трубная доска из полимерного материала и способ ее изготовления

Формула изобретения

1. Трубная доска из полимерного материала для теплообменных аппаратов, содержащая отверстия для закрепления теплообменных труб, отличающаяся тем, что доска снабжена пространственным несущим каркасом, выполненным в виде перекрещивающихся армирующих нитей, жгутов или лент из параллельных стекловолокон с включенными в них нитянным резисторным элементом, например, из углеродных волокон, с концентрическими спиралями вокруг отверстий для закрепления теплообменных труб, омоноличенным полимерным материалом.

2. Способ изготовления трубной доски из полимерного материала для теплообменных аппаратов, включающий фиксацию труб, погружение их концов в расплав полимерного материала в форме, отверждение полимера и извлечение трубной доски с омоноличенными трубами, отличающийся тем, что зафиксированные концы труб перед погружением в расплав полимерного материала последовательно оплетают непрервными нитями, жгутами или лентами и винтовыми спиралями из параллельных стекловолокон с образованием на них пространственного несущего каркаса трубной доски.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к конструкциям и способам изготовления узлов теплообменных и теплопередающих устройств и могут быть использованы в трубных решетках теплообменных аппаратов или аналогичной технике, применяемой в теплоэнергетической, химической и других отраслях промышленности.

Известна трубная доска из композиционного материала, содержащая каркас из слоистого стеклопластика и полимерного связующего со сквозными отверстиями в нем для закрепления теплообменных труб, описанная в изобретении на теплообменник [1]

К ее недостаткам следует отнести сложность соединения и уплотнения концов теплообменных труб, что сказывается на снижении эксплуатационной надежности теплообменных аппаратов, периодичности их ремонтов.

Известен теплообменник, в котором трубная доска образована набором брусков, в отверстия между которыми устанавливаются и закрепляются трубчатые элементы [2]

Конструкция указанного теплообменника с трубной доской и способ его изготовления является сложным в изготовлении и герметизации несмотря на кажущуюся простоту сборки пакета труб.

Известен ряд аналогичных трубных досок из полимерных материалов для теплообменных аппаратов и способов их изготовления, предусматривающих изготовление трубных решеток отливкой их в специальных формах, имеющих конфигурацию решеток, с установкой в эти формы пучка труб и заливкой в них пластмассы на основе эпоксидных смол при 90-100^оС с последующим отверждением и извлечением из формы [3, 4 и 5]

Положительный эффект от этих изобретений заключается в том, что при изготовлении трубных решеток исключаются трудоемкие операции формообразования в них сквозных отверстий под трубчатые элементы, сварка, развальцовка или склеивание стенок решеток с трубами.

Однако и этим решеткам и способам их изготовления присущи существенные недостатки, выраженные в значительно меньшей прочности полимерных решеток по сравнению со стеклопластиковыми.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению, выбранным в качестве прототипа и для трубной доски, и для способа ее изготовления является трубная доска из полимерного материала для теплообменных аппаратов, содержащая отверстия для закрепления теплообменных труб [6]

Основной задачей разработки является создание трубной доски из полимерного материала такой конструкции и способа ее изготовления, которые в процессе соединения с нею пучка теплообменных труб обеспечивали бы прочность и герметичность их соединения.

Цель изобретения повышение прочности и эксплуатационной надежности.

Цель достигается за счет оригинального конструктивного решения и способа, в основе которых использованы пространственное армирование нитью как самостоятельная операция и каркасирование трубной доски.

Для этого трубная доска из полимерного материала для теплообменных аппаратов, содержащая отверстия для закрепления теплообменных труб, снабжена пространственным несущим каркасом, выполненным в виде перекрещивающихся армирующих нитей, жгутов или лент из параллельных стекловолокон с включенным в них нитяным резистивным элементом, например, из углеродных волокон, с концентрическими спиралями вокруг отверстий для закрепления теплообменных труб, омоноличенными полимерным материалом.

В способе изготовления трубной доски из полимерного материала для теплообменных аппаратов, включающем фиксацию труб, погружение их концов в расплав полимерного материала в форме, отверждение полимера и извлечение трубной доски с омоноличенными трубами, зафиксированные концы труб перед погружением в расплав полимерного материала последовательно оплетают непрерывными нитями, жгутами или лентами и винтовыми спиралями из параллельных стекловолокон с образованием на них пространственного несущего каркаса трубной доски и омоноличивают полимером после погружения в расплав полимерного материала и последующего его отверждения.

На фиг. 1 представлен общий вид трубной доски в изометрии; на фиг.2 поперечное сечение трубной доски; на фиг.3 схема расположения нитяного каркаса; на фиг.4 узел соединения трубы с трубной доской в сечении; на фиг.5 схема включения нитяного резистивного элемента.

Трубная доска из полимерного материала содержит основание 1 с отверстиями 2 для закрепления теплообменных труб 3. Основание 1 трубной доски снабжено пространственным несущим каркасом 4, выполненным в виде перекрещивающихся армирующих нитей, жгутов или лент из параллельных стекловолокон с включенным в них нитяным резистивным элементом 5, например, из углеродных волокон, с концентрическими спиралями 6 вокруг отверстий 2 для закрепления теплообменных труб 3, омоноличенным полимерным материалом 7.

В качестве термопластичного материала использовался полисульфон.

Способ изготовления трубной доски из полимерного материала заключается в следующем.

Фиксируют пучок труб, предназначенный для получения теплообменника так, что их концы остаются свободными. Свободные концы труб последовательно оплетают с образованием вокруг них спиралей так, что образуется каркас из перекрещивающихся нитей, жгутов или лент из параллельных стекловолокон с включенным в них нитяным резистивным элементом, затем эти концы, сплетенные каркасом, опускают в расплав термопластичного полимера. При наличии в каркасе нитяного резистивного элемента к нему одновременно подводят ток для прогрева каркаса изнутри. После отверждения термопластичного материала полученная трубная доска вместе с пучком труб извлекается из формы. В другом варианте в качестве пучка труб могут быть использованы стержни как формообразователи отверстий под теплообменные трубы.

Использование трубной доски заключается в следующем.

К трубной доске с вмонтированными в нее трубами 3 подсоединяются кожухи-коллекторы, весь комплект устанавливается в корпусе герметичного теплообменного аппарата (условно не показано). При различных давлениях теплообменных сред трубная доска подвергается соответствующему нагружению, но благодаря каркасу и способу его изготовления эффективно противодействует таким нагрузкам и обеспечивает надежное функционирование теплообменного аппарата.

Опытно-экспериментальные работы, проведенные по изготовлению трубных досок с использованием предложенных технических решений по их конструкции и способу изготовления, подтвердили положительные результаты их промышленной реализации.