БЛОК ОРОСИТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО СБОРКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК F28F25/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для использования в тепломассообменном оборудовании для обеспечения непосредственного контакта между газом и жидкостью, в частности в градирнях вентиляторных и башенных.

Известен блок оросителя, состоящий из параллельных рядов сетчатых труб из полимерного термопластичного материала ПТМ, размещенных параллельно в каждом ряду с постоянным шагом, равным наружному диаметру торца трубы как в одном ряду, так и между рядами, и сваренных плавлением ПТМ по торцам в местах их соприкосновения [1, 2].

Недостаток известного блока в том, что сварка плавлением ПТМ в местах соприкосновения торцевых частей сетчатых труб не обеспечивает достаточной для длительной эксплуатации жесткости блока и прочности сваренных участков торцов блока.

Известен блок оросителя, состоящий из рядов цилиндрических труб, размещенных в рядах параллельно и с наклоном к горизонтальной поверхности и скрепленных по торцам блока в местах соприкосновения труб [3, 4].

Эта конструкция торцов блока также не обеспечивает его жесткости и прочности.

Известен блок оросителя, состоящий из сетчатых труб, размещенных в каждом из слоев параллельно одна другой, а в разных слоях - взаимно перпендикулярно [5]. Для соединения труб соседних слоев между собой в блок введены заполняющие элементы в виде полимерных трубок, которые приваривают к сетчатым оболочкам в том числе труб, размещенных перпендикулярно заполняющим элементам.

Недостаток этого блока в сложности сварки заполняющих элементов и труб в местах их соприкосновения и недостаточной для эксплуатации прочности сваренных участков торцов в местах взаимного соприкосновения труб и труб с заполняющими элементами.

Известен блок оросителя, состоящий из сетчатых труб из ПТМ, в котором на поверхностях труб в их торцовых участках с обеих сторон блока размещены ленточные прокладки, выполненные из ПТМ [6]. При сборке блока производят укладку прокладок на поверхностях труб в каждом ряду, затем блок подвергают обжиму под давлением (4-8)×10⁴ Па, подключают к источнику тепла и производят сварку мест соприкосновения труб с оплавлением прокладок. После завершения оплавления усилие обжима снимают. В описании данного изобретения отсутствует описание устройства, с помощью которого выполняют сварку торцов блока.

Недостаток блока и способа сборки его торцов в удорожании блока за счет использования прокладок и повышение трудоемкости сборки за счет установки прокладок по торцевым участкам труб.

Известен блок оросителя, состоящий из сетчатых труб, имеющих концевые участки в форме конического диффузора высотой 0,2-0,5 диаметра, размещенных во всех слоях параллельно и сваренных по торцам в местах соприкосновения [7]. В процессе сварки торцов сетчатых труб плавлением образуется сплошной сварочный шов в виде кольца шириной 5-10 мм, который связывает соприкасающиеся трубы по торцевой поверхности, повышая прочность блока.

Недостаток конструкции блока - небольшая прочность торцевой поверхности, зависящая, помимо ширины сплошного сварного шва, от его толщины и формы поперечного сечения, характеризуемой моментом сопротивления, обеспечивающим прочность при изгибе.

Другой недостаток блока в усложнении технологии изготовления сетчатых труб за счет получения расширяющихся конических участков по торцам на каждой трубе в отдельности и в повышении трудоемкости сборки таких труб в блоки при условии обеспечения плоскостности торцов перед сваркой.

Известен способ сборки блоков оросителя, состоящего из сетчатых труб, заключающийся в сварке торцов с использованием прокладки из стеклоткани и дополнительных прокладок из ПТМ [8]. Перед сваркой к противоположным торцам блока прикладывают усилие от плит, создавая давление на торцы величиной (4,9-7,8)×10⁴ Па, затем производят нагрев до температуры 199-300°С и выдерживают до сплавления прокладок с торцами.

Недостаток способа в использовании дополнительных прокладок для сварки плавлением, что усложняет технологию сборки и повышает ее трудоемкость и стоимость.

