ЭЛЕМЕНТ ТЕПЛООБМЕННИКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2021 года по МПК B23K33/00 B23K15/00 B23K31/02 

Изобретение относится к элементу теплообменника для соединения с трубами теплообменника согласно признакам в преамбуле п. 1 формулы изобретения.

Теплообменники для обмена тепловой энергией между текучими средами, в частности между жидкостями и газами, имеют, для разделения сред, каналы, в частности, в виде труб, через которые протекает теплообменная среда. Трубы присоединяются к тому, что известно как трубная решетка, которая является составной частью головки теплообменника. Головки теплообменника и трубы теплообменников обычно состоят из металла из-за его высокой теплопроводности. Соответственно, головки теплообменника часто выполняют в виде сварных конструкций. Сварка переносящих среды компонентов предъявляет высокие требования к способу сварки, та как герметичность в отношении проникновения текучих сред даже при высоких давлениях и высоких температурах не должна деградировать вследствие явлений усталости во время работы. По этой причине иногда должна выполняться сложная подготовка сварного шва для угловых и стыковых сварных швов. Для обеспечения высокого качества сварки используются специальные способы сварки, такие как дуговая сварка под флюсом, плазменно-дуговая сварка, газовольфрамовая дуговая сварка (TIG) или сварка электродом.

Пример должен проиллюстрировать, сколько работы требуется для сварки толстостенных элементов (> 10 мм) для теплообменников: в случае компонентов большей толщины, которые необходимо соединить с использованием дуговой сварки под флюсом, после двухсторонней разделки кромок для двойного V-образного шва, сначала посредством дуговой сварки под флюсом начиная с одной стороны (со стороны корня) формируют сварной шов как подварочный шов /крышка. Подварочный сварной шов необходим, потому что недопустимо использование компонентов в теплообменниках, в которых преобладают очень высокие давления, которые не полностью сварены в местах их соединения или имеют зазубрины. Подварочный сварной шов на стороне, которая затем будет использоваться как внутренняя сторона теплообменника. Разделка кромок для шва на наружной стороне должна достигать такой глубины, что между компонентами остается только узкая поверхность контакта, которая полностью расплавляется во время сварки.

Для материалов, которые трудно обрабатывать, особенно из группы высоко коррозионностойких никель-молибденовых сплавов, производят относительно крупные, то есть широкие, разделки кромок под шов. В любом случае следует избегать возникновения микротрещин в конструкции во время сварки, которые можно определить при последующих рентгеновском или ультразвуковом исследованиях сварного соединения. Относительно большие разделки кромок под шов приводят к тому, что в зависимости от толщины заготовки необходимо последовательно наносить 10 или более сварочных слоев. Первые сварочные слои обычно изготавливаются вручную. Таким образом, тепловыделение можно лучше контролировать и, в частности, поддерживать на низком уровне. Другие слои могут быть механизированы. Например, при толщине компонента 20 мм на одной наружной стороне уже может быть изготовлено 9 слоев плюс подварочный шов на внутренней стороне. При толщине компонента 30 мм для профессиональной сварки требуется 15 слоев снаружи, а при толщине компонента 35 мм, даже 20 слоев сварки. Для компонентов толщиной более 100 мм производственные усилия огромны. Время обработки очень долгое. Стоимость сварочных материалов значительна.

Предшествующий уровень техники включает в себя процессы электронно-лучевой сварки, которые описаны, например, для производства многокомпонентных сборок в AT 500 655 A1. DE 102 58 503 А1 описывает туннельную трубную решетку для теплообменников предшествующего уровня техники, в которой пластина листовой стали трубной решетки приваривается к сеткам из опорного листа с помощью сварки лучом лазера или электронно-лучевой сварки. За счет этого должно реализовываться более высокое качество исполнения и, следовательно, технические параметры теплообменника, а также снижения производственных затрат. Компоненты подготавливают таким образом, что в случае стыкового соединения, на первом компоненте изготавливается заплечик, на котором размещается второй компонент. Создается L-образное поперечное сечение соединения, в которое направляется пучок электронов, так что пучок электронов направляется непосредственно на заплечик, который расплавляется пучком электронов. В случае тонкостенных компонентов более короткое плечо соединения также может быть полностью расплавлено. В случае толстостенных компонентов поля допуска могут быть больше. Кроме того, заплечик в качестве опоры тогда шире и, в частности, значительно шире, чем электронный пучок. В этом случае электронный луч не может полностью проварить L-образное соединение. Чем длиннее заплечик, тем более проблематичным становится требование полного провара сварного соединения.

