ОТОПИТЕЛЬНЫЙ РАДИАТОР-КОНВЕКТОР И СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ТРУБЫ РЕГИСТРА В ОТВЕРСТИИ ЕГО ТРУБЧАТОГО КОЛЛЕКТОРА Российский патент 2005 года по МПК F24H3/08 F28F9/26 

Группа изобретений относится к отопительной технике, более конкретно к отопительным радиаторам-конвекторам для систем водяного центрального отопления и способам крепления алюминиевых труб регистра в отверстиях трубчатого коллектора, изготовленного из алюминиевого профиля. Группа изобретений может быть использована для обогрева жилых, общественных и производственных зданий и в технологических процессах серийного изготовления отопительных радиаторов-конвекторов заявленной конструкции, изготовленной с использованием оребренных алюминиевых труб.

Известен секционный отопительный радиатор для систем водяного центрального отопления, каждая секция которого содержит вертикальные стальные трубы прямоугольного сечения, соединенные посредством сварки с отрезками таких же труб, образующих после сборки верхние и нижние коллекторы. Стальные элементы каждой секции при изготовлении теплорассеивающих элементов методом литья из алюминиевых сплавов используются как закладные детали и служат для прохода теплоносителя. Далее секции собираются в радиаторную батарею. Теплорассеивающие алюминиевые элементы выполнены в виде ребер и шипов [1].

Недостатком известного отопительного радиатора является сложность конструкции и технологии изготовления и сборки.

Известен секционный отопительный радиатор, включающий в себя ряд вертикальных оребренных труб из алюминиевого профиля, расположенных между верхним и нижним коллекторами, также изготовленными из алюминиевого профиля. Полости коллекторов и вертикальных труб регистра сообщаются друг с другом посредством герметичных соединений, каждое из которых выполнено в виде ниппеля с резьбовым участком, размещенным в резьбовом отверстии коллектора. В основании каждого отверстия выполнена фаска, сопрягаемая с кромкой, которой заканчивается резьба на ниппеле. Причем фаска отверстия коллектора и фаска внутренней поверхности трубы регистра после напрессовки ее на ниппель образуют между собой V-образный кольцевой зазор, в котором расположена герметизирующая прокладка, а на запрессованной в трубе части ниппеля размещены установленные в канавках уплотнения. Оребрение каждой трубы выполнено в виде двухстороннего гребня с симметрично размещенной в центре трубой [2].

Недостатком описанной конструкции секционного отопительного радиатора для систем водяного центрального отопления, принятого за прототип, является сложность его изготовления и сборки из-за большого количества используемых сборочных единиц и низкая технологичность. Применение в соединениях радиатора герметизирующих прокладок и уплотнений в условиях температурных колебаний приводит к преждевременному старению прокладок и уплотнений и разгерметизации герметичных соединений. Гидравлические удары, связанные с наполнением и сливом теплоносителя в отопительной системе, при пуско-наладочных работах ввиду старения прокладок, уплотнений и разгерметизации соединений быстро выведут из строя радиатор, что в конечном счете приведет к существенным трудовым и материальным затратам по замене неисправных радиаторов.

Перечисленные недостатки не гарантируют безопасной и надежной эксплуатации известных радиаторов при рабочих давлениях свыше 10 атм.

Известен способ закрепления теплообменной трубы в трубной решетке, включающий установку трубы в отверстии трубной решетки с выпуском конца трубы, имеющего проточку, за пределы решетки, размещение со стороны выступающего конца трубы кольцевого уплотнительного элемента, раздачу трубы на длине отверстия решетки и отбортовку выступающего конца трубы до образования горообразного воротника, поджимающего уплотнительный элемент к трубной решетке и обеспечивающего герметичность соединения [3].

Недостаток известного способа заключается в невозможности закрепления трубы в трубчатом коллекторе.

Наиболее близким способом по количеству существенных признаков и достигаемому результату является способ крепления трубы в коническом отверстии трубной доски теплообменника путем установки в кольцевом зазоре между трубой и доской промежуточного элемента, имеющего конусные поверхности с обратной конусностью, выпуском конца промежуточного элемента за пределы доски с одновременным обжатием трубы и упругопластического разжатия выступившего конца [4].

Этот способ крепления не может обеспечить крепление теплообменной трубы в трубчатом коллекторе радиатора путем наружного доступа.

Задача, на решение которой направлена группа изобретений, состоит в обеспечении эксплуатационной надежности радиатора-конвектора в условиях повышенного давления теплоносителя. Единый технический результат, достигаемый при реализации заявленной группы изобретений, состоит в повышении прочности радиатора-конвектора, в упрощении технологии изготовления и сборки, повышении технологичности, интенсификации теплопередачи.

