RU2355971C1

RU2355971C1 - Method of fixing plates to heat exchanger pipe

Info

Publication number: RU2355971C1
Application number: RU2008107108/06A
Authority: RU
Inventors: Павел Михайлович Зелиско (RU); Павел Михайлович Зелиско
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СТП-РЕГИОН"
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-05-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering, namely to manufacturing procedures of connecting a heat exchanger pipe to many pipe ribbing plates or, for example, to one spiral plate made of a strip and having an axially directed opening for the pipe to enter the spiral, and is aimed mainly at using in the series-produced convectors for heating building rooms in the construction. It can also be used in other industry branches. The method of fixing plates to the heat exchanger pipes involves inserting the pipes into the plates' openings and increasing the pipe diametre up to the rigid fixation of the plates on the pipe, the pipe diametre is increased by sealing of its cavity, introducing working substance into the pipe cavity and increasing the working substance pressure up to the rigid fixation of the plates on the pipe. Air or liquid or explosive material or flammable explosive gas can be used as the working substance.

EFFECT: reducing power and labour demand for the connection of the pipe with the heat exchanger plates and improving the heat exchanger functionality.

1 cl, 6 dwg

Description

В данном описании представлено техническое решение, которое относится к теплотехнике, в частности к технологическим процессам соединения трубы теплообменника с множеством пластин оребрения трубы или, например, с одной, выполненной из ленты спиралеобразной пластиной, имеющей в осевом направлении отверстие для введения трубы в спираль с целью их последующего соединения.In this description, a technical solution is presented that relates to heat engineering, in particular, to technological processes for connecting a heat exchanger pipe to a plurality of pipe fins or, for example, to one spiral-shaped plate made of tape, having an axial hole for introducing the pipe into the spiral for their subsequent connection.

Техническое решение предназначено преимущественно для его использования в серийно выпускаемых конвекторах, служащих для обогрева помещений зданий в области строительства. Оно может быть также использовано в других областях промышленности.The technical solution is intended primarily for its use in mass-produced convectors serving to heat the premises of buildings in the field of construction. It can also be used in other industries.

Существенным с точки зрения трудоемкости и энергоемкости соединения пластин оребрения с трубой теплообменника является выбор способа соединения.Important from the point of view of the complexity and energy intensity of the connection of the fins with the heat exchanger pipe is the choice of the connection method.

Из достигнутого мирового уровня известны различные способы крепления пластин к трубе теплообменника, в частности способ, предусматривающий упругую или пластическую деформацию соединяемых элементов (трубы и пластины) с использованием для этих целей процесса охлаждения и нагрева элементов [1, 2] или, например, с использованием избыточного давления среды в трубе, посредством которого деформируют пластины оребрения трубы, расположенные в другой коаксиальной трубе [3], или методом обжатия пластин на трубе [4], или способом спиральной намотки ленты на трубу [5], или способом вращения трубы и ее осевой подачи с нагревом трубы и ленты, навиваемой на трубу [6], или способом спиральной намотки ленты на трубе за счет натяжения от деформации изгиба и растяжения [7], или способом припайки спиральной пластины к трубе [8], или способом накатки винтовой канавки на трубе, формования ленты в спираль с последующей завальцовкой ленты[9], или способом расклинивания пластин на трубе [10].From the achieved world level, various methods of fastening plates to a heat exchanger tube are known, in particular a method involving elastic or plastic deformation of connected elements (pipes and plates) using the process of cooling and heating elements [1, 2] or, for example, using excessive pressure of the medium in the pipe, through which the plate fins are deformed, located in another coaxial pipe [3], either by compression of the plates on the pipe [4], or by spiral winding nta to the pipe [5], either by the method of rotation of the pipe and its axial feed with heating of the pipe and tape wound onto the pipe [6], or by the method of spiral winding of the tape on the pipe due to tension from bending and stretching [7], or by soldering spiral plate to the pipe [8], or by rolling the helical grooves on the pipe, forming the tape into a spiral followed by rolling the tape [9], or by the method of wedging the plates on the pipe [10].

Известен также способ крепления пластин к трубе теплообменника, включающий операцию введения трубы в отверстия пластин и операцию увеличения диаметра трубы до состояния жесткой фиксации пластин на трубе [11].There is also a method of fastening the plates to the pipe of the heat exchanger, including the operation of introducing the pipe into the holes of the plates and the operation of increasing the diameter of the pipe to the state of rigid fixation of the plates on the pipe [11].

В данном способе операцию увеличения наружного диаметра трубы проводят дорном, который вводят в трубу, перемещают дорн (инструмент) в полости трубы в ее продольном направлении и увеличивают диаметр трубы методом пластической деформации стенки трубы. При этом стенка трубы, взаимодействуя с кромками отверстий пластин, распирает посадочные кромки пластин, которые с натягом осаживаются на трубе. Причем кромки отверстий пластин деформируются в заданных пределах и плотно охватывают трубу.In this method, the operation of increasing the outer diameter of the pipe is carried out by a mandrel, which is inserted into the pipe, the mandrel (tool) is moved in the cavity of the pipe in its longitudinal direction, and the pipe diameter is increased by plastic deformation of the pipe wall. In this case, the pipe wall, interacting with the edges of the holes of the plates, bursts the landing edges of the plates, which are tightened upset on the pipe. Moreover, the edges of the holes of the plates are deformed within the specified limits and tightly enclose the pipe.

Данный способ является весьма энергоемким и трудоемким. При этом рабочий элемент дорна, имеющий постоянный диаметр, исключает возможность регулировки увеличения диаметра трубы во время проведения операции соединения трубы с пластинами. Повторное введение дорна, имеющего другой, увеличенный диаметр, приводит к повышению трудоемкости способа. Данный способ не обеспечивает возможность регулировки и фиксации усилия поджатия пластин к трубе теплообменника, что отрицательно сказывается на плотности и надежности соединения пластин с трубой. В результате основной параметр теплообменника - показатель теплообмена, зависящий от поверхности теплообмена и плотности соединения пластин с трубой, на практике не соответствует расчетному показателю, что существенно снижает функциональные качества теплообменника.This method is very energy intensive and time consuming. At the same time, the mandrel working element, having a constant diameter, eliminates the possibility of adjusting the increase in the diameter of the pipe during the operation of connecting the pipe to the plates. Re-introduction of the mandrel, having a different, increased diameter, leads to an increase in the complexity of the method. This method does not provide the ability to adjust and fix the force of compression of the plates to the heat exchanger pipe, which negatively affects the density and reliability of the connection of the plates with the pipe. As a result, the main parameter of the heat exchanger is the heat transfer index, which depends on the heat exchange surface and the density of the plate to pipe connection, in practice, does not correspond to the calculated indicator, which significantly reduces the functional quality of the heat exchanger.

Техническим результатом представленного в данном описании технического решения является снижение энергоемкости и трудоемкости соединения трубы с пластинами теплообменника и повышение функциональных качеств теплообменника.The technical result of the technical solution presented in this description is to reduce the energy intensity and the complexity of connecting the pipe with the heat exchanger plates and increase the functional qualities of the heat exchanger.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе крепления пластин к трубе теплообменника, включающем операцию введения трубы в отверстия пластин и операцию увеличения диаметра трубы до состояния жесткой фиксации отдельных пластин или одной спиральной пластины на трубе, увеличивают диаметр трубы путем герметизации полости трубы, последующего введения рабочего тела в полость трубы и увеличения давления рабочего тела до состояния жесткой фиксации пластин на трубе.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of fastening the plates to the pipe of the heat exchanger, including the operation of introducing the pipe into the holes of the plates and the operation of increasing the diameter of the pipe to the state of rigid fixation of individual plates or one spiral plate on the pipe, increase the pipe diameter by sealing the pipe cavity, subsequent introduction working fluid into the cavity of the pipe and increasing the pressure of the working fluid to the state of rigid fixation of the plates on the pipe.

В качестве рабочего тела используют воздух, или жидкость, или взрывчатое вещество, или горючий взрывчатый газ.As the working fluid, air, or liquid, or explosive, or combustible explosive gas is used.

На фиг.1 показана труба и пластины теплообменника до операции крепления пластин на трубе; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - труба с пластинами после увеличения диаметра трубы давлением; на фиг.4 - фрагмент трубы и пластины до операции крепления пластин на трубе; на фиг.5 - схема расположения зажимов на трубе в процессе ее расширения и увеличения диаметра в зоне крепления пластин к трубе; на фиг.6 - схема расположения концевых частей трубы и ее средней части с увеличенным диаметром (пластины не показаны).Figure 1 shows the pipe and plates of the heat exchanger before the operation of fastening the plates on the pipe; figure 2 is a view of figure 1; figure 3 - pipe with plates after increasing the diameter of the pipe pressure; figure 4 is a fragment of the pipe and plate before the operation of fastening the plates on the pipe; figure 5 - arrangement of clamps on the pipe in the process of its expansion and increase in diameter in the area of attachment of the plates to the pipe; Fig.6 is a diagram of the location of the end parts of the pipe and its middle part with an enlarged diameter (plates not shown).

Способ включает операцию введения трубы 1 (фиг.1) в отверстия 2 пластин 3 путем перемещения трубы в отверстиях 2 пластин. При этом труба скользит по внутренней кромке 4 отверстия 2 каждой пластины 3, поскольку между наружной поверхностью 5 трубы и кромкой 4 отверстия предусмотрен технологический зазор g.The method includes the operation of introducing the pipe 1 (Fig. 1) into the holes 2 of the plates 3 by moving the pipe in the holes 2 of the plates. In this case, the pipe slides along the inner edge 4 of the hole 2 of each plate 3, since a technological gap g is provided between the outer surface 5 of the pipe and the edge 4 of the hole.

После введения трубы в отверстия 2 пластин, внутреннюю полость 6 трубы герметизируют - устанавливают, например, на концах трубы заглушки 7, по крайней мере, в одной из которых имеется отверстие 8 для введения в полость 6 трубы рабочего тела 9.After introducing the pipe into the holes 2 of the plates, the inner cavity 6 of the pipe is sealed - for example, a plug 7 is installed at the ends of the pipe, at least one of which has an opening 8 for introducing the working fluid 9 into the cavity 6.

Затем вводят в полость 6 трубы рабочее тело 9. Например, подают под давлением в качестве рабочего тела сжатый воздух или сжатую жидкость во внутреннюю полость 6 трубы и увеличивают диаметр d трубы 1 до ее диаметра dl (фиг.2).Then, the working medium 9 is introduced into the cavity 6 of the pipe. For example, compressed air or compressed liquid is supplied under pressure as the working medium into the internal cavity 6 of the pipe and the diameter d of the pipe 1 is increased to its diameter dl (Fig. 2).

В другом примере способа рабочее тело вводят в его естественном состоянии, при естественном его давлении, когда оно находится в нерабочем состоянии, и после этого давление рабочего тела известным образом повышают.In another example of the method, the working fluid is introduced in its natural state, at its natural pressure, when it is inoperative, and then the pressure of the working fluid is increased in a known manner.

Процесс фиксации и жесткого крепления пластин на трубе осуществляется следующим образом. Рабочее тело 9 под давлением воздействует на внутреннюю поверхность 10 трубы 1. Труба расширяется в зависимости от действующего на нее давления рабочего тела до необходимого диаметра dl трубы (фиг.3), при этом кромка 4 каждой пластины осаживается на внешней поверхности 5 трубы от действующего на нее давления трубы и технологический зазор g устраняется. При этом происходит жесткая фиксация пластин 3 на трубе 1.The process of fixation and rigid fastening of the plates on the pipe is as follows. The working fluid 9 under pressure acts on the inner surface 10 of the pipe 1. The pipe expands depending on the pressure of the working fluid acting on it to the required pipe diameter dl (Fig. 3), while the edge 4 of each plate is deposited on the outer surface 5 of the pipe from pipe pressure and technological gap g is eliminated. In this case, the plates 3 are rigidly fixed on the pipe 1.

Следует отметить, что давление рабочего тела 9 в трубе повышают до величины, позволяющей давлением также устранить другие зазоры gl (фиг.4), имеющиеся вследствие неровностей 11 поверхности кромки 4 пластины 3 и неровностей 12 внешней поверхности трубы.It should be noted that the pressure of the working fluid 9 in the pipe is increased to a value that also allows the pressure to eliminate other gaps gl (Fig. 4) due to irregularities 11 of the surface of the edge 4 of the plate 3 and irregularities 12 of the outer surface of the pipe.

Это достигается тем, что при нарастании давления в трубе происходит взаимодействие кромки 4 и внешней поверхности 5 трубы и, соответственно, нарастающему давлению повышается деформация металла трубы в средней ее части и деформация каждой пластины 3. В результате взаимодействия кромки 4 и поверхности 5 трубы в процессе нарастания расчетного и/или контролируемого давления внутри трубы, контролируется и регулируется пластическая деформация поверхности 5 трубы и кромки 4, что приводит к их максимально возможному плотному контакту, существенному для повышения качества соединения пластин с трубой и повышения качества теплообменника.This is achieved by the fact that when the pressure in the pipe increases, the edge 4 interacts with the outer surface 5 of the pipe and, accordingly, the pressure increases the deformation of the pipe metal in its middle part and the deformation of each plate 3. As a result of the interaction of the edge 4 and the pipe surface 5 in the process the increase in the calculated and / or controlled pressure inside the pipe, the plastic deformation of the pipe surface 5 and edge 4 is controlled and regulated, which leads to their greatest possible tight contact, essential mu to improve connection quality plates with the tube and improve the quality of the heat exchanger.

Следует отметить, что под неровностями посадочных поверхностей трубы и пластины понимаются размерные отступления от геометрических расчетных диаметров трубы и отверстия пластины вследствие имеющихся технологических погрешностей при их изготовлении.It should be noted that under the irregularities of the seating surfaces of the pipe and plate are understood dimensional deviations from the geometric design diameters of the pipe and the hole of the plate due to the existing technological errors in their manufacture.

Известно, что качество теплообменника зависит от плотности соединения в зоне контакта пластин с трубой, при этом указанная плотность зависит от давления в трубе, технологического зазора g (фиг.1) между поверхностью кромки 4 пластины и поверхностью 5 трубы, а также от технологических неровностей 11 и 12 этих поверхностей, влияющих на зазор gl. Чем больше зазоры g и gl и чем больше неровности поверхности 5 и поверхности кромки 4 отверстия, а также чем больше несоответствие форм поверхностей (например, несоответствие по овальности или геометрическим параметрам окружностей трубы и кромки пластины), тем выше требуется давление в трубе для устранения зазора и неровностей. При этом имеются ограничения увеличения диаметра трубы по ее прочности.It is known that the quality of the heat exchanger depends on the density of the connection in the zone of contact of the plates with the pipe, and this density depends on the pressure in the pipe, the technological gap g (Fig. 1) between the surface of the edge 4 of the plate and the surface 5 of the pipe, as well as technological irregularities 11 and 12 of these surfaces affecting the clearance gl. The greater the gaps g and gl and the greater the unevenness of the surface 5 and the surface of the edge 4 of the hole, as well as the greater the discrepancy between the shapes of the surfaces (for example, the discrepancy in ovality or geometric parameters of the circumferences of the pipe and the edge of the plate), the higher the pressure in the pipe is required to eliminate the gap and bumps. However, there are limitations to increasing the diameter of the pipe by its strength.

Указанные неровности 11 и 12 максимально уменьшают для того, чтобы снизить требуемое давление рабочего тела в трубе. Для этого трубу 1 вводят в отверстия 2 пластин путем ее вращения с одновременной подачей в осевом направлении в отверстиях пластин 3, зафиксированных в кондукторе сборочного станка или стенда.These bumps 11 and 12 are minimized as much as possible in order to reduce the required pressure of the working fluid in the pipe. To do this, the pipe 1 is introduced into the holes 2 of the plates by rotating it while feeding axially in the holes of the plates 3 fixed in the conductor of the assembly machine or stand.

Данный способ не исключает использования в качестве рабочего тела минимального заряда взрывчатого вещества, которое вводят в полость 6 трубы 1, фиксируют заряд в заданном рабочем положении, затем герметизируют полость 6 трубы заглушками и после этого заряд взрывают. Взрывные газы расширяют полость 6 трубы 1, внешний диаметр которой при этом увеличивается до диаметра dl. При этом пластины 3 жестко фиксируются на внешней поверхности трубы 1.This method does not exclude the use of a minimum explosive charge as a working medium, which is introduced into the cavity 6 of the pipe 1, the charge is fixed in a predetermined working position, then the cavity 6 of the pipe is sealed with plugs and then the charge is blown up. Explosive gases expand the cavity 6 of the pipe 1, the outer diameter of which increases to a diameter dl. In this case, the plates 3 are rigidly fixed on the outer surface of the pipe 1.

Возможно использование в качестве рабочего тела взрывчатого природного газа или поджигаемой смеси воздуха с горючим веществом. В этих случаях способа указанное рабочее тело подают в рабочую полость 6 трубы, затем внутреннюю полость 6 герметизируют и рабочее тело увеличивают в объеме или повышают его давление путем микровзрыва. При этом описанный процесс фиксации пластин 3 на трубе 1 повторяется в описанной выше последовательности.It is possible to use explosive natural gas or an ignited mixture of air with a combustible substance as a working fluid. In these cases of the method, said working fluid is fed into the working cavity 6 of the pipe, then the inner cavity 6 is sealed and the working medium is increased in volume or its pressure is increased by microexplosion. In this case, the described process of fixing the plates 3 on the pipe 1 is repeated in the sequence described above.

При необходимости, до операции соединения пластин с трубой, концевые части 13 трубы 1 обжимают снаружи зажимами 14 (фиг.5), исключающими увеличение диаметра концевых частей 13 трубы, что (в сравнении со способом крепления пластин на трубе дорнованием трубы) обеспечивает неизменность стандартного диаметра d концевых частей 13 трубы, подлежащих соединению с другими стандартными трубами системы обогрева помещений здания. При этом средняя часть 15 трубы (фиг.6), на которой крепятся пластины оребрения трубы, расширяется от действия рабочего тела, и ее диаметр увеличивается до диаметра dl.If necessary, before the operation of connecting the plates to the pipe, the end parts 13 of the pipe 1 are crimped externally by clamps 14 (Fig. 5), which exclude an increase in the diameter of the end parts 13 of the pipe, which (in comparison with the method of fastening the plates on the pipe by the mandrel of the pipe) ensures the standard diameter remains unchanged d end parts 13 of the pipe to be connected to other standard pipes of the building heating system. In this case, the middle part 15 of the pipe (Fig. 6), on which the plate fins are attached, expands due to the action of the working fluid, and its diameter increases to a diameter dl.

Источники информацииInformation sources

1. SU 1250827 A1, 15.08.1986.1.SU 1250827 A1, 08/15/1986.

2. SU 453554 A, 30.05.1975.2. SU 453554 A, 05.30.1975.

3. RU 2137053 C1, 10.09.1999.3. RU 2137053 C1, 09/10/1999.

4. SU 164954, 04.09.64.4. SU 164954, 09.09.64.

5. SU 670206, 25.06.1979.5. SU 670206, 06.25.1979.

6. RU 2028571 C1, 02.09.1995.6. RU 2028571 C1, 09/02/1995.

7. SU 579862, 05.11.1977.7. SU 579862, 11/05/1977.

8. SU 336930, 25.04.1978.8. SU 336930, 04.25.1978.

9. SU 548167 A, 23.06.1985.9.SU 548167 A, 06.23.1985.

10. RU 2079063 C1, 10.05.1997.10. RU 2079063 C1, 05/10/1997.

11. Основные технические характеристики стальных травмобезопасных конвекторов с кожухом, изготавливаемых ОАО «САНТЕХПРОМ», Научно-производственная фирма ООО «ВИТАТЕРМ», г.Москва, 2001, с.6 (копия прилагается).11. The main technical characteristics of steel safety convectors with a casing, manufactured by OJSC "SANTEHPROM", Scientific and Production Company LLC "VITATERM", Moscow, 2001, p.6 (copy attached).

Claims

1. The method of fastening the plates to the pipe of the heat exchanger, including the operation of introducing the pipe into the holes of the plates and the operation of increasing the diameter of the pipe to the state of rigid fixation of individual plates or one spiral plate on the pipe, characterized in that the pipe diameter is increased by sealing the pipe cavity, the subsequent introduction of the working fluid into the cavity of the pipe and increasing the pressure of the working fluid to the state of rigid fixation of the plates on the pipe.

2. The method according to claim 1, characterized in that as the working fluid use air, or liquid, or a combustible explosive, or a combustible explosive gas.