Трубная решетка теплообменника Советский патент 1992 года по МПК F28F9/00 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и предназначается для использования в теплообменных аппаратах,

Известна конструкция трубной решетки, содержащая слои, соединенные между собой по контуру сваркой плавлением {так называемая двойная трубная решетка).

Недостатком данной конструкции является возможность появления в пространстве между трубными решетками рабочей среды в результате отсутствия плотного соединения между трубками и телом трубной решетки, а также невозможность применения при использовании слоев металлов, образующих при взаимодействии химические

соединения-интерметаллиды (например, титан-сталь).

Известна конструкция трубной решетки, содержащая слои металлов, образующих при их взаимодействии химические соединения-интерметаллиды, соединенные между собой методом- пакетной прокатки или сварки взрывом.

Однако данная конструкция отличается недостаточной надежностью, связанной с возможной разгерметизацией при нарушении сплошности между слоями в результате эксплуатации теплообменного аппарата, или технологических переделов, связанных с его изготовлением.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой конструкции трубной

ю

решетки, является конструкция, содержащая металлическую плиту с плакирующим слоем другого металла и элемент крепления (винты), дополнительно соединяющий их между собой.

Однако данная конструкция отличается недостаточной надежностью, связанной с возможной разгерметизацией при появлении яес пйбшностей значительных размеров меж ду слоями в результате эксплуатации теплообменного аппарата, или технологических переделов, связанных с его изготовлением.

Целью изобретения является повышение надежности конструкции трубной ре- шетки.

Поставленная цель достигается тем, что трубная решетка, содержащая металлическую плиту с плакирующим слоем другого металла, имеет со стороны последнего сту- пенчэтую проточку по периметру, в которой размещен элемент крепления, выполненный в виде биметаллического кольца из слоев металлов плиты и ее плакирующего слоя призтомтолщина копьца него высота, равная глубине проточки, равны соответственно (2,0-2,5)(5пи(2,0-3,0)(5п, где бп толщина плакирующего слоя причем плита и плакирующий слой жестко соединены со слоями кольца из соответствующего им ме- талла.

При этом плита выполнена из конструкционной стали, а плакирующий слой из технического титана.

Выполнение глубины проточки и зысо- ты кольца в пределах 2,0-3,0 толщин плакирующего слоя позволяет обеспечить высокую прочность соединения слоев кольца за счет исключения сварных дефектов, связанных с его перегревом При глубине проточки и высоте копьц менее двух толщин плакирующего слоя происходит перегрев кольца, в результате чего на границе соединения его слоев (титан-сталь) образуются интерметалл иды, приводящие к паде- нию прочности и плотности соединения, что недопустимо. Использование размеров более трех толщин плакирующего слоя экономически нецелесообразно из-зз перерасхода металла.

Выбор высоты кольца и глубины проточки равными определяется тем что кромки трубной доски и кольца должны находиться в одной плоскости.

Толщина кольца выбирается равной (2,0-2,5) толщинам плакирующего слоя трубной решетки из условия отсутствия перегрева кольца При размере менее двух

толщин сказывается термической цикл сварки плавлением, который приводит к перегреву зоны соединения (титан-сталь) кольца и образованию на границе хрупких интерметаллидов, снижающих прочность и плотность соединения. Размер более 2,5 толщин экономически нецелесообразен из- за перерасхода металла и ограничений, накладываемых крепежом трубной решетки к корпусу аппарата.

Формирование с помощью сварки плавлением неразъемного соединения между од, лименными слоями кольца и решетки в местах их сопряжения позволяет значительно повысить герметичность конструкции трубной решетки ч целом.

На чертеже показан общий вид предлагаемой трубной решетки в пячрезе.

Трубная решетка теплообменных аппаратов содержит металлическую плиту с плакирующим слоем другого металла. Плакирующий слой 2 предназначен для контакта с охлаждающей средой (например, морской водой), основной слой 1-е рабочей средой Отверстия 3 по периметру основного слоя 1 предназначены для крепления трубной решетки к корпусу теплообменного аппарата Отверстия 4 в трубной решетке предназначены для крепления трубного пучка (путем, например, развальцовки w сварки по контуру концов трубок с плакирующим слоем 2 Ступенчатая проточка, выполненная со стороны плакированного слоя глубиной, равной 2,0-3,0 толщинам (дп) плакирующего слоя 2, предназначена для установки в нее биметаллического кольца 5, Биметаллическое кольцо толщиной (дк). разной 2,0-2,5 толщинам ((5П) плам.рующего слоя (2), и высотой (h), равной глубине проточки, предназначено для полного охвата и герметизации межслойной границы 8 трубной решетки, что позволяет повысить ее надежность и долговечность (т.е., исключить возможность контакта рабочей и охлаждающей среды), путем образования неразъемного соединения 9 между одноименными слоями кольца и трубной решетки (2-7и 1-6) посредством, например, сварки плавлением

Работа трубной решетки (титан-сталь) происходит следующим образом. После изготовления теплообменного аппарата в целом, т.е. после сборки и крепления трубного пучка к титановому слою трубной решетки, крепления днищ и корпуса, охлаждающая среда подается в камеру с внутренней поверхностью из титана, которая образована плакирующим слоем трубной решетки и днищем, и начинает циркулировать по титановым трубкам, охлаждая рабочую среду, контактирующую с основным слоем трубной решетки и корпусом из конструкционной стали. В процессе эксплуатации теплообменного аппарата недопустим кон- такт рабочей и охлаждающей среды (утечка рабочей среды). Это требование обеспечивается выполнением ступенчатой проточки со стороны плакированного слоя глубиной, равной 2,0-3,0 толщинам плакирующего слоя, установкой в нее титано-стального кольца толщиной, равной 2,0-2,5 толщины плакирующего слоя и высотой, равной глубине проточки, и образованием неразъемного соединения между одноименными слоями кольца и доски в местах их сопряжения.

Сборка предлагаемой конструкции трубной решетки теплообменных аппаратов происходит в такой последовательности. Сначала на заготовке биметаллической трубной решетки со стороны плакированного торца механическим способом (токарная обработка, фрезерование и т п.) формируют ступенчатую проточку глубиной (п), равной 2,0-3,0 толщинам плакирующего слоя. Затем из биметаллической заготовки со слоями, соответствующими слоям трубной решетки, из; отавливают кольцо (5) с толщиной стенки (5К), равной 2.0-2,5 толщинам (5П) плакирующего слоя 2 и высотой (h), равной глубине проточки После изготовления теплообменного аппарата перед креплением днища к трубной решетке кольцо 5 устанавливают в проточку и соединяют в местах сопряжения одноименных слоев с трубной решеткой, например, сваркой плавлением, обеспечивая соединение с высокой прочностью, плотностью и надежностью. Предлагаемая конструкция позволяет в случае необходимости осуществлять замену кольца на новое после вырубки сварного шва и удаления кольца, требующего замены т.е. является ремонтопригодной

Пример. Исследование предлагаемой конструкции трубной решетки теплообменных аппаратов осуществлялось на модельных заготовках В качестве материалов плакирующего слоя трубной решетки и од- ного из слоев кольца использовали технических титан ВТ1-0, в качестве материалов основного слоя трубной решетки и второго слоя кольца использовали сталь 12Х18Н10Т. Толщина плакирующего слоя

трубной доски составляла 5 мм, оснонного 20мм.

Между плакирующим и основным слоем сформирована несплошность, имитирующая отслоение плакирующего титанового слоя трубной решетки от основного - стального в результате совместного воздействия термических и силовых нагрузок, возникающих в процессе изготовл ения и эксплуатации известных конструкций трубных решеток теплообменных аппаратов. После установки кольца в проточку и сварки в местах сопряжения одноименных слоев решетки и кольца по контуру на режиме, обеспечивающем формирование качественного соединения при минимально возможном значении погонной энергии, производили гидроиспьгтани я давлением 2, 5, 10 и 2 МПа в течение 20, 10, 5 мин и 24 ч соответственно. После испытаний заготовки разрезались на образцы для механических испытаний и металлографических исследований

Применение предлагаемой конструкции трубной решетки теплообменных аппа- рагов обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: послойную герметизацию соединения основного и плакирующего слоев тр убной решетки по ее периметру; возможность проведения ремонтных работ трубной решетки без замены отдельных узлов теплообменного аппарата

Формула изобретения

1.Трубная решетка теплообменника, содержащая металлическую плиту с плакирующим слоем другого металла и элемент крепления, соединяющий их, отличающая с я тем, что, с целью повышения надежности в работе, плита с плакирующим слоем имеет со стороны последнего ступенчатую проточку по периметру, а элемент крепления выполнен в виде биметаллического кольца из слоев металлов плиты и ее плакирующего слоя и размещен в проточке, при этом толщина кольца равна (2,0-2,5)5П, а глубина проточки и высота кольца равны (2 0-3,0)5П, где 5П-толщина плакирующего слоя, причем плита и плакирующий слой жестко соединены со слоями кольца из соответствующих им металлов.

2.Решетка поп 1,отличающаяся тем, что плита выполнена из конструкционной стали, а плакирующий слой из технического титана.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и предназначается для использования в теплообменных аппаратах. Цель изобретения - повышение надежности. Трубная решетка теплообменника, содержащая металлическую плиту с плакирующим слоем другого металла, имеет со стороны последнего ступенчатую проточку по периметру, в которой размещен элемент крепления, выполненный в виде биметаллического кольца из слоев 6, 7 металлов плиты и ее плакирующего слоя, при этом толщина кольца и его высота, равная глубине проточки, равны соответственно