Патент на изобретение №2215962

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННОЙ ТРУБЫ С ВНУТРЕННИМ ОРЕБРЕНИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для применения при производстве оребренных труб холодильных аппаратов или контейнеров для хранения отработавшего топлива ядерных реакторов. Заявленный способ изготовления теплообменной трубы включает ввод внутрь трубчатой заготовки сердечника и ребер, причем на внутренней поверхности заготовки и внешней поверхности заранее выполненного полым сердечника выполняют продольные пазы, а ребра, выполненные отдельно от сердечника, изготавливают изогнутыми, затем сердечник фиксируют, а трубчатую заготовку ориентируют относительно сердечника так, чтобы их продольные пазы были установлены относительно друг друга со смещением на угол , далее вводят ребра в пазы заготовки и сердечника, поворачивают заготовку до полной выборки угла , при этом угол определяют из условия

где R₁ – наружный радиус сердечника; r₁ – радиус паза на наружной поверхности сердечника; R₂ – внутренний радиус заготовки; r₂ – радиус паза на внутренней поверхности заготовки; L – расстояние в поперечном сечении между крайними точками ребра, соприкасающимися с сердечником и заготовкой,
после чего заготовку фиксируют относительно сердечника, а первоначальную фиксацию сердечника снимают. Заявленное изобретение позволяет добиться создания упругих деформаций в ребрах, обеспечивающих отсутствие зазоров между сердечником и трубчатой заготовкой, что позволяет создать необходимую тепловую проводимость между контактирующими деталями, способствующую эффективной передаче тепла, а также позволяет повысить технологичность изготовления, снизить трудоемкость и затраты. 2 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при производстве оребренных труб, холодильных аппаратов или контейнеров, предназначенных для хранения отработавшего топлива ядерных реакторов, а также других материалов или объектов, являющихся мощными источниками тепла.

Известен способ изготовления оребренной поверхности (патент РФ 2141615 от 14.04.98, F 28 F 3/02, опубликован 20.11.99, Бюл. 32). Способ включает укладывание дисков оребрения в кондуктор, предварительное охлаждение трубы в среде жидкого азота, затем введение ее во внутренние отверстия дисков оребрения и нагрев теплом окружающей среды, после чего оребренную поверхность вынимают из кондуктора в виде готового изделия.

При нагреве трубы теплом окружающей среды происходит ее тепловое расширение, в результате чего обеспечивается необходимый контакт между трубой и ребрами.

Недостатками данного способа являются:
1) существенные технологические трудности, возникающие при охлаждении жидким азотом крупногабаритных труб (диаметром порядка 1…3 м и длиной 2… 4 м);
2) невозможность изготовления трубы с продольными ребрами.

Известен способ изготовления теплообменной трубы с внутренним оребрением (а. с. 1250827 от 25.02.85, F 28 F 1/40, В 21 С 37/22, опубликован 15.08.86, Бюл. 30). По данному способу внутрь трубчатой заготовки вводят оребренный сердечник с диаметром описанной окружности, превышающим внутренний диаметр заготовки. Предварительно сердечник охлаждают жидким азотом до 100-140 К, а заготовку нагревают до 570-1130 К. После введения сердечника внутрь заготовки последнюю фиксируют в зажимах и выдерживают до выравнивания температур, в результате чего происходит термическая деформация, обеспечивающая необходимый контакт между сердечником и трубчатой заготовкой.

Недостаткми данного способа являются:
1) существенные технологические трудности, возникающие при охлаждении жидким азотом до 100-140 К и нагревании до 570-1130 К крупногабаритных труб (диаметром порядка 1…3 м и длиной 2…4 м);
2) ограничение времени сборки (не более 30 с), вызванное выравниванием температур сердечника и заготовки.

Способ изготовления теплообменной трубы с внутренним оребрением по а. с. 1250827 выбран в качестве прототипа.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение эффективного теплоотвода в крупногабаритных трубах с внутренним оребрением с одновременным упрощением технологии их изготовления.

Технический результат выражается в создании упругих деформаций в ребрах, обеспечивающих отсутствие зазоров между сердечником и трубчатой заготовкой. Этим самым обеспечивается необходимая тепловая проводимость между контактирующими деталями, способствующая эффективной передаче тепла. Способ создания упругих деформаций в ребрах, обеспечиваемый поворотом трубчатой заготовки относительно сердечника, позволяет повысить технологичность изготовления, снизить трудоемкость и затраты.

Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления теплообменной трубы путем ввода внутрь трубчатой заготовки сердечника и ребер, на внутренней поверхности заготовки и внешней поверхности заранее выполненного полым сердечника выполняют продольные пазы, а ребра, выполненные отдельно от сердечника, изготавливают изогнутыми, затем сердечник фиксируют, а трубчатую заготовку ориентируют относительно сердечника так, чтобы их продольные пазы были установлены относительно друг друга со смещением на угол , далее вводят ребра в продольные пазы заготовки и сердечника, поворачивают заготовку до полной выборки угла , при этом угол определяют из условия

где R₁ – наружный радиус сердечника,
r₁ – радиус паза на наружной поверхности сердечника,
R₂ – внутренний радиус заготовки,
r₂ – радиус паза на внутренней поверхности заготовки,
L – расстояние в поперечном сечении между крайними точками ребра, соприкасающимися с сердечником и заготовкой,
после чего заготовку фиксируют относительно сердечника, а первоначальную фиксацию сердечника снимают.