В основе изобретение лежит задача предоставления элемента теплообменника для соединения с трубами теплообменника, который может быть изготовлен с меньшими затратами, имеет особенно высокое качество сварки и обеспечивает высокую эксплуатационную надежность. Также должен быть предоставлен способ изготовления такой головки теплообменника.

Элемент теплообменника, который реализует поставленную задачу, является предметом п. 1 формулы изобретения. Он состоит из множества сваренных вместе компонентов, которые соединены вместе посредством электронно-лучевой сварки. Указанные компоненты являются составными частями головки теплообменника.

Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным усовершенствованиям настоящего изобретения.

Элемент теплообменника согласно настоящему изобретению является частью головки теплообменника или образует головку теплообменника. Компоненты соединяются вместе с помощью электронно-лучевой сварки. Электронно-лучевая сварка обладает исключительным преимуществом, особенно в случае компонентов головки теплообменника, в том, что сравнительно сложная дуговая сварка под флюсом может быть полностью или в значительной степени заменена. Элемент теплообменника согласно настоящему изобретению не подразумевает, что электронно-лучевая сварка является единственным способом сварки, с помощью которого он производится. Он может быть объединен с другими способами сварки, в частности со способом дуговой сварки под флюсом, способом газовольфрамовой дуговой сварки (TIG), способом плазменно-дуговой сварки или способом сварки электродом, но предназначен заменить их в максимально возможной степени. Сварной шов, полученный с помощью электронно-лучевой сварки, поддерживается подварочным корневым сварным швом, причем подварочный корневой сварной шов выполняется до электронно-лучевой сварки.

Элемент теплообменника согласно настоящему изобретению содержит два компонента, которые соединяются в угловом соединении посредством сварного шва, полученного электронно-лучевой сваркой. Сварной шов предпочтительно выполнен в форме I-образного сварного шва.

В случае таких I-образных сварных швов, в отличие от угловых швов, меньше материала подлежит удалению. Не требуется или, по меньшей мере, требуется меньше материала для наплавления шва. Кроме того, порошковые флюсы (для способа дуговой сварки под флюсом) не требуются. В то же время с помощью электронно-лучевой сварки при достаточно точной подготовке под сварной шов может быть получен сварной шов очень высокого качества, что в конечном итоге приводит к меньшему количеству ремонта и меньшему количеству повторной обработки.

В случае I-образного сварного шва - в отличие от обычной (V-образной) разделки кромок для сварного шва под углом 45° +/- 25° - обычная подготовка для шва не требуется. Это является важным отличием в случае сложных компонентов и обладает значительным преимуществом над традиционным способом сварки, таким как дуговая сварка под флюсом или газовольфрамовая дуговая сварка (TIG) и сварка электродом.

На участке корня шва, то есть в выемке между двумя свариваемыми компонентами, дополнительно выполняется вспомогательный сварной шов в виде подварочного корневого сварного шва, в частности, с помощью дуговой сварки под флюсом. Соответственно, выемка может быть заполнена подварочным корневым сварным швом в один или несколько слоев. Выемка изготавливается как углубление/фаска в двух компонентах, подлежащих соединению. Преимущество этого заключается в том, что самая глубокая точка выемки очень близка к опоре, так что опора полностью расплавляется, и расплав распространяется в верхнее/другое плечо L-образного стыкового соединения. Это создает основу для электронно-лучевой сварки. В данном изобретении электронный пучок частично плавит подварочный корневой сварной шов, но не опору. Электронный пучок ориентирован только в направлении исходной опоры, где благодаря последовательности изготовления располагается подварочный корневой сварочный шов. Более длинные опоры возможны согласно настоящему изобретению. Это позволяет выбирать большие диапазоны допусков. Тем не менее возможно точное, быстрое и качественное изготовление.