Известно принятое за прототип устройство для сборки блоков оросителя плавлением торцов сетчатых труб, предварительно уложенных в заданном порядке в контейнере, состоящее из основания, двух подвижных плит с лицевой и тыльной сторонами, с нагревателями, расположенными с тыльной стороны каждой плиты; экранов из антиадгезионного теплостойкого материала, размещенных с лицевой стороны каждой плиты, направляющих для плит, закрепленных на основании, привода перемещения плит относительно основания.

Недостаток устройства в том, что при сварке торцы каждого блока нагружаются различными по величине силами за счет перемещения только одной из плит, действующих на блок; при создании разницы сил и давлений, действующих на торцы блока при плавлении материала труб, образуются кольца разной толщины, что снижает жесткость блока и прочность сварки труб. Кроме того, плоские экраны, действующие на торцы, не позволяют оформить кольца одинаковой ширины и толщины в пределах одного торца блока. Дополнительный недостаток в том, что после сварки торцов блока необходимо снижать температуру плит и плавно повышать ее после установки в устройство следующего блока, что существенно снижает производительность сборки блоков.

Техническая задача изобретения состоит в создании конструкции блока, обеспечивающей повышенную жесткость и прочность свариваемых торцов и технологичность сборки блока, а также в создании устройства, обеспечивающего заданные показатели качества блоков оросителя в условиях крупносерийного производства.

Задача обеспечения повышенной жесткости и прочности торцов блока и технологичности его сборки в условиях крупносерийного производства решена в двух основных вариантах конструкции блока, объединенных единым изобретательским замыслом.

Блок оросителя состоит из параллельных или перекрестных рядов сетчатых соприкасающихся, по меньшей мере, на концевых участках труб из ПТМ, размещенных параллельно в каждом ряду так, что торцы труб расположены в единой плоскости в виде соприкасающихся и несоприкасающихся участков, которые при соединении сваркой образуют решетку из оплавленных волокон. При этом решетка имеет переменное поперечное сечение, площадь которого в плоскости сечения, параллельной осям труб, определяется в зависимости от площади поперечного сечения волокна:

для несоприкасающихся участков труб по соотношению

S_НС=(2-5)S_B,

где S_НС - площадь несоприкасающихся участков труб,

S_B - площадь волокон,

а для соприкасающихся участков труб - по соотношению

S_C=(4-10)S_B,

где S_С - площадь соприкасающихся участков труб.

Блок оросителя состоит из параллельных рядов сетчатых, соприкасающихся, по меньшей мере, на концевых участках труб из ПТМ, расположенных взаимно перпендикулярно в смежных рядах, и заполняющих элементов, введенных между трубами смежных рядов так, что торцы труб и заполняющих элементов расположены в единой плоскости. Каждый заполняющий элемент является отрезком трубы, имеет диаметр, равный диаметру трубы, и высоту, предпочтительно равную диаметру трубы, при этом заполняющие элементы и сетчатые трубы расположены в единой плоскости в виде касающихся и несоприкасающихся участков, которые при соединении сваркой в каждой торцевой плоскости образуют решетку из сваренных оплавленных волокон концевых участков, имеющую переменное поперечное сечение, площадь которого в плоскости сечения, параллельной осям труб, определяется в зависимости от площади поперечного сечения волокна

для несоприкасающихся участков труб по соотношению

S_HC-(2-5)S_B,

где S_HC - площадь несоприкасающихся участков труб,

S_B - площадь волокон,

а для соприкасающихся участков труб - по соотношению

S_C=(4-10)S_B,

где S_C - площадь соприкасающихся участков труб.

Для каждого варианта блока характерны предпочтительные конструктивные особенности решетки.

При площади поперечного сечения решетки в зоне несоприкасающихся участков труб, меньшей двух площадей поперечного сечения волокна, не будет обеспечиваться повышенная жесткость и прочность, а при соотношении

S_HC/S_B>5

существенно возрастает трудоемкость сборки блока при избыточной жесткости и прочности его торцов.