Конструкция радиатора-конвектора и способ крепления трубы регистра в отверстии трубчатого коллектора, которые обеспечивают достижение указанного выше единого технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, могут быть охарактеризованы совокупностью признаков “Устройства” и “Способа” как объектов изобретения, перечисленных ниже. Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству достигается следующей совокупностью существенных признаков.

Отопительный радиатор-конвектор содержит верхний и нижний коллекторы, выполненные из алюминиевого профиля, связанные с рядом вертикальных оребренных алюминиевых труб регистра при помощи коротких трубчатых элементов, герметично закрепленных с одной стороны посредством прессовой посадки в трубах регистра, а с другой - в отверстиях коллектора посредством уплотняющего элемента, расположенного между выступающим в полость коллектора концом трубчатого элемента и входом его в отверстие коллектора. При этом каждый трубчатый элемент выполнен в виде штуцера, имеющего коническую и цилиндрическую части, на наружных поверхностях которых имеется, по меньшей мере, по одной кольцевой проточке, в месте перехода цилиндрической части в коническую выполнен бурт, расположенный между торцом трубы регистра и коллектором, а уплотняющий элемент выполнен в виде вдавленного в кромку входного отверстия коллектора переходного конуса, сопряженного с плоской кольцевой поверхностью бурта и цилиндрической поверхностью штуцера, выступающий конец которого выполнен развальцованным посредством доступа со стороны конической части штуцера.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения-устройства верхний и нижний коллекторы в месте крепления штуцеров имеют продольные плоские участки, толщина которых больше толщины стенок в круглом сечении.

В другом частном случае реализации изобретения оребрение каждой трубы регистра выполнено в виде продольных радиальных пластин, расположенных симметрично относительно оси трубы, а лицевая и тыльная плоскости оребрения образуют, по меньшей мере, с двумя примыкающими к ним пластинами замкнутые воздушные каналы, сообщающиеся с атмосферой на уровне верхнего и нижнего коллекторов.

В следующем частном случае реализации изобретения диаметр цилиндрической части штуцера выполнен с допусками, обеспечивающими ее посадку в отверстие коллектора с натягом. На кромке входного отверстия выполнена заходная фаска, угол наклона которой к оси отверстия больше угла наклона переходного конуса на 0,5-2 градуса. Конусные поверхности переходного конуса и конической части штуцера имеют обратную конусность. Кольцевые проточки на наружных поверхностях цилиндрической и конической частях штуцера выполнены с прямоугольным сечением.

Благодаря действию совокупности существенных признаков достигается технический результат по объекту изобретения - устройству, а именно повышается прочность радиатора-конвектора и, как следствие, его эксплуатационная надежность в условиях повышенных давлений теплоносителя, упрощается технология изготовления и сборки, повышается технологичность, а также интенсифицируется теплопередача. Указанный выше единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается совокупностью существенных признаков, перечисленных ниже.

Способ крепления трубы регистра в отверстии трубчатого коллектора отопительного радиатора-конвектора осуществляется посредством промежуточного элемента, имеющего конусные поверхности с обратной конусностью, путем выпуска конца промежуточного элемента внутрь коллектора и его упругопластического разжатия. При этом промежуточный элемент выполняют в виде штуцера, имеющего коническую и цилиндрическую части, внутренний канал штуцера в зоне выпуска его конца в полость коллектора выполняют резко сужающимся, пластическое разжатие выступившего в коллектор конца штуцера производят проталкиванием рабочего пуансона по внутреннему каналу штуцера со стороны его конической части до выпадения пуансона в полость коллектора, а удаление рабочего пуансона из полости коллектора производят высыпанием.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения-способа рабочий пуансон выполняют в виде цилиндрического ролика, а его проталкивание осуществляют толкающим пуансоном меньшего диаметра.

Описанная конструкция отопительного радиатора-конвектора позволяет использовать профили, получаемые методом холодного прессования из алюминиймагниевых сплавов, которые значительно прочнее литейных алюминийкремниевых сплавов, применяемых в аналогах. Кроме того, исключение из конструкции радиатора-конвектора уплотнений и прокладок также увеличивает его прочность.

Крепление труб регистра в отверстиях коллектора в соответствии с заявленным способом позволяет не только повысить технологичность и упростить технологию изготовления и сборки радиатора-конвектора, но и увеличить его прочность за счет монолитной конструкции.

При испытании опытных образцов радиаторы-конвекторы заявленной конструкции выдерживали давление до 90 атм.

