Технология оребрения трубы теплообменника металлической лентой



Особенности производства оребрёных труб

Оребренные теплообменные трубы

Оребренные трубы широко используются в энергетике и промышленности для теплообменных устройств конвективного типа. Наиболее часто такие устройства выполняются в виде трубных пакетов, которые отличаются высокими прочностными характеристиками, технологичностью, удобством компоновки, монтажа и обслуживания.

На производство оребренных труб идет значительная доля металла, используемого в энергомашиностроении. Снизить его расход можно, применяя поперечное оребрение труб, которое позволяет максимально развить поверхность теплообмена в единице объема и значительно улучшить показатели компактности и удельной металлоемкости.

Геометрические параметры оребренных труб АВО

Широкое внедрение конвективных поверхностей c поперечным оребреннием труб (например различные конструкции АВО) в энергетику и промышленность стало возможным на основе методов оребрения труб c помощью технологий:

• Накатка – на несущую трубу надевается труба большего диаметра с заданной толщиной из алюминия, из которой в последствии выдавливаются ребра методом деформации с помощью роликов станка;
• Навивка – на несущую трубу навивается внатяг алюминиевая лента, которая может иметь несколько вариантов крепления: в канавку или без.

В то же время существуют проблемы точных и универсальных методов расчета их теплоаэродинамических характеристик, дальнейшего совершенствования таких поверхностей, интенсификации теплообмена в них. Решение этих проблем в определенной мере сдерживалось отсутствием достоверной физической картины процессов переноса в поперечно-оребренных поверхностях.

Металлоемкость оребренных труб

Самая низкая металлоемкость у труб с оребрением при помощи навивки алюминиевой ленты. При данном методе получается наиболее тонкое ребро и отсутствует дополнительный слой металла поверх несущей трубы в отличие от накатки.

Разновидности труб и технические характеристики

Выпускается два типа оребренных изделий: монометаллические и биметаллические. Первые изготавливаются из одного материала, вторые – из разных сплавов. Характеристики нормируются ГОСТом:

• толщина стенок – 2-12 мм;
• наружный диаметр – 20-219 мм;
• высота ребер – 8-28 мм;
• шаг витков – 3,6-25 мм;
• толщина выступов – 0,8-2,5 мм;
• длина – 1,5-24 м.

Чугунные

Изделия из этого материала давно применяются для отопления больших производственных помещений, в экономайзерах котельных. В быту из-за большого веса они используются реже. В индивидуальных системах отопления нередко устанавливается стартовая чугунная труба, чтобы быстро прогревать помещение. К достоинствам относятся:

• высокая стойкость к коррозии;
• простота монтажа;
• хорошая теплопередача;
• компактность;
• использование в паровых отопительных системах с температурой до 150 ⁰C;
• давление до 24 атм;
• маленькая стоимость.

Недостатки тоже имеются:

• скапливание трудноудаляемой пыли в межреберном пространстве;
• большой вес;
• низкая механическая прочность.

Алюминиевые

Благодаря высокой стойкости к химически активным веществам эти трубы широко применяются в промышленности. Из достоинств следует отметить:

1. Неподверженность коррозии изделий, изготовленных из материала с содержанием алюминия выше 95 %. Трубы из сплавов с большим количеством добавок ржавеют, поэтому их необходимо защищать от воздействия влаги.
2. Малый вес – не создает проблем при перевозке и монтаже.
3. Возможность применения в агрессивных средах.
4. Низкая шероховатость внутренних стенок по сравнению со стальными и чугунными аналогами – обеспечивает хорошую пропускную способность.
5. Легкость механической обработки.

Алюминий высокой чистоты обладает канцерогенными свойствами, поэтому трубы из него нельзя использовать для бытовых нужд. При выборе следует учитывать, что изделия, не прошедшие обработку отжигом, закаливанием или нагартовкой, легко деформируются на холоде.

Оребренные трубы: применение, разновидности, производство

Невозможно представить эффективную работу аппаратов воздушного охлаждения без такой детали. Почти каждая металлическая коммуникация может похвастаться отличной теплопередачей. Со временем обычные гладкие трубы были усовершенствованы. Удалось совершить прорыв в производстве терморегулирующего оборудования. От труб зависит вся работа такого аппарата и его эффективность. Оснащенные металлическими ребрами, такие трубы обладают существенно повышенной теплопередачей. Они находят применение и в быту, и в промышленности. Невозможно представить устройство современного теплообменника без такой детали, как оребренные трубы.

