ОРЕБРЕННАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПАНЕЛЬ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и машиностроению и может быть использована как элемент теплообменного аппарата в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности; в авиационной, космической, холодильной и криогенной технике, в тепловых двигателях, а также как элемент прочности в судостроительной, авиационной, космической, строительной и в других отраслях промышленности.
Известно устройство, монолитная оребренная металлическая панель (1), которая изготавливается из цельной металлической заготовки каким-либо механическим способом или химическим фрезерованием. Известное устройство включает стенку и выполненные на этой стенке параллельные ребра. Устройство обладает развитой поверхностью теплообмена и высокой прочностью. Недостатками монолитной оребренной металлической панели являются большой вес и высокие металлоемкость и трудоемкость изготовления.
Прототипом предлагаемого устройства является оребренная металлическая панель (2), которая включает стенку и прочно соединенные с этой стенкой параллельные ребра. Стенка представляет собой тонкий металлический лист, а металлические ребра приварены к листу с одной стороны. Устройство по прототипу имеет развитую поверхность теплообмена, малую металлоемкость и трудоемкость изготовления. Недостатком устройства по прототипу является сравнительно низкая прочность: панель легко сгибается вдоль ребер. Другим недостатком является ограниченная возможность использования панели по прототипу в теплообменных аппаратах. Дело в том, что при использовании данной панели в качестве элемента пластинчатого теплообменного аппарата, каналы для течения теплоносителя, образованные стенкой и двумя соседними ребрами, остаются открытыми с одной стороны. При наборе панелей в пакет, как это обычно делается в пластинчатых теплообменниках, эти каналы закрываются стенкой соседней в пакете панели, которая в свою очередь формирует каналы для течения второго теплоносителя. В этом случае со стороны каждого теплоносителя имеется оребрение, и перепад давлений, имеющийся между теплоносителями, воспринимается ребрами панелей. В некоторых случаях, например в утилизационных воздухоподогревателях металлургических печей, высокая температура горячего теплоносителя, в данном примере - продуктов сгорания, не позволяет расположить в потоке металлические ребра, и оребрение возможно только со стороны холодного теплоносителя, в данном случае - со стороны воздуха. В таких случаях использование панелей по прототипу невозможно. Здесь необходимы оребренные панели с закрытыми внутренними каналами (в данном примере - каналами для воздуха), способными воспринимать перепад давления между теплоносителями.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является увеличение механической прочности металлической оребренной панели и создание металлической оребренной панели, имеющей внутренние каналы.
Поставленная задача решается при реализации оребренной металлической панели, включающей по меньшей мере одну стенку и прочно соединенные с этой стенкой параллельные ребра, которую выполняют сварной из элементов, каждый из которых содержит по меньшей мере одно ребро и по меньшей мере одну полку; причем элементы сваренны друг с другом так, что полки элементов образуют стенку, параллельную упомянутой стенке, и обе эти стенки прочно соединены с ребрами.
При этом в некоторых случаях элементы выполнены в виде труб с плоскими стенками.
При этом в некоторых случаях одна из стенок выполнена из листа, а каждый элемент имеет Г-образную форму и приварен одним краем к этому листу, а другим - к ребру (углу) соседнего элемента.
При этом в некоторых случаях каждый элемент имеет П-образную форму и приварен своими краями к ребрам (углам) соседнего элемента.
При этом в некоторых случаях каждый элемент имеет Z-образную форму и приварен своими краями к ребрам (углам) двух соседних элементов.
При этом в некоторых случаях каждый элемент имеет Г-образную форму и приварен одним краем к середине полки соседнего элемента, а другим - к ребру (углу) соседнего элемента.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого устройства, является увеличение механической прочности металлической оребренной панели и расширение возможностей ее использования в теплообменниках.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что оребренная металлическая панель выполнена сварной из элементов, каждый из которых содержит по меньшей мере одно ребро и по меньшей мере одну полку; причем элементы сваренны друг с другом так, что полки элементов образуют стенку, параллельную упомянутой стенке, и обе эти стенки прочно соединены с ребрами.
