МОДУЛЬНЫЕ ЗМЕЕВИКОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИВОДОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН Чернов Н.С.

Тольяттинский государственный университет


Номер: 4-5
Год: 2016
Страницы: 24-29
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

тепловая эффективность, токсичность, вредные выбросы, toxicity, pollution

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Рассматривается применение новых технологий и конструкций змеевиковых теплообменников, обеспечивающие повышение тпловой эффективности тепловых систем и снижение вредных токсичных выбросов в атмосферу при их изготовлении.

Текст научной статьи

В современных гидроприводах технологических машин (гидравлические прессы, агрегатные станки, автоматические линии для металлообработки) наиболее распространены рекуперативные теплообменные аппараты (ТА), в которых одна сторона поверхности теплообмена омывается горячей средой - рабочей жидкостью (РЖ), а другая - холодной, охлаждающей жидкостью (ОЖ). От одной среды к другой теплота передается через разделяющую их стенку из теплопроводящего материала. В технологических машинах для выпуска автомобилей ВАЗ до настоящего времени использовались трубчатые ТА (из гладких труб) фирмы Vickers (Германия) серии OCW, а также трубчатые ТА собственного изготовления. Трубчатый ТА (в зависимости от типоразмера) содержит 24 или 32 гладких латунных трубок диаметром 10 или 12 мм припаянных к трубным доскам, т. е. включает 48 или 64 паяных стыков. Расширение и обновление модельного ряда автомобилей ВАЗ и формирования выпуска собственных технологических машин для их изготовления, потребовало создания новых технологий и на их основе высокоэффективных ТА различных конструкций взамен импортных. Конструкции ТА в каждом конкретном случае должны обеспечивать оптимальное сочетание тепловой эффективности, малые габариты и массы, повышение эффективности теплообмена, эксплуатационной надежности и ресурса работы, а также обеспечение снижения токсичных выбросов в атмосферу при их изготовлении. Создание совершенных конструкций ТА обуславливает поиск высокоэффективных поверхностей теплообмена путём применения оребрённых труб достаточно большой поверхностью теплообмена по сравнению с гладкими цилиндрическими трубами. Повышение интенсивности теплообмена ТА может быть достигнуто путем увеличения площади теплообменных поверхностей, контактирующих с теплоносителями, за счет формирования макрорельефа, имеющего оптимальные геометрические параметры. В настоящее время в промышленности применяют ряд способов интенсификации теплообмена. Например: - конструирование шероховатых поверхностей и поверхностей сложной формы; - использование турбулизирующих вставок в каналах; - увеличение площадей поверхностей теплообмена путем оребрения и т.д. Возможность и целесообразность применения того или иного способа интенсификации для конкретных условий определяются техническими возможностями и эффективностью этого способа. Одним из наиболее широко используемых способов интенсификации теплообмена является оребрение наружной поверхности при условии направления в межтрубное пространство теплоносителя с низким значением коэффициента теплоотдачи. Повышение интенсивности теплообмена ТА может быть достигнута путем увеличения площади теплообменных поверхностей, контактирующих с теплоносителями, за счет формирования макрорельефа, имеющего оптимальные геометрические параметры. Повышение эффективности теплообмена ТА включает в себя следующие аспекты: совершенствование технологии изготовления теплообменной поверхности с использованием новых методов обработки, например, метода деформирующего резания (ДР) для оребрения теплообменных труб; увеличение компактности за счет применения змеевиковых теплообменных поверхностей (змеевики из оребренных труб); взаимосвязь геометрических параметров оребренной теплообменной поверхности с эксплуатационными характеристиками ТА и оптимизация конструкций теплообменных аппаратов. Оребрение наружной поверхности труб с использованием метода деформирующего резания (ДР) является перспективным способом интенсификации теплообмена и может быть востребован промышленностью для создания надежных и эффективных ТА для гидроприводов технологических машин. Метод ДР (рис. 1) основанный на подрезании и отгибке слоев поверхностного слоя металла обрабатываемой детали, обеспечивает высокую производительность и широкий диапазон получаемого макрорельефа. Метод реализуется при использовании обычного металлорежущего оборудования и является безотходным. В отличии от обычного резания целью обработки методом деформирующего резания становится получение заданной формы, точности и качества не поверхности детали, а подрезанного слоя (по сути дела - стружки). Рис. 1. Схема формообразования оребренной поверхности теплообменной трубы. Инструмент для деформирующего резания имеетгеометрические формы, исключающие разрушения припуска по линии проекции вспомогательной кромки. Подрезание материала поверхностного слоя осуществляется главной режущей кромкой, а последующая деформация подрезанного слоя - передней поверхностью инструмента. Вспомогательная кромка инструмента, на которой процесс резания невозможен, определяет окончательное положение подрезанного слоя на заготовке, т. е. наклон ребер. Подрезанные слои остаются на детали в виде ребер и определяют ее эксплуатационные характеристики. Параметрами оребрения влияющими на эксплуатационные характеристики теплообменного аппарата являются высота (h) и толщина (a) ребер, шаг (So) оребрения и наклон ребер (φ1). Площадь поверхности после обработки методом деформирующего резания может быть увеличена до 14 раз. Управление всеми геометрическими параметрами получаемого макрорельефа осуществляется путем выбора геометрических параметров инструмента и режимом деформирующего резания. Изменение шага оребрения осуществляется выбором величины подачи инструмента на один оборот заготовки So, управление толщиной ребра (a) - выбором главного угла инструмента в плане φ, наклоном ребер - выбором вспомогательного угла инструмента в плане φ1 , высотой ребер h - выбором глубины резания t при выбранном ранее главном угле инструмента в плане φ. Оребрение труб производится на обычном токарно-винторезном станке с использованием специально заточенного инструмента и дополнительной оснастки. Для теплообменных аппаратов использовано оребрение на длинномерных трубах диаметром 12, 16 и 20 мм и длиной 3 и 4 м, с регулированием шага оребрения от 0,4 до 2,5 мм при высоте оребрения до 3 мм. При оптимизации элементов теплообменных аппаратов исследовалось оребрение, полученное с толщиной рёбер (a), равной ширине межреберного зазора, высотой ребер h = 2…3 мм при шаге оребрения So = 1,5..2,5 мм. В результате проведенных экспериментов подтверждены теоретические предпосылки повышения эффективности теплообмена в тепловых системах с теплообменными аппаратами, элементы которых изготовлены выше описанным способом. Рис. 2. Способ изготовления змеевиков из оребренных труб: а - закрепление концов оребренной трубы в отверстиях головки; б - одновременная навивка двух ветвей трубы; в - укладка петли после навивки змеевика; 1 - оправка; 2 - головка; 3 и 4 - отверстия; 5 - направляющий ролик; 6 - гладкий ролик; 7 - труба оребренная Рис. 3. Теплообменные аппараты со змеевиковыми радиаторами из оребренных труб для гидросистем, систем смазки и охлаждения технологического оборудования: а - Ду40; б - Ду20; в -Ду15. Рис. 4 Теплообменный аппарат со змеевиковым радиатором из оребренных труб. ДУ50(4-х модульный): 1 - корпус; 2 и 8 - отверстия для подвода и отвода ОЖ; 4 - передний фланец; 5 и 6 - отверстия для подвода и отвода ОЖ; 7 - задний фланец; 9 - направляющие; 3-фланец корпуса. б) В процессе экспериментальных исследований установлено, что оребрение сформированное методом деформирующего резания на трубах, позволяет их гибку с радиусом изгиба меньшими, чем для гладкой трубы, поскольку часто расположенные ребра выполняют функцию элементов жесткости. Эта особенность позволяет навивать (рис. 2) малогабаритные змеевики любого размера, а на их основе разрабатывать малогабаритные эффективные конструкции теплообменных аппаратов. Изготовление змеевиков одновременной навивкой двух ветвей согнутой оребренной трубы (рис. 2, б) позволяет расширять область использования змеевиков в многоходовых, модульных теплообменных аппаратов с односторонним входом и выходом охлаждающей среды, сократить габариты теплообменных аппаратов и упростить их монтаж. Исследования по повышению эффективности теплообмена позволили установить, что змеевиковые теплообменные аппараты из оребренных труб имеют тепловую эффективность на 28…40 % выше чем аналогичные теплообменные аппараты выполненные из труб оребренных традиционными способами, (например, накаткой, проволочное оребрение и т. д.) при этом поверхность теплопередачи, отнесенные к одному погонному метру змеевика составляет 0,3…0,5 м2/м, в то время как у теплообменных аппаратов общепринятого назначения эта величина находится в пределах 0,09…0,13 м2/м. На рис. 3, 4, 5 представлены конструкции ТА и технические характеристики изготовленных с использованием выше описанного способа. Отечественная промышленность такие теплообменные аппараты не производит. Теплообменные аппараты змеевикового типа из оребренных труб технологичны в изготовлении, эффективны в работе. В конструкциях змеевиковых ТА предусмотрено минимальное количество паянных трубных стыков(например,два паянных стыка вместо 48 или 64 в зависимости от типоразмера), что обеспечивает снижение вредных токсичных выбросов в атмосферу при их изготовлении. Промышленное внедрение змеевиковых теплообменных аппаратов позволило существенно повысить надежность и эффективность технологического оборудования для выпуска автомобилей ВАЗ и полностью отказаться от закупок подобных теплообменных аппаратов за рубежом, а также обеспечить защиту окружающей среды от вредных промышленных выбросов. Рис.5. Теплообменный аппарат со змеевиковым радиатором из оребренных труб. Ду40 (2-х модульный). 1 - корпус; 2 - перегородка; 3 - труба; 4 - радиатор; 5 - отверстие для подвода РЖ в полость К; 6 - отверстие для отвода РЖ из полости М; 7 и 8 - отверстия для подвода и отвода ОЖ; 9 и 10 - отверстия для подвода и отвода ОЖ; К и М - полости. Технические характеристики теплообменных аппаратов Параметры Типы 68.17.064 (Ду15) 68.17.065 (Ду20) 68.17.066 (Ду40) 68.17.067 (Ду50) 68.17.068 (Ду40) 1. Поверхность теплопередачи, м2 0,35 0,45 1,0 4,4 2,2 2. Расход, л/мин: РЖ ОЖ 25 12,5 50 25 150 60 300 200 150 60 3. Рабочее давл., МПа РЖ ОЖ 1,6 1,0 1,0 0,6 1,6 1,0 4. Рабочая темп., °С РЖ ОЖ +55…+90 +15…+25 5. Масса, кг 7,5 13 28 108 54 Разработка, исследование и внедрение ТА направлено на импортозамещение.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.