ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКОВ из "Расчет и конструирование теплообменников" Технология производства является решающим фактором при выборе типа конструкции теплообменника. Она определяет стоимость изготовления и оказывает значительное влияние на обеспечение прочности и долговечности, а также удобства эксплуатации теплообменных аппаратов. [c.23] Пластинчатая конструкция имеет то преимущество, что стоимость листового материала на единицу поверхности ниже стоимости труб кроме того, листовой материал представляет большие возможности для создания конструкций каналов теплообменников обтекаемой формы, обеспечивающей минимальные потери давления. Такие каналы для циркуляции теплоносителя производятся методом гофрирования или штамповки листов с последующей сваркой или пайкой последних твердым или мягким припоем. [c.23] Однако в конструкциях подобного типа в отдельных случаях концентрация напряжений по линии сварного шва при значительном перепаде давлений может привести к образованию трещин. [c.23] На рис. 2.1 показана простейшая конструкция теплообменника. Как видно из разреза детали панели, показанной в нижней части рис. 2.1, каналы для циркуляции теплоносителя создаются методом штамповки или вьшрессовыва-ния металлических листов с последующей их сваркой. Этот метод рекомендуется для изготовления змеевиков систем с общим коллектором (см. рис. 2.1 и 1.25). Из таких пластин могут быть созданы элементы самой разнообразной конфигурации кольцевые, цилиндрические и т. п. в зависимости от формы резервуара или камеры. Конфигурация каналов может быть видоизменена в отдельных местах с целью подгонки к входному и выходному отверстиям, имеющимся выступам, опорам и т. п. По каналам панелей могут циркулировать пар, вода, растворы солей, фреон и другие теплоносители для нагрева или охлаждения замкнутого пространства. [c.24] При проектировании теплообменников, состоящих из сотен или тысяч круглых, параллельно установленных труб, одной из важнейших задач является разработка коллектора. Обычно трубы вставляются в отверстия трубной решетки. Герметизация соединения труб с трубной решеткой осуществляется различными способами, описание которых приводится ниже [1—3]. [c.24] Еще сто лет тому назад паровые котлы обычно изготавливались с применением способа горячей штамповки концов труб, вставленных в отверстия трубных решеток. С середины прошлого столетия этот способ уступил место холодной развальцовке концов труб, получившей самое широкое распространение (рис. 2.2). Инструментом для развальцовки труб, показанным на рис. 2.3, служит вальцовка . Она вставляется в открытый выступающий конец трубы и, приведенная во вращение, развальцовывает стенку трубы и расширяет при этом ее диаметр. Остаточное напряжение сжатия в стенке трубы обусловливает сцепление последней с трубной решеткой. [c.24] Вальцовка имеет несколько конусных роликов, расположенных вокруг центрального конусного шпинделя, конусность которого вдвое больше конусности роликов. Вальцовка, показанная на рис. 2.3, позволяет обеспечить равномерное расширение трубы по всей обрабатываемой длине. Шпиндель подается внутрь под действием осевого усилия и, распирая ролики, расширяет трубу. Иногда гнезда роликов в корпусе вальцовки располагаются под небольшим углом к оси шпинделя, вследствие чего при вращении вальцовки шпиндель втягивается внутрь трубы. Одно из достоинств этого процесса — реверсивность направления вращения, необходимая для снятия вальцовки с трубы. Корпус вальцовки может быть снабжен установочным кольцом на шарикоподшипнике для ограничения длины хода вальцовки в трубе. Вальцовки описанного типа изготавливаются промышленностью для труб с внутренним диаметром от 4 до 400 мм. Используя пневматическую вальцовку, один человек может развальцевать до 15 концов труб диаметром 18 жж в 1 мин. В настоящее время имеются специальные автоматические устройства для развальцовки, производительность которых достигает 120 труб в 1 ч. [c.24] Герметичность и прочность сцепления при развальцовке в значительной степени зависят от чистоты поверхности труб и отверстий в трубной решетке. Хотя в основном гладкая поверхность кажется предпочтительней, трубы из вязкого материала также хорошо развальцовываются и в грубо обработанных отверстиях. Прочность соединения труб, находящихся под осевой нагрузкой, может быть увеличена нарезанием кольцевых канавок в отверстиях трубной решетки