Для соприкасающихся участков труб при S_C/S_B<4 не обеспечивается повышенная жесткость и прочность решетки в местах сварки соприкасающихся труб, а при S_C/S_B>10 существенно возрастает трудоемкость сборки блока при избыточной жесткости и прочности его торцов.

Для того чтобы ПТМ был равномерно распределен в решетке и она была равнопрочной, необходимо соблюдение соотношения: S_C/S_HC=2.

Поперечное сечение решетки плоскостью, параллельной осям труб, имеет форму прямоугольника, большая сторона которого расположена в плоскости торца блока. Эта форма является наиболее технологичной.

Поперечное сечение решетки плоскостью, параллельной осям труб, имеет форму прямоугольника, меньшая сторона которого расположена в плоскости торца блока. Эта форма имеет наибольшую прочность при действии на блок силы, параллельной оси труб. Но более технологичным при сборке блока оплавлением волокон является поперечное сечение решетки плоскостью, параллельной осям труб, имеющее форму равнобедренной трапеции, малое основание которой расположено в плоскости торца блока, ширина его находится в зависимости от толщины волокна:

В_O=(0,7-1,5)δ_B,

где В_O - ширина меньшего основания,

δ_B - толщина волокна,

а угол между боковыми сторонами трапеции находится в интервале 5÷120°.

Для решения задачи обеспечения заданных показателей качества блоков оросителей в условиях крупносерийного производства предложено два варианта конструкции устройства для сборки блока оросителя.

В первом варианте устройство для сборки блока оросителя из сетчатых труб, предварительно уложенных в контейнер, плавлением и формованием их торцов, которые образуют решетку из оплавленных волокон, состоит из основания, двух подвижных плит с лицевой и тыльной сторонами, с нагревателями, расположенными с тыльной стороны каждой плиты, и экранами из антиадгезионного теплостойкого материала, расположенными с лицевой стороны каждой плиты, направляющих для плит, закрепленных на основании, привода перемещения плит относительно основания. Согласно изобретению на экране закреплены ловители труб с ограничителями расплава, между которыми при оплавлении и формовании образуется решетка, максимальное количество ловителей равно количеству торцов труб, выходящих на торец блока оросителя, а взаимное расположение соответствует взаимному расположению торцов труб, форма ограничителей расплава соответствует форме труб, размеры в поперечном сечении - внутренним размерам конечных участков труб, высота соответствует толщине решетки блока оросителя, форма ловителей соответствует форме труб, размеры поперечного сечения каждого ловителя у его основания соответствуют размерам ограничителя и плавно уменьшаются в зависимости от высоты.

Высота каждого ловителя не менее размера продольной диагонали ромбической ячейки сетчатой трубы, чтобы в случае обрезки трубы около узла ячейки обеспечивалось направление трубы для насадки на основание ограничителя. Наибольшая высота ловителя и угол конуса для конического ловителя определяется на основе анализа отклонений положения торцов трубы от заданного чертежом.

Для гарантированного получения отверстий между сетчатыми трубами, между основаниями ограничителей устанавливают вставки, высота которых более высоты оснований ограничителей. Форма вставок определяется исходя из технологичности, а размеры назначают в зависимости от размеров поперечного сечения решетки для несоприкасающихся участков труб.

Во втором варианте устройство для сборки блока оросителя из предварительно уложенных в контейнер сетчатых труб плавлением и формованием их торцов, которые образуют решетку из оплавленных волокон, состоит из основания, двух подвижных плит с лицевой и тыльной сторонами, с нагревателями, расположенными с тыльной стороны каждой плиты, и экранами из антиадгезионного теплостойкого материала, размещенными с лицевой стороны каждой плиты, направляющих для плит, закрепленных на основании, привода перемещения плит относительно основания. Согласно изобретению на экране закреплены ловители труб, максимальное количество которых равно количеству торцов труб, выходящих на торец блока оросителя, формы и размеры поперечного сечения ловителей у основания соответствуют форме и внутренним размерам конечных участков труб, взаимное расположение ловителей соответствует взаимному расположению конечных участков труб на торце блока, при этом в теле экрана вокруг оснований ловителей имеются углубления, форма и размеры которых соответствую форме и размерам решетки, образуемой при плавлении волокон и формовании торцов труб.

