Лого Сделано у нас
89

В Уральском федеральном университете создали уникальную технологию оребрения труб

Ребра приварили сплошным швом так, что металл стал однородным и неотделимым. Фото: Александр ВолковРебра приварили сплошным швом так, что металл стал однородным и неотделимым. Фото: Александр Волков © urfu.ru

В Уральском федеральном университете (ФГАОУ ВО УрФУ) создали уникальную технологию оребрения труб. Она позволяет увеличить теплообмен, уменьшить металлоемкость и таким образом удешевить стоимость готового изделия. Над разработкой трудились сотрудники экспериментально-производственного комбината (ЭПК) и Инновационно-внедренческого центра «РИЦ». Они уже подали заявку на патент и выполнили первый коммерческий заказ.

«В России немало производителей оребренных труб, но главное отличие нашей технологии в том, что у аналогов оребрение идет по спирали, а мы придумали, как устанавливать ребра вдоль трубы, — говорит руководитель проекта Александр Волков. — Казалось бы, что такого — приварить ребра вдоль, а не поперек. Но технологически это сделать крайне сложно, долго и дорого. Схожую технологию применяют в Италии и в Китае. Но там производители используют точечную конденсаторную сварку: прокатывается ролик и точками прихватывает ребро».

Разработчики УрФУ использовали лазерную сварку: приваривают ребра сплошным швом так, что металл трубы и ребра становится однородным, неотделимым. Приваривать так можно любой металл на трубу любого диаметра, утверждают создатели технологии.

«Скорость лазерной сварки очень высокая — до 9 метров в минуту, поэтому тепловложения в металл небольшие. То есть металл разогревается большой мощностью, но с очень высокой скоростью, и за время прохода луча он успевает расплавиться, протечь до трубы и прихватиться, при этом труба не успевает разогреться и деформироваться, чего нельзя добиться при конденсаторной сварке, — поясняет главный конструктор проекта Владимир Подгорбунских. — В России мы первые, кто взялся за эту работу и выполнил ее. При этом наша продукция вышла в 1,5 раза дешевле зарубежных аналогов, но с лучшим качеством сварки и с более высокой эффективностью по теплоотдаче, на 15%".

Сейчас первая партия труб проходит испытание на производстве, а ЭПК УрФУ получил второй заказ на оребрение труб меньшего диаметра. Первый заказ отработали за три месяца: приварили 9,2 тыс. ребер на 20 труб (по 460 на каждую).

«Этот заказ мы отработали в «ручном режиме». Сейчас мы заключили контракт на поставку автоматизированного комплекса с лазерной сваркой. В декабре получим оборудование, наладим его, отработаем технологию — и весной 2022 года сможем запустить серийное производство. Это повысит скорость работы до трех-пяти раз. И, если будут большие заказы, потенциально робот может работать круглосуточно, что также увеличит производительность», — рассказывает Владимир Подгорбунских.

Справка

Оребренные трубы используют в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности (конденсаторы, газонагреватели, газоохладители), в машиностроении (компрессорные и холодильные установки, маслоохладители), в атомной промышленности (для производства охладителей, сушильных бань и паровых нагревателей воздуха), в системах кондиционирования и отопления.

Суть процесса лазерной сварки сводится к формированию однородной кристаллической решетки в месте сварки трубы и ребра, полученной в результате расплавления металла при помощи роботизированной лазерной установки. Это позволяет получить более эффективные теплообменные характеристики при меньшей металлоемкости, а также повышенные прочностные характеристики по сравнению с мировыми аналогами.

Экспериментально-производственный комбинат УрФУ создан в 1956 году. Сегодня ЭПК — структурное подразделение университета. Комбинат обеспечивает более 30 тыс. жителей втузгородка Екатеринбурга электрической и тепловой энергией; выполняет заказы промышленных предприятий. В состав ЭПК входят котлотурбинный цех, электроцех, экспериментальное производство (одно из самых оснащенных обрабатывающих производств в регионе, имеет полный цикл металлообработки). Численность сотрудников ЭПК УрФУ более 200 человек.

Информация предоставлена пресс-службой Уральского федерального университета

Источник фото: https://urfu.ru/ru/news/38200/

Разместила Наталья Сафронова

Продольно оребренные трубы

ООО «УралКотлоМашЗавод» https://uralkmz...ebrennye-truby/

Теплообменные аппараты с продольным оребрением используются в энергетике на тепловых электростанциях, нефтеперерабатывающих комбинатах и т. д., в качестве паровых и конвекционных нагревателей, охладителей и конденсаторов.

 © uralkmz.ru

 © uralkmz.ru

 © uralkmz.ru

Изготовление продольно оребренных труб происходит с помощью лазерной сварки сплошным швом по технологии разработанной специалистами ООО «УралКотлоМашЗавод» и Уральского федерального университета (УрФУ).