Выполнение оребренной металлической панели из элементов позволяет изготавливать панель последовательно приваривая элементы один за другим. Последовательная приварка элементов в некоторых случаях необходима, поскольку каждый последующий элемент закрывает доступ к шву приварки предыдущего элемента. Наличие в каждом элементе по меньшей мере одного ребра и по меньшей мере одной полки обеспечивает прочное соединение этого ребра по меньшей мере с одной стенкой, поскольку полка является частью стенки. За счет того, что элементы сваренны друг с другом так, что полки элементов образуют стенку, параллельную упомянутой стенке, и обе эти стенки прочно соединены с ребрами, обеспечивается формирование двустенной панели с внутренними каналами, ограниченными двумя соседними ребрами и двумя стенками, что увеличивает механическую прочность металлической оребренной панели и расширяет возможности ее использования в теплообменниках. Действительно, наличие у панели второй стенки, прочно соединенной ребрами с первой, значительно (в разы) повышает механическую прочность заявляемой панели по сравнению с прототипом. Наличие у заявляемой панели внутренних каналов, способных выдерживать определенное давление теплоносителя, существенно расширяет возможности использования панели в теплообменниках, в частности, в пластинчатых теплообменниках.
Указанный технический результат достигается исполнением оребренной металлической панели, в котором элементы выполнены в виде труб с плоскими стенками. Труба с плоскими стенками имеет внутренний канал, ограниченный плоскими стенками, которые по аналогии можно рассматривать как ребра и полки. Стыкуя элементы - трубы по ребрам и сваривая их друг с другом, получают двустенную панель с внутренними каналами, что, как указывалось выше, обеспечивает достижение желаемого технического результата. В данном варианте исполнения оребренной металлической панели, в отличие от последующих, все ребра двойные, так как образованы пристыкованными друг к другу плоскими стенками труб. Это улучшает механические и теплотехнические свойства панели (прочность и теплопроводность ребер увеличена вдвое), но несколько увеличивает ее массу.
Указанный технический результат достигается исполнением оребренной металлической панели, в котором одна из стенок выполнена из листа, а каждый элемент имеет Г-образную форму и приварен одним краем к этому листу, а другим - к ребру (углу) соседнего элемента. В данном варианте исполнения оребренной металлической панели в качестве одного из элементов панели используется металлический лист, к которому приварены остальные Г-образные элементы. В результате получается двустенная оребренная панель с внутренними каналами, что, как указывалось выше, обеспечивает достижение желаемого технического результата. Такая конструкция панели в некоторых случаях более технологична и дешева в изготовлении.
Указанный технический результат достигается исполнением оребренной металлической панели, в котором каждый элемент имеет П-образную форму и приварен своими краями к ребрам (углам) соседнего элемента.
Указанный технический результат достигается исполнением оребренной металлической панели, в котором каждый элемент имеет Z-образную форму и приварен своими краями к ребрам (углам) двух соседних элементов.
Указанный технический результат достигается исполнением оребренной металлической панели, в котором каждый элемент имеет Г-образную форму и приварен одним краем к середине полки соседнего элемента, а другим - к ребру (углу) соседнего элемента.
Три последних варианта исполнения панели по сути мало отличаются друг от друга. Все они изготавливаются из одинаковых (для каждого типа панели своих) элементов, последовательно привариваемых друг к другу. В результате получается двустенная оребренная панель с внутренними каналами, что, как указывалось выше, обеспечивает достижение желаемого технического результата. Различие этих вариантов панелей состоит в форме элементов, вследствие чего возможны небольшие технологические различия при их изготовлении, например вследствие разного количества гибов в элементе или разных распределений остаточных напряжений при сварке.
Оптимальный вариант исполнения панели выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от ее назначения, геометрических характеристик, технологических возможностей, свойств металла и т.д.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 и фиг.6. На чертежах изображено: на фиг.1 показан общий вид оребренной металлической панели; на фиг.2 - оребренная металлическая панель из элементов, выполненных в виде труб с плоскими стенками; на фиг.3 - оребренная металлическая панель, у которой одна из стенок выполнена из листа, а каждый элемент имеет Г-образную форму и приварен одним краем к этому листу, а другим - к ребру (углу) соседнего элемента; на фиг.4 - оребренная металлическая панель, у которой каждый элемент имеет П-образную форму и приварен своими краями к ребрам (углам) соседнего элемента; на фиг.5 - оребренная металлическая панель, у которой каждый элемент имеет Z-образную форму и приварен своими краями к ребрам (углам) двух соседних элементов; на фиг.6 - оребренная металлическая панель, у которой каждый элемент имеет Г-образную форму и приварен одним краем к середине полки соседнего элемента, а другим - к ребру (углу) соседнего элемента.
На чертежах обозначено: 1, 3 - параллельные стенки; 2 - ребра; 4 - элементы панели; 5, 6 - полки элементов панели; 7 - металлический лист.
Сущность предлагаемой оребренной металлической панели заключается в следующем. Оребренная металлическая панель (см. фиг.1), содержит стенку 1 и прочно соединенные с этой стенкой параллельные ребра 2. При этом панель выполнена сварной из элементов 4 (см. фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 и фиг.6), каждый из которых содержит по меньшей мере одно ребро 2 и одну или две полки 5, 6; причем элементы сваренны друг с другом так, что полки элементов образуют стенку 3, параллельную упомянутой стенке, и обе эти стенки прочно соединены с ребрами.
У варианта оребренной металлической панели, изображенного на фиг.2, элементы выполнены в виде труб прямоугольного сечения с плоскими стенками.
У варианта оребренной металлической панели, изображенного на фиг.3, одна из стенок выполнена из листа 7, а каждый элемент имеет Г-образную форму и приварен одним краем к этому листу, а другим - к ребру (углу) соседнего элемента.
У варианта оребренной металлической панели, изображенного на фиг.4, каждый элемент имеет П-образную форму и приварен своими краями к ребрам (углам) соседнего элемента.
У варианта оребренной металлической панели, изображенного на фиг.5, каждый элемент имеет Z-образную форму и приварен своими краями к ребрам (углам) двух соседних элементов.
У варианта оребренной металлической панели, изображенного на фиг.6, каждый элемент имеет Г-образную форму и приварен одним краем к середине полки соседнего элемента, а другим - к ребру (углу) соседнего элемента.
Оребренная металлическая панель работает следующим образом.
При использовании панели в качестве элемента теплообменника один из теплоносителей, как правило, имеющий более высокое давление, подают во внутренние каналы панели, образованные двумя соседними ребрами 2 и двумя параллельными стенками 1 и 3. Второй теплоноситель направляют вдоль стенок 1 и 3 снаружи панели. Внутренние каналы обеспечивают прочность панели при наличии определенного перепада давления между теплоносителями, а развитая за счет оребрения внутренняя поверхность панели повышает эффективность теплообмена между теплоносителями.
При использовании панели в качестве элемента прочности в различных конструкциях ее располагают так, чтобы наибольшие изгибающие нагрузки действовали поперек элементов 4 панели (поперек ребер 2). В этом направлении панель имеет набольший момент инерции сечения, и, следовательно, большую прочность на изгиб.
Возможность реализации заявляемой оребренной металлической панели не вызывает сомнений, поскольку для этого используются широко распространенные материалы (металлический лист, металлическая лента) и технологические операции (резка и гибка листа, штамповка, сварка и т.п.).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.Г.Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1971 г., с.352.
2. Патент РФ на полезную модель №35423.