеют место вышеизложенная экономия металла и также вытекающие отсюда преимущества.

Следующее преимущество исполнения заключается в том, что в каждом крепежном элементе шлиц и выступ, находящийся с ним в кинематической связи, незначительно смещены по отношению друг к другу, в силу чего при монтаже необходимо слегка скрутить металлическую ленту, а каждый выступ на продольной стороне имеет загиб, который предотвращает выскальзывание из шлица.

Таким образом, достигается повышенная надежность против непреднамеренного разъединения крепежного элемента, в особенности в том случае, когда деформирующее давление действует на элемент насадки перпендикулярно его диаметру.

На фиг. 1 показан продольный разрез плоской металлической ленты перед гибкой в элемент насадки; на фиг.2 элемент насадки в виде кольца Паля, вид спереди; на фиг.3 вид сверху согласно фиг.2 вдоль линии 3-3; на фиг.4 - плоская металлическая лента с удлинителем для элемента насадки в виде кольца Лессинга; на фиг.5 вид сверху на элемент насадки в виде кольца Лессинга.

На фиг.1 представлена плоская металлическая лента, которая на обоих боковых концевых отрезках имеет выступы 2, штампованные из металлической ленты 1 и выгнутые под одним углом и в одном направлении, благодаря чему образуются одновременно шлицы 4, причем они закрыты по отношению к краю бокового концевого отрезка. Металлическая лента 1 имеет одновременно у верхнего и нижнего края выгнутый загиб кромки 3, который с одной стороны примыкает к краю бокового концевого отрезка и заканчивается на другой стороне отрезка на заранее заданном расстоянии.

На фиг.2 представлен элемент насадки в виде кольца Паля, изготовленного из показанной на фиг.1 металлической ленты 1 путем кольцеобразного изгиба, благодаря чему элемент насадки образует открытый внизу и сверху цилиндр. Представленный элемент насадки имеет в области боковых концевых отрезков соединение внахлестку. При этом выступ 2 перекрываемого концевого отрезка входит в шлиц 4 противоположного концевого отрезка.

Элемент насадки в силу эластичности материала стремится к разгибанию, в результате чего крепежный элемент, образованный выступом 2 и шлицем 4, фиксирует цилиндрический элемент насадки в его положении.

На фиг.2 показано, что загибы кромки 3 расположены по отношению друг от друга на заранее заданном расстоянии 6. Благодаря этому можно незначительно изменять величину перекрытия, что допускает открытие и закрытие крепежного элемента. Тем не менее при стыке загибов кромки 3 предотвращается последующее смятие элемента насадки.

На фиг. 2 и 3 представлены направляющие перегородки 5, штампованные из плоской металлической ленты 1 и вогнутые в направлении оси цилиндра.

Известным образом размещены от 4 до 8 подобных направляющих перегородок 5. На фиг.2 и 3 представлены 2 пары по 5 направляющих перегородок, расположенные на двух уровнях выше и ниже крепежных элементов.

Фиг.3 иллюстрирует заданный крепежный элемент в позиции блокировки, причем выступ 2 входит в шлиц 4. При этом при сдвиге обе полосы, образующие выступ 2, взаимно прилегают, препятствуя, таким образом, деформации элемента насадки.

Фиг.4 представляет перспективное изображение плоской металлической ленты 10, на боковом концевом отрезке которой расположен удлинитель 20, выгнутый под углом к плоской металлической ленте 10. В угле изгиба расположены шлицы 40, штампованные из металлической ленты. Шлицы 40 имеют форму и размеры, соответствующие выступам 30, расположенным на другом концевом отрезке металлической ленты 10 на том же уровне, что и шлицы 40.

На фиг.5 представлен элемент насадки (вид сверху), изогнутый в виде кольца Лессинга. При этом удлинитель 20 выдается во внутреннее пространство, а выступы 30 входят в шлицы 40.

Представленные на примере исполнения и описанные конструктивные исполнения лишь иллюстрируют изобретение и не должны означать его ограничения. Допустимы и учтены в объеме изобретения также другие аналогичные конструктивные исполнения.