• Используются в быту и в тяжелой промышленности;
• Оребрение способствует отводу тепла в теплообменниках для заморозки газов или обогрева строений;
• Теплообменная поверхность, не имеющая аналогов в мире.

Сегодня без таких труб невозможно представить качественный прибор теплообмена. Есть несколько технологий производства и немало способов применения. От того, каким способом была произведена труба, зависят ее основные характеристики. Это определяет возможный спектр применения, поэтому выбирать изделие нужно с умом. Рекомендуется делать полный расчет теплообмена в условиях, предполагающих эксплуатацию трубы.

Преимущества использования термостойких труб с оребрением

Для создания термостойкого слоя поверхности покрываются окисью магния. После отжига они получают:

• увеличение коэффициента теплопередачи;
• высокую сопротивляемость к коррозии;
• длительный срок службы;
• повышенную стойкость к перепаду температур;
• отсутствие необходимости в специальном уходе, они могут работать в любых условиях;
• возможность применения в агрессивных средах.

Благодаря приобретенным достоинствам оребренные термостойкие виды имеют следующие преимущества:

1. Высокая технологичность производства. Используемая контактная сварка потребляет мало энергии, для нее не нужны специальные расходные материалы и дорогостоящее оборудование.
2. В промежутках между ребрами возникают турбулентные завихрения воздуха, что увеличивает интенсивность теплообмена на всех участках.
3. За счет применения контактной сварки создается соединение между лепестками и основой с низким температурным сопротивлением.
4. Уменьшение толщины пленки конденсата. Это связано с применением термостойкого покрытия. В результате происходит снижение уровня конденсации паров носителя.

Как производятся оребренные трубы?

Существует три способа производства труб. Выбор определенного метода зависит от того, какие характеристики изделию необходимо придать. Существует три основных способа производства:

• Накатный способ оребрения;
• Алюминиевое навивание;
• Приварочное навивание.

Наиболее часто используется автоматизированное оребрение. Этот процесс подразумевает прохождение спирали вокруг внутренней трубы – несущего элемента конструкции. Довольно дешевый способ и не требующий специального оборудования.

Структура оребрённых труб

Оребрённая труба представляет собой конструкцию, состоящую из двух основных элеметов. Внутренний несущий элемент – это, как правило,гладкая труба из нержавеющей стали, меди, латуни, алюминия и др. Она обеспечивает устойчивость к избыточному давлению и защиту от коррозии. Материал определяется веществом, для которого будет предназначеа труба: для пресной воды используют латунь, для морской – нержавещющую сталь или мельхиор. Внешний элемент – рёбра – призван обеспечивать теплопередачу от внутреннего вещества (например, жидкость) к внешнему воздуху.

Какими свойствами обладают качественные оребренные трубы?

После завершения производственных работ, при соблюдении всех технологий, можно получить такой продукт:

• Изделие с высоким показателем теплопередачи;
• Сопротивлением механическим воздействиям и нагрузкам;
• Со способностью выдерживать повышенное давление и резкие смены эксплуатационных условий.

Все эти параметра играют важную роль в работе любого оборудования теплообмена и приходятся очень кстати, если необходимо установить теплообменник в условиях агрессивной среды.

Процесс оребрения труб

Для того, чтобы организовать качественный теплообмен между холодной и теплой средой необходимо правильно провести процесс оребрения теплообменных труб. Труба оснащается ребрами для увеличения теплообменной поверхности, ведь ее размер пропорционален количеству выделяемого тепла. Ребра способны увеличить площадь поверхности во много раз.

Это действительно выгодный и важный процесс. Если, к примеру, установить теплообменное оборудование на гладкую трубу, чтобы получить такой же теплообмен потребуется в 12 раз больше трубок, что означает существенное подорожание оборудования и увеличение его размеров. При этом также будет требоваться больше воды, которая должна пройти по этим трубкам.

• Спиралевидное оребрение. Навивка стальной ленты на трубу. Самый распространенный способ;
• Продольное. Редко используется и только в специальных теплообменных устройствах.

