RU45499U1

RU45499U1 - SEAMLESS PIPE FOR HEAT EXCHANGE DEVICES

Info

Publication number: RU45499U1
Application number: RU2004132276/22U
Authority: RU
Inventors: А.С. Овчинников; Ю.Н. Логинов; А.Г. Титова
Original assignee: ОАО "Ревдинский завод по обработке цветных металлов"
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2005-05-10

Abstract

Полезная модель относится к металлургии, а именно к полуфабрикатам, изготовляемым из меди и медных сплавов и используемым в теплотехнике.The utility model relates to metallurgy, namely to semi-finished products made from copper and copper alloys and used in heat engineering.

Труба бесшовная для теплообменных аппаратов имеет продольные или винтовые рифления на внутренней поверхности. Рифления выполнены в виде выступов в форме равнобедренных треугольников, впадины, выполнены в форме равнобедренных трапеций. Отличается тем, что углы при вершинах треугольников имеют закругления радиусом 0,03-0,08 мм.The seamless pipe for heat exchangers has longitudinal or helical corrugations on the inner surface. The corrugations are made in the form of protrusions in the form of isosceles triangles, troughs, are made in the form of isosceles trapezoids. It differs in that the angles at the vertices of the triangles are rounded with a radius of 0.03-0.08 mm.

Технический результат от применения заявляемого объекта заключается в упрощении изготовления труб.The technical result from the use of the proposed facility is to simplify the manufacture of pipes.

Description

Полезная модель относится к металлургии, а именно к полуфабрикатам, как правило, теплотехнического назначения, изготовляемым из меди.The utility model relates to metallurgy, namely to semi-finished products, as a rule, of heat engineering purposes, made of copper.

Для повышения эффективности теплопередачи в теплообменных аппаратах применяют трубы, как правило, из меди и ее сплавов, как материалов, обладающих высоким коэффициентом теплопроводности.To increase the efficiency of heat transfer in heat exchangers, pipes are used, as a rule, from copper and its alloys, as materials with a high coefficient of thermal conductivity.

Дополнительное повышение эффективности теплопередачи при использовании таких труб достигается изменением профиля поверхности и уменьшением толщины стенки. Как показывают исследования, трубы с внутренним рифлением по спирали обеспечивают коэффициент теплоотдачи в 1,4...2,5 раза больший, чем трубы с гладкой внутренней поверхностью. Уменьшение толщины стенки трубы представляет собой техническую проблему из-за возможной потери устойчивости при обработке и колебаний толщины стенки по длине окружности, при этом на участках с меньшей толщиной стенки прочность трубы оказывается недостаточной.An additional increase in the heat transfer efficiency when using such pipes is achieved by changing the surface profile and reducing the wall thickness. Studies show that pipes with internal corrugation in a spiral provide a heat transfer coefficient of 1.4 ... 2.5 times greater than pipes with a smooth inner surface. Reducing the pipe wall thickness is a technical problem because of the possible loss of stability during processing and fluctuations in the wall thickness along the circumference, while in areas with a smaller wall thickness the pipe strength is insufficient.

Из уровня техники по патенту США N5052476 [1] известна разработанная японской фирмой MITSUBISHI SHINDON СО конструкция трубы, имеющей на внутренней поверхности нарезку. Углубления первичной нарезки выполнены параллельными друг другу и составляют определенный угол с осью трубы. Вторичная нарезка имеет углубления, выполненные параллельно друг другу, они составляют угол к первичным каналам. Такой рельеф поверхности обеспечивает повышенные характеристики теплоотдачи, но из-за технологических сложностей для его изготовления применяется технология прокатки ленточной заготовки, нанесения на ее поверхность рельефа и From the prior art according to US patent N5052476 [1], a pipe construction having a thread on the inner surface is developed by the Japanese company MITSUBISHI SHINDON CO. The primary recesses are parallel to each other and make up a certain angle with the axis of the pipe. Secondary cutting has recesses made parallel to each other, they make an angle to the primary channels. Such a surface topography provides enhanced heat transfer characteristics, but due to technological difficulties, the technology of rolling a ribbon blank, applying a relief to its surface, and

сворачивания ее в трубу с последующей сваркой. Недостатком такой трубы является ослабление ее конструкции в районе сварного шва.folding it into a pipe with subsequent welding. The disadvantage of such a pipe is the weakening of its design in the region of the weld.

Более сложный профиль рифления трубы предусмотрен патентом Японии N9042880, выданным фирме MITSUBISHI SHINDON СO [2], этот профиль представляет собой зигзагообразное расположение впадин и выступов на поверхности штрипсовой заготовки, из которой формируется свраная труба. Как и в предыдущем случае, недостатком такой трубы является ослабление ее конструкции в районе сварного шва.A more complex profile of the corrugation of the pipe is provided by Japanese patent N9042880, issued by MITSUBISHI SHINDON CO [2], this profile is a zigzag arrangement of hollows and protrusions on the surface of the strip billet from which the welded pipe is formed. As in the previous case, the disadvantage of such a pipe is the weakening of its structure in the region of the weld.

Японская фирма USUI SHOUICHIROU разработала конструкцию трубы для теплообменников, (международная заявка № WO 03095923 [3]) внутренний профиль которой в поперечном сечении выполнен в виде вдавленных во внутреннюю поверхность трубы дуг окружностей, при этом рифления выполнены параллельно оси трубы, а выпуклость окружности направлена в сторону стенки трубы. Недостатком трубы является выполнение профиля без винтового оформления, что не позволяет достичь высоких характеристик теплообмена.The Japanese company USUI SHOUICHIROU has developed a pipe design for heat exchangers, (international application No. WO 03095923 [3]) whose inner profile in cross section is made in the form of circular arches pressed into the inner surface of the pipe, while the corrugations are parallel to the pipe axis and the convexity of the circle is directed to side of the pipe wall. The disadvantage of the pipe is the implementation of the profile without screw design, which does not allow to achieve high heat transfer characteristics.

Американской фирмой OLIN CORPORATION (патент США №3885622 [4]) запатентована конструкция трубы, у которой внутренняя поверхность в поперечном сечении выполнена в виде дуг окружностей, при этом выпуклость окружности направлена к оси трубы. Такой профиль получен за счет вдавливания рельефа прокатных валков, формирующих штрипсовую заготовку с последующей сверткой трубы и продольной сваркой кромок штрипса. Недостатком аналога является наличие шва, что ухудшает прочностные характеристики и коррозионную стойкость, как это отмечалось выше.The American company OLIN CORPORATION (US patent No. 3885622 [4]) patented the design of the pipe, in which the inner surface in cross section is made in the form of circular arcs, while the convexity of the circle is directed to the axis of the pipe. This profile is obtained by pressing the relief of the rolling rolls forming a strip billet with subsequent convolution of the pipe and longitudinal welding of the edges of the strip. The disadvantage of the analogue is the presence of a seam, which degrades the strength characteristics and corrosion resistance, as noted above.

Из уровня техники известна и принята за прототип конструкция трубы для теплообменных аппаратов по патенту США N4733698 [5], разработанная японской фирмой KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO, имеющей на внутренней поверхности нарезку. Труба для The prior art design of a pipe for heat exchangers according to US patent N4733698 [5], developed by the Japanese company KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO, having a thread on the inner surface, is known and accepted as a prototype. Pipe for

теплообменных аппаратов по прототипу, выполнена бесшовной и имеет винтовые рифления на внутренней поверхности, выполненные в виде выступов в форме равнобедренных треугольников, и впадины, выполненные в форме равнобедренных трапеций. Труба может иметь вторичную нарезку, пересекающую первичную нарезку с образованием фрагментированных выступов и впадин.heat exchangers according to the prototype, made seamless and has helical corrugations on the inner surface, made in the form of protrusions in the form of isosceles triangles, and depressions made in the form of isosceles trapezoid. The pipe may have a secondary thread that intersects the primary thread with the formation of fragmented protrusions and depressions.

Такой профиль формуется с помощью установленных друг за другом трех волок, имеющих возможность вращения, последовательно уменьшающих поперечное сечение трубной заготовки. На уровне первой по ходу волоки внутри трубной заготовки установлена плавающая оправка, на ее оси закреплена тяга, удерживающая во второй волоке вторую оправку, снабженную винтовой нарезкой. На оси этой оправки закреплена тяга, удерживающая в третьей волоке третью оправку, снабженную винтовой нарезкой с обратным направлением наклона резьбы. Такая схема позволяет формовать профиль внутренней поверхности трубы, не имеющей продольного шва.Such a profile is formed using three dies installed one after the other, having the possibility of rotation, sequentially reducing the cross section of the tube billet. A floating mandrel is installed at the level of the first downstream die inside the tube billet; a thrust is fixed on its axis holding the second mandrel in the second die, equipped with a screw thread. A rod is fixed on the axis of this mandrel, holding a third mandrel in the third die, equipped with screw thread with the reverse direction of the thread inclination. This scheme allows you to form a profile of the inner surface of the pipe without a longitudinal seam.

Бесшовная труба по отношению к сварной трубе обладает определенными преимуществами. В том числе материал бесшовной трубы более однороден, поскольку не загрязнен продуктами сварки. Исследования также показывают, что бесшовные трубы имеют более высокую коррозионную стойкость, поэтому срок службы изделий, изготовленных из них, оказывается большим.A seamless pipe with respect to a welded pipe has certain advantages. Including the material of the seamless pipe is more homogeneous, since it is not contaminated with welding products. Studies also show that seamless pipes have higher corrosion resistance, so the service life of products made from them is longer.

Недостатком объекта по прототипу является недостаточная технологичность изготовления трубы. Объясняется это тем, что для изготовления рельефа поверхности используются методы обработки металлов давлением, при применении которых затеснение металла в узкие пазы формообразующего инструмента (углы трапеций и треугольников) сопровождается высоким уровнем механических The disadvantage of the object of the prototype is the lack of manufacturability of the pipe. This is explained by the fact that for the manufacture of surface relief methods of metal forming are used, the use of which replacing metal into narrow grooves of the forming tool (angles of trapezoid and triangles) is accompanied by a high level of mechanical

напряжений. В результате технологический инструмент, в данном случае оправка волочильного стана, подвергается значительному износу.stresses. As a result, the technological tool, in this case the mandrel of the drawing mill, undergoes significant wear.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение технологичности процесса изготовления трубы.The objective of the proposed technical solution is to increase the manufacturability of the pipe manufacturing process.

Поставленная задача достигается тем, что углы при вершинах треугольников в выступах и углы при вершинах трапеций во впадинах имеют закругления радиусом 0,03-0,08 мм. Выполнение трубы с таким поперечным сечением решает следующую техническую задачу. Формообразующим инструментом при формовании бесшовных труб является оправка. На ее поверхности выполняется рельеф, обратный рельефу, выполненному на внутренней поверхности трубы. Из теории и практики обработки металлов давлением известно, что заполнение металла узких полостей в инструменте достигается при повышенных контактных напряжениях.The problem is achieved in that the angles at the vertices of the triangles in the protrusions and the angles at the vertices of the trapeziums in the hollows are rounded with a radius of 0.03-0.08 mm. The implementation of the pipe with such a cross section solves the following technical problem. The forming tool for forming seamless pipes is the mandrel. On its surface, a relief is inverse to the relief made on the inner surface of the pipe. It is known from the theory and practice of metal forming that filling metal in narrow cavities in an instrument is achieved at elevated contact stresses.

Заполнение щелевой полости в форме равнобедренного треугольника начинается у его основания и заканчивается при вершине, т.е. происходит непрерывное сужение полости. Поэтому полностью заполнить металлом щелевую полость форме треугольника довольно трудно. В то же время профиль будущего изделия должен контролироваться инструментом, иначе степень заполнения металлом профиля инструмента окажется разной по длине изделия, что недопустимо. Поэтому выгоднее оформить рабочую кромку инструмента не острой формы, а закругленной. Практика применения инструмента показала, что радиус закругления при вершине треугольника профиля трубы менее 0,05 мм не оказывает влияния на уровень необходимых напряжений, необходимых для заполнения профиля. В то же время, применение радиуса более 0,12 мм приводит к искажению формы профиля и ухудшению показателей теплопередачи.Filling the slit cavity in the form of an isosceles triangle begins at its base and ends at the apex, i.e. there is a continuous narrowing of the cavity. Therefore, it is quite difficult to completely fill the gap cavity with the metal in the shape of a triangle. At the same time, the profile of the future product must be controlled by the tool, otherwise the degree of filling with the metal of the tool profile will be different along the length of the product, which is unacceptable. Therefore, it is more profitable to make the working edge of the tool not sharp, but rounded. The practice of using the tool showed that the radius of curvature at the apex of the triangle of the pipe profile less than 0.05 mm does not affect the level of necessary stresses necessary to fill the profile. At the same time, the use of a radius of more than 0.12 mm leads to a distortion of the shape of the profile and the deterioration of heat transfer.

Углы при вершинах трапеций во впадинах трубы формуются выступами на оправке, имеющими форму, обратную форме впадин. Известно, что в отличие от обработки резанием, в обработке металлов давлением использование инструмента с острыми кромками нецелесообразно, поскольку приводит к притуплению этих кромок и быстрой потере первоначального профиля. Кроме того, обтекание острых кромок инструмента приводит к повышенным энергетическим затратам из-за влияния контактного трения. Именно поэтому кузнечные топоры выполняются не с острой кромкой, а с притупленными рабочими кромками. Выполнение радиусов при вершинах трапеций позволяет избежать притупления инструмента и продлить срок его эксплуатации. Практика применения инструмента показала, что радиус закругления при вершине трапеций профиля трубы менее 0,03 мм не отличается от применения инструмента с острой кромкой трапеции. В то же время, применение радиуса более 0,08 мм приводит к искажению формы профиля и ухудшению показателей теплопередачиThe angles at the vertices of the trapezoid in the hollows of the pipe are formed by protrusions on the mandrel, having the shape opposite to the shape of the hollows. It is known that, unlike cutting, in the processing of metals using a tool with sharp edges is impractical, since it leads to a blunting of these edges and a quick loss of the original profile. In addition, the flow around the sharp edges of the tool leads to increased energy costs due to the influence of contact friction. That is why forging axes are made not with a sharp edge, but with blunted working edges. The implementation of the radii at the tops of the trapeziums helps to avoid blunting the tool and extend its life. The practice of using the tool showed that the radius of curvature at the apex of the trapezoid of the pipe profile is less than 0.03 mm does not differ from the use of a tool with a sharp trapezoid edge. At the same time, the use of a radius of more than 0.08 mm leads to a distortion of the shape of the profile and the deterioration of heat transfer

На рисунке изображен внешний вид предлагаемой трубы.The figure shows the appearance of the proposed pipe.

Предлагаемая труба (рисунок) выполняется из гладкостенной заготовки с нанесением рельефа на внутреннюю поверхность. Труба выполнена бесшовной и имеет винтовые рифления на внутренней поверхности, выполненные в виде выступов в форме равнобедренных треугольников и впадин, выполненных в форме равнобедренных трапеций.The proposed pipe (figure) is made of a smooth-walled workpiece with a relief on the inner surface. The pipe is made seamless and has helical corrugations on the inner surface, made in the form of protrusions in the form of isosceles triangles and depressions, made in the form of isosceles trapezoid.

В производственных условиях получены трубы следующих размеров:In production conditions, pipes of the following sizes were obtained:

- наружный диаметр 9,52 мм,- outer diameter 9.52 mm

- толщина стенки по впадинам 0,29 мм,- wall thickness along the depressions 0.29 mm,

- количество выступов на внутренней поверхности 60,- the number of protrusions on the inner surface 60,

- угол наклона выступов относительно оси трубы 22 градуса,- the angle of inclination of the protrusions relative to the axis of the pipe 22 degrees,

- высота выступов 0,15 мм,- the height of the protrusions of 0.15 mm

- ширина углублений (меньшее основание трапеции) 0,12 мм,- the width of the recesses (smaller base of the trapezoid) 0.12 mm,

- ширина выступов (основание равнобедренного треугольника) 0,31 мм,- the width of the protrusions (base of an isosceles triangle) 0.31 mm,

- угол при вершине равнобедренного треугольника 66 градусов,- angle at the apex of an isosceles triangle 66 degrees,

- радиус при вершине равнобедренного треугольника 0,08 мм,- radius at the apex of an isosceles triangle of 0.08 mm,

- радиус при вершинах меньших оснований трапеций 0,07 мм.- the radius at the vertices of the smaller bases of the trapezoid is 0.07 mm

Предлагаемый профиль трубы обеспечивается следующими приемами обработки. Выправленная из бухты гладкостенная заготовка подается в волокодержатель установки рифления с нанесенной на наружную поверхность технологической смазкой. В волокодержателе установлены две волоки по ходу движения трубы. Формообразующий инструмент обкатывает наружную поверхность трубы, затесняя металл в профиль оправки, снабженной обратным рельефом.The proposed pipe profile is provided by the following processing methods. The smooth-walled billet straightened from the bay is fed into the fiber holder of the corrugation unit with technological lubricant applied to the outer surface. Two dies are installed in the fiber holder along the pipe. The forming tool rolls around the outer surface of the pipe, displacing the metal in the profile of the mandrel equipped with a reverse relief.

Технический результат от применения заявляемого объекта заключается в улучшении технологичности изготовления продукции. В результате возможно формирование бухт массой до 100 кг без значимого износа инструмента и искажения профиля готовой трубы.The technical result from the use of the proposed facility is to improve the manufacturability of the production. As a result, it is possible to form coils weighing up to 100 kg without significant tool wear and distortion of the finished pipe profile.

Библиографические данныеBibliographic data

1. Патент США N5052476. Heat transfer tubes and method for manufacturing. MITSUBISHI SHINDON CO. Publ.01.10.91. IPC F 28 F 1/40.1. US patent N5052476. Heat transfer tubes and method for manufacturing. MITSUBISHI SHINDON CO. Publ.01.10.91. IPC F 28 F 1/40.

2. Патент Японии N9042880. Heat transfer tubes with inner surface groove. MITSUBISHI SHINDON CO. Publ. 14.02.97, IPC F 28 F 1/40.2. Japan Patent N9042880. Heat transfer tubes with inner surface groove. MITSUBISHI SHINDON CO. Publ. 02/14/97, IPC F 28 F 1/40.

3. Международная патентная заявка №WO 03095923. Heat transfer pipe and heat exchange incorporating such heat transfer pipe. USUI SHOUICHIROU. Publ. 20.11.03, IPC F 28 F 1/40.3. International patent application No. WO 03095923. Heat transfer pipe and heat exchange incorporating such heat transfer pipe. USUI SHOUICHIROU. Publ. 11/20/03, IPC F 28 F 1/40.

4. Патент США №3885622. Heat exchange tube. OLIN CORPORATION. Publ. 27-05-75, IPC F 28 F 1/40.4. US Patent No. 38885222. Heat exchange tube. OLIN CORPORATION. Publ. 27-05-75, IPC F 28 F 1/40.

5. Патент США N4733698. Heat transfer pipe. KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO. Publ. 29-03-88, IPC F 28 F 1/40.5. US Patent N4733698. Heat transfer pipe. KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO. Publ. 29-03-88, IPC F 28 F 1/40.

Claims

Seamless pipe for heat exchangers, having longitudinal or helical corrugations on the inner surface, made in the form of protrusions in the form of isosceles triangles, and hollows made in the form of isosceles trapezoidal, characterized in that the angles at the vertices of the triangles in the protrusions and the angles at the vertices of the trapezoid in the depressions have a radius of 0.03-0.08 mm.