Радиаторы-конвекторы собираются из полуфабрикатов, все операции сборки могут быть легко автоматизированы, а количество операций сведено к минимуму.

Интенсификация теплообмена достигается как за счет увеличения теплорассеивающей поверхности излучения, так и за счет конвективного теплообмена, который обеспечивается замкнутыми воздушными каналами, расположенными с лицевой и тыльной стороны радиатора-конвектора и сообщающимися с атмосферой на уровне верхнего и нижнего коллекторов.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - способ крепления трубы регистра в отверстии трубчатого коллектора радиатора-конвектора предназначен для изготовления (крепления) одного из основных узлов другого заявленного объекта группы - отопительного радиатора-конвектора.

Возможность осуществления группы изобретений, охарактеризованных приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации назначения группы изобретений может быть подтверждена описанием возможной конструкции радиатора-конвектора и способа крепления трубы регистра в отверстии его трубчатого коллектора, выполненных в соответствии с заявленной группой изобретений и поясняемых графическими материалами, на которых изображено следующее:

Фиг.1 - общий вид радиатора-конвектора.

Фиг.2 - вид сбоку.

Фиг.3 - узел крепления трубы регистра посредством штуцеров в отверстиях верхнего и нижнего коллекторов.

Фиг.4 - положение пуансонов, штуцера и коллектора до развальцовки выступающего конца штуцера.

Фиг.5 - после развальцовки.

Фиг.6 - поперечное сечение трубы регистра.

Фиг.7 - вид А в увеличенном масштабе входной кромки отверстия и переходного конуса штуцера перед развальцовкой конца штуцера.

Отопительный радиатор-конвектор содержит ряд оребренных алюминиевых труб 1, образующих регистр 2. Коллекторы 3, 4, также выполненные из алюминиевого профиля, связаны с трубами 1 при помощи штуцеров 5.

Каждый штуцер 5 имеет коническую часть 6 и цилиндрическую часть 7. На наружных поверхностях частей 6, 7 выполнено по одной кольцевой канавке 8 прямоугольного сечения. В месте перехода цилиндрической части 7 в коническую часть 6 выполнен бурт 9 прямоугольного сечения. Каждый штуцер 5 конической частью 6 по прессовой посадке закреплен в трубе 1, а цилиндрической частью 7 - в отверстии 10 (фиг.7) коллекторов 3, 4. При этом его бурт 9 располагается между торцом трубы 1 регистра 2 и коллекторами 3, 4. Диаметр цилиндрической части 7 штуцера 5 и диаметр отверстия 10 (фиг.7) коллекторов 3, 4 выполнены с допусками, обеспечивающими закрепление цилиндрической части 7 в отверстии 10 по посадке с натягом. Кромка 11 отверстия 10 со стороны входа штуцера 5 в коллектор 3 или 4 имеет заходную фаску 12, расположенную под углом α₂ к оси отверстия 10.

В месте сопряжения цилиндрической поверхности части 7 штуцера 5 с кольцевой поверхностью 13 бурта 9 выполнен переходный конус 14, угол уклона α₁ которого меньше угла наклона α₂ фаски на 0,5-2 градуса.

Выступающий в полости коллекторов 3, 4 конец 15 штуцера 5 выполнен развальцованным в форме тора 16. Уплотняющим элементом, обеспечивающим герметичность соединения цилиндрической части 7 штуцера 5 с коллекторами 3, 4, служит, во-первых, вдавленный в кромку 11 переходный конус 14, во-вторых, соединение цилиндрической части 7 в отверстии 10 коллекторов 3, 4 по посадке с натягом и, в-третьих, развальцованный в форме тора 16 конец 15 цилиндрической части 7 штуцера 5.

Верхний и нижний коллекторы 3, 4 в месте крепления штуцеров 5 имеют продольные плоские участки 17, толщина которых больше толщины стенок 18 в круглом сечении коллекторов 3, 4.

Оребрение каждой трубы 1 регистра 2 выполнено в виде радиальных ребер, имеющих форму пластин 18, расположенных симметрично относительно оси трубы 1. Лицевая 19 и тыльная 20 плоскости оребрения образуют с двумя примыкающими к ним пластинами 21, 22 замкнутые воздушные каналы 23, сообщающиеся с атмосферой на уровне коллекторов 3, 4.

