RU2450880C1 - Method of fabricating heat exchange bimetallic ribbed tube - Google Patents
Method of fabricating heat exchange bimetallic ribbed tube Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450880C1 RU2450880C1 RU2010145911/02A RU2010145911A RU2450880C1 RU 2450880 C1 RU2450880 C1 RU 2450880C1 RU 2010145911/02 A RU2010145911/02 A RU 2010145911/02A RU 2010145911 A RU2010145911 A RU 2010145911A RU 2450880 C1 RU2450880 C1 RU 2450880C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- brt
- rolling
- metal
- tube
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 108091034120 Epstein–Barr virus-encoded small RNA Proteins 0.000 claims 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 108010074506 Transfer Factor Proteins 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000641 cold extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обработки металлов давлением и может быть использовано при производстве теплообменной биметаллической ребристой трубы.The invention relates to methods for processing metals by pressure and can be used in the production of heat-exchange bimetallic ribbed pipe.
Биметаллические ребристые трубы (БРТ) со спиральными поперечными ребрами многие годы применяются в паровых котлах [1], в испарителях и конденсаторах [2] парокомпрессионных холодильных установок и тепловых насосов, в воздухоподогревателях и калориферах [3] крупных систем кондиционирования воздуха, в теплообменниках ядерных реакторов [4] с газовым теплоносителем.Bimetal finned tubes (BRT) with spiral transverse ribs have been used for many years in steam boilers [1], in evaporators and condensers [2] of vapor compression refrigeration units and heat pumps, in air heaters and air heaters [3] of large air conditioning systems, in nuclear reactor heat exchangers [4] with gas coolant.
Однако наибольшую известность и широкую применяемость получили БРТ со спиральными накатными алюминиевыми ребрами. Из таких труб состоят трубные пучки теплообменных секций аппаратов воздушного охлаждения (АВО) [5] топливно-энергетического комплекса страны, воздухоохлаждаемых маслоохладителей электроэнергетики, калориферов общего назначения, промежуточных и концевых холодильников газа компрессоров, конденсационных теплообменников для глубокого охлаждения продуктов сгорания природного газа в производственно-отопительных котельных, охладителях наддувочного воздуха дизелей [6]. Затруднительно отыскать отрасли промышленности и народного хозяйства, в которых не применяются теплообменные БРТ с накатными алюминиевыми ребрами. Количество выпускаемых труб к настоящему времени измеряется миллионами метров.However, the most famous and widely used were the BRT with spiral rolling aluminum ribs. Such pipes consist of tube bundles of heat-exchange sections of air-cooling apparatuses [5] of the country's fuel and energy complex, air-cooled oil-coolers of the electric power industry, general-purpose air heaters, intermediate and end gas compressor refrigerators, condensing heat exchangers for deep cooling of natural gas combustion products in industrial heating boilers, diesel charge air coolers [6]. It is difficult to find industries and national economies that do not use heat-exchanging BRT with rolling aluminum fins. The number of pipes produced to date is measured in millions of meters.
Конструктивно БРТ состоит [5, 6] из металлической внутренней несущей трубы и механически плотно соединенной с ней ребристой оболочки со спиральными поперечными ребрами, выполненной преимущественно из высокотеплопроводного пластичного металла, чаще из алюминия и его сплавов. Достоинством БРТ является то, что ребра изготавливаются из металла, обладающего высокой теплопроводностью. В то время как несущая труба выполняется из более дешевого, механически прочного и коррозионно-устойчивого металла (углеродистая, нержавеющая стали, мельхиор и др.). Механические нагрузки в процессе эксплуатации БРТ воспринимает несущая труба, а ребристая оболочка практически не испытывает механических напряжений, и механические характеристики ее материала не являются определяющими. Снаружи ребристая оболочка обтекается поперечным потоком воздуха (газа) атмосферного или близкого к нему давления. Вследствие несовершенства механического контакта внутренней поверхности ребристой оболочки и внешней поверхности несущей трубы (наличие микро- и макрошероховатости, волнистости сопрягаемых поверхностей, оксидной пленки и т.д.) при передаче теплового потока Q, Вт, в зоне контакта появляется перепад температуры Δtк, К. Совершенство механического соединения оценивается величиной термического контактного сопротивления (ТКС) Rк, м2·К/Вт, вычисляемого по формуле [5]Structurally, the BRT [5, 6] consists of a metal inner supporting pipe and a ribbed sheath mechanically tightly connected to it with spiral transverse ribs, made mainly of highly heat-conducting ductile metal, most often aluminum and its alloys. The advantage of BRT is that the ribs are made of metal with high thermal conductivity. While the carrier pipe is made of cheaper, mechanically strong and corrosion-resistant metal (carbon, stainless steel, cupronickel, etc.). Mechanical loads during operation of the BRT are absorbed by the carrier tube, and the ribbed shell practically does not experience mechanical stresses, and the mechanical characteristics of its material are not determining. Outside, the ribbed shell flows around with a transverse stream of air (gas) of atmospheric pressure or close to it. Due to the imperfection of the mechanical contact of the inner surface of the ribbed shell and the outer surface of the supporting pipe (the presence of micro- and macro-roughness, waviness of the mating surfaces, oxide film, etc.) during the transfer of heat flux Q, W, a temperature drop Δt k , K appears in the contact zone The perfection of the mechanical connection is estimated by the value of thermal contact resistance (TCS) R k , m 2 · K / W, calculated by the formula [5]
Rк=Δtк/qк,R k = Δt k / q k
где qк=Q/Fк - плотность теплового потока в контактной зоне БРТ, Вт/м2;where q k = Q / F k is the heat flux density in the contact zone of the BRT, W / m 2 ;
Fк - номинальная площадь контактирующих поверхностей, м2.F to - the nominal area of the contacting surfaces, m 2 .
При металлургической связи контактирующих поверхностей ТКС отсутствует.When metallurgical connection of the contacting surfaces of the TCS is absent.
Наличие ТКС является основным недостатком БРТ в сравнении монометаллической ребристой трубой [7]. При ненадежном контакте с поверхностью несущей трубы эффективность оребрения значительно снижается из-за уменьшения коэффициента теплопередачи БРТ. Величина ТКС может быть очень значительной в сравнении с остальными термическими сопротивлениями БРТ и выполнять роль "запирающего" термического сопротивления при передаче теплового потока, и свести до минимума интенсификацию теплопередачи оребрениеим.The presence of TCS is the main disadvantage of BRT in comparison with a monometallic ribbed pipe [7]. In case of unreliable contact with the surface of the supporting pipe, the finning efficiency is significantly reduced due to a decrease in the BRT heat transfer coefficient. The value of TCS can be very significant in comparison with other thermal resistance of the BRT and act as a “blocking” thermal resistance when transferring heat flow, and minimize the heat transfer intensification by fins.
При конструировании теплообменников выбор типа оребрения трубы зависит от технологичности, эксплуатационной надежности и освоенности производства промышленностью. Трубы со спиральным поперечным (винтовым) оребрением, изготовленным холодной прокаткой тремя валками [8, 9], удовлетворяют отмеченным требованиям.When designing heat exchangers, the choice of the type of pipe finning depends on the manufacturability, operational reliability and assimilation of production by industry. Pipes with spiral transverse (screw) finning made by cold rolling with three rolls [8, 9] satisfy the above requirements.
Описанный в [8, 9] способ поперечно-винтовой прокатки БРТ выдавливанием в холодном состоянии спиральных ребер из стенки наружной трубы обладает существенным недостатком - не удается при прокатке обеспечить беззазорный контакт наружной поверхности внутренней несущей трубы с внутренней поверхностью наружной трубы. Контакт поверхностей имеет дискретный характер, и при теплопередаче возникает ТКС значительной величины из-за наличия в зазоре воздуха с присущей ему низкой теплопроводностью. Коэффициент теплопередачи трубы уменьшается. Для передачи теплообменником теплового потока Q=idem приходится увеличивать площадь поверхности теплообмена со всеми вытекающими негативными последствиями.The method described in [8, 9] for cross-helical rolling of BRT by cold extrusion of spiral ribs from the wall of the outer pipe has a significant drawback - it is not possible to provide clearance-free contact between the outer surface of the inner supporting pipe and the inner surface of the outer pipe during rolling. The contact of the surfaces has a discrete character, and during heat transfer there is a significant TCS due to the presence of air with an inherent low thermal conductivity in the gap. The heat transfer coefficient of the pipe is reduced. To transfer the heat flux Q = idem to the heat exchanger, it is necessary to increase the heat exchange surface area with all the ensuing negative consequences.
Известен способ [10] производства БРТ, согласно которому осуществляют прокатку в холодном состоянии трубной заготовки, состоящей из внутренней несущей и наружной труб, тремя валками, набранными из дисков переменного профиля. Для этого способа характерны следующие недостатки. Не удается добиться беззазорного контакта наружной и внутренней труб, средняя толщина зазора может достигать значений 0,1÷0,2 мм. При экономически целесообразной скорости прокатки трубы 4÷5 м/мин и более под ребрами на внутренней поверхности ребристой оболочки возникает утяжка металла с образованием кольцевых воздушных полостей. При таких скоростях прокатки наряду с пластическим выдавливанием (истечением) металла в формируемые ребра возникает осевое перемещение наружной трубы. Величина осевого перемещения наружной трубы (вытяжки) составляет 12÷16% от длины несущей трубы и зависит от геометрических параметров спирального ребра. Осевое перемещение увеличивает металлоемкость исходной наружной трубы, так как в этом случае необходимо назначать большую толщину стенки этой трубы, чтобы ее материалоемкость оказалась достаточной для изготовления ребер необходимых параметров.A known method [10] for the production of BRT, according to which cold rolling is carried out of a pipe billet consisting of an internal carrier and an external pipe, with three rolls recruited from disks of variable profile. The following disadvantages are characteristic of this method. It is not possible to achieve a gapless contact between the outer and inner pipes; the average gap thickness can reach 0.1 ÷ 0.2 mm. At an economically feasible speed of rolling the
Известен способ [5] прокатки в холодном состоянии трубной заготовки тремя валками для производства БРТ, в котором устранено отрицательное явление в виде утяжки металла. Для этого технология прокатки БРТ предусматривает дополнительное обжатие металла между ребрами специальными обжимными дисками, установленными на одной оси с основными профилеобразующими дисками. Обжимные диски осуществляют дополнительное обжатие ребристой оболочки и ребер в заключительной стадии деформации после окончательного формирования профиля и размеров ребер основными дисками. Диаметр обжимных дисков на 0,15÷0,5 мм больше диаметра последнего основного диска. В итоге ликвидируются воздушные кольцевые полости и уменьшается толщина воздушного зазора, возрастает контактное давление сопрягаемых поверхностей. Наши исследования установили снижение ТКС в 1,7÷2 раза и, как следствие, рост коэффициента теплопередачи БРТ на 7÷11% для коэффициента оребрения φ=15,2.There is a known method [5] of cold rolling of a tube stock by three rolls for the production of BRT, in which the negative phenomenon in the form of a metal tensile is eliminated. For this, the BRT rolling technology provides for additional metal compression between the ribs with special crimping disks mounted on the same axis as the main profile-forming disks. Crimp disks carry out additional compression of the ribbed shell and ribs in the final stage of deformation after the final formation of the profile and size of the ribs of the main disks. The diameter of the crimping discs is 0.15 ÷ 0.5 mm larger than the diameter of the last main disc. As a result, the air annular cavities are eliminated and the thickness of the air gap decreases, and the contact pressure of the mating surfaces increases. Our studies established a decrease in TCS by 1.7 ÷ 2 times and, as a result, an increase in the BRT heat transfer coefficient by 7 ÷ 11% for the finning coefficient φ = 15.2.
Недостатками способа являются необходимость останова линии по прокатке БРТ для замены обжимных дисков по причине их быстрого износа, снижение производительности труда, увеличение себестоимости изготовления БРТ. Также не устранена осевая вытяжка наружной трубы.The disadvantages of the method are the need to stop the line for rolling the BRT to replace the crimp discs due to their rapid wear, reduced labor productivity, increased cost of manufacturing the BRT. Also not eliminated axial exhaust of the outer pipe.
Известен способ [11] производства БРТ, по которому осуществляют прокатку трубной заготовки, состоящей из внутренней несущей и наружной труб, тремя валками, набранными из дисков переменного профиля, образующих калибры. Для снижения величины осевого перемещения наружной трубы и увеличения тепловой эффективности БРТ перед прокаткой на наружную поверхность внутренней несущей трубы наносят винтовую спиральную канавку глубиной 1/3÷1/5 толщины стенки несущей трубы и шагом 2/3÷3/2 шага оребрения. Канавка имеет прямоугольное поперечное сечение. Для труб АВО, основного потребителя БРТ, глубина канавки составляет 0,3÷0,5 мм. Тепловые и металлографические исследования изготовленных по этому способу БРТ, выполненные нами [5], выявили незаполняемость металлом наружной трубы канавки по углам у ее основания глубиной, большей 0,5 мм, остаются воздушные полости, что снижает потенциальную возможность этого способа для интенсификации теплопередачи. Накатывание таких канавок требует очень больших усилий на валки, скорость накатывания канавки значительно уступает скорости прокатки трубной заготовки, из-за этого не удается создать единое поточное производство БРТ. Осевая вытяжка наружной трубы фактически уменьшилась, но полностью не устранена, так как направление винтовой канавки совпадает с направлением поперечно-винтовой прокатки БРТ. Этот способ [11] является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и принят нами за прототип.A known method [11] for the production of BRT, in which the rolling of a tube stock consisting of an internal supporting and an outer tube is carried out by three rolls drawn from variable disks forming gauges. To reduce the axial displacement of the outer pipe and increase the thermal efficiency of the BRT before rolling, a spiral
Задача изобретения - интенсификация теплопередачи в биметаллической ребристой трубе (БРТ) со спиральными поперечными ребрами, уменьшение величины осевого перемещения наружной трубы в трубной заготовке, снижение металлоемкости БРТ, расширение температурного диапазона ее применимости, повышение эксплуатационной надежности БРТ.The objective of the invention is the intensification of heat transfer in a bimetallic ribbed pipe (BRT) with spiral transverse ribs, reducing the axial displacement of the outer pipe in the pipe billet, reducing the BRT metal consumption, expanding the temperature range of its applicability, increasing the operational reliability of BRT.
Задача достигается тем, что предлагаемый способ производства теплообменной биметаллической ребристой трубы, включающий сборку трубной заготовки, состоящей из внутренней несущей и наружной труб, и ее прокатку до формирования спиральных поперечных ребер выдавливанием металла наружной трубы тремя валками, набранными из дисков переменного профиля, отличается тем, что перед сборкой трубной заготовки на наружной поверхности внутренней несущей трубы по всей ее длине наносят непрерывные косые выступы с образованием V-образного рельефа шевронного типа, причем при формировании ребер заданных геометрических параметров валками создают такое давление, что впадины между выступами V-образного рельефа полностью заполняются металлом наружной трубы.The objective is achieved in that the proposed method for the production of a heat-exchange bimetallic ribbed pipe, including assembling a pipe billet consisting of an internal supporting and an external pipe, and rolling it to form spiral transverse ribs by extruding the metal of the outer pipe with three rolls drawn from variable-profile disks, differs in that before assembling the tubular billet, continuous oblique protrusions are applied along the entire length of the inner surface of the inner supporting pipe to form a V-shaped chevron relief permanent type, wherein when forming predetermined edges geometrical parameters rolls create such a pressure that the depressions between the projections V-shaped relief completely filled metal outer pipe.
Принципиальный отличительный признак изобретения от прототипа заключается в нанесении перед прокаткой на наружной поверхности несущей трубы непрерывных рядов косых (угловых) выступов, которые образуют V-образный рельеф [12] шевронного типа с углом β при вершине рельефа, образованного сходящимися косыми выступами отдельного шеврона. Конструктивно V-образный рельеф представляет так называемую предельную шероховатость в виде чередующихся рифлений выступ-впадина (бороздка) на поверхности несущей трубы, и наносят его механическим способом, например обкаткой вращающейся несущей трубы в цилиндрических роликах. На поверхности роликов выполнен тем или иным способом V-образный рельеф требуемых геометрических параметров.The principal distinguishing feature of the invention from the prototype is the application of continuous rows of oblique (angular) protrusions, which form a V-shaped chevron-shaped relief [12] with an angle β at the top of the relief formed by converging oblique protrusions of a separate chevron, before rolling on the outer surface of the carrier pipe. Structurally, the V-shaped relief represents the so-called ultimate roughness in the form of alternating corrugations of a protrusion-depression (groove) on the surface of the carrier pipe, and they are applied mechanically, for example, by rolling in a rotating carrier pipe in cylindrical rollers. On the surface of the rollers made in one way or another V-shaped relief of the required geometric parameters.
Собственными исследованиями авторов установлено, что независимо от толщины стенки несущей трубы шаг рельефных выступов назначают равным sp=0,6÷2 мм, их высоту hp=0,15÷4 мм. Теплотехнически целесообразно развивать площадь механического контакта соприкасающихся поверхностей увеличением глубины бороздок при уменьшении их числа по окружности несущей трубы. Толщина у основания выступов выбирается приблизительно равной высоте, но она не имеет принципиального значения для реализации технологического процесса и интенсификации теплопередачи. При этой геометрии V-образного рельефа происходит гарантированное заполнение металлом наружной трубы впадин (бороздок), а скорость их нанесения не меньше скорости прокатки трубной заготовки. Величину угла β назначают в интервале 30÷120°. Ширину b левой или правой дорожки V-образного шеврона, т.е. ширину основания косого выступа, целесообразно принимать равной шагу s спирального ребра (b=s).Own research by the authors found that regardless of the wall thickness of the supporting pipe, the pitch of the raised protrusions is set equal to s p = 0.6 ÷ 2 mm, their height h p = 0.15 ÷ 4 mm. It is thermotechnically feasible to develop the area of mechanical contact of the contacting surfaces by increasing the depth of the grooves while decreasing their number around the circumference of the supporting pipe. The thickness at the base of the protrusions is chosen approximately equal to the height, but it is not of fundamental importance for the implementation of the process and the intensification of heat transfer. With this geometry of the V-shaped relief, guaranteed filling of the outer pipe of the hollows (grooves) with metal, and the speed of their application is not less than the rolling speed of the tube billet. The angle β is assigned in the range of 30 ÷ 120 °. Width b of the left or right track of the V-shaped chevron, i.e. the width of the base of the oblique protrusion, it is advisable to take equal to the step s of the spiral ribs (b = s).
Нанесение V-образного рельефа позволяет увеличить площадь поверхности контактирующих поверхностей в 1,5÷2,6 раза, при этом уменьшается температурный перепад Δtк на контакте БРТ и снижается величина ТКС трубы при прочих неизменных значениях отдельных термических сопротивлений. В итоге интенсифицируется теплопередача, рост коэффициента теплопередачи достигает 10÷14%. Интенсификация теплопередачи совершенствованием механического контакта в БРТ является энергетически выгодным технологическим процессом, так как не требует дополнительных затрат мощности на перемещение газового теплоносителя по оребренной стороне.Applying a V-shaped relief allows you to increase the surface area of the contacting surfaces in 1.5 ÷ 2.6 times, while the temperature drop Δt k at the BRT contact is reduced and the value of the TCS of the pipe is reduced with other constant values of the individual thermal resistances. As a result, heat transfer is intensified, the growth of heat transfer coefficient reaches 10 ÷ 14%. The intensification of heat transfer by improving the mechanical contact in the BRT is an energy-efficient technological process, since it does not require additional power costs for moving the gas coolant along the ribbed side.
При прокатке трубной заготовки в валках в случае наличия V-образного рельефа из косых (угловых) выступов на левой и правой дорожках его возникающие осевые усилия приблизительно одинаковой величины имеют противоположное направление, а значит, наружная труба не подвергается значительному результирующему осевому усилию. Поэтому осевое перемещение (вытяжка) наружной трубы в заготовке заметно становится меньшим и не превышает 3÷5%. Наблюдается доминирующее радиальное истечение металла стенки наружной трубы в формируемые ребра, что позволяет снизить исходную толщину стенки наружной трубы, а значит, и металлоемкость трубы со спиральными ребрами.When rolling a tube stock in rolls in the case of a V-shaped relief of oblique (angular) protrusions on the left and right tracks, its resulting axial forces of approximately the same magnitude have the opposite direction, which means that the outer pipe does not undergo a significant resulting axial force. Therefore, the axial movement (exhaust) of the outer pipe in the workpiece noticeably becomes smaller and does not exceed 3 ÷ 5%. A dominant radial outflow of the metal of the wall of the outer pipe into the formed ribs is observed, which allows one to reduce the initial wall thickness of the outer pipe, and hence the metal consumption of the pipe with spiral ribs.
Увеличенная площадь сопряжения поверхностей в контактной зоне обусловливает большую величину силы сцепления их между собой и тем самым обеспечивает безотслаиваемость (безотрывность) этих поверхностей относительно одна от другой при подаче внутрь БРТ охлаждаемой среды с температурой 310÷320°С.The increased surface mating surface in the contact zone determines a large amount of adhesion force between them and thereby ensures the peelability (separability) of these surfaces relative to one another when a cooled medium is supplied inside the BRT with a temperature of 310 ÷ 320 ° C.
Повышенная сила механического сцепления ребристой оболочки с несущей трубой нивелирует отрицательное влияние многократных знакопеременных тепловых циклов "нагрев-охлаждение", возникающих при эксплуатации теплообменника, а значит, возрастает эксплуатационная надежность теплообменника из таких БРТ.The increased mechanical adhesion of the ribbed shell to the carrier pipe eliminates the negative influence of multiple alternating heat-cooling cycles that occur during operation of the heat exchanger, which means that the operational reliability of the heat exchanger from such BRTs increases.
Наши опыты указывают на возросшее контактное давление БРТ по сравнению с БРТ, изготовленными по прототипу. Это препятствует отрыву металла под ребром от несущей трубы, возникновению воздушных пустот, что дополнительно увеличивает их энергетическую эффективность и способствует росту производительности линий по изготовлению БРТ.Our experiments indicate an increased contact pressure of the BRT compared with the BRT made according to the prototype. This prevents the separation of metal under the rib from the carrier pipe, the emergence of air voids, which further increases their energy efficiency and contributes to the growth of productivity of lines for the production of BRT.
Таким образом, в заявляемом способе производства теплообменной БРТ полностью решены сформированные задачи.Thus, in the inventive method for the production of heat-exchange BRT, the formed tasks are completely solved.
На фиг.1 изображена внутренняя несущая труба 1 длиной l и наружным диаметром d, а также V-образные рельефные выступы 2; на фиг.2 - то же, поперечный разрез по А-А фиг.1; на фиг.3 - узел I на фиг.2, на котором d1 - внутренний диаметр несущей трубы; hp, sp - соответственно высота (глубина) и шаг рельефных выступов; на фиг.4 показана трубная заготовка длиной 1н наружной трубы 3, наружным диаметром ее dн и толщиной стенки δн; на фиг.5 - то же, поперечный разрез по Б-Б фиг.4; на фиг.6 даны варианты профиля (поперечного сечения) рельефных выступов; на фиг.7 показан поперечный разрез БРТ со спиральными поперечными ребрами 4 наружного диаметра D, высотой h и диаметром по основанию d0=D-2h; на фиг.8 показан внешний вид БРТ с шагом ребра s и его средней толщиной Δ. Длина 1н наружной трубы 3 выбирается меньшей на величину ее осевой вытяжки по сравнению с длиной l внутренней несущей трубы 1, так как 1н<l. Внутренний диаметр наружной трубы, равный (dн-2δн), всегда несколько больше (приблизительно на 1,4÷1,6 мм) наружного диаметра d внутренней несущей трубы.Figure 1 shows the inner supporting
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
На наружную поверхность внутренней несущей трубы 1 наносят по всей ее длине непрерывные косые (угловые) выступы V-образного рельефа 2 шевронного типа. Затем наружную трубу 3 надевают свободно с небольшим зазором на внутреннюю несущую трубу 1 и образованную трубную заготовку направляют в три валка, и осуществляют холодную прокатку биметаллической заготовки до формирования спиральных ребер 4 заданных геометрических параметров выдавливанием металла наружной трубы валками и полным заполнением металлом этой трубы впадин (бороздок) между выступами V-образного рельефа. Требуемое давление на эти операции создается валками, набранными из дисков переменного профиля [5]. Валки расположены по окружности с угловым расстоянием между ними 120°, а оси их наклонены к оси прокатки трубной заготовки под углом 0…6°, называемым углом подачи. Свободный зазор между трубами в трубной заготовке выбирается в процессе осуществления прокатки.On the outer surface of the inner supporting
Предлагаемый способ создает плотный механический контакт внутренней несущей трубы и ребристой оболочки с увеличенной площадью контактирования, что сопровождается значительным снижением ТКС, интенсифицирует теплопередачу трубы и, как следствие, уменьшает площадь поверхности теплообмена, габариты и массу теплообменника при передаче одинакового теплового потока Q=idem в сравнении с прототипом. Заполнение металлом наружной трубы впадин между выступами V-образного рельефа ликвидирует возникновение осевого усилия при прокатке, действующего на наружную трубу, осевое перемещение трубы минимизируется, а поперечные диски валков испытывают меньшие напряжения, что повышает надежность работы накатного инструмента. Также интенсифицируется радиальное истечение металла в выдавливаемые ребра, расширяется температурный диапазон применяемости таких БРТ до температуры 320°С по охлаждаемой среде внутри трубы без снижения эксплуатационной надежности теплообменника, уменьшается материалоемкость вследствие применения меньшей толщины δн стенки наружной трубы для изготовления одинаковых с прототипом геометрических параметров ребер.The proposed method creates a tight mechanical contact of the inner supporting pipe and the ribbed shell with an increased contact area, which is accompanied by a significant reduction in the TCS, intensifies the heat transfer of the pipe and, as a result, reduces the heat transfer surface area, dimensions and mass of the heat exchanger when transmitting the same heat flux Q = idem in comparison with the prototype. The metal filling of the outer tube of the cavities between the protrusions of the V-shaped relief eliminates the occurrence of axial force during rolling acting on the outer pipe, the axial movement of the pipe is minimized, and the transverse roll disks experience lower stresses, which increases the reliability of the rolling tool. The radial outflow of metal into the extruded ribs is also intensified, the temperature range of applicability of such BRTs is expanded to a temperature of 320 ° C along the cooled medium inside the pipe without reducing the operational reliability of the heat exchanger, the material consumption is reduced due to the use of a smaller thickness δ n of the outer pipe wall to produce the ribs of the same geometric parameters .
Пример.Example.
Исходная трубная заготовка - наружная алюминиевая труба диаметром dн=37 мм, толщиной стенки δн=5,3 мм, длиной 1н=3,85 м и внутренняя несущая труба диаметром d=25 мм с нанесенными на ее наружной поверхности V-образными рельефами шевронного типа глубиной (высотой) выступа hp=0,35 мм, шагом sp=1,8 мм, углом β=60°, шириной дорожки рельефа (основания косого выступа) b=2,5 мм. Внутренний диаметр несущей трубы d1=20 мм, ее длина l=4 м.The initial tube billet is an external aluminum pipe with a diameter of d n = 37 mm, a wall thickness of δ n = 5.3 mm, a length of 1 n = 3.85 m, and an internal supporting pipe with a diameter of d = 25 mm with V-shaped on its outer surface chevron-type reliefs with a depth (height) of the protrusion h p = 0.35 mm, a pitch of s p = 1.8 mm, an angle β = 60 °, a track width of the relief (base of the oblique protrusion) b = 2.5 mm. The inner diameter of the carrier pipe d 1 = 20 mm, its length l = 4 m.
При прокатке исходной биметаллической трубной заготовки тремя валками, набранными из поперечных дисков переменного профиля, получена теплообменная биметаллическая ребристая труба со спиральными поперечными ребрами наружным диаметром ребра D=57 мм, диаметром по основанию ребер do=26,4 мм, высотой, шагом и средней толщиной ребра соответственно h=15,2 мм, s=2,5 мм, Δ=0,55 мм. Коэффициент оребрения трубы φ=20,4, а ее длина 1=4 м. Теплообменная БРТ с этой геометрией оребрения является основным типом в теплообменных секциях АВО, наиболее крупного потребителя биметаллических труб.When rolling the initial bimetallic tube billet with three rolls drawn from transverse disks of variable profile, a heat-exchange bimetallic finned tube with spiral transverse ribs with an outer diameter of the rib D = 57 mm, a diameter at the base of the ribs d o = 26.4 mm, height, pitch and average rib thickness, respectively, h = 15.2 mm, s = 2.5 mm, Δ = 0.55 mm. The coefficient of finning of the pipe is φ = 20.4, and its length is 1 = 4 m. The heat-exchanging BRT with this finning geometry is the main type in the heat-exchanging sections of ABO, the largest consumer of bimetal pipes.
Способ может быть использован заводами химического и энергетического машиностроения для изготовления биметаллических ребристых труб со спиральными ребрами, применяемых в АВО топливно-энергетического комплекса страны, в воздухо- и газоохладителях турбогенераторов, в маслоохладителях электротрансформаторов, калориферах, в теплообменниках атомной энергетики.The method can be used by chemical and power engineering plants for the manufacture of bimetallic ribbed tubes with spiral ribs used in the air-fuel complex of the country's fuel and energy complex, in air and gas coolers of turbogenerators, in oil coolers of electric transformers, air heaters, in nuclear power heat exchangers.
Источники информацииInformation sources
1. Левченко Г.И., Лисейкин И.Д., Копелиович А.М. и др. Оребренные поверхности нагрева паровых котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С.24-35.1. Levchenko G.I., Liseikin I.D., Kopeliovich A.M. et al. Finned heating surfaces of steam boilers. - M .: Energoatomizdat, 1986. - P.24-35.
2. Данилова Г.Н., Богданов С.Н., Иванов О.П. и др. Теплообменные аппараты холодильных установок. - Л.: Машиностроение, 1986. - С.120-124, 180-184.2. Danilova G.N., Bogdanov S.N., Ivanov O.P. and others. Heat exchangers of refrigeration units. - L .: Mechanical engineering, 1986. - S.120-124, 180-184.
3. Фраас А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников. - М.: Атомиздат, 1971. - С.13-14, 29-33.3. Fraas A., Otsisik M. Calculation and design of heat exchangers. - M .: Atomizdat, 1971. - S.13-14, 29-33.
4. Андреев П.А., Гремилов Д.И., Федорович Е.Д. Теплообменные аппараты ядерных энергетических установок. - Л.: Судостроение, 1969. - С.41-43, 94-99.4. Andreev P.A., Gremilov D.I., Fedorovich E.D. Heat exchangers of nuclear power plants. - L .: Shipbuilding, 1969. - P. 41-43, 94-99.
5. Бессонный А.Н., Дрейцер Г.А., Кунтыш В.Б. и др. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: Справочник / Под общ. ред. В.Б.Кунтыша и А.Н.Бессоного. - СПб.: Недра, 1996. - С.28-89, 89-101, 254-272.5. Sleepless A. N., Dreitser G. A., Kuntysh V. B. et al. Fundamentals of calculation and design of air-cooled heat exchangers: Reference book / Ed. ed. V. B. Kuntysh and A. N. Bessonogo. - St. Petersburg: Nedra, 1996. - S.28-89, 89-101, 254-272.
6. Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В.М. Справочник по теплообменным аппаратам. - М.: Машиностроение, 1989. - С.62-66.6. Bazhan P.I., Kanevets G.E., Seliverstov V.M. Handbook of heat exchangers. - M .: Mechanical Engineering, 1989. - P.62-66.
7. А.С. СССР 1838746, МПК F28F 1/26,1993.7. A.S. USSR 1838746,
8. Барбарич М.В., Кирпичников В.П. Новые методы поперечной и поперечно-винтовой прокатки металлов. - М.: ВИНТИ АН СССР, 1957, - 80 с.8. Barbarich M.V., Kirpichnikov V.P. New methods of transverse and transverse helical rolling of metals. - M.: VINTI AN USSR, 1957, - 80 p.
9. Васильчиков М.В., Волков М.М. Поперечно-винтовая прокатка изделий с винтовой поверхностью. - М.: Машиностроение, 1968, - 140 с.9. Vasilchikov M.V., Volkov M.M. Cross-helical rolling of products with a helical surface. - M.: Mechanical Engineering, 1968, - 140 p.
10. А.с. СССР 56645, МПК В21С 37/20, 1978.10. A.S. USSR 56645, IPC B21C 37/20, 1978.
11. А.с. СССР 1016003, МПК В21Н 3/12, В21С 37/26, 1983 (прототип).11. A.S. USSR 1016003,
12. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - С.563.12. Polytechnical dictionary. - M .: Soviet Encyclopedia, 1977. - P.563.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010145911/02A RU2450880C1 (en) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Method of fabricating heat exchange bimetallic ribbed tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010145911/02A RU2450880C1 (en) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Method of fabricating heat exchange bimetallic ribbed tube |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2450880C1 true RU2450880C1 (en) | 2012-05-20 |
Family
ID=46230673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010145911/02A RU2450880C1 (en) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Method of fabricating heat exchange bimetallic ribbed tube |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2450880C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579708C2 (en) * | 2014-08-26 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов им. М.Н.Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Method of producing composite material from titanium or alloy thereof |
| RU2725307C1 (en) * | 2019-10-11 | 2020-06-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) | Multi-form composite bimetallic pipeline |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU500969A1 (en) * | 1974-07-09 | 1976-01-30 | Коломенский тепловозостроительный завод им.В.В.Куйбышева | A method of manufacturing bimetallic finned tubes |
| SU1691014A1 (en) * | 1989-07-17 | 1991-11-15 | Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им.40-летия Октября | Method of manufacture of bimetallic tubes |
| RU2238166C2 (en) * | 2002-10-17 | 2004-10-20 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method for making finned bimetallic tube of heat exchanger |
| US20060150669A1 (en) * | 2003-06-16 | 2006-07-13 | Daikin Industries, Ltd. | Method of connecting thin tube to heat transfer tube |
-
2010
- 2010-11-10 RU RU2010145911/02A patent/RU2450880C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU500969A1 (en) * | 1974-07-09 | 1976-01-30 | Коломенский тепловозостроительный завод им.В.В.Куйбышева | A method of manufacturing bimetallic finned tubes |
| SU1691014A1 (en) * | 1989-07-17 | 1991-11-15 | Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им.40-летия Октября | Method of manufacture of bimetallic tubes |
| RU2238166C2 (en) * | 2002-10-17 | 2004-10-20 | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Method for making finned bimetallic tube of heat exchanger |
| US20060150669A1 (en) * | 2003-06-16 | 2006-07-13 | Daikin Industries, Ltd. | Method of connecting thin tube to heat transfer tube |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579708C2 (en) * | 2014-08-26 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов им. М.Н.Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Method of producing composite material from titanium or alloy thereof |
| RU2725307C1 (en) * | 2019-10-11 | 2020-06-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) | Multi-form composite bimetallic pipeline |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6164370A (en) | Enhanced heat exchange tube | |
| US3481394A (en) | Configuration of heat transfer tubing for vapor condensation on its outer surface | |
| US5690167A (en) | Inner ribbed tube of hard metal and method | |
| EP2917675B1 (en) | Evaporation heat transfer tube | |
| US4305460A (en) | Heat transfer tube | |
| EP1502067B1 (en) | Heat transfer tubes, including methods of fabrication and use thereof | |
| CN101182977A (en) | Internal cross spiral external three-dimensional diamond rib double-sided enhanced heat transfer tube | |
| CN102059530A (en) | High-efficiency heat exchange coil manufacturing method and production line | |
| EP2917674B1 (en) | Evaporation heat transfer tube with a hollow cavity | |
| US5377746A (en) | Texturized fin | |
| CN107782192A (en) | A kind of dual-purpose ladder palace lattice internal and external finned tubes of evaporative condenser | |
| CN201145509Y (en) | Internal cross spiral external three-dimensional diamond rib double-sided enhanced heat transfer tube | |
| RU2450880C1 (en) | Method of fabricating heat exchange bimetallic ribbed tube | |
| CN202614060U (en) | Condenser pipe with pyramidal fins | |
| US20120160457A1 (en) | Compound heat pipe, method of manufacturing the same, heat exchanger and heat exchanger system using the same | |
| CN201892462U (en) | High-efficiency heat exchange coil production line | |
| Huang et al. | Manufacturing and single-phase thermal performance of an arc-shaped inner finned tube for heat exchanger | |
| CN102654372B (en) | Pyramid-shaped finned condensing tube | |
| CN112082418A (en) | Evaporation tube for shell-and-tube heat exchanger and manufacturing method thereof | |
| CN107774849A (en) | A kind of forming tool and manufacturing process of evaporative condenser two-purpose ladder palace lattice finned tube | |
| JP2006507470A (en) | Polyhedral array heat transfer tube | |
| CN2662187Y (en) | An externally intensified heat transferring composite tube | |
| CN1570537A (en) | A welded steel pipe with ribs and its manufacturing method | |
| CN101344365A (en) | Cold rolling pipe type heat exchange element | |
| CN207402045U (en) | A kind of forming tool of evaporative condenser two-purpose ladder palace lattice finned tube |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131111 |