БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КОРПУС СОСУДА С ТЕПЛООБМЕННЫМИ КАНАЛАМИ

Изобретение относится к теплообменным аппаратам непрерывного действия и может быть использовано для изготовления обечаек, корпусов, аппаратов и других биметаллических изделий применяемых в различных отраслях машиностроения.
Известен биметаллический корпус сосуда с теплообменными каналами, состоящий из основного слоя металла, плакирующего слоя металла и выполненных в основном слое металла теплообменных каналов прямоугольной формы. (Авт. свид. СССР №1799705, кл. В 23 К 20/00, 1990 г.).
Недостатком известного корпуса является низкая эффективность теплообмена.
Известен также биметаллический корпус сосуда с теплообменными каналами, состоящий из основного слоя металла, плакирующего слоя металла и выполненных в основном слое металла теплообменных каналов. (Патент РФ №2087286, Кл. В 23 К 20/00, 1997 г.)
Данный биметаллический корпус с теплообменными каналами обладает рядом преимуществ по сравнению с описанным ранее корпусом. Теплообмен протекает более эффективно, так как в теплообменном канале выполнены выступы, вызывающие турбулизацию потока теплоносителя. Выступы выполняют так же функцию ребер жесткости, что позволяет уменьшить общую толщину плакирующего слоя.
Однако, наличие в теплообменном канале выступов существенно увеличивает гидравлическое и тепловое сопротивление канала, что ограничивает повышение эффективности теплообмена.
Увеличение поперечного сечения канала прямоугольной формы невозможно, так как тогда потребуется увеличение толщины плакирующего
слоя до величины, исключающей его проседание при диффузионной сварке. Кроме того, данная конструкция сложна и нетехнологична в изготовлении.
По совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату, в качестве прототипа выбран биметаллический корпус сосуда с теплообменными каналами по патенту.№2087286.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание конструкции биметаллического корпуса сосуда с теплообменными каналами, позволяющими уменьшить гидравлическое и тепловое сопротивление теплоносителя в каналах и за счет этого повысить эффективность теплообмена. Предлагаемая конструкция каналов позволяет снизить также материалоемкость и исключить проседание плакирующего слоя, частично перекрывающего сечение канала.
Поставленная задача достигается тем, что в биметаллическом корпусе сосуда с теплообменными каналами, состоящим из основного слоя металла, плакирующего слоя металла и выполненных в основном слое металла теплообменных каналов, согласно полезной модели, теплообменные каналы в поперечном сечении имеют форму обращенной меньшим основанием к плакирующему слою равнобокой трапеции, размеры которой выбраны из соотношений:
b/h=0,6-0,8,
где b - размер меньшего основание трапеции;
h - высота трапеции,
и α=2·arccos
где α - угол при большем основании трапеции.
Выполнение поперечного сечения теплообменных каналов биметаллического корпуса сосуда в форме обращенной меньшим основанием к плакирующему слою равнобокой трапеции, размеры которой выбраны из заданных в заявке соотношений, позволяет получить конструкцию биметаллического корпуса с оптимальным поперечным сечением
теплообменных каналов. Форма, размеры поперечного сечения каналов и их расположение относительно плакирующего слоя позволяют иметь максимально допустимо большую площадь поперечного сечения, обеспечивающую наибольшее увеличение объема теплоносителя в канале, но исключающее проседание плакирующего слоя при диффузионной сварке, частично перекрывающие сечение канала. Увеличивается также уровень теплоотдачи между теплоносителем и основным слоем металла корпуса из-за активного рассеивания теплового потока в его толщине, благодаря выполнению поперечного сечения канала с большим основанием и заданным углом при вершине в слое основного металла корпуса. Все это позволяет уменьшить гидравлическое и тепловое сопротивление каналов, увеличить объем теплоносителя в канале, увеличить площадь теплообмена между теплоносителем и основным металлом (как, правило, обладающим более низкими теплопроводными характеристиками, чем плакирующий слой металла), что, в конечном счете, обеспечивает значительное повышение эффективность теплообмена.
Кроме того, по сравнению с прототипом, заявляемый корпус имеет более простую конструкцию и более технологичен в изготовлении, а размеры каналов позволяют уменьшить толщину плакирующего слоя, исключая при этом его проседание, что обеспечивает снижение материалоемкости конструкции.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков полезной модели неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию «новизна».
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно воспроизведена в различных отраслях промышленности для изготовления обечаек, корпусов сосудов и аппаратов и других биметаллических изделий с обеспечением технического результата, заключающегося в повышении эффективности
теплообмена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию «промышленная применимость».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана стенка биметаллического корпуса сосуда, с теплообменными каналами в разрезе; на фиг.2 - выноска А на фиг.1 (показано сечение теплообменного канала).
Биметаллический корпус сосуда с теплообменными каналами состоит из основного слоя металла 1, плакирующего слоя металла 2 и теплообменных каналов 3. Теплообменные каналы 3 выполнены в основном слое металла 1 и имеют в поперечном сечении форму равнобокой трапеции. Трапеция обращена своим меньшим основанием к плакирующему слою металла 2, а размеры ее выбраны из соотношения:
b/h=0,6-0,8,
где b - размер меньшего основание трапеции;
h - высота трапеции,
и α=2·arccos
где α - угол при большем основании трапеции.
Изготавливается биметаллический корпус сосуда при помощи диффузионной сварки. Перед диффузионной сваркой на внутренней поверхности основного слоя металла 1 корпуса выполняют канавки 3 заданного поперечного сечения, расположения и с заданием соотношениями размеров (например, путем механической обработки). Затем устанавливают внутрь сосуда плакирующий слой металла 2 и размещают технологическую рубашку. После чего уплотняют кромки сборки и создают между свариваемыми поверхностями корпуса сосуда - основным слоем металла 1, плакирующим слоем металла 2 и технологической рубашкой вакуум. Далее размещают сборку в компрессионной печи, производят кратковременное обжатие, нагревают до температуры сварки, сдавливают давлением газа, подаваемого в печь, и осуществляют изотермическую выдержку. После чего
отключают нагрев и стравливают давление до атмосферного. Соотношение размеров канала 3 исключает проседание плакирующего слоя металла 2 и, соответственно, частичное их перекрывание.
Получаемый при этом биметаллический корпус сосуда с теплообменными каналами обеспечивает повышение интенсивности теплообмена.
При эксплуатации биметаллический корпус сосуда с теплообменными каналами работает как любой известный теплообменный аппарат. В зависимости от технологического процесса, требуется подводить тепло к корпусу или отводить его, поэтому через подводящий патрубок в теплообменный канал 3 биметаллического корпуса сосуда подается тепло- или хладагент. Проходя по каналам 3, теплоноситель (хладагент) нагревает или охлаждает корпус сосуда, осуществляя подогрев или охлаждение находящихся в аппаратах сред или протекающих в них процессов, и выходит через отводящий патрубок.
Заявляемый биметаллический корпус сосуда позволяет уменьшить гидравлическое и тепловое сопротивление каналов, увеличить объем теплоносителя в каналах и за счет этого обеспечить повышение интенсивности теплообмена и эффективности оборудования в целом. Кроме того, изготавливаемые аппараты имеют пониженную материалоемкость и более технологичны в изготовлении.