Способ крепления трубы 1 регистра 2 в отверстии 10 коллектора 3 или 4 заключается в следующем. Внутренний канал 24 штуцера 5 в зоне выпуска его конца в полость коллектора 3 или 4 выполняют резко сужающимся (фиг.4). В отверстие 10 вставляют цилиндрическую часть 7 штуцера 5 до упора его переходного конуса 14 в кромку 11. Во внутренний канал 24 штуцера 5 вводят рабочий пуансон, выполненный в виде цилиндрического ролика 25. Пуансоном 26 меньшего диаметра производят проталкивание ролика 25 с одновременным вдавливанием переходного конуса 14 в кромку 11 и развальцовку выступившего в полость коллектора 3 или 4 конца 15 штуцера 5 со стороны его конической части 6 до выпадения ролика 25 в полость коллектора. Удаление цилиндрического ролика 25 из полости коллектора 3 или 4 производят его высыпанием наружу. После закрепления штуцера 5 в коллекторе 3 или 4 производят напрессовку трубы 1 на коническую часть штуцера 5.

Сборку отопительного радиатора-конвектора осуществляют в следующей последовательности. Производят закрепление всех штуцеров 5 в коллекторах 3, 4 описанным выше способом. После чего конические части 6 штуцеров 5 вставляют в конусные отверстия труб 1 регистра 2, а в полости коллекторов 3, 4 вставляют дорны (на фиг. не показаны), имеющие эксцентрические поверхности. Дорны поворачивают до упора их эксцентрических поверхностей в развальцованные концы 16, после чего производят напрессовку конических частей 6 штуцеров 5 верхнего и нижнего коллекторов 3, 4 в конусные отверстия труб 1 с обоих концов одновременно. Радиатор-конвектор собран.

При работе отопительного радиатора-конвектора тепло от теплоносителя, поступающее по входному коллектору к трубам 1 регистра 2, передается от стенок труб 1 пластинам 18, 19, 20, 21, 22 оребрения, которые являются дополнительными источниками тепла. Наличие воздушных замкнутых каналов 23 с лицевой и тыльной сторон радиатора-конвектора, которые сообщаются с атмосферой на уровне верхнего и нижнего коллекторов 3, 4, предназначены для создания тяги и для организации конвективных тепловых потоков, что значительно интенсифицирует теплообмен.

Коллекторы 3, 4 имеют также ребра 27, 28, являющиеся теплорассеивающими элементами. Кроме того, они исключают попадание в пространство между пластинами 18, 19, 20, 21, 22 и трубой 1 посторонних предметов. Описанные выше примеры выполнения радиатора-конвектора и реализации способа крепления трубы регистра в отверстии трубчатого коллектора доказывают возможность реализации назначения группы изобретений и достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления группы изобретений, охарактеризованной совокупностью признаков, приведенной в формуле изобретения.

Использованные источники

1. Патент РФ №2180423, МПК F 24 Н 3/06, опубл. 10.03.2002.

2. Патент РФ №2059933, МПК F 24 D 3/12, 19/00, F 28 F 1/10, опубл. 10.05.1996 (прототип устройства).

3. Авторское свидетельство 1374030, МПК F 28 F 9/16, опубл. 15.02.88, бюллетень №6.

4. Авторское свидетельство 1449829, МПК F 28 F 9/02, опубл. 07.01.89, бюллетень №1 (прототип способа).

