ОРЕБРЕННАЯ ЛИСТОВАЯ ПАНЕЛЬ ДЛЯ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Настоящая полезная модель относится к теплоэнергетике и машиностроению и может быть использована как элемент теплообменника в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности; в авиационной, холодильной и криогенной технике, в тепловых двигателях, а также как элемент прочности в судостроительной, авиационной, космической, упаковочной, пищевой, строительной и в других отраслях промышленности.
Известно устройство, монолитная оребренная листовая панель [см. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1971 г., с. 352.]. Оно изготовлено из цельной металлической заготовки путем механической ее обработки, например, фрезерованием, строганием или химическим фрезерованием [Патент РФ №21648562]. Известное устройство выполняется с ребрами различной геометрии, обладает развитой поверхностью теплообмена и высокой прочностью, но имеет сравнительно большой вес и невысокую гибкость, что ограничивает его применение. Недостатком механического или химического способа изготовления монолитных оребренных панелей является высокая трудоемкость и высокая стоимость их изготовления при большом количестве отходов.
Известна оребренная листовая панель [Патент РФ на полезную модель №35423], которая состоит из основания панели и приваренных к нему ребер. Основание панели представляет собой тонкий, в частности, протяженный металлический лист, который может быть выполнен как плоским, так и с заданным радиусом кривизны, а также в виде обечайки или в виде скрученной спирали. Ребра привариваются к наружной стороне основания панели с помощью высокочастотной сварки. Устройство по прототипу имеет высокоразвитую поверхность теплообмена, малую металлоемкость и легко поддается изгибу. Недостатком устройства следует считать то, что обратная сторона основания панели не участвует в теплообмене, представляя собой гладкую листовую поверхность, что в некоторых случаях снижает эффективность использования устройства.
Известная оребренная листовая панель может быть применена на пластинчатых теплообменниках (см., например, патент на изобретение РФ 2279619). Она содержит основание, выполненное в виде металлического листа, и ребра, расположенные на наружной стороне основания и приваренные к нему. При этом основание выполнено с расположенными на его обратной стороне выступами, отношение высоты которых к толщине основания составляет от 0,8 до 2,0. Выступы на обратной стороне основания панели могут быть расположены рядами, например, параллельно ребрам наружной стороны основания панели по всей их длине, в частности, непосредственно под ребрами. Ребра наружной стороны основания панели могут быть выполнены с расположенными по их высоте выступами, отношение высоты которых к толщине ребер составляет от 0,8 до 2,0.
Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как оно имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели и направлено на решение аналогичной задачи.
Однако этот прототип имеет существенные недостатки, а именно, такие панели в теплообменниках не обеспечивают высокого теплообмена из-за возникновения в приповерхностном (околошовном) слое шва ламинарного режима истечения газообразного теплоносителя, который не способствует активному теплообмену между ребрами панели и проходящим между ними газом. Таким образом, в прототипе не задействован дополнительный резерв повышения эффективности теплообмена.
Задачей настоящей полезной модели является создание нового с достижением следующего технического результата: повышение эффективности теплообмена при сохранении прочности конструкции и без усложнения технологии изготовления, а в ряде случаев, и упрощающей ее.
Поставленная задача решена за счет того, что в известной оребренной листовой панели для пластинчатого теплообменника, содержащей основание, выполненное в виде металлического листа, и ребра, расположенные на наружной стороне основания и приваренные к нему, согласно настоящей полезной модели, сварной шов выполнен с возможностью образования турбулентного потока теплоносителя в его приповерхностном слое.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что сварной шов имеет развитую поверхность.
Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что сварной шов выполнен прерывистым с интервалом прерывистости от 30 до 200% от толщины ребра.
Возможен еще вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что сварной шов образован с помощью полуавтоматической сварки и/или сварки током высокой частоты.
Возможен другой вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что сварной шов расположен между двух протяженных канавок, выполненных в основании и ребре.
Таким образом, это заявляемое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет повысить эффективность теплообмена таких оребренных панелей в пластинчатых теплообменниках за счет придания поверхности шва возможности создания турбулентного потока в прилегающем к нему слое. При этом поверхность шва может быть выполнена с развитой поверхностью. Прокатав по поверхности шва в процессе его образования соответствующую формующую головку, либо выполнив соответствующую зачистку шва с образованием на его поверхности хаотичное распределение рисок. Возможно придание шву функции создания турбулентного потока в околошовном слое, например, за счет образования прерывистого шва или расположения его между канавками, выполненными в поверхности основания и в ребре. Причем, в последнем случае, по канавкам образуется ламинарный поток теплоносителя, а между ними возникает турбулентный поток.
Сущность заявляемой полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и чертежом.
Фиг. - Оребренная листовая панель для пластинчатого теплообменника.
Оребренная листовая панель для пластинчатого теплообменника (Фиг.) содержит основание 1, выполненное в виде металлического листа, и ребра 2, расположенные на наружной стороне основания 1 и приваренные к нему таким образом, что сварной шов 3 выполнен с возможностью образования турбулентного потока теплоносителя в его приповерхностном слое.
Возможно несколько вариантов исполнения сварного шва 3.
Например, он может иметь развитую поверхность (Фиг., 3а). Эта поверхность может быть образована, например, путем механической обработки шва 3, т.е. соответствующей зачисткой. Либо прокалыванием шва 3 с образованием на поверхности шва 3 кратеров или углублений. Для этого применяют крепкий ролик с выступами на его поверхности. С одной стороны, он упрочняет шов 3, а с другой - выполняет на его поверхности углубления.
Сварной шов 3 может быть выполнен прерывистым (Фиг., 3б) с интервалом прерывистости от 30 до 200% от толщины ребра 2.
Сварной шов 3 может быть образован с помощью полуавтоматической сварки (Фиг., 3в). Сварной шов 3 может быть выполнен с помощью сварки токами высокой частоты (Фиг., 3а) при вибрации соединяемых деталей или сварочного стола, либо устройства для сварки.
Сварной шов 3 может быть расположен между двух протяженных канавок 4, выполненных в основании 1 и ребре 2. При этом канавки 4 при расположении такой оребренной панели в теплообменнике будут формировать ламинарный поток истечения теплоносителя, а над ним станет формироваться турбулентный поток.
Таким образом, невысокие и плавно очерченные сварные швы 3 между поверхностями основания 1 и ребер 2 или расположенные в упомянутых канавках 4 являются дискретными турбулизаторами потока теплоносителя. Они создают организованные вихревые потоки и турбулизируют только околошовные слои потока. При этом происходит интенсификация теплообмена благодаря тому, что рост теплоотдачи превышает рост гидравлического сопротивления. Указанный эффект интенсификации теплообмена в каналах происходит в каждом межтрубном пространстве. Поверхность сварного шва 3 с указанной инвариантностью ее исполнения образует, так называемые, рассеченные каналы, в которых большую роль играет микронеровность и их развитость по всей поверхности сварного шва 3, определяющие вид, интенсивность и размеры вихрей, дополнительно турбулизующих в приповерхностном слое шва 3 обтекающего ребро 2 потока. При этом повышается теплоотдача, особенно при поперечном течении теплоносителя, так как сварные швы 3, в данном случае, позволяют по высоте ребер 2 организовать вихревые зоны, увеличивая теплоотдачу на стенках каналов, образованных наружной стороной основания 1 панели и поверхностью ребер 2.
Таким образом, достигается технический результат заявляемой полезной модели, а именно, повышение эффективности теплообмена при сохранении прочности конструкции и без усложнения технологии изготовления, а в ряде случаев, и упрощающей ее.