коллектора. Если трубы подвергаются растягивающим усилиям, прочность соединения может быть увеличена путем развальцовки труб дополнительным комплектом роликов, установленных под соответствующим углом. Достоинством развальцованных соединений является также снижение потерь от турбулентности на входе в трубу. [c.26] Другой недостаток сварных швов, представленных на рис. 2.4, а я б, — их подверженность щелевой коррозии. Это может вызвать серьезнее повреждения парогенераторов, где в результате испарения растворенные соли оседают 8 трещинах с обратной стороны сварных швов, что вызывает интенсивную коррозию. Хлоридная коррозия теплообменников из нержавеющей стали является весьма сложной проблемой, так как она вызывает повреждения даже при концентрации ионов хлора менее 0,0001%. [c.27] В некоторых случаях, например для конденсаторов паровых турбин, заметное улучшение герметичности вальцовочных соединений достигается путем распыления каучукового латекса на трубной решетке и внутренней поверхности выступающего конца труб. Покрытие латексом осуществляется после развальцовки труб. Для упрочнения пленки латекса иногда производится ее вулканизация. [c.27] Пайка твердым припоем нержавеющих сталей или других подобных сплавов обычно производится при температурах в пределах от 1090° до 1200° С с применением одного из припоев, содержащих никель, железо, хром, кремний и бор в среде сухого водорода. Этот припой, диффундируя в основной металл, дает прочность соединения, равную по существу прочности основного металла. Как видно из рис. 2.6, пайка твердым припоем позволяет получить высококачественное соединение, но сами припои отличаются хрупкостью. В местах соединений твердым припоем недопустимы никакие сварные операции, так как возникающие при сварке напряжения могут привести к образованию трещин в твердом припое. [c.28] Нелегированную углеродистую сталь можно паять твердым медным припоем в атмосфере сухого водорода при этом достигается высокопрочное и герметичное соединение. Медь, растекаясь, образует валиковый шов, обладающий. хорошей пластичностью. К числу других высокотемпературных пластичных припоев относятся никель-марганцевые и золото-никелевые сплавы. [c.28] Оребренные трубы применяются для теплообменников в тех случаях, когда трудно выбрать оптимальный тип для заданных условий [5]. Различные виды оребренных труб представлены на рис. 2.7. Продольные ребра (рис. 2.7, а) можно запрессовывать или завальцовывать в канавки, полученные механической обработкой поверхности труб У-образные ребра привариваются точечной сваркой внахлестку, как показано на рис. 2.7, бив, или изготавливаются заодно с трубами методом экструзии. Трубы со спиральными ребрами, имеющими большой шаг, можно получать посредством закручивания труб с прямыми продольными ребрами. Спиральные ребра с маленьким шагом изготавливаются высадкой металла на трубообжимных станках (см. рис. 2.7, г), механической обработкой толстостенных труб или спиральной навивкой (с помощью специальной машины) узкой полосы вдоль трубы в положении на ребро , как показано на рис. 2.7, д. При точечной сварке внахлестку для облегчения соединения ребра с трубой у основания ребер могут быть сделаны втулки (см. рис. 2.7, е). [c.29] Высота спирально навитых ребер ограничена пределом растяжения металла на вершине ребра в процессе его навивки. Этот предел может быть увеличен посредством шлицевания вершины винтовых ребер (см. рис. 2.1, ж) или с помощью складок у основания ребер (рис. 2.7, з). В зависимости от назначения навитая спиралью лента может быть припаяна мягким или твердым припоем или приварена роликовым швом к трубе, впрессована в прорезанную канавку или завальцована. Стенки канавки можно плотно осадить при завал ь-цовке для жесткого сцепления с ребрами. Достоинство предлагаемых конструктивных исполнений с использованием механических, сварных или паяных соединений заключается в том, что ребра могут изготавливаться из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например меди или алюминия, в то время как трубы — из более дешевых, прочных и коррозионностойких сплавов (углеродистых и нержавеющих сталей). На рис. 2.7, з представлены оребренные трубы с круглыми или квадратными выштампованными ребрами с дистанционирующими распорками у основания. Для создания механически прочного соединения эти ребра могут быть напрессованы на трубы или припаяны мягким или твердым припоем. Напрессовывание ребер на трубу является дешевой операцией, применяемой для теплообменников, работающих при низких температурах, когда коррозия невелика пайка мягким или твердым припоем, будучи более дорогой операцией, рекомендуется в тех случаях, когда высокая температура или коррозия ослабляют прессовую посадку и термическую связь между трубами и ребрами [6]. Пальцевидные ребра, показанные на рис. 2.7, и, находят широкое применение в конструкциях многих типов котлов. Их преимуществом перед плоскими ребрами являются большая механическая прочность и устойчивость по отношению к коррозии и эрозии. [c.29] Для охлаждения масла в самолетах предложена оригинальная конструкция, в которой использованы изготовленные ударным прессованием медные или алюминиевые трубы с концами, развальцованными в виде шестигранника. Трубы жестко закрепляются в специальном приспособлении, которое погружается в ванну для пайки концов твердым или мягким припоем. Таким образом, создается компактный блок, у которого с воздушной стороны развита поверхность свободного течения. [c.33] На рис. 2.15 изображен другой тип развитой поверхности рекуператора, используемого при производстве жидкого кислорода. В этом рекуператоре применен принцип противотока жидкостей в то время как один поток проходит через промежуточные кольцевые каналы, другой — в противоположном направлении — через внутренние и наружные каналы. [c.33] На многих иллюстрациях, помещенных в гл. 1, в частности на рис. 1.3 и 1.5, представлены сложные конфигурации системы труб, часто применяемых в теплообменниках. Операция по гнутью труб определяет стоимость изготовления теплообменников. Гнутье труб обычно производится в холодном состоянии при этом металл на внутренней стороне изгибаемого изделия испытывает напряжение сжатия, а снаружи он подвергается растягивающим усилиям. Если пластическая деформация металла не должна превышать 25%, минимально допустимый радиус изгиба должен быть равен двум диаметрам. Материал трубы, термическая и механическая обработка и отношение толщины стенки к диаметру в совокупности оказывают существенное влияние на величину минимального радиуса изгиба. [c.34] Дистанционирование длинных труб в больших теплообменниках представляет серьезную проблему. Для высокотемпературных установок следует избегать жесткого соединения между собой труб, не имеюш,их изгибов, учитывая их относительную тепловую деформацию. В результате приварки к трубе распорной лапы в зоне сварного шва образуется наряду с зоной концентрации напряжений также пояс, зернистая структура которого резко отличается от основной массы материала трубы, что может вызвать коррозию при любых условиях эксплуатации. [c.36] В трубчатых теплообменниках широко применяются перегородки, подобные тем, которые используются в кожухотрубных теплообменниках (см. рис. 2.2) [9]. Они имеют двоякое назначение дистанционирование труб и регулирование направления потока. Подобные перегородки с успехом применяются для разделения труб в кожухотрубных теплообменниках с жидким теплоносителем. Вибрация труб в большинстве случаев не вызывает осложнений, поскольку относительно тяжелые и вязкие жидкости обеспечивают демпфирование колебаний. Однако в установках, где газы проходят в межтрубном пространстве по перекрестноточной схеме с большой скоростью, вибрация труб, аналогичная колебаниям проволоки на ветру, вызываемым вихрями Кармана, может привести к отрыву труб. Все это является причиной износа и повреждения поверхности труб на многих агрегатах, что может привести к образованию отверстий в стенках трубы. Указанная проблема подробнее разобрана в гл. 7. [c.36] Материал корпуса толщиной более 50 мм подвергается обычно предварительному нагреву газовым пламенем до температуры 150—200° С для снижения остаточного термического напряжения и предупреждения образования трещин в сварном шве. После каждого прохода швы подвергаются визуальному контролю, а окончательный шов проверяется методом рентгенодефектоскопии. При обнаружении каких-либо дефектов эти участки удаляются с помощью газовой ацетилено-кислородной резки новый сварочный шов производится после удаления окалины, образовавшейся при газовой резке. Корпусы теплообменников с толщиной стенок более 25 мм обычно подвергаются термообработке при 650° С для снятия напряжений затем они охлаждаются до комнатной температуры для снятия местных напряжений, вызванных усадкой и деформацией во время сварки. [c.37] Вернуться к основной статье