Для каждого варианта устройства для сборки блока оросителя характерны следующие предпочтительные конструктивные особенности.

Для равномерного формования решетки с левого и правого торцов одновременно привод перемещения плит относительно основания имеет систему синхронизации встречного движения плит. Предпочтительно соединение плит между собой механизмом синхронизатором их встречного движения.

Синхронизатор может быть выполнен в виде сдвоенного кривошипно-ползунного механизма, ось кривошипа которого закреплена на основании, каждая из плит имеет стержень, закрепляемый в фиксаторе, установленном на плите, один конец фиксатора соединен с шатуном. Возможен вариант выполнения синхронизатора в виде реечно-шестеренного механизма, каждая из реек которого закреплена на соответствующей плите, а шестерня, расположенная между рейками, установлена с возможностью вращения на оси, закрепленной неподвижно на основании.

На фиг.1 показан блок оросителя из сетчатых труб, уложенных параллельно во всех слоях блока;

на фиг.2 - блок оросителя с сетчатыми трубами, расположенными под углом к горизонтальной плоскости;

на фиг.3 - блок оросителя с сетчатыми трубами, в каждом слое уложенными параллельно, но расположенными под разными углами к горизонтальной плоскости и в противоположных направлениях в смежных слоях, на фиг.4 - блок из сетчатых труб, уложенных параллельно в каждом ряду и взаимно перпендикулярно трубам соседних рядов, на фиг.5 показаны формы сечений решетки торца блока: 5а - прямоугольное , 5b - прямоугольное , 5с - трапециевидное, 5d - сечение А-А на фиг.1, 5е - сечение В-В на фиг.1, на фиг.6 показана конструкция устройства для сборки блоков, на фиг.7 - конструкция устройства с реечно-шестеренным механизмом синхронизации движения плит, на фиг.8 показан экран устройства для сборки блоков оросителей, показанных на фиг.1, 4, на фиг.9 показан экран устройства для сборки блока оросителя, показанного на фиг.3, на фиг.10 показан экран устройства с углублениями в массиве экрана, на фиг.11 показано сечение С-С на фиг.8, на фиг.12 - сечение D-D на фиг.10.

Блок оросителя (фиг.1, 2, 3) состоит из сетчатых труб 1 из ПТМ, ориентированных во всех слоях параллельно и сваренных по торцам 2 плавлением ПТМ одновременно соприкасающихся 3 и несоприкасающихся 4 участков на торцах всех труб с образованием решетки 5.

Для улучшения движения воздуха между трубами в решетке имеются отверстия 6 (фиг.1, 3, 4). В блоке оросителя (фиг.4) имеются ряды труб 7, расположенные перпендикулярно трубам 1.

Заполняющие элементы 8 в виде отрезков сетчатой трубы длиной, предпочтительно равной ее диаметру, установлен между слоями параллельно трубам соседних слоев так, что их торцы находятся в одной плоскости с торцами сетчатых труб. Такое расположение заполняющих элементов позволяет собирать блоки оросителя с трубами, расположенными взаимно перпендикулярно в соседних слоях в том же устройстве для сборки оплавлением торцов, что и блоки с трубами, расположенными параллельно во всех слоях (фиг.1) или блоки с трубами, расположенными под углом к горизонтальной плоскости (фиг.2) или под разными для соседних слоев углами (фиг.3).

Форма сечения решетки 5 может быть прямоугольной (фиг.5а) с большей стороной, расположенной в плоскости торца блока, или с меньшей стороной (фиг.5b, d, e), а с большей стороной, расположенной параллельно оси трубы, а также трапециевидной (фиг.5с).

Устройство для сборки оросителя состоит из основания 1 (фиг.6), двух плит 2 и 3, подвижных в направляющих 4 и 4а. Каждая плита имеет лицевую сторону 5 и тыльную сторону 6. С тыльной стороны 6 в плитах 2 и 3 размещены нагреватели 7, а лицевая сторона контактирует с экраном 8, который имеет ловители 9 для торцов сетчатых труб, в количестве, равном числу сетчатых труб, выходящих на торец оросителя (фиг.8, 9, 10). Форма и размеры ловителя 9 соответствуют форме и размерам торцов сетчатых труб при высоте ловителя 9, не превышающей длину продольной диагонали ячейки сетчатой трубы.