Использование: для увеличения эффективной поверхности в тепломассообменных аппаратах. Сущность изобретения: насадка состоит из плоской цилиндрически изогнутой металлической ленты. Металлическая лента должна быть относительно малой толщины и при этом готовой принимать возникающие в химических реакторах силы нажима без деформации, а также допускать штамповку и изгиб в условиях массового производства. Это достигается тем, что на боковых концевых отрезках металлической ленты, прилегающих друг к другу в кольцеобразно изогнутом состоянии ленты, расположен по меньшей мере один крепежный элемент, причем он состоит как минимум из одного выступа и шлица, которые выполнены в виде пары, находящейся в кинематической связи, а концевые отрезки подвижно соединены друг с другом крепежным элементом в кольцеобразно изогнутом состоянии цилиндрического элемента насадки и защищены от относительного сдвига по отношению к друг другу, уменьшающего окружность кольца. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Элемент насадки, состоящий из плоской кольцеообразной изогнутой металлической ленты, причем на боковых концевых отрезках металлической ленты, прилегающих друг к другу в кольцеобразно изогнутом состоянии ленты, расположен по меньшей мере один крепежный элемент, содержащий по меньшей мере один выступ и шлиц, отличающийся тем, что выступ и шлиц выполнены в виде пары, находящейся в кинематической связи, при этом концевые отрезки подвижно соединены друг с другом в кольцеобразно изогнутом состоянии и защищены от относительного сдвига по отношению друг к другу, уменьшающего окружность цилиндрического элемента насадки. 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что выступ крепежного элемента состоит из минимум одной пары полос, штампованных из плоской металлической ленты, которые отогнуты по отношению к поверхности металлической ленты под одним углом и в одном направлении, при этом на каждом из концевых отрезков расположены одна из отогнутых полос пары и образующееся при этом в металлической ленте отверстие в виде шлица крепежного элемента, причем в кольцеобразно изогнутом состоянии цилиндрического элемента насадки концевые отрезки выполнены в виде соединения внахлестку и выгнутая полоса одного концевого отрезка соответственно входит в шлиц другого концевого отрезка, образуя подвижное соединение. 3. Элемент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что имеет два или более крепежных элементов. 4. Элемент по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что у верхнего и нижнего краев металлической ленты расположен загиб кромки, заканчивающийся на заранее заданном расстоянии от края бокового концевого отрезка, который в кольцеообразно изогнутом состоянии цилиндрического элемента насадки образует нижнюю часть соединения внахлестку, причем размеры перекрытия при соединении внахлестку в результате наложения друг на друга загибов кромок определяются верхним и нижним краями. 5. Элемент по пп. 2 и 4, отличающийся тем, что имеет несколько направляющих перегородок, штампованных из металлической ленты и отогнутых в направлении продольной оси цилиндрического элемента насадки. 6. Элемент по пп. 1 5, отличающийся тем, что плоская металлическая лента имеет толщину 0,1 0,6 мм. 7. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что на одном из боковых концевых отрезков металлической ленты расположен отогнутый под углом удлинитель, который в кольцеообразно изогнутом состоянии металлической ленты расположен во внутреннем пространстве цилиндрического элемента насадки, при этом концевые отрезки металлической ленты взаимно прилегают, причем на них рядом друг с другом расположены минимум два крепежных элемента и шлиц каждого крепежного элемента в области изгиба размещен между металлической лентой и удлинителем, а на другом концевом отрезке расположен выступ, который входит в соответствующий шлиц крепежного элемента с образованием подвижного соединения концевых отрезков металлической ленты. 8. Элемент по пп. 1 7, отличающийся тем, что в каждом крепежном элементе шлиц и находящийся во взаимодействии с ним выступ расположены с незначительным смещением по отношению друг к другу в осевом направлении для обеспечения скручивания металлической ленты для приведения в зацепление выступа и шлица, при этом каждый выступ на продольной стороне выполнен с отогнутой кромкой, которая предотвращает выскальзывание из шлица.

Приоритет по пунктам:
22.01.93 по пп. 1 6;
27.01.93 по пп. 7 и 8.