Заявленные изобретения предназначены для применения в отопительной технике, а именно в отопительных радиаторах-конвекторах для систем водяного центрального отопления и способах крепления трубы регистра в отверстии трубчатого коллектора. Отопительный радиатор-конвектор содержит верхний и нижний трубчатые коллекторы, выполненные из алюминиевого профиля, связанные с рядом вертикальных оребренных алюминиевых труб регистра при помощи коротких трубчатых элементов, герметично закрепленных с одной стороны посредством прессовой посадки в трубах регистра, а с другой - в отверстиях коллектора посредством уплотняющего элемента, расположенного между выступающим в полость коллектора концом трубчатого элемента и входом его в отверстие коллектора, причем каждый трубчатый элемент выполнен в виде штуцера, имеющего коническую и цилиндрическую части, на наружных поверхностях которых имеется, по меньшей мере, по одной кольцевой проточке, в месте перехода цилиндрической части в коническую выполнен бурт, расположенный между торцом трубы регистра и коллектором, а уплотняющий элемент выполнен в виде вдавленного в кромку входного отверстия коллектора переходного конуса, сопряженного с плоской кольцевой поверхностью бурта и цилиндрической поверхностью штуцера, выступающий конец которого выполнен развальцованным посредством доступа со стороны конической части штуцера. Кроме того, верхний и нижний коллекторы в месте крепления штуцеров имеют продольные плоские участки, толщина которых больше толщины стенок круглого сечения, а оребрение каждой алюминиевой трубы регистра выполнено в виде продольных радиальных пластин, расположенных симметрично относительно оси трубы, а лицевая и тыльная плоскости оребрения образуют, по меньшей мере, с двумя примыкающими к ним пластинами замкнутые воздушные каналы, сообщающиеся с атмосферой на уровне верхнего и нижнего коллекторов. Способ крепления трубы регистра в отверстии трубчатого коллектора отопительного радиатора-конвектора, осуществляемый посредством промежуточного элемента, имеющего конусные поверхности с обратной конусностью, путем выпуска конца промежуточного элемента внутрь коллектора и его упругопластического разжатия, причем промежуточный элемент выполняют в виде штуцера, имеющего коническую и цилиндрическую части, внутренний канал штуцера в зоне выпуска его конца в полость коллектора выполняют резко сужающимся, пластическое разжатие производят проталкиванием рабочего пуансона по внутреннему каналу штуцера со стороны его конической части до выпадания пуансона в полость коллектора, а удаление рабочего пуансона из полости коллектора производят высыпанием. Изобретения позволяют повысить прочность радиатора-конвектора, упростить технологию его изготовления и сборки, повысить технологичность и интенсификацию теплопередачи. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Отопительный радиатор-конвектор, содержащий верхний и нижний трубчатые коллекторы, выполненные из алюминиевого профиля, связанные с рядом вертикальных оребренных алюминиевых труб регистра при помощи коротких трубчатых элементов, герметично закрепленных с одной стороны посредством прессовой посадки в трубах регистра, а с другой - в отверстиях коллектора посредством уплотняющего элемента, расположенного между выступающим в полость коллектора концом трубчатого элемента и входом его в отверстие коллектора, отличающийся тем, что каждый трубчатый элемент выполнен в виде штуцера, имеющего коническую и цилиндрическую части, на наружных поверхностях которых имеется, по меньшей мере, по одной кольцевой проточке, в месте перехода цилиндрической части в коническую выполнен бурт, расположенный между торцом трубы регистра и коллектором, а уплотняющий элемент выполнен в виде вдавленного в кромку входного отверстия коллектора переходного конуса, сопряженного с плоской кольцевой поверхностью бурта и цилиндрической поверхностью штуцера, выступающий конец которого выполнен развальцованным посредством доступа со стороны конической части штуцера.2. Радиатор-конвектор по п.1, отличающийся тем, что верхний и нижний коллекторы в месте крепления штуцеров имеют продольные плоские участки, толщина которых больше толщины стенок круглого сечения.3. Радиатор-конвектор по п.1, отличающийся тем, что оребрение каждой алюминиевой трубы регистра выполнено в виде продольных радиальных пластин, расположенных симметрично относительно оси трубы, а лицевая и тыльная плоскости оребрения образуют, по меньшей мере, с двумя примыкающими к ним пластинами замкнутые воздушные каналы, сообщающиеся с атмосферой на уровне верхнего и нижнего коллекторов.4. Радиатор-конвектор по п.1, отличающийся тем, что диаметр цилиндрической части штуцера выполнен с допусками, обеспечивающими ее посадку в отверстии коллектора с натягом.5. Радиатор-конвектор по п.1, отличающийся тем, что на кромке входного отверстия выполнена заходная фаска, угол наклона которой к оси отверстия больше угла уклона переходного конуса на 0,5-2 градуса.6. Радиатор-конвектор по п.1 или 5, отличающийся тем, что конусные поверхности переходного конуса и конической части штуцера имеют обратную конусность.7. Радиатор-конвектор по п.1, отличающийся тем, что кольцевые проточки имеют прямоугольное сечение.8. Способ крепления трубы регистра в отверстии трубчатого коллектора отопительного радиатора-конвектора посредством промежуточного элемента, имеющего конусные поверхности с обратной конусностью, путем выпуска конца промежуточного элемента внутрь коллектора и его упругопластического разжатия, отличающийся тем, что промежуточный элемент выполняют в виде штуцера, имеющего коническую и цилиндрическую части, внутренний канал штуцера в зоне выпуска его конца в полость коллектора выполняют резко сужающимся, пластическое разжатие производят проталкиванием рабочего пуансона по внутреннему каналу штуцера со стороны его конической части до выпадания пуансона в полость коллектора, а удаление рабочего пуансона из полости коллектора производят высыпанием.9. Способ по п.8, отличающийся тем, что рабочий пуансон выполняют в виде цилиндрического ролика, а его проталкивание осуществляют толкающим пуансоном меньшего диаметра.