Само нанесение ребристой текстуры делается при помощи специального оборудования. Специальный стан с накатными элементами формирует структуру ребер. Он позволяет обрабатывать трубу из стали диаметром от 16 до 58 мм. Применяется также станок, вальцующий ленту в несущую трубку. Он отличается более простой конструкцией. Медная же оребренная труба изготавливается полностью без использования сварки и накатки. Она считается дорогостоящей, а ее изготовление наиболее сложным. При помощи резцов на медной трубе формируются ребра. Очень важно перед выбором трубы с тем или иным оребрением провести тепловой расчет и помнить о том, где и как устанавливается теплообменник. Без этого все коэффициенты, накатки и спирали не имеют никакого значения.

Что такое коэффициент оребренных труб?

Во многих таблицах можно увидеть этот параметр. Означает он степень оребрения трубы. То есть степень соотношения всех ребер к поверхности неоребренных участков. Такая формула применяется, в основном, для спирального оборудования. Накатный способ оребрения подразумевает отсутствие гладких участков вовсе. Изделия с более высоким коэффициентом способны к лучшей теплопередаче, но этот параметр не является главным при выборе.

Устройство оребренных труб

Трубы могут быть биметаллическими или монометаллическими. Они состоят из двух частей:

• Внутренняя труба, которая выполняет несущую функцию. Чаще всего изготавливается из стали, но может быть и из цветных металлов. Главное требование к материалу – он должен обладать сопротивлением температурным воздействиям и повышенному давлению, а также не поддаваться коррозии;
• Наружные ребра также производят из стали или цветных металлов. Именно они способны отлично передавать тепло.

Процесс оребрения внутренней трубы может быть произведен несколькими методами.

Как дополнительно повышаются характеристики оребренных труб?

Для некоторых нужд трубам необходимо иметь термостойкое покрытие повышенной эффективности. Изделия покрываются окисью магния и обжигаются. Перед этим важно обезжирить поверхность труб. После этого оберенные трубы можно применять без страха практически во всех отраслях:

• Дополнительное повышение коэффициента свойства теплопередачи;
• Сильное сопротивление возникновению коррозии;
• Производительность оборудования возрастает в полтора раза;
• Долговечность достигает нескольких десятков лет при правильном использовании и своевременном уходе за элементами оборудования;
• Даже особенно резкие перепады температуры и изменения окружающей среды не смогут повлиять на работу оборудования;
• Появляется возможность использовать оребренные трубы в агрессивной среде, что актуально для химической промышленности и атомной энергетики.

Где применяются оребренные трубы?

Множество отраслей промышленности сильно нуждается в таком элементе. Основные сферы, где нельзя обойтись без труб такого типа:

• Отопление жилых помещений и хозяйственных построек;
• Машиностроение. Здесь оребренные трубы нашли свое применение в производстве компрессоров и холодильных устройствах, а также маслоохлаждающего оборудования;
• Нефтеперерабатывающая промышленность и химическое производство использует трубы при работе и газо- нагревающими и охлаждающими приборами;
• В атомной энергетике также трубы являются основным компонентом воздухонагревателей и сушильных башен;
• Важный элемент кондиционеров воздуха;
• Теплообменные агрегаты.

Это далеко не полный перечень сфер применения труб. С каждым днем их преимущества становятся все более очевидными для специалистов разных обалстей.

Самые распространенные места, где применяются оребренные трубы

Хоть спектр применения данного изделий очень широк, выделяют три основные сферы, где сегодня невозможно обойтись без ребристой трубы:

• Отопительная система жилых домов. Для многоквартирных и загородных домов такое оборудование становится настоящим спасением зимой в тех регионах, где преобладает суровый климат;
• Обогрев нежилых строений. Часто находят применение в обогреве теплиц, сараев и хранилищ;
• Оборудование климат-контроля. Трубы применяются не только в отопительных котлах и газовых колонках, но и бытовых приборах, вроде холодильников. Кроме того, их место в кондиционерах и чиллерах.

Преимущества оребренных труб

Популярность таких изделий неслучайна. Трубы изготавливаются с применением новейших технологий и отличаются по многим критериям.

• Экономически выгодное изготовление. Так как контактная сварка отличается низким энергопотреблением, процесс производства оребренных труб упрощен. Кроме того, для их изготовления не требуется редкого сырья или дорогостоящего оборудования;
• Эффективность теплообменных процессов. Оребрение влияет на конвективный теплообмен, поэтому вся труба функционирует полностью. Нет участка, который бы не участвовал в процессе теплообмена;
• Термический контакт ребер и внутреней трубы, который достигается благодаря контактной сварке;
• Низкое сопротивление термоотдачи из-за уменьшенной толщины пленки. Это способствует снижению конденсации пара жидкости.

