УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ТРУБЫ В ОТВЕРСТИИ ТРУБНОЙ РЕШЕТКИ

Предлагаемое техническое решение относится к конструкции кожухотрубных теплообменников и касается узла крепления труб в отверстиях трубной решетки.
Известен узел крепления трубы в трубной решетке теплообменника, содержащий размещенные вокруг трубы в кольцевой проточке решетки кольцевой уплотнительный элемент из эластичного материала, нажимное кольцо и втулку, расположенную между решеткой и кольцом и имеющую концевой конический участок, при этом проточка в решетке со стороны уплотнительного элемента имеет расширение, а на коническом участке втулки выполнены пазы с образованием упругодеформируемых лепестков, входящих при перемещении нажимного кольца в сторону уплотнительного элемента в расширении проточки, при этом втулка с нажимным кольцом имеет резьбовое соединение. Кроме того, втулка снабжена фланцем, а нажимное кольцо - лысками под ключ (Авт. свид. СССР №1370422, F28F 11/02, 1968 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и эксплуатации, особенно при высоких температурах, при которых в трубах и трубных решетках во термические напряжения, приводящие к потере герметичности труб в узле крепления. Это требует затрат времени на осмотр, ремонт, демонтаж и замену труб, что снижает время эксплуатации, а значит и производительность.
Известна узел крепления по способу закрепления труб в трубных решетках, заключающийся а пластическом деформировании материала трубы. Трубу устанавливают в отверстие трубной решетки, имеющее две кольцевые канавки. Трубу фиксирую от возможного перемещения и закрепляют. Для этого к ее внутренней поверхности механической вальцовкой прикладывают сжимающее усилие. Предварительно внешнюю поверхность трубы профилируют. При этом на ней образуют конический участок, вершина конуса которого расположена за торцом трубы, и сопряженный с ним участок с криволинейной образующей, обращенной к оси трубы. Трубу устанавливают в отверстие трубной решетки без зазора, а участок с криволинейной образующей располагают напротив кольцевых канавок решетки. В результате обеспечивается получение требуемых эксплуатационных характеристик вальцовочных соединений без применения повешенных давлений на внутренней поверхности трубы (Патент РФ №2170153, B21D 39/06, B21D 53/08, F28F 9/16; 2001 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является большие термические напряжения при разной температуре теплоносителя, протекающей в трубах и межтрубном пространстве, что приводит к необходимости остановки работы теплообменника и затратам времени на его ремонт, а значит и снижению производительности.
Известен узел крепления трубы в отверстии трубной решетки с образованием зазора, включающий охватывающие трубу прижимное кольцо, установленное в посадочном месте отверстия решетки, и герметизирующий элемент, размещенный между прижимным кольцом и трубной решеткой и контактирующий с последними, при этом герметизирующий элемент выполнен из вещества, полимеризованного в зазоре (Патент РФ №20788, F28F 11/00; 2001 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится потеря герметичности из-за термических напряжений, возникающих за счет разности температур труб и трубных решеток, что снижает рабочее время эксплуатации, но увеличивает затраты времени на ремонт, демонтаж и замену труб, их вторичное закрепление в трубных решетках и, как следствие, уменьшает производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является узел крепления трубы в трубной решетке теплообменника, содержащий демпфирующую прокладку, установленную между решеткой и отбортовкой торцевого участка трубы, выполненной с кольцевым выступом и прижимную втулку, одетую с натягом на отбортовку, при этом с целью повышения надежности, узел дополнительно содержит уплотнительное кольцо в виде равнобедренного трехгранника, охватывающее трубу между демпфирующей прокладкой и решеткой и плотно взаимодействующее с последними боковыми гранями, выполненными в виде вогнутых сегментов (Авт. свид. СССР №1467362, F28F 9/16, 1982 г).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая производительность из-за частых остановок на ремонт.
Техническим результатом предлагаемой конструкции узла крепления трубы в отверстии трубной решетки, является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в узле крепления трубы в трубной решетке, включающий охватывающую трубу прижимное кольцо, установленное в посадочном месте отверстия, причем прижимное кольцо, выполняющее также функцию герметизирующего элемента, выполнено из материала, обладающего эффектом памяти.
Изготовление прижимного кольца, выполняющего также функцию герметизирующего элемента, из материала обладающего эффектом памяти позволяет, при нагревании трубы от теплоносителя, движущегося в трубном пучке, компенсировать увеличение длины труб в трубной пучке за счет изменения формы кольца при его нагревании, что предупреждается увеличением температурных напряжений выше предела прочности, сохраняет герметичность крепления труб в трубных решетках, увеличивает рабочее время, снижает затраты времени на остановку, ремонт, замену части труб, в которых произошли потери герметичности, что целом повышает производительность.
В качестве материала обладающего эффектом памяти можно использовать 12Х18Н10Т, медно-алюминиевый-никелевый сплав, никель-алюминиевый сплав с 36,8% Al, марганцово-медный сплав с 90% Mn и др. [Физические эффекты в машиностроении. Справочник / под ред. В.А. Лукьянца. - М.: Машиностроение, 1993. - с. 149-152].
На фиг. 1 изображен узел крепления трубы в отверстии трубной решетки при обычной температуре; на фиг. 2 - узел при температуре трубы значительно выше температуры трубной решетки.
Узел крепления трубы в отверстии трубно решетки включает трубу 1, прижимное кольцо 2, выполненное из материала, обладающего эффектом памяти и трубную решетку 3. На конце трубы 1, герметично закреплено (развальцовка, пайка) прижимное кольцо 2, которое в свою очередь герметично закреплено в трубной решетке 3.
Узел крепления трубы 1 в трубной решетке 3 работает следующим образом. При подаче горячего теплоносителя в трубу 1 она нагревается значительно больше чем трубная решетка 3. Так как в межтрубном пространстве ограниченном рубашкой и трубными решетками движется холодный теплоноситель.
От концов трубы 1, соединенных герметично с прижимным кольцом 2, последнее нагревается и так как материал кольца обладает эффектом памяти, то оно при повышенной температуре деформируется, образуя коническую фигуру (фиг. 2), так как такая форма прижимному кольцу была при высокой температуре под прессом.
При высокой температуре трубы 2 удлиняются, но эти удлинения компенсируются деформациями материала прижимного кольца 2.
После прекращения подачи горячего теплоносителя в трубя 1 они охлаждаются и прижимное кольцо 2 принимает первоначальную форму диска (фиг. 1).
Таким образом, выполнение прижимного кольца 2 из материала, обладающего эффектом памяти, предотвращает термические напряжения, которые возникают в узле крепления трубы в отверстии трубной решетки 3, что обеспечивает герметичность этого узла, увеличивает срок его работы без остановок на осмотр и ремонт, особенно при высоких разностях температур горячего теплоносителя в трубах 1 и холодного в межтрубном пространстве, ограниченного рубашкой и трубными решетками 3. Это обеспечивает повышение производительности теплообменника с предлагаемым узлом крепления трубы в отверстии трубной решетки.