ОРЕБРЕННАЯ ТОНКОЛИСТОВАЯ ПАНЕЛЬ, НАПРИМЕР, ДЛЯ ТЕПЛООБМЕННОЙ АППАРАТУРЫ

Настоящее изобретение относится к теплоэнергетике, и может быть использовано как элемент теплообменника в энергетической, химической и нефтеперерабатывающей промьппленности, а также как элемент прочности - в судостроительной, авиационной, космической, упаковочной и в строительной промыпшенности. Известно устройство, монолитная оребренная листовая панель, которая изготавливается ю цельной металлической заготовки, например, каким-либо механическим способом 1, а также химическим 2 или лазерным 3 фрезерованием. Указанное устройство обладает развитой поверхностью теплообмена и высокой прочностью. Монолитные оребренные панели вьшолняются с ребрами различной геометрии. Недостатком указанного устройства является высокая трудрвлцсость и высокая стоимость его изготовления, а также больщое количество дорогостоящих отходов, например, таких как титан, медь, тантал. Прототипом настоящего изобретения является оребренная тонколистовая панель из алюминиевых сплавов, которая изготавливается с помощью лазерной приварки ребер к поверхности листа 4. .. ...  . .
Изготовление устройства по прототипу является безотходным. Устройство по прототипу представляет собой высокоразвитую поверхность теплообмена за счет возможности приварки ребер большей высоты и меньшей толщины, чем в монолитных оребренных панелях. Ребра располагаются на поверхности листа рядами как продольно, так и под заданным углом. Недостаток устройства по прототипу заключается в нижеследующих особенностях взаимодействия лазерного излучения с материалом, которые существенно ограничивают применение лазерной сварки при изготовлении тонколистовых оребренных панелей, особенно, с тонкими ребрами большой высоты. Во-первых, лазерная сварка требует наличия зазора между свариваемыми поверхностями для проникновения излучения в зону сварки, в связи с чем возникает необходимость дополнительного фрезерования соответствуюпщх кромок ребер. Вовторых, существует техническая сложность подвода и фокусировки лазерного пучка при относительно большом соотношении высоты ребра и
расстояния между соседними ребрами. В-третьих, любая нестабильность параметров процесса лазерной сварки, например, связанная с переотражением лазерного излучения, приводит к нелинейностям поглощения лазерного излучения в зоне . Это, в свою очередь, приводит к снижению качества сварки либо за счет неполного проплавления сварного шва, либо за счет выгорания материала листа или материала ребра, так как лазерный нагрев является высокоинтенсивным
поверхностным нагревом, при котором тепло передается вглубь материала только путем теплопроводности от его поверхности. В-четвертых, лазерная сварка требует предв)ительной обработки свариваемых поверхностей, так как дефекты в виде, например, пор, окисных включений и загрязнений не позволяют получить качественный сварной шов на всем его протяжении. Это объясняется тем, что тешюфизические свойства включений отличаются от тешюфизических свойств материалов панели, что приводит к нелинейностям в поглощении излучения в зоне лазерной сварки. Указанные особенности лазерной сварки тонколистовых оребренных панелей не позволяют получить металлургически целостного соединения материалов ребер и листа. Таким образом, основным недостатком устройства по прототипу следует считать его недостаточно высокое качество при повьппенной сложности и трудоемкости изготовления, что определяет его достаточно высокую стоимость.
В связи с указанными техническими и технологическими недостатками устройства по прототипу существует задача создания устройства, имеющего более высокие эксплуатационные характеристики при снижении стоимости устройства и повышении качества устройства.
Поставленная задача рещается авторами следующим образом.
собой тонкий лист с приваренными к его поверхности ребрами, которые расположены на поверхности листа продольно или под заданным углом, приварка ребер к поверхности листа выполнена с помопфью высокочастотной сварки, при этом отношение высоты ребра к его толпцше выполнено в диапазоне от 1,5 до 60,0.
В некоторых случаях оребренная тонколистовая панель может быть выполнена с заданным радиусом кривизны.
В некоторых случаях оребренная тонколистовая панель может быть выполнена в виде замкнутой обечайки.
В некоторых случаях оребренная тонколистовая панель может быть выполнена в виде скрученной спирали
При этом в некоторых случаях лист и ребра оребренной тонколистовой панели могут быть выполнены из разных материалов.
При этом в некоторых случаях хотя бы одно ребро оребренной тонколистовой панели может быть выполнено из материала, отличного от материалов других ребер панели.
При этом в некоторых случаях расстояния между соседними ребрами оребренной тонколистовой панели могут быть вьшо.1шены разной величины.
При этом в некоторых случаях лист оребренной тонколистовой панели или его часть могут быть выполнены перфорированными.
При этом в некоторых  хотя бы одно ребро оребренной тонколистовой панели или его часть могут быть выполнены перфорированными.
При этом в некоторых случаях хотя бы одно ребро оребренной тонколистовой панели может быть вьшолнено с одним или несколькими надрезами.
При этом в некоторых случаях хотя бы одно ребро оребренной тонколистовой панели может быть вьшолнено с гофрированной внешней кромкой.
При этом в некоторых случаях хотя бы одно ребро оребренной тонколистовой панели может быть вьшолнено с наклоном, отличным от наклона остальных ребер панели.
При этом в некоторых случаях хотя бы одно ребро оребренной тонколистовой панели может быть вьшолнено с наклоном, переменным по длине ребра.
При этом в некоторых случаях хотя бы одно ребро оребренной тонколистовой панели может быть выполнено с толщиной, отличной от толщины остальных ребер панели.
Технический результат от применения предлагаемого устройства состоит в улучшении его эксплуатационных характеристик устройства и в расширении возможности его применения за счет улучшения качества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.
.
Указанный результат достигается изготовлением оребренной тонколистовой панели с помощью способа высокочастотной сварки профилей типа поверхность - ребро 5, который позволяет получать более качественное оребрение тонколистовых панелей, в частности, протяженных, чем в устройстве по прототипу за счет того, что сварочный шов предлагаемого устройства представляет собой металлургически целостное соединение материала листа и материала ребра. Это объясняется тем, что высокочастотный нагрев зоны сварки является менее поверхностным, чем лазерный, так как высокочастотный нагрев происходит за счет тепла, выделяющегося на заданной глубине свариваемых листа и ребра панели, которая зависит от частоты сварочного тока и от вида материалов листа и ребра панели. Кроме того, высокочастотная сварка обеспечивает хорошее качество сварного шва без предварительной очистки свариваемых поверхностей, как это имеет место у прототипа. Это происходит потому, что при образовании расплава за счет материалов листа и ребра, загрязнения, имеющиеся в зоне сварки, выносятся из зоны сварочного шва электромагнитным полем. Выбор оптимальных параметров высокочастотной , например, величины сварочного давления и скорости нагрева материалов панели до сварочных температур обеспечивают мелкозернистость и пластичность сварного шва, что позволяет получить более высокое качество сварного шва, чем в устройстве по прототипу. Использование высокочастотной сварки
позволяет вьшолнить панель с ребрами малой толщины, например, менее 3 мм, а также существенно увеличить высоту ребра по сравнению с прототипом.
Указанный результат достигается в некоторых случаях выполнением панели с заданным радиусом кривизны, а также в виде замкн)пгой обечайки или скрученной спирали, что распшряет возможность применения предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.
Указанный результат достигается в некоторых случаях при выполнении в предлагаемом устройстве листа и ребер из различных материалов. При этом хотя бы одно из ребер может быть вьшолнено из материала, отличающегося от материала остальных ребер панели. Указанная констрзпщия устройства позволяет оптимизировать процессы теплообмена в соответствии со свойствами теплоносителя и снизить стоимость предлагаемого устройства по сравнению с прототипом за счет использования более дещевых материалов.
Указанный результат достигается в некоторых  при выполнении панели с разными по величине расстояниями между соседними ребрами, при перфорации листа или его части, при перфорации ребра или его части, при вьшолнении заданного количества надрезов на одном или нескольких ребрах, при вьшолнении панели с разнонаююнными ребрами, в частности, с переменным углом наклона
ребра по его длине, при выполнении ребер разной толщины. При этом существует возможность выбора оптимальной констрз сции панели для осуществления наиболее эффективного заданного теплообмена, в частности, без увеличения величины аэродинамического сопротивления предлагаемого устройства, что распшряет возможности его применения в теплообменной аппаратуре по сравнению с прототипом.
Основным преимуществом предлагаемого устройства является более низкая стоимость, чем стоимость устройства по прототипу. Это объясняется уменьщением трудовых затрат и энергозатрат при изготовлении предлагаемого устройства, использованием более дещевых материалов, чем в устройстве по прототипу, а также отсутствием необходимости использования труда высококвалифицированных специалистов, которые необходимы при изготовлении устройства по прототипу.
Техническим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом, является повьппение прочности и поперечной жесткости тонколистовой оребренной панели за счет предлагаемых вариантов геометрии панели и за счет улз шения качества сварного шва при использовании сварки токами высокой частоты, что распшряет возможности применения предлагаемого устройства как элемента прочности.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2, на которых схематично изображена сфебренная тонколистовая панель. На фиг. 1 изображена оребренная тонколистовая панель с ребрами прямозтольного сечения и величиной отношения высоты ребра к его толщине равной приблизительно 25, при толщине ребер 3 мм и при расстоянии между соседними ребрами 3 мм. На фиг. 2 изображена оребренная тонколистовая панель с гофрированной внепшей кромкой ребра и с наклоном ребер к поверхности листа равным 87°.
Сущность предлагаемого устройства заключается в следующем.
Оребренная тонколистовая панель представляет собой сварное соединение ребер 1 с поверхностью листа 2, например, протяженного листа, токами высокой частоты 5. Ребра располагаются на поверхности листа продольно или под заданным углом, при этом поверхность листа в некоторых случаях имеет задш1ный радиус кривизны, при этом она может иметь вид замкнутой обечайки или скрученной спирали. Предлагаемая оребренная тонколистовая панель представляет собой легкую и прочную конструкщш) с высокими эксплуатационными характеристиками. Высота ребра предлагаемой панели может превышать ее толщину в 60 раз. Прн этом для повышения эффективности теплообмена в некоторых случаях выполняется перфорация листа или его части, ребра или его части. В некоторых случаях хотя бы одно ребро панели выполняется с наклоном, отличным от остальных ребер, а также с одним или несколькими
M)
надрезами, с гофрированной внешней кромкой (фиг. 2), что в любом из случаев обеспечивает более высокую интенсивность теплообмена на единицу объема предлагаемого устройства, чем в устройстве по прототипу. При использовании оребренной тонколистовой панели в теплообменной аппаратуре производится выбор материалов листа и ребер, геометрии панели и конструктивных особенностей панели в зависимости от свойств теплоносителя: скорости движения теплоносителя, его начальной и конечной температуры, и ;фугих параметров,
ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Предлагаемая оребренная тонколистовая панель была установлена на методической печи стана 800 ОАО Чусовской металлургический завод. В горизонтальном борове методической печи были установлены две одинаковые секции рекуператора с теплообменной насадкой из оребренных тонколистовых панелей. Панели были выполнены из жаропрочной стали 20Х23Н18, толщина листа составляла 2 мм, высота ребра составляла 30 мм. Ребра имели прямоугольное сечение и были наклонены к поверхности листа на угол, равный 87 градусов. Результаты работы рекуператора показали, что удельный расход металла при использовании предлагаемого устройства на 1 м нагреваемого воздуха в
2-3 раза меньше, чем при традиционно применяемых оребренных панелях.
2. Предлагаемая оребренная тонколистовая панель была установлена на одном из маломерных судов в качестве элемента палубной секции. Лист панели был выполнен длиной 3 м, шириной 1 м и толщиной 2,5 мм. Ребра прямоугольного сечения были выполнены из малоуглеродастой стали и имели одинаковую толщину 2 мм при высоте 40 мм. При эксплуатации предлагаемого устройства были отмечены его высокие эксплуатационные качества.
Испытания разнообразных конструкций оребренных тонколистовых панелей, вьшолненных с использованием предлагаемого изобретения, показали, что любая сово1опп ность существенных признаков предлагаемого устройства обеспечивает более высокие эксплуатационные качества, чем в устройстве по прототипу, при снижении веса, повышении эффективности поверхности теплообмена, повышении прочности, а также при распшрении возможностей применения предлагаемых панелей при снижении их стоимости.
Заявители - авторы: .t.iQe Петров Геннадий Иванович
.02:.
.,; /X &. 2 Злотин Владимир Бвсеевич
Злотников Илья Семенович v источники ИНФОРМАЦИИ 1.А. г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. Химия, М., 1971 г. с. 352. 2.Патент РФ № 2164856. 3.Патент РФ № 2107600. 4.И. Н. Шиганов. Лазерная сварка алюминиевых сплавов. ЛАЗЕРИНФОРМ. Информационный бюллетень Лазерной ассоциации, №1-2, (256 - 257) , 2003 г. 5.Патент РФ №2105647.