Трубчато-пластинчатый теплообменник и способ его изготовления

 

Изобретение предназначено для применения в области теплотехники, а именно в компрессоростроении, энергетике, химической и пищевой промышленности. Трубчато-пластинчатый теплообменник содержит боковые плиты, имеющие отверстия, пластины с отбортовками и трубы, проходящие через отверстия боковых плит и пластин, причем пластины имеют отверстия с конусообразными лепестковыми отбортовками, отбортовки пластин наклонены экспоненциально под углом 0-90^o к горизонтали, зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин составляет не более 0,1d, где d - наружный диаметр теплообменных труб, и заполнен высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника защищены от коррозии двумя слоями коррозионно-стойких металлов. Зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин может быть заполнен цинком, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника защищены от коррозии последовательно цинком и хромом. Зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин может быть заполнен кадмием, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника защищены от коррозии в первом слое кадмием. Способ изготовления трубчато-пластинчатого теплообменника, заключающийся в выполнении в пластинах отверстий с отбортовками, нанизывании пластин на трубы и обжимании пластин, причем в заготовках пластин на глубину 0,5-0,95 их толщины выполняют насечки, выдавливают отверстия с конусообразными лепестковыми отбортовками, имеющие диаметр (0,9-1,1)d, заполняют методом электролиза высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищают от коррозии методом электролиза двумя слоями коррозионно-стойких металлов. Зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин заполняют методом цинкования цинком, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищают от коррозии методом цинкования цинком с последующим покрытием хромом методом хроматирования. Нанизывание пластин с середины трубы осуществляется с изменением направления отбортовок на противоположное. Зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин могут заполнять методом кадмирования кадмием, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника защищают от коррозии в первом слое методом кадмирования кадмием. Изобретение позволяет упростить технологию изготовления трубчато-пластинчатого теплообменника, а также повысить эффективность теплообмена в теплообменнике. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к теплообменникам с увеличенной площадью поверхности теплообмена в единичном объеме теплообменника, в компрессоростроении, энергетике, химической и пищевой промышленности.

Известны пластинчато-ребристый теплообменник, состоящий из пучка труб с пластинчато-ребристыми насадками, и способ его изготовления, который заключается в изготовлении насадок трапецеидальной (прямоугольной или треугольной) формы и надевании их на трубы [1].

Недостатком известного теплообменника является низкая эффективность, сложность конструкции, ограниченность его функциональных возможностей и низкие параметры давления охлаждаемого газа (до 5 МПа).

Недостатком способа является сложность изготовления пластинчато-ребристого теплообменника.

Наиболее близкими по технической сущности к заявленному изобретению являются трубчато-пластинчатый теплообменник, содержащий боковые плиты, имеющие отверстия, пластины, имеющие отверстия с отбортовками, и трубы, проходящие через отверстия боковых плит и пластин, и способ его изготовления, заключающийся в выполнении в пластинах отверстий с отбортовками, нанизывании пластин на трубы и обжимании пластин [2].

Недостатками известного трубчато-пластинчатого теплообменника являются - низкая эффективность теплообмена, вызванная деформацией пластин смежными трубами, определяемая гладкой поверхностью отбортовок, которые создают ламинарный поток охлаждающего воздуха в каналах теплообменника, обусловленная высоким термическим сопротивлением перехода труба-пластина, которое связано с забиванием воздушной пылью зазора между отбортовкой и трубой и с кольцевым контактом отбортовки и трубы, а также с коррозией контактирующих поверхностей; - сложность конструкции и повышенные массогабаритные показатели, связанные с установкой смежных труб под углом и фиксацией их боковыми плитами.

Недостатком способа является сложность технологии изготовления.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат - улучшение эффективности теплообмена, упрощение технологии изготовления, конструкции и снижение массогабаритных показателей трубчато-пластинчатого теплообменника.

Изобретение, излагаемое в настоящей заявке, предусматривает трубчато-пластинчатый теплообменник, содержащий боковые плиты, имеющие отверстия, пластины, имеющие отверстия с конусообразными лепестковыми отбортовками (отбортовки пластин наклонены экспоненциально под углом 0÷90^o к горизонтали), и трубы, проходящие через отверстия боковых плит и пластин. Зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин составляет не более 0,1d, где d - наружный диаметр теплообменных труб, и заполнен высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом (цинком или кадмием), поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищены от коррозии двумя слоями коррозионно-стойких металлов (первый цинком или кадмием) и второй - хромом.

Способ заключается в выполнении в пластинах отверстий с отбортовками, предварительном выполнении насечек в заготовках пластин на глубину 0,5÷0,95 их толщины, выдавливании отверстий с конусообразными лепестковыми отбортовками, имеющих диаметр (0,90÷1,1)d, нанизывании пластин на трубы, с середины трубы нанизывание осуществляется с изменением направления отбортовок на противоположное, и обжиме пластин, заполнении методом электролиза (цинкования или кадмирования) высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом (цинком или кадмием) зазора между трубами и лепестками отбортовок пластин, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищают от коррозии методом электролиза двумя слоями коррозионно-стойких металлов, в первом слое методом цинкования цинком или кадмирования кадмием, во втором слое - хромом методом хроматирования.

Предложенные трубчато-пластинчатый теплообменник и способ его изготовления исключают недостатки известного устройства и способа, повышают эффективность теплообмена, упрощают конструкцию и снижают массогабаритные показатели трубчато-пластинчатого теплообменника, что повышает эффективность его использования.

Анализ информации показал, что заявленное техническое решение не известно из достигнутого уровня техники, в связи с чем оно соответствует критерию "новизна".

Подобное техническое решение явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявленное изобретение создает положительный эффект, который выражается в том, что трубчато-пластинчатый теплообменник содержит боковые плиты, имеющие отверстия, пластины, имеющие отверстия с конусообразными лепестковыми отбортовками, отбортовки пластин наклонены экспоненциально под углом 0÷90^o к горизонтали и трубы, проходящие через отверстия боковых плит и пластин. Зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин заполнен высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом (цинком или кадмием), поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищены от коррозии методом электролиза двумя слоями коррозионно-стойких металлов (первый цинком или кадмием) и второй - хромом. Лепестки отбортовок пластин создают поверхностные неровности и турбулентные потоки охлаждающего воздуха в каналах теплообменника, что повышает эффективность теплообмена.

Прочное диффузионное сцепление отбортовок пластин с трубами исключает их смещение и деформацию при эксплуатации и необходимость установки смежных труб под углом, что упрощает технологию изготовления и конструкцию и снижает массогабаритные показатели трубчато-пластинчатого теплообменника. Защита от коррозии контактного соединения отбортовок и труб и поверхностей трубчато-пластинчатого теплообменника повышает эффективность теплообмена трубчато-пластинчатого теплообменника.

Изложенное свидетельствует, что изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение поясняется фиг. 1, 2 и 3, на которых схематично изображены трубчато-пластинчатый теплообменник и его элементы, содержащие боковые плиты 4, имеющие отверстия, пластины 2, имеющие отверстия с конусообразными лепестковыми отбортовками 3, трубы 1, проходящие через отверстия боковых плит и пластин. Зазор между трубой 1 и лепестками 2 отбортовки пластины 3 заполнен высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом 5, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищены от коррозии двумя слоями коррозионно-стойких металлов 5, 6.

Способ изготовления по изобретению заключается в выдавливании в заготовках пластин отверстий с конусообразными лепестковыми отбортовками 3, нанизывании пластин 2 на трубы 1 и обжиме пластин 2. Зазор между трубами 1 и лепестками отбортовок пластин 2 заполняют методом электролиза высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом 5, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищены от коррозии методом электролиза двумя слоями коррозионно-стойких металлов 5,6.

В ООО "НПП Уральский компрессорный завод" разработана техническая документация на трубчато-пластинчатый теплообменник и технологию его изготовления, изготовлена и испытана передвижная компрессорная станция, в которой реализовано заявляемое решение.

Положительные результаты испытаний трубчато-пластинчатого теплообменника и станции подтвердили их работоспособность, а также широкие возможности практического применения в будущем.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Поршневые компрессоры, Ленинград, "Машиностроение", 1987г., стр.244.

2. Патент RU, 1804010, Способ изготовления трубчато-пластинчатого теплообменника, 6 B 21 D 53/04, В 23 Р 15/26.

Формула изобретения

1. Трубчато-пластинчатый теплообменник, содержащий боковые плиты, имеющие отверстия, пластины, имеющие отверстия с отбортовками, и трубы, проходящие через отверстия боковых плит и пластин, отличающийся тем, что пластины имеют отверстия с конусообразными лепестковыми отбортовками, отбортовки пластин наклонены экспоненциально под углом 0-90^o к горизонтали, зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин составляет не более 0,1d, где d - наружный диаметр теплообменных труб, и заполнен высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника защищены от коррозии двумя слоями коррозионно-стойких металлов.

2. Трубчато-пластинчатый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин заполнен цинком, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника защищены от коррозии последовательно цинком и хромом.

3. Трубчато-пластинчатый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин заполнен кадмием, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника защищены от коррозии в первом слое кадмием.

4. Способ изготовления трубчато-пластинчатого теплообменника, заключающийся в выполнении в пластинах отверстий с отбортовками, нанизывании пластин на трубы и обжимании пластин, отличающийся тем, что в заготовках пластин на глубину 0,5-0,95 их толщины выполняют насечки, выдавливают отверстия с конусообразными лепестковыми отбортовками, имеющие диаметр (0,9-1,1)d, заполняют методом электролиза высокотеплопроводным коррозионно-стойким металлом зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищают от коррозии методом электролиза двумя слоями коррозионно-стойких металлов.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин заполняют методом цинкования цинком, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника последовательно защищают от коррозии методом цинкования цинком с последующим покрытием хромом методом хроматирования.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что нанизывание пластин с середины трубы осуществляется с изменением направления отбортовок на противоположное.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что зазор между трубами и лепестками отбортовок пластин заполняют методом кадмирования кадмием, поверхности трубчато-пластинчатого теплообменника защищают от коррозии в первом слое методом кадмирования кадмием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3