Для формования в решетке блока оросителя отверстий для движения воздуха между трубами на экране между ограничителями установлены вставки 9b (фиг.11).

В альтернативном варианте устройства возможно выполнение ограничителей расплава в виде углублений 9 с, выполненных в теле экрана вокруг оснований ловителей (фиг.12).

Для получения одинаковой толщины оплавленного слоя у противоположных решеток блока оросителя устройство имеет систему синхронизации движения плит 2 и 3, встроенную в приводы 10 и 11 или закрепленный на плитах 2 и 3 и основании 1 механизм синхронизации.

В одном из вариантов, например, при гидравлическом приводе плит, система синхронизации выполняется гидравлической. При механическом, например электровинтовом, или пневматическом приводе плит механизм синхронизации 12 выполняется кривошипно-ползунным, состоящим из кривошипа 13, установленного на оси 14, закрепленной на основании 1, шатунов 15 и 16, соединенных с кривошипом 13 и со стержнями 17 и 18, установленными в фиксаторах 19 и 20, закрепленных на плитах 2 и 3.

В связи с небольшими величинами сил, действующих на механизм синхронизации 12 со стороны плит, механизм 12 может быть реечно-шестеренным (фиг.7), состоящим из реек 21 и 22, закрепленных на плитах 2 и 3, и шестерни 23, установленной на оси 24, закрепленной на основании 1.

Блок оросителя 25 собирается в специальном контейнере 26 из сетчатых труб, укладываемых так, чтобы их торцы образовывали единые торцевые плоскости блока. После укладки в контейнер 26 необходимого количества труб блок 25 закрепляют и контейнер с блоком устанавливают в устройство для сборки плавлением торцов. Возможно предварительное закрепление экранов 8 на свариваемых торцах блока оросителя. Плиты 2 и 3, нагретые до температуры 90-120°С, подводят к блоку и обжимают его усилием, создающим давление (4-8)×10⁴ Па на ПТМ сетчатых труб, и разогревают плиты до температуры 190-300°С. После разогрева ПТМ до температуры его плавления плиты 2 и 3 синхронно перемещаются навстречу, при этом между ловителями 9 набирается расплавленный ПТМ. После совершения хода, по величине не меньшего продольной диагонали ячейки сетчатой трубы, расплавленный ПТМ образует между ограничителями 9а и вставками 9b или в углублениях 9с (фиг.10) решетку (фиг.8, 9) толщиной не менее 2 толщин волокна трубы, после чего срабатывает датчик контроля перемещения плит, и плиты синхронно раздвигаются, освобождая блок. Если экраны 8 закреплены на плитах, то они перемещаются от торцов блока вместе с плитами. Если же для сохранения плоскостности торцов блока решетки необходимо охлаждать вместе с экранами, то экраны оставляют на блоке оросителя и снимают только после остывания решеток блока, а затем экраны устанавливают на следующий блок. Для повышения производительности сборки необходимо иметь несколько пар экранов.

Новизна конструкции блока оросителя, имеющего предложенную торцевую часть, установлена в результате анализа источников технической информации и, в первую очередь, патентной. Блоков оросителей с предложенными конструктивными признаками торцов не найдено.

Предложенные конструктивные признаки блоков оросителей не следуют из уровня техники и выбраны на основе экспериментальных исследований.

Конструкция устройства для сборки блока оросителя плавлением торцов, имеющая экраны с ловителями и механизм синхронизации взаимного перемещения плит, соответствует критерию «новизна», так как устройства с такими конструктивными признаками не обнаружены при поиске и анализе технической, в том числе патентной информации.

Конструкция устройства соответствует критерию «изобретательский уровень», так как предложенная совокупность признаков не следует явно из уровня техники, а получена в результате накопленного опыта в производстве блоков оросителей и проведенных экспериментальных исследований.

Источники информации

1. Патент RU №2141617, 18.08.1997.

2. Патент RU №2141616, 11.11.1997.

3. Свидетельство на ПМ RU 12728, 05.10.1999.

4. Свидетельство на ПМ RU 19319, 24.01.2001.

5. Патент RU №2211424, 09.10.2001.

6. Патент RU №2187059, 01.11.2000.

7. Патент RU №2243468, 29.04.2003.

8. Патент RU №2184918, 06.10.2000.

9. Патент RU №2258881, 21.02.2003.

Изобретение относится к теплоэнергетике. Блок оросителя используется в вентиляторных и башенных градирнях. Блок оросителя состоит из параллельных или перекрестных рядов сетчатых соприкасающихся, по меньшей мере, на концевых участках труб из полимерного термопластичного материала (ПТМ), размещенных параллельно в каждом ряду так, что торцы труб расположены в единой плоскости в виде соприкасающихся и несоприкасающихся участков, которые при соединении сваркой образуют решетку из оплавленных волокон. Решетка имеет поперечное сечение, площадь которого в плоскости сечения, параллельной осям труб, определяется в зависимости от площади поперечного сечения волокна: для несоприкасающихся участков труб по соотношению S_HC=(2-5)S_B, где S_HC - площадь несоприкасающихся участков труб, S_B - площадь волокон;

а для соприкасающихся участков труб - по соотношению S_C=(4-10)S_B, где S_C - площадь соприкасающихся участков труб. Для решетки приближенно соблюдается соотношение площадей поперечного сечения соприкасающегося и несоприкасающегося участков труб, равное 2. Поперечное сечение решетки плоскостью, параллельной осям труб, имеет форму прямоугольника, большая сторона которого расположена в плоскости торца блока. Поперечное сечение решетки плоскостью, параллельной осям труб, имеет форму прямоугольника, меньшая сторона которого расположена в плоскости торца блока. Поперечное сечение решетки плоскостью, параллельной осям труб, имеет форму трапеции, малое основание которой расположено в плоскости торца блока, ширина его находится в зависимости от толщины волокна: В_O=(0,7-1,5)δ_B, где В_O - ширина меньшего основания, δ_B - толщина волокна;

а угол между боковыми сторонами трапеции находится в интервале 5-120°. Изобретение позволяет обеспечить повышенную жесткость и прочность свариваемых торцов и технологичность сборки блока, а также заданные показатели качества блоков оросителя в условиях крупносерийного производства. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Блок оросителя, состоящий из параллельных или перекрестных рядов сетчатых соприкасающихся, по меньшей мере, на концевых участках труб из полимерного термопластичного материала (ПТМ), размещенных параллельно в каждом ряду так, что торцы труб расположены в единой плоскости в виде соприкасающихся и несоприкасающихся участков, которые при соединении сваркой образуют решетку из оплавленных волокон, отличающийся тем, что решетка имеет поперечное сечение, площадь которого в плоскости сечения, параллельной осям труб, определяется в зависимости от площади поперечного сечения волокна

для несоприкасающихся участков труб по соотношению

S_HC-(2-5)S_B,

где S_HC - площадь несоприкасающихся участков труб,

S_B - площадь волокон,

а для соприкасающихся участков труб - по соотношению

S_C=(4-10)S_B,

где S_C - площадь соприкасающихся участков труб.

В_O=(0,7-1,5)δ_B,

где В_O - ширина меньшего основания,

δ_B - толщина волокна,

а угол между боковыми сторонами трапеции находится в интервале 5-120°.

для несоприкасающихся участков труб по соотношению

S_HC=(2-5)S_B,

где S_HC - площадь несоприкасающихся участков труб,

S_B - площадь волокон,

а для соприкасающихся участков труб - по соотношению

S_C=(4-10)S_B,

где S_C - площадь соприкасающихся участков труб.

В_O=(0,7-1,5)δ_B,

где В_O - ширина меньшего основания,

δ_B - толщина волокна,

а угол между боковыми сторонами трапеции находится в интервале 5-120°.