Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СБОРКИ ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Изобретение относится к области изготовления трубчатых теплообменников, используемых на транспорте, в энергетическом и химическом машиностроении при разнообразных условиях теплообмена (охлаждении, нагревании, испарении).

При изготовлении трубчатых теплообменников различных конструкций и типоразмеров большое значение имеет качество сборки теплообменников, особенно крепление и герметизация трубного пучка в трубной решетке теплообменника.

Известны способы соединения теплообменных труб с трубной решеткой с помощью сварки (патент ФРГ №3105736, опубл. 26.08.1982 г.), пайки (патент США №4562887, опубл. 07.01.1986 г.), развальцовки (патент США №2152260, опубл. 28.03.1939 г.) и обжатия (патент США №4528733, опубл. 16.07.1985 г.), а также комбинацией нескольких методов (патент ФРГ №3411458, опубл. 10.10.1985 г., патент США №5101892, опубл. 07.04.1992 г.). Основным недостатком этих способов является то, что в процессе сборки не достигается герметичность соединения трубного пучка в трубной решетке, что приводит к протеканию теплоносителя.

Известен способ соединения теплообменных труб с трубной решеткой (патент РФ №2064392, опубл. 27.07.1996 г.), включающий нанесение клея марки «Лейконат» на выступающую часть трубы, размещение в зазоре труба-трубная решетка уплотнительного элемента из резины, развальцовку выступающего из трубной доски конца трубы. Данный способ обеспечивает герметизацию соединений труба-трубная решетка, однако отличается высокой трудоемкостью и неприменим для теплообменников с большим количеством трубчатых теплообменных элементов. Кроме того, «Лейконат» - изоцианатный клей, отличается высокой токсичностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому авторами изобретению является способ сборки трубчатого теплообменника по патенту РФ №2347657, опубликованному 27.02.2009, включающий установку теплообменных труб в трубную решетку, ориентацию предварительно собранного теплообменника трубной решеткой вверх, нанесение на границе ее наружной поверхности и выступающей части каждой теплообменной трубы анаэробного клея в количестве, соответствующем объему кольцевых зазоров между каждой трубой и ответным отверстием в трубной доске, заполнение кольцевых зазоров анаэробным клеем и выдержку конструкции до образования полимера в объемах зазоров. В результате происходит закрепление и герметизация труб в трубной решетке. Нанесение анаэробного клея выполняют последовательно для каждой трубной решетки предварительно собранного теплообменника.

Способ, описанный в прототипе, неприменим для сборки теплообменников, в которых трубный пучок закрепляется заподлицо с наружной поверхностью трубной решетки и не выступает за поверхность трубной решетки, например в случае использования при сборке лазерной сварки. В этом случае при нанесении анаэробный герметик неизбежно попадает во внутрь труб и ухудшает технические свойства теплообменного аппарата. Решить эту проблему можно, применяя дозированное нанесение герметика в каждый дефектный зазор с одновременным удалением излишка герметика с внутренних поверхностей теплообменных труб. Такой способ сборки трудоемок и нетехнологичен, так как геометрические отклонения зазоров труба-трубная решетка от заданного размера могут значительно отличаться. Анаэробный герметик в зависимости от вязкости заполняет определенные зазоры, например низковязкий герметик вытекает из больших зазоров, а высоковязкий анаэробный состав не заполнит малые зазоры. Для правильного выбора марки анаэробного состава при герметизации теплообменных труб в трубной решетке необходимо определить величину зазора каждой трубы с трубной решеткой и учитывать вязкость герметика. Для осуществления данного способа потребуется набор анаэробных герметиков. Кроме того, необходимо откалибровать каждое соединение теплообменника труба-трубная решетка, что неприменимо для конструктивно сложных теплообменников с большим количеством теплообменных труб. Особые сложности возникают во время сборки теплообменников с плоскими трубками. Во время работы теплообменного аппарата в межтрубном пространстве возникает избыточное давление, приводящее к деформации трубок, особенно в местах, не имеющих достаточного усиления для противодействия избыточному давлению.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение герметичности соединения трубного пучка с трубной решеткой теплообменника, снижение трудоемкости и упрощение процесса сборки, повышение надежности теплообменного аппарата в эксплуатации.

Для достижения указанного технического результата в способе сборки трубчатого теплообменника, включающего установку теплообменных труб в трубные решетки, крепление их механическим способом и герметизацию соединений трубного пучка с трубной решеткой с наружной стороны анаэробным герметиком, после крепления теплообменных труб с трубной решеткой механическим способом, с внутренней стороны нижней трубной решетки в сборе с трубным пучком с помощью установки съемного ограничительного кольца или за счет конструктивной особенности трубной решетки в виде кольцевого выступа с ее внутренней стороны создают ограниченное пространство, теплообменную секцию с оснасткой устанавливают вертикально и выравнивают по уровню, заливают поверхность трубной решетки в сборе с трубным пучком внутри ограниченного пространства заливочной композицией, отверждают композицию, операцию повторяют на второй трубной решетке, затем собранную теплообменную секцию устанавливают в корпус теплообменника и на внешнюю сторону трубных решеток наносят анаэробный пропитывающий герметик.

В качестве заливочной отверждаемой композиции могут быть использованы составы на основе эпоксидов и акрилатов, отверждающихся как при смешении с отвердителем при температуре 20-25°С, так и однокомпонентные, отверждаемые при повышенной температуре. Например, может быть использован герметик Анатерм-207 (ТУ 2257-554-00208947-2013) производства ФГУП «НИИ полимеров» на основе модифицированной эпоксидной смолы с вязкостью 200-600 мПа·с при 25°С или Анатерм-102Т (ТУ 2257-521-00208947-2013) производства ФГУП «НИИ полимеров» на основе уретанакрилатов с вязкостью 1500-2300 мм²/с при 20°С.

В качестве анаэробной герметизирующей композиции могут быть использованы анаэробные герметики вязкостью от 5 до 30 мПа·с, например Анатерм-1у (ТУ 2257-321-00208947-2000) или Анатерм-1 (ТУ 2257-392-00208947-2003) производства ФГУП «НИИ полимеров».

Съемное ограничительное кольцо изготавливают из инертного материала, например из фторопласта. Высота кольца выбирается в зависимости от конструкции и типоразмера теплообменника. Ограничительное кольцо обеспечивает необходимый уровень заливки композиции для надежной фиксации и герметичности трубного пучка с трубной решеткой.

Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными на фигурах 1-4.

Фиг. 1 иллюстрирует внешний вид трубной решетки;

фиг. 2 показывает как установлен трубный пучок в трубной решетке;

фиг. 3 иллюстрирует установку съемного ограничительного кольца на трубную решетку в сборе с трубным пучком;

фиг. 4 показывает заполнение заливочной композицией замкнутого пространства, образованного съемным ограничительным кольцом и трубной решеткой.

Реализация предлагаемого способа герметизации теплообменного аппарата осуществляется следующим образом.

После установки и закрепления в трубной решетке 1 (фиг. 2) трубного пучка 2 (фиг. 2) на предварительно собранную таким образом теплообменную секцию с внутренней стороны устанавливают съемное ограничительное кольцо 3 (фиг. 3). Теплообменный аппарат с оснасткой устанавливают вертикально и выравнивают по уровню. На нижнюю трубную решетку 1 в сборе с трубным пучком 2 и съемным ограничительным кольцом 3 с внутренней стороны заливают герметик Анатерм-207 поз. 4 (фиг. 4) в количестве, достаточном для покрытия всей трубной решетки и ее соединений с трубным пучком. Для обеспечения лучшего распределения заливочной композиции по поверхности трубной решетки последнюю подогревают до 30-50°С. Проводят отверждение заливочной композиции 4 (фиг. 4). Жизнеспособность Анатерм-207 после смешения с отвердителем составляет не менее 1 часа, адгезионная прочность достигает 10 МПа и более. После отверждения герметика Анатерм-207 съемное ограничительное кольцо снимают. Вышеописанную операцию заливки повторяют на 2-й трубной решетке теплообменной секции.

Собранную таким образом теплообменную секцию устанавливают в корпус теплообменника и дополнительно герметизируют анаэробным пропитывающим герметиком. Для этого теплообменник располагают горизонтально и на внешние поверхности трубных решеток для дополнительной герметизации наносят анаэробный пропитывающий герметик Анатерм-1у или Анатерм-1. Нанесение производят кистью, губкой или другим способом, обеспечивающим смачивание поверхности трубной решетки, особенно в местах ее соединения с трубным пучком. Производят выдержку, достаточную для проникновения, заполнения и отверждения герметика в зазорах труба-трубная решетка. Время выдержки зависит от температуры, химического состава металла, применяемого при изготовлении труб и трубной решетки, зазоров, марки герметика и других факторов. После отверждения излишки анаэробного герметика с поверхности убирают ветошью, теплообменник окончательно собирают и проводят гидравлические испытания.

Предложенный способ сборки был использован на ООО «Винета», г. Санкт-Петербург при производстве теплообменных аппаратов различного типоразмера для морских судов и позволил значительно упростить технологию сборки, снизить трудоемкость, ускорить процесс выпуска готовых изделий. Испытания произведенной продукции показали высокую надежность и герметичность теплообменных аппаратов в условиях, превышающих параметры эксплуатации.