Дополнительная литература:

Афанасьева И.В. Перспективные методы оребрения теплообменных аппаратов // Современные наукоемкие технологии. — 2019. — № 7. — С. 114-121; URL: https://top-tec...e/view?id=37599 https://s.top-t...019/7/37599.pdf

Пост сделан с содействием блогера Лес!

  • Комментарий удален
  • -3
    Нет аватара vlad_i_slav
    27.09.2108:15:21

    Довольно нишевая технология.

    Дело в том, что любыми ребрами эффективно нарастить теплообмен можно не более, чем на 10-15%. И это только при отсутствии запыленности. Чем дальше от стенки трубы — тем ниже температурный напор в ребре. И в определенной точке становится бессмысленным наращивать ребро дальше. Если далее увеличивать ребро — это будет пустой перерасход металла. А если есть пыль или сажа — то любое оребрение просто противопоказано априори. Есть тут тонкости, но в общем и целом — ребра долой. Поэтому прежде всего стараются нарастить по максимуму площадь самой трубы — придают ей различные формы (спираль, змеевик). А на таких поверхностях продольное оребрение будет только мешать. В отличие от спирального или чисто поперечного.

    Т.е. такой тип оребрения применим только в теплообменниках на прямых трубах и только при течении внешнего носителя вдоль трубы. Сочетание двух этих факторов прям большая редкость. Потому что ну очень неэффективно. Только если совсем деваться некуда по каким-то конструктивным причинам. Или когда теплообменник заодно с трубопроводом — передает носитель в трубах на расстояние и при этом охлаждает или подогревает его. Но такое совмещение желательно избегать — либо передаешь, либо обеспечиваешь теплообмен. Иначе сложности могут быть при одновременном регулировании двух процессов…

    Собственно, поэтому и до сих пор никто особо и не парился с технологиями продольного оребрения. Иначе давно бы уже решили.

    Молодцы, конечно, что сделали, но новость с теплотехнической и технологической точек зрения, мягко говоря, не очень значительная…

    Извините за ложку дегтя…

    Отредактировано: vlad_i_slav~08:48 27.09.21
    • 4
      Нет аватара termometrix
      27.09.2115:27:09

      Эффективность теплообменных процессов. Оребрение влияет на конвективный теплообмен, поэтому вся труба функционирует полностью. Нет участка, который бы не участвовал в процессе теплообмена;

      Коэффициент оребрения — это величина, получаемая от деления площади выступов и участков между ними на неоребренную поверхность. Чем он больше, тем выше эффективность.

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

      • 0
        Нет аватара vlad_i_slav
        28.09.2114:30:40

        Слушайте, ежику любому понятно, что речь идет про конвективный теплообмен в данном случае! Видов теплообмена всего-то три! Массоперенос, конвекция и радиация (не путать с термином из ядерной физики).

        Труба с продольным оребрением при конвекционном теплообмене участвует полностью. Как и любая другая труба или поверхность. Вот только коэффициент теплоотдачи зависит от условий омывания трубы! И максимальным он будет только при одном условии — омывание в данном случае должно быть только вдоль оси трубы. Чтобы Конвекция работала по ВСЕЙ площади КАЖДОГО ребра. В противном случае вообще не стоит замарачиваться с оребрением. Ничего, кроме ухушения аэродинамики, не получите. Никаких «эффектов». Пустой перерасход металла. Повторюсь — больше, чем на 15% вам не удастся эффективно увеличить теплообмен за счет ЛЮБОГО оребрения. А вот меньше этой цифры — легко. Достаточно ухудшить условия омывания поверхности. Например, повернуть трубу так, чтобы не все ребра полностью омывались средой! Поперек потока поставите такую трубу — и всё — ребра с тыльной стороны трубы не омываются носителем полностью — т. е. выключены из нормального конвективного теплообмена. Это разве непонятно? Нужен рисунок какой-то?

        Остальные вещи я комментировать не буду — просто нет ни малейшего желания развозить большую полемику, по вопросам теплотехники и аэродинамики. Вы там зачем-то еще про точку росы упоминаете, но не хочу это даже трогать. Про турбулентность МЕЖДУ РЕБЕР вообще промолчу лучше. Настолько это «важный» и влияющий процесс что просто промолчу))). Турбулентность или ламинарность (режим потока это называется) важна на совсем другом уровне и никак не между ребер.

        Режим потока характеризуется критерием Рейнольдса. Он рассчитывается для условий омывания трубы ВЦЕЛОМ. И если вы найдете как это делается — то сильно удивитесь насколько оребрение ничтожно учитывается при этом (никак не учитывается).

        НