Оребренная тонколистовая панель

Область техники
Настоящая полезная модель относится к области теплоэнергетики, металлургии, машиностроения, двигателестроения, энергосберегающей техники и может быть использована в конструкциях рекуперативных теплообменников в качестве базового элемента.
Уровень техники
Для целей энергосбережения в различном оборудовании и при осуществлении различных технологических процессов широко используются рекуперативные теплообменники. В них, посредством оребрённых листовых панелей одна отработавшая среда, например, выходящий дым, отдаёт свою энергию среде, поступающей в рабочий агрегат, например, воздуху для осуществления ими процесса нагрева получаемого материала или достижения полезного результата.
Известна оребренная листовая панель, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2 279 619 (дата публикации 10.07.2006, МПК F28F 3/02, B23K 101/18, B21D 53/04). Известная панель содержит выполненное из металлического листа основание и расположенные на его наружной стороне ребра, приваренные к основанию токами высокой частоты. Основание выполнено с расположенными на его обратной стороне выступами, отношение высоты которых к толщине основания составляет от 0,8 до 2,0.
Известна плоская оребренная тонколистовая панель с листовыми ребрами, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2 567 936 (дата публикации 10.11.2015, МПК B23K 37/04, B23K 31/02, B23K 26/70, B23K 101/18) – прототип. На панели выполнены отверстия, равномерно расположенные вдоль линий сваривания, а на ребрах выполняют шипы в виде выступов, которые затем загибают. Оребренную панель получают путем лазерной приварки ребер через лист панели.
Однако при лазерной сварке лист панели может деформироваться под воздействием температуры, вследствие чего при выполнении программы сваривания на станке с числовым программным управлением лазерный луч проходит мимо выполненных в листе панели отверстий и совмещенных с ними шипов ребер. В результате повышается процент брака, снижается технологичность изделия. Кроме этого, известная панель характеризуется меньшей механической устойчивостью к тепловым циклам, подвержена деформации при температурном воздействии.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническая задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в устранении недостатков прототипа.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышении технологичности изготовления оребренной тонколистовой панели.
Также достигаются дополнительные технические результаты, заключающиеся в снижении количества брака при изготовлении и повышении механической устойчивости к деформации от тепловых циклов.
Заявленная оребренная тонколистовая панель содержит выполненное из металлического листа основание и расположенные на нем металлические ребра. В отличие от прототипа, ребра закреплены в формованных направляющих канавках, выполненных в основании панели.
В частности, ребра представлены тонколистовыми пластинами.
В частности, формованные направляющие канавки выполнены в основании панели параллельно друг другу.
В частности, формованные направляющие канавки выполнены в основании панели на равных расстояниях друг от друга.
В частности, формованные направляющие канавки выполнены U-образными в поперечном сечении.
В частности, ребра и формованные направляющие канавки характеризуются формой и размерами, позволяющими закреплять ребра в канавках основания за счет тугой посадки.
В частности, ребра закреплены в формованных направляющих канавках посредством лазерной сварки.
В частности, два противоположных края основания могут быть отбортованы по внутреннему контуру панели.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображен общий вид оребренной тонколистовой панели.
На фиг.2 более детально изображен узел соединения основания с ребром.
На фиг.3а представлена фотография образца оребренной панели, изготовленной в соответствии с прототипом. На фиг.3б представлена фотография образца заявленной оребренной тонколистовой панели.
Осуществление полезной модели
В соответствии с фиг.1, оребренная тонколистовая панель состоит из металлических основания 1 и ребер 2. Узел соединения основания 1 и ребра 2 указан позицией 3. В поверхности основания 1 выполнены формованные направляющие канавки 4. Предпочтительно канавки 4 могут быть выполнены в поверхности основания 1 параллельно друг другу и на равных расстояниях. В других вариантах осуществления канавки 4 могут быть выполнены с заданными отклонениями по расстоянию между соседними канавками 4 или по параллельности. Каждая канавка 4 представляют собой выпукло-вогнутую часть относительно поверхности листа с образованием выступа с одной стороны основания 1 и, соответственно, впадины с другой стороны основания 1. Поперечное сечение канавок 4 может быть U-образным.
Канавки 4 размещают по линии лазерной сварки. Перед началом выполнения программы сваривания на станке с числовым программным управлением (ЧПУ) в канавках 4 фиксируют ребра 2, тем самым позиционируя их. Для этого должно выполняться подходящее соотношение по глубине каждой из канавок 4 и высоты ребра 2. Ширина канавок 4 должна быть соразмерна ширине ребра 2. Тем самым перед сваркой ребро 2 может быть плотно вставлено (в натяг) в канавку 4. Дополнительно применение канавок 4 является альтернативой соединению «шип-паз», используемой для позиционирования ребер 2 относительно поверхности основания 1 панели, как это описано в решениях, известных из уровня техники.
Заявленная оребренная тонколистовая панель преимущественно предназначена для использования в качестве базового элемента рекуперативного теплообменника. Такой теплообменник может быть изготовлен путем перекрестного расположения оребренных тонколистовых панелей. Панели соединяют поочередно с поворотом на 90 градусов с образованием чередующихся каналов для двух потоков теплообмена. Схема движения двух сред в таком теплообменнике может быть перекрестно-согласной или перекрестно-противоточной. Для того чтобы избежать смешения поступающих в теплообменник потоков газа и воздуха, два противоположных края оребренной листовой панели выполняют отбортованными по внутреннему контуру панели, предпочтительно перпендикулярно плоскости основания 1. Отбортованные края выполняют функцию преграды для одного из двух поступающих в теплообменник газовых потоков.
Пример изготовления панели и ее испытание
о
о
Для подтверждения возможности изготовления заявленной оребренной тонколистовой панели были изготовлены пять образцов панелей из стали марки 12Х18Н10Т с толщиной 1,5 мм, с габаритными размерами 200х100х35,5 мм. Формовка канавок в поверхности основания проводилась с помощью пуансон-матрицы штампа в один прием. Канавки были выполнены поперечными продольной оси основания, параллельными друг другу с расстояниями между ними в 30 мм, с образованием выступов на одной из сторон основания. Глубина канавок составила 4 мм. Общая высота основания панели с формованными в нем канавками составила 5,5 мм. Ребра были вставлены в канавки плотно (с натягом). Ребра были подобраны с высотой в 34 мм. После этого была проведена лазерная сварка ребер с основанием панели с использованием роботизированного лазерного комплекса с числовым программным управлением. Мощность лазера обеспечила проплавление сформованного на поверхности панели выступа в неразъёмное соединение с ребром. После лазерной сварки плоскостность оснований панелей осталась неизменной. Изготовленные образцы панелей были подвергнуты десяти тепловым циклам в диапазоне температур +20С– +800С. Результаты испытания показали, что плоскостность образца осталась без изменения. Фотография одного из изготовленных и испытанных образцов представлена на фиг. 3б. Результаты аналогичного испытания оребренных тонколистовых панелей, изготовленных в соответствии с прототипом (фиг. 3а), показали, что в результате тепловых циклов плоскостность таких панелей была нарушена. Полученные результаты испытаний свидетельствуют о том, что заявленная панель более стабильно сохраняет свою форму при температурном воздействии за счет применения формованных канавок создающих ребра жесткости в основании панели. Уход от соединения «шип-паз» при изготовлении панелей положительно влияет на их герметичность, а простота и надежность позиционирования ребер при изготовлении повышает технологичность панели. Благодаря тому, что заявленная панель менее подвержена деформациям, процесс ее изготовления с использованием станков с ЧПУ характеризуется меньшим количеством брака. Дополнительно, механическая стойкость к тепловому воздействию является важным потребительским свойством при использовании заявленных панелей в конструкциях рекуператоров.
Несмотря на то, что испытанная панель имеет габариты 200х100х35,5, возможны варианты осуществления, в которых панель может обладать произвольными габаритами.