Способы и технология производства: цена всегда отвечает за качество

Изготовление теплообменных труб возможно несколькими способами. Благодаря каждому из них создается определенный продукт с различными характеристиками и техническими свойствами.

Чертёж и схема изделия в разрезе
На данный момент известны следующие типы оребрения труб:

• накатное;
• спирально-навивное;
• внутреннее;
• продольное;
• спирально-навивное с приваркой;
• меднопроволочное;
• методом вырезания из цельной заготовки.

Накатное оребрение латунных труб для теплообменников

Накатное или экструзионное оребрение еще называют поперечно-винтовой прокаткой. В результате этого процесса получается биметаллическая труба, обладающая высокой теплопроводностью. Среди дополнительных плюсов стоит отметить длительный срок службы и надежную защиту несущей трубы от коррозии.

Технология оребрения труб экструзионным методом заключается в следующем:

1. Внутрь алюминиевой трубы вставляют другую, меньшего диаметра.
2. На прокатном стане верхняя заготовка подвергается выдавливанию, вследствие чего образуется цельнотянутое оребрение.

Несущая деталь в таком изделии может изготавливаться практически из любого материала, тогда как оребренная часть должна быть алюминиевой.

Накатным способом производятся трубы для теплообменников двух вариантов:

• КВСП (на ребра наносят насечки, которые увеличивают степень теплоотдачи);
• ГБМ (стандартный представитель с гладкими ребрами).

Спирально-навивная технология с регистром

Медный радиатор с рёбрами для лучшей отдачи тепла
Спирально-навивная труба производится на скоростном прокатном стане, который настроен на автоматизированную подачу и вращение основных заготовок. Лента подается со специального устройства. Она навивается по спирали и образует ребро на поверхности несущего элемента.

В результате описанного процесса получается труба KLM. В зависимости от способа крепления ленты существует 4 ее разновидности:

• L-образная ― деформированное основание ребра обеспечивает плотное прилегание к поверхности заготовки;
• LL-образная ― аналогична предыдущей, но накладка осуществляется внахлест, полностью покрывая несущую деталь;
• KL-образная ― повторяет L-образную, но на участке, где лента прилегает к поверхности, наносятся насечки, совпадающие с соответствующими насечками на поверхности трубы;
• G-образная ― лента вводится и надежно закрепляется в походящих по размерам канавках, которые предварительно вырезаются на оребряемой поверхности.

Обратите внимание! Спиральновитая труба или спиральные трубы не имеют ничего общего с оребренными спирально-навивными изделиями. Путаница иногда возникает из-за названия, но такие конструкции изготавливаются гладкими, методом скручивания пластикового или металлического профиля.

ТВЧ ― вариация спирально-навивной KLM. Разница между ними заключается в том, что профиль при намотке приваривается: к прикорневой части ребра подается ток, который расплавляет металл, а после застывания образуется надежное соединение элементов.

В качестве материала для несущей детали используют сталь. Оребренный металл KLM ― алюминий, медь, углеродистая сталь (при G-образной намотке), для ТВЧ ― только сталь разных марок, включая нержавеющую.

Внутреннее оребрение алюминиевых труб: высший коэффициент теплоотдачи

Алюминиевая труба с внутренним ребром обеспечивает высокую теплопроводность при экономном расходе материала.

Процесс изготовления заключается в следующем: на внутренней поверхности наружного элемента и сверху полого сердечника выполняются пазы, между которыми размещают ребра.

Продольное оребрение нержавеющих монометаллических труб

Различные типы и виды труб с рёбрами
Трубы с продольным оребрением целесообразны при несущем элементе диаметром 8–16 миллиметр. Они производятся из углеродистой, легированной или аустенитной стали путем одновременной приварки ребер по всей окружности.

Оребрение медных заготовок

Медная оребренная труба ― дорогостоящее изделие, но очень эффективное, особенно, если изготавливается методом вырезания ребер из цельной заготовки.

Превосходные свойства меди нашли применение и в более экономичном варианте, когда на несущую деталь по спирали напаивается медная проволока. Оребренная труба для теплообменников очень популярна в строительстве.

Источник