Способ изготовления трубчатого теплообменника

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА путем установки труб в отверстиях трубной решетки, последующего крепления их с помощью металлического порошка и припоя, заполняющих сборочный зазормежду трубами и решеткой, отличающийся тем, что, с целью повышения герметичности соединения труб с трубной решеткой, используют металлический порошок с максимапькьгм размером частиц, составляющим 0,4-0,6 предельной величины сборочного зазора и наносят его на поверхность доски равномерным слоем, который покрывают слоем припоя с размером частиц, составляющим 0,^-3 предельной величины сборочного зазора, с температурой плавления, составляющей 0,6-0,8 температуры плавления металлического порошка, причем количество припоя в 2 - 6 раз больше количества порошка по массе.(А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СоцИАлистичесних

РЕСПУБЛин

„.ЯО„„.,дшщ 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 27 12302/24-06 (22) 31.01. 79 (46) 23.02.86. Бюл. У 7 (72) И.И.Осипов, А.В.Барсуков, Н.Г.Музалевский, М.А.Новиков и Е.Б.Сучков (53) 621.565.94.002 ° 2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 582926, кг. В 23 К 1/12, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 515605, кл. В 23 К 1/10, 1976. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА путем установки труб в отверстиях трубной решетки, последующего крепления их с помощью металлического порошка и припоя,заполняющих сборочный зазор (51) 4 F 28 D 7/00 В 21 D 53/06 между трубами и решеткой, о т л ич ающий с я тем, что, с целью повышения герметичности соединения труб с трубной решеткой, используют металлический порошок с максимальным размером частиц, составляющим

0,4-0,6 предельной величины сборочного зазора и наносят его на поверхность доски равномерным слоем, который покрывают слоем припоя с размером частиц, составляющим

0,9-3 предельной величины сборочно.— го зазора, с температурой плавления, составляющей 0,6-0,8 температуры плавления металлического порошка, причем количество припоя в 2 — 6 раз больше количества порошка по массе.

710311

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре, а более конкретно к технологии изготовления трубчатых теплообменников иэ нержавеющих сталей, предназначенных для работы в системах охлаждения.

Известны способы изготовления трубчатых теплообменников путем сборки деталей, введения припоя в соединение в виде порошка и последующего нагрева до температуры пайки, при этом частицы припоя используют в виде плоских чешуек, толщина которых составляет 0,3-0,9 величины зазора, а длина и ширина 10-90 их толщины, причем при введении порошка припоя теплообменнику сообщают вибрацию с амплитудой, соизмеримой с величиной чешуек припоя.

Однако по указанному способу получают недостаточно герметичные соединения труб с трубными решетками.

Для качественного образования соединения зазор между трубой и трубной решеткой должен носить капиллярный характер. При этом условии припой в процессе плавления под действием капиллярных сил затекает в зазор и под их же воздействием расплавленный припой удерживается в зазоре между трубой и трубной решеткой, образуя при охлаждении прочное и герметичное соединение. Для большинства применяемых припоев капизщярным является зазор в 0,01 — 0,07 мм.

В подавляющем большинстве случаев при изгоровлении трубчатых теплообменников обеспечить такой зазор не удается как из-за трудности механической обработки нержавеющих сталей, так и в результате суммирования технологических допусков на трубу и отверстие в трубной решетке.

Кроме того, зачастую конец трубы не устанавливается по центру отверстия в трубной решетке, а прилегает к стенке отверстия в какой-либо точке, образуя при этом зазор перемен". ного сечения. В месте прилегания конца трубы к стенке отверстия в трубной решетке зазор носит капиллярный характер, с противоположной стороны — некапиллярный.

Все вышеперечисленное приводит к тому, что не удается получить 100 герметичность соединений труб с трубными решетками при изготовлении теплообменника, даже используя предваУвеличение протяженности фасок отверстий, на которых размещается металлический порошок для увеличения его количества, приводит к необходимости увеличения толщины трубной решетки и увеличению расстояния между соседними трубами, что отрицательно сказывается на эффективности работы теплообменника, его габаритах и весе.

Цель изобретения — устранение вышеуказанных недостатков повышеритедьное заполнение зазора твердыми частицами припоя.

Ближайшим техническим решением к настоящему изобретению является способ изготовления трубчатого теплообменника путем установки труб в отверстиях решетки, последующего крепления их с помощью металлического порошка и припоя, заполняющих сбороч10 ный зазор между трубами и решеткой.

В известном способе припой в виде полос укладывается между выступающими над поверхностью трубной решетки концами труб -поверх наносимого перед !

5 этим металлического порошка. После этого производят нагрев собранного указанным образом теплообменника до расплавления припоя, который смачивает металлический порошок и образует

20 при последующем охлаждении соединение труб с трубной решеткой.

Данный способ способствует в некоторой степени повышению герметичности соединений труб с трубной решет25 кой особенно для зазоров шириной, менее 0,1 мм, но не позволяет получить

100 герметичности соединений как для зазоров шириной 0,1 мм, так и особенно для зазоров более чем О, 1 мм.

30 Кроме того, размещение металличес.кого порошка, смачиваемого припоем при расплавлении последнего на фасках отверстий в трубной решетке, не позволяет нанести достаточного количества порошка, это приводит к тому, что не образуется достаточно разветвленной системы каналов между частицами металлического порошка. Возникающие при расплавлении припоя

40 капиллярные силы- оказываются недостаточными для удержания припоя в зазоре между трубой и трубной решеткой, припой вытекает иэ зазора и проникает по трубам внутрь тепло45 обменника.

710311

30

ВНИИПИ Заказ 796/3 Тираж 590 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 нием герметичности соединения труб с трубными решетками.

Это достигается тем, что берут металлический порошок.с максимальным размером частиц, составляющим 5

0,4-0,6 предельной величины сборочного зазора, и наносят его на поверхность доски равномерным слоем, который покрывают слоем припоя с размером частиц, составляющим

0,9-3 предельной величины сборочного зазора и с температурой плавления 0,6-0,8 температуры плавления металлического порошка, причем количество припоя берут от 2 до 6 раз большим, чем количество порошка по весу.

Использование порошка припоя с размером частиц в 0,9-3 предельной величины сборочного зазора спо- 20 собствует предотвращению попадания порошка припоя внутрь теплообменника и снижению количества загрязнений (окислов, имеющихся на поверхности порошка), попадающих в зону 25 соединения. Применение припоя с температурой плавления, составляющей

0,6-0,8 температуры плавления металлического порошка, способствует предотвращению расплавления металлического порошка жидким припоем в процессе образования соединения и повышению жаропрочности соединений в процессе эксплуатации за счет модификации припоя частицами металлического порошка, имеющего более высокую температуру плавления, чем припой. Использование металлического порошка с размером частиц в 0,4-0,6 предельной величины сборочного эаэо- 40 ра и его нанесение равномерным слоем на поверхность трубной решетки приводит к тому, что в процессе изготовления расплавленный припой смачивает частицы металлического

45 порошка и увлекает их в зазор. Образую. щаяся при этом система расплавленный припой-металлический порошок обладает значительными капиллярными силами, удерживающими ее в зазоре

50 и не позволяющими припою вытекать из зазора внутрь теплообменника. Оптимальные условия для образования такой системы (помимо перечисленных) возникают, как показали многочисленные эксперименты, при весовом отношении порошка припоя к металлическому порошку от 6:1 до 2:1.

Применение данного способа изготовления трубчатого теплообменника обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преиму щества: а) повышается герметичность соединения труб с трубными решетками теплообменника; б) повышается ресурс эксплуатации трубчатых теплообменников; в) повышается произвотельность труда при изготовлении теплообменников.

В качестве примера приведен способ изготовления трубчатого теплообменника от нержавеющей стали

1X18HIOT. Трубы устанавливали в трубные решетки, которые неподвижно фиксировались одна относительно другой.

На наружную поверхность трубной решетки наносили никелевый порошок с максимальным размером частиц около

70 мкм. Поверх него размещали слой порошка припоя ВПр-2 с температурой о плавления 970 С, с размером частиц от 130 до 400 мкм. Весовое отношение чорошка припоя к металлическому порошку составляло 2:1.

После этого производили нагрев трубной решетки в вакууме при использовании в качестве источника нагрева сканирующего электронного луча. Нагрев производили до темпера" о туры 1020 С, что обеспечивало расплавление припоя, его растекание и заполнение зазоров между трубами и трубной решеткой припоем и металлическим порошком. После охлаждения аналогичным способом производили герметизацию второй трубной решетки.

По окончании изготовления были произведены испытания герметичности полученных соединений методом опрессовки сжатым воздухом и металлографические исследования. Проведенные испытания показали 100Х герметичность полученных соединений труб с трубными решетками теплообменника. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения настоящего изобретения составит 349000 руб.