Выборка зазоров между сопрягаемыми деталями и создание в ребрах упругих деформаций, обеспечиваемых за счет придания изогнутой формы ребрам, выполнения продольных пазов на внешней поверхности сердечника и внутренней поверхности трубчатой заготовки, фиксации сердечника, ориентации трубчатой заготовки относительно сердечника со смещением продольных пазов на угол , введения ребер в пазы, поворота заготовки до полной выборки угла с последующей фиксацией заготовки относительно сердечника и снятием первоначальной фиксации последнего позволяет создать необходимую тепловую проводимость, обеспечивающую эффективный теплообмен между сердечником и заготовкой, и повысить технологичность изготовления оребренной трубы.

Наличие отличительных признаков от прототипа говорит о соответствии предлагаемого решения критерию изобретения “новизна”.

Заявляемое уплотнительное устройство соответствует и критерию “изобретательский уровень”, так как не выявлено источников известности, где был бы описан технический результат, достигаемый предложенной совокупностью признаков.

На фиг.1 изображен первый этап сборки теплообменной трубы, где:
1 – сердечник полый,
2 – ребро,
3 – трубчатая заготовка,
4 – продольный паз на внешней поверхности сердечника,
5 – продольный паз на внутренней поверхности заготовки,
6 – зазор между сердечником и ребром,
7 – зазор между заготовкой и ребром,
8, 9 – крайние точки ребра в поперечном сечении, соприкасающиеся с сердечником и заготовкой.

На фиг.2 изображена теплообменная труба после сборки.

Теплообменную трубу с внутренним оребрением изготавливают из трубчатой заготовки 3, сердечника 1 и ребер 2. При этом расстояние в поперечном сечении между крайними точками ребра, соприкасающимися с сердечником и заготовкой, выбирают из условия

где модули значений предельных отклонений размеров R₁, R₂, r₁, r₂, L, соответственно,
_П – модуль значения предельного отклонения взаимного расположения сердечника и заготовки,
K_Н – коэффициент, учитывающий гарантированную упругую деформацию ребер после сборки (К_Н1).

Процесс изготовления теплообменной трубы выполняют в следующей последовательности.

Предварительно устанавливают трубчатую заготовку 3. Затем вводят внутрь заготовки 3 сердечник 1, который фиксируют в этом положении. Далее ориентируют трубчатую заготовку 3 относительно сердечника 1 так, чтобы их продольные пазы 4 и 5 находились относительно друг друга со смещением на угол . Затем вводят в пазы ребра 2 и поворачивают заготовку 3 до полной выборки угла . После этого фиксируют заготовку 3 относительно сердечника 1, а первоначальную фиксацию сердечника снимают. При повороте заготовки 3 исчезают зазоры 6 и 7 между ребрами 2, сердечником 1 и заготовкой 3 и происходит упругая деформация ребер, обеспечивающая необходимый контакт и тепловую проводимость между сопрягаемыми деталями.

В качестве подтверждения промышленной применимости рассмотрим пример теплообменной трубы с внутренним оребрением.

Материал сердечника 1 и трубчатой заготовки 3 – сталь 12ХН10Т.

Материал ребер 2 – алюминиевый сплав АЛ-19.

Значения размеров деталей и модулей предельных отклонений:
R₁ = 1150 мм,
R₂ = 1300 мм,
r₁ = r₂ = 5 мм,
R₁ = 2,5 мм
R₂ = 2,5 мм,
r₁ = r₂ = 0,16 мм,
L = 0,6 мм,
П = 2,5 мм.

Коэффициент, учитывающий гарантированную упругую деформацию ребер после сборки, был принят равным К_Н=1,05.

Расстояние в поперечном сечении между крайними точками ребра, соприкасающимися с сердечником и заготовкой, было равно
L=(1300-1150+5+5+2,5+2,5+0,16+0,16+0,6+2,5)1,1=176,8 мм.

Вычисленное значение угла между пазами сердечника и заготовки составило =3,53^o.

В конструкции трубы с внутренним оребрением было использовано 74 ребер толщиной 5 мм, установленных с шагом 50 мм. Ребра представляли собой часть цилиндра 201,3 мм, причем их края в поперечном сечении имели скругления радиусом 5 мм. Длина всей конструкции – 2,4 м.

Момент, необходимый для поворота трубчатой заготовки, составил ~5,710⁵ Нм на 1 м длины оребренной трубы.

Выполнение описанных выше операций позволило создать эффективную тепловую проводимость между сердечником и трубчатой заготовкой. При этом существенно упростилась технология, что привело к снижению трудоемкости и затрат изготовления оребренной трубы.

Формула изобретения

Способ изготовления теплообменной трубы путем ввода внутрь трубчатой заготовки сердечника и ребер, отличающийся тем, что на внутренней поверхности заготовки и внешней поверхности заранее выполненного полым сердечника выполняют продольные пазы, а ребра, выполненные отдельно от сердечника, изготавливают изогнутыми, затем сердечник фиксируют, а трубчатую заготовку ориентируют относительно сердечника так, чтобы их продольные пазы были установлены относительно друг друга со смещением на угол , далее вводят ребра в пазы заготовки и сердечника, поворачивают заготовку до полной выборки угла , при этом угол определяют из условия

где R₁ – наружный радиус сердечника;
r₁ – радиус паза на наружной поверхности сердечника;
R₂ – внутренний радиус заготовки;
r₂ – радиус паза на внутренней поверхности заготовки;
L – расстояние в поперечном сечении между крайними точками ребра, соприкасающимися с сердечником и заготовкой,
после чего заготовку фиксируют относительно сердечника, а первоначальную фиксацию сердечника снимают.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 08.08.2006

Извещение опубликовано: 27.06.2007 БИ: 18/2007