В дополнительном иллюстративном варианте осуществления наружный край элемента теплообменника сформирован на одном из двух сваренных вместе компонентов, причем указанный наружный край проходит в параллельном удалении от сварного шва. Предпочтительно, два компонента соединяются в угловом соединении посредством сварного шва, полученного электронно-лучевой сваркой, причем указанный сварной шов выполнен в виде вертикального I-образного сварного шва. Вертикальный означает в этой связи, что торцы сварного соединения компонентов располагаются перпендикулярно во время сварки. На компоненте, к которому шов проходит параллельно, в качестве опоры для второго компонента формируется заплечик, который заглубляется относительно внутренней стороны первого компонента, так что корень шва вертикального сварного шва проходит на расстоянии от внутренней стороны первого компонента. При таком типе сварки может быть введен мощный электронный пучок, поскольку мощность вводится в компонент через торцевую сторону компонента.

Кроме того, в случае того, что известно как вертикальный сварной шов, корень сварного шва поддерживается предварительно изготовленным подварочным сварным швом, выполненным на заплечике, на который направляется электронный луч во время сварки. Корень сварного шва не располагается на какой-либо требуемой глубине в первом компоненте, а скорее в точке, в которой торцы сварного соединения заканчиваются на заплечике. Электронные пучки, которые проходят более глубоко, могли бы не иметь никакого преимущества в отношении долговечности сварного шва. Однако важно, что указанные компоненты надежно соединяются вместе на участке подварочного корневого сварного шва, то есть также на заплечике, который простирается поперек электронного пучка. С этой целью подварочный корневой сварной шов может иметь форму V-образного шва, который проходит прямо до заплечика, что приводит к сварке по всей поверхности.

Подварочный корневой шов может быть реализован в виде одного или нескольких слоев посредством дуговой сваркой под флюсом, плазменно-дуговой сваркой, газовольфрамовой дуговой сваркой (TIG) или дуговой сваркой плавящимся электродом (MAG) в среде активного газа.

Предпочтительно, по меньшей мере, один компонент представляет собой стенку или трубную решетку головки теплообменника, причем этот компонент соединяется с дополнительным компонентом, выполненным в виде стенки, в качестве внутренней опоры, в качестве перегородки, или в качестве соединительного элемента для головки теплобменника. В зависимости от нагрузки, связанной с сжатием, головки теплообменника могут быть снабжены внутренними опорами и/или перегородками, которые соединяются с наружными стенками или трубными решетками для передачи растягивающих или сжимающих сил. Растягивающие усилия передаются при наличии положительного давления внутри головки теплообменника. Однако также существуют устройства, в которых теплообменники работают с отрицательным давлением. В этом случае внутренние опоры служат для противодействия положительному давлению извне.

В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения первый компонент является цилиндрическим, а второй компонент представляет собой крышку для первого компонента. Головки теплообменника не обязательно должны быть выполнены в форме квадрата или полукруга. В частности, имеются также цилиндрические сечения головок теплообменника. Цилиндрические головки теплообменника соединяются с трубами так, что трубы подсоединяются к головкам теплообменника снаружи. По производственным причинам цилиндрические головки теплообменника должны быть закрыты, по меньшей мере, на одном конце крышкой. Сварной шов между крышкой и цилиндрическим корпусом головки теплообменника производится в соответствии с настоящим изобретением с помощью электронно-лучевой сварки.

Элемент теплообменника согласно настоящему изобретению предпочтительно содержит компоненты, которые имеют толщину в диапазоне от 10 до 200 мм, предпочтительно от 10 до 120 мм. В случае материалов с такими толщинами, процессы теплообмена могут протекать при высоком или очень низком давлениях. Сварка компонентов с такими толщинами стенок может быть очень сложной и трудоемкой при использовании обычного метода дуговой сварки под флюсом, газовольфрамовой дуговой сварки (TIG), сварки электродами, плазменно-дуговой сварки или дуговой сварки плавящимся электродом в среде активного газа (MAG). В частности, в случае очень большой толщины стенок, превышающей 30 мм, электронно-лучевая сварка может значительно упростить способ сварки. В частности, следует учитывать тот факт, что теплообменники для промышленных установок имеют длину до 6000 мм.

Конкретное применение и требования заказчика обычно определяют прочность на сжатие, которая предполагается или должна быть достигнута, и какие среды необходимо пропускать через теплообменники. Это приводит к соответствующему выбору металлических материалов. Компоненты, подлежащие сварке, состоят предпочтительно из одного из следующих материалов:

SA-516 Gr60, P265GH, SA-516 Gr70, SA-537 Cl1, SA-350 LF2 CL1, SA-333 Gr6, P355NH, SA-335P22, SA-387 Gr11Cl2, SA-387 Gr12Cl1, SA-387 Gr11Cl1, SA-240 Gr304L, SA-240 Gr304, SA-240 Gr316L, X6CrNiRi18-10 (321), X2CrNiMo17-12-2 (316L).

Изобретение поясняется более подробно ниже со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, проиллюстрированные на схематических чертежах, на которых:

Фиг. 1 показывает вид в перспективе головки теплообменника.

Фиг. 2 показывает головку теплообменника, изображенную на фиг. 1 в продольном сечении;

Фиг. 3 показывает вид с торца головки теплообменника, изображенной на фиг. 1;

Фиг. 4 показывает головку теплообменника в поперечном сечении;

Фиг. 5 показывает угловой участок компонентов, подлежащих сварке, подготовленных для электронно-лучевой сварки;

Фиг. 6 показывает сваренный угловой участок, изображенный на фиг. 5;

Фиг. 7 показывает еще один угловой участок, который подготовлен для электронно-лучевой сварки;

Фиг. 8 показывает угловой участок, изображенный на фиг. 7, соединенный электронно-лучевой сваркой и дуговой сваркой под флюсом;

Фиг. 1 показывает элемент 1 теплообменника в виде коробкообразной головки теплообменника для ограничения камеры. Элемент 1 теплообменника состоит из множества сваренных вместе компонентов. Первый компонент 2 представляет собой трубную решетку. Она служит для приема труб (не проиллюстрированных более подробно) в отверстия, предусмотренные для них в компоненте 2. Параллельно трубной решетке простирается дополнительный компонент 3 в виде задней резьбовой решетки. Между трубной решеткой и задней резьбовой решеткой в качестве дополнительных компонентов 4, 5 были приварены верхняя и нижняя пластины камеры.

Продольное сечение на фиг. 2 через элемент 1 теплообменника, изображенный на фиг. 1 показывает, что в продольном направлении в промежутке от верхней и нижней пластин камеры располагается компонент 6 в виде перегородки, которая проходит от одного конца элемента 1 теплообменника до другого конца, причем упомянутая перегородка проходит параллельно верхней и нижней пластине камеры и присоединяет нижнюю пластину камеры к резьбовой решетке посредством сварки. Торцы элемента 1 теплообменника закрыты торцевыми пластинами 7, 8, как можно видеть на фиг. 1, 2 и 3.

Резьбовая решетка с резьбами также имеет отверстия 9 для приема труб.

Фиг. 3 показывает вид в поперечном сечении другого элемента 1 теплообменника, который отличается от предыдущего варианта осуществления тем, что два усиливающих компонента 10, 11 в виде перегородок проходят между трубной решеткой и резьбовой решеткой на параллельном удалении от верхней стенки камеры и от нижней стенки камеры. Иллюстративный вариант осуществления на фиг. 4 предназначен для иллюстрации того, что не только толщина стенок может изменяться по сравнению с иллюстративным вариантом осуществления, изображенным на фиг. 1, но также пропорции и количество отдельных компонентов 10, 11.

Элемент 1 теплообменника согласно данному изобретению имеет компоненты, которые были сварены вместе, в частности, электронно-лучевой сваркой. Сварная конструкция имеет ряд сварных швов, которые могут проходить на внешних элементах, в частности, в участках соединения между трубной решеткой и верхней и нижней пластиной камеры. То же самое относится к соединению между верхней и нижней пластиной камеры и задней резьбовой решеткой в каждом случае. Однако сварные швы также могут проходить во внутренней части элемента 1 теплообменника, как показано на фиг. 4. Там каждый из сварных швов дополнительно расположен на торцах усиливающих компонентов 10, 11 в виде перегородок на переходе к трубной решетке и задней резьбовой решетке соответственно.

Фиг. 3 показывает один такой сварной шов 12 в качестве примера и в качестве представителя всех других конфигураций на каждом угловом участке.

Фиг. 5 показывает увеличенную иллюстрацию подготовки отдельных компонентов 13, 14 к сварке. Для простоты левый компонент в плоскости изображения обозначается как первый компонент 13 в последующем тексте, а другой компонент, расположенный под углом 90° к нему, обозначается как второй компонент 14. Два компонента 13, 14 образуют угловое соединение 15, причем первый компонент 13 определяет наружный край 16 элемента 1 теплообменника, произведенного из него. Два компонента 13, 14 подготавливаются таким образом, что, как видно на фиг. 6, сварной шов 12 проходит параллельно на расстоянии А1 от наружного края 16. Два компонента 13, 14 соединяются вместе посредством I-образного сварного шва 12. I-образный сварной шов выполняется электронно-лучевой сваркой. I-образный сварной шов 12 выполняется в виде вертикального I-образного шва. Торцы 17, 18 сварного соединения L-образного сварного соединения 29 проходят, с одной стороны, параллельно наружной стороне 19 первого компонента 13 на участке углового соединения 15. Кроме того, торцы 17, 18 сварного соединения проходят перпендикулярно к наружной стороне 20 второго компонента 14 за счет расположения компонентов 13, 14 под углом 90°. Таким образом, сварное соединение 29 имеет верхнее плечо 30 и нижнее плечо 31 на плече 23.

Выемка 21 в форме канавки располагается в качестве разделки кромок для сварного шва на верхней наружной стороне 20, в плоскости изображения или на торцевой стороне первого компонента 13. На участке корня 22 шва сварного шва 12, полученного с помощью электронно-лучевой сварки (фиг. 6) размещен заглубленный заплечик 23, так, что корень 22 сварного шва вертикального I-образного сварного шва 12 проходит на расстоянии А2 от внутренней стороны 24 первого компонента 13. Первый компонент 13 параллелен относительно внутренней стороны 24 и наружной стороны 19 в этой плоскости поперечного сечения. Предпочтительно подразумевается компонент в виде пластины.

Фиг. 6 показывает, что подварочный корневой сварной шов 25 выполнен на участке корня 22 шва вертикального I-образного сварного шва 12, полученного электронно-лучевой сваркой, причем указанный подварочный корневой сварной шов 25 проходит до заплечика 23. Фиг. 6 показывает, что для подварочного корневого сварного шва был подготовлен V-образный желобок 26 с заплечиком 23, в виде V-образной выемки.

Входной участок I-образного сварного шва 12, полученного электронно-лучевой сваркой, закрывается покрывающим сварным швом 27, который располагается в U-образной выемке 21. Благодаря выемке 21, покрывающий сварной шов 27 практически не выступает за пределы наружной стороны 20. Как подварочный корневой сварной шов 25, так и покрывающий сварной шов 27 могут быть получены дуговой сваркой под флюсом. Также возможно изготовить подварочный корневой сварной шов 25 и покрывающий сварной шов 27 посредством плазменно-дуговой сварки, способом газовольфрамовой дуговой сварки (TIG), способом сварки электродом или способом дуговой сварки плавящимся электродом в среде активного газа (MAG).

На фиг. 4 в качестве примера четыре одинаковых сварных шва отмечены позиционным обозначением 12, чтобы проиллюстрировать, что и здесь не только наружные, но и внутренние сварные швы могут быть получены электронно-лучевой сваркой.

Фиг. 7 и 8 показывают ход I-образного сварного шва 12. Фиг. 7 показывает разделку кромок для сварного шва, а фиг. 8 показывает сваренное состояние. Позиционные обозначения приведены по позиционным обозначениям, представленным на фиг. 5 и 6, где идентифицированы такие же компоненты и признаки.

Фиг. 7 отличается от фиг. 5, тем, что в ней отсутствует выемка 21 в верхней наружной стороне 20 второго компонента 14. Просто для подварочного корневого сварного шва 25 (фиг. 8) на двух компонентах 13, 14 был выполнен V-образный желобок 26. Что касается производственной последовательности, прежде всего V-образный желобок 26 заполняется подварочным коревым сварным швом 25. На следующем этапе изготовления, сварной шов 12 выполняют как вертикальный I-образный сварной шов с помощью электронно-лучевой сварки, причем упомянутый вертикальный I-образный сварной шов соединяет торцы 17, 18 сварного соединения, проходящие перпендикулярно в плоскости изображения.

Элементы теплообменника согласно данному изобретению могут иметь очень большие толщины стенки. Толщины стенок до 200 мм сваривается за один проход. В результате электронно-лучевой сварки дорогостоящие материалы для заполнения исключаются. Потребляемая мощность очень низкая, в результате чего свойства материала свариваемых компонентов сохраняются, поскольку зона термического воздействия очень узкая.

Посредством электронно-лучевой сварки также возможно соединять вместе материалы, которые трудно сваривать, например, термочувствительные материалы, такие как никелевые сплавы. Таким способом также можно сваривать материалы с высокой теплопроводностью, такие как медные сплавы, поскольку из-за низкой потребляемой мощности и меньшей зоны термического воздействия происходит только кратковременный подвод тепла. В то же время низкий подвод тепла приводит к меньшему тепловому напряжению, что позволяет избежать усадки или деформации заготовки. Еще одним преимуществом, которое следует упомянуть, является то, что возможна очень высокая производительность шва до 15 метров в минуту.

Использование электронно-лучевой сварки для элементов теплообменника является автоматизированым и осуществляется под контролем ЧПУ, что обеспечивает высокий уровень воспроизводимости. В результате можно создавать сварные швы очень высокого качества, в то же время значения переменных способа сварки могут контролироваться и записываться.

Электронно-лучевая сварка осуществляется в вакууме. Следовательно, нет никакого окисления и отложения оксидов. В конечном счете, даже титановые материалы свариваются в результате сварки в вакууме, что позволяет изготавливать элементы теплообменника с очень специфическими свойствами, которые не достижимы с помощью обычной дуговой сварки под флюсом.

Абсолютно особое преимущество элемента 1 теплообменника в соответствии с настоящим изобретением заключается в его способности свариваться из его компонентов в одно целое за очень короткое время. Это также благодаря тому факту, что, хотя подготовка кромок для сварного шва должна быть очень аккуратной, для обеспечения точных торцов 17, 18 сварного соединения, не так много материала необходимо удалить, как при дуговой сварке под флюсом. При дуговой сварке под флюсом необходимы V-образные сварные швы, которые требуют существенной обработки. В результате сварные швы в целом становятся толще и крупнее. Зоны термического воздействия также значительно шире. Все эти недостатки устраняются в случае элементов теплообменника, изготовленных согласно настоящему изобретению с очень узкими сварными швами.

В объеме настоящего изобретения элементы теплообменника изготавливаются путем сваривания отдельных компонентов, чтобы иметь возможность соединять их с трубами теплообменника после дальнейших этапов производства. Поскольку после сварки нельзя исключить тепловые деформации, в частности, когда дополнительно должна быть выполнена дуговая сварка под флюсом, за сваркой следует выпрямление и, при необходимости, подгонка торцов элемента теплообменника. Впоследствии желаемые отверстия могут быть привнесены в корпус теплообменника посредством операций механической обработки. Испытания показали, что, когда компоненты, имеющие толщину стенки 30 мм и длину 3000 мм, свариваются только дуговой сваркой под флюсом, требуется 17,42 рабочих часа. В результате комбинирования электронно-лучевой сварки с дуговой сваркой под флюсом, как показано, например, на фиг. 8, удалось уменьшить потребность во времени до 2,54 часа. Если дополнительно избавиться от подварочного корневого сварного шва 25 в иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг. 8, потребность во времени уменьшается до 1,41 часа. Потребность во времени ниже примерно в 10 раз. В случае нержавеющих сталей значения длительности сварки по сравнению с обычным способом составляют порядка от 20,91 часа до 1,41 часа или от 34,85 часа до 1,41 часа соответственно. В случае высоколегированных сталей (толщина стенки 14 мм) значения составляют даже 55,79 часа и 1,41 часа соответственно. Это обеспечивает экономию времени практически в 40 раз. Если отказаться от дуговой сварки под флюсом, то можно также избавиться от расходов на порошковый сварочный флюс и наплавной металл, в результате чего, естественно, производственные затраты на такие элементы теплообменника также уменьшаются просто за счет уменьшенного использования материала.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ

1 - элемент теплообменника;

2 - компонент в виде трубной решетки;

3 - компонент в виде резьбовой решетки элемента теплообменника;

4 - компонент в виде верхней пластины камеры;

5 - компонент в виде нижней пластины камеры;

6 - компонент в виде перегородки;

7 - компонент в виде торцевой пластины;

8 - компонент в виде торцевой пластины;

9 - отверстие;

10 - компонент в виде перегородки;

11 - компонент в виде перегородки;

12 - сварной шов;

13 - первый компонент в виде трубной решетки или резьбовой решетки;

14 - второй компонент в виде трубной решетки или резьбовой решетки;

15 - угловое соединение;

16 - наружный край;

17 - торец для сварного соединения;

18 - торец для сварного соединения;

19 - наружная сторона;

20 - наружная сторона;

21 - выемка;

22 - корень шва;

23 - заплечик;

24 - внутренняя сторона компонента 13;

25 - подварочный корневой сварной шов;

26 - желобок;

27 - покрывающий шов;

29 - сварное соединение;

30 - верхнее плечо;

31 - нижнее плечо;

A1 - расстояние;

A2 - расстояние.

Изобретение относится к элементу теплообменника для присоединения к трубам теплообменника и способу его изготовления. Элемент теплообменника состоит из множества сваренных вместе компонентов (2-8, 10, 11, 13, 14). Два компонента (13, 14) образуют угловое соединение (15). На одном компоненте (13) в качестве опоры для второго компонента (14) сформирован заглубленный заплечик (23) с образованием L-образного сварного соединения (29). Рядом с заплечиком (23) в первом компоненте и во втором компоненте выполнена разделка кромок в виде заглубленного желобка (26) для подварочного корневого сварного шва (25). Компоненты (13, 14) соединены подварочным корневым сварным швом (25), который расположен в желобке (26) и образован посредством расплавления нижнего плеча (31) L-образного сварного соединения (29). С противоположной стороны в верхнем плече (30) L-образного сварного соединения (29) образован I-образный сварной шов (12), полученный электронно-лучевой сваркой, направленный к подварочному корневому шву (25). Подварочный корневой сварной шов (25) выполнен в виде V-образного шва. V-образный шов подварочного корневого сварного шва (25) расположен под углом к I-образному сварному шву (12), полученному электронно-лучевой сваркой. V-образный шов подварочного корневого сварного шва (25) расположен под углом к нижнему плечу (31) L-образного сварного соединения (29). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Элемент теплообменника, состоящий из множества сваренных вместе компонентов (2-8, 10, 11, 13, 14), при этом

а) два компонента (13, 14) образуют угловое соединение (15), причем

b) на одном компоненте (13) в качестве опоры для второго компонента (14) сформирован заглубленный заплечик (23) с образованием L-образного сварного соединения (29),

c) рядом с заплечиком (23) в первом компоненте и во втором компоненте выполнена разделка кромок в виде заглубленного желобка (26) для подварочного корневого сварного шва (25),

d) при этом компоненты (13, 14) соединены подварочным корневым сварным швом (25), который расположен в желобке (26) и образован посредством расплавления нижнего плеча (31) L-образного сварного соединения (29),

e) при этом с противоположной стороны в верхнем плече (30) L-образного сварного соединения (29) образован I-образный сварной шов (12), полученный электронно-лучевой сваркой, направленный к подварочному корневому шву (25),

f) причем подварочный корневой сварной шов (25) выполнен в виде V-образного шва,

g) при этом V-образный шов подварочного корневого сварного шва (25) расположен под углом к I-образному сварному шву (12), полученному электронно-лучевой сваркой, причем

h) V-образный шов подварочного корневого сварного шва (25) расположен под углом к нижнему плечу (31) L-образного сварного соединения (29).

2. Элемент теплообменника по п. 1, отличающийся тем, что торцы (17, 18) сварного соединения верхнего плеча (30) L-образного сварного соединения (29) перпендикулярны наружной стороне (20) одного компонента (14).

3. Элемент теплообменника по п. 1, отличающийся тем, что корень (22) шва I-образного сварного шва (12), полученного электронно-лучевой сваркой, расположен на расстоянии (А2) от внутренней стороны (24) первого компонента (13).

4. Элемент теплообменника по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что подварочный корневой сварной шов (25) выполнен в виде одного или нескольких слоев посредством дуговой сварки под флюсом, плазменно-дуговой сварки, дуговой сварки вольфрамовым электродом в защитном газе (TIG) или дуговой сварки плавящимся электродом в среде активного газа (MAG).

5. Элемент теплообменника по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что по меньшей мере один компонент (13, 14) представляет собой стенку или трубную решетку головки теплообменника.

6. Элемент теплообменника по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что по меньшей мере один компонент (13, 14) соединен с дополнительным компонентом (13, 14), выполненным в виде стенки или трубной решетки, в качестве перегородки или в качестве соединительного элемента для головки теплообменника.

7. Элемент теплообменника по п. 6, отличающийся тем, что первый компонент является цилиндрическим, а второй компонент представляет собой крышку для первого компонента.

8. Элемент теплообменника по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что каждый из компонентов имеет толщину от 10 до 200 мм.

9. Элемент теплообменника по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что свариваемые компоненты (2-8, 10, 11, 13, 14, состоят из одного из следующих материалов в соответствии с разработанным Международной организацией стандартом ASTM:

SA-516 Gr60, P265GH, SA-516 Gr70, SA-537 Cl1, SA-350 LF2 CL1, SA-333 Gr6, P355NH, SA-335P22, SA-387 Gr11Cl2, SA-387 Gr12Cl1, SA-387 Gr11Cl1, SA-240 Gr304L, SA-240 Gr304, SA-240 Gr316L, X6CrNiRi18-10 (321), X2CrNiMo17-12-2 (316L).

10. Способ изготовления элемента теплообменника по любому из пп. 1-9, включающий следующие этапы:

а) на первом компоненте (13) перед сваркой со вторым компонентом (14) угловым соединением (15) формируют заглубленный заплечик (23), который служит опорой для второго компонента (14) и образуют между компонентами (13, 14) L-образное сварное соединение (29);

b) рядом с заплечиком (23) в первом компоненте (13) и во втором компоненте (14) в качестве разделки кромок для подварочного корневого сварного шва (25) подготавливают загубленный желобок (26);

c) в заглубленном желобке (26) формируют подварочный корневой сварной шов (25), причем нижнее плечо (31) L-образного сварного соединения (29) расплавляют, при этом компоненты (13, 14) соединяют друг с другом, причем подварочный корневой сварной шов (25) простирается до другого плеча (30) L-образного сварного соединения (29);

d) с противоположной стороны в верхнем плече (30) L-образного сварного соединения (29) выполняют I-образный сварной шов (12) посредством электронно-лучевой сварки в направлении к подварочному корневому шву (25), и сварочное соединение (29) полностью заполняют.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что на наружной стороне (2) сварного соединения компонентов выполняют выемку (21), расплавляют верхнюю часть I-образного сварного шва (12), полученного электронно-лучевой сваркой, и полностью располагают в выемке (21) на наружной стороне (20) так, что полученный шов не выступает над наружной стороной (20).

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что подварочный корневой сварной шов (25) выполняют в виде по меньшей мере одного слоя посредством дуговой сварки под флюсом, плазменно-дуговой сварки, дуговой сварки вольфрамовым электродом в защитном газе (TIG) или дуговой сварки плавящимся электродом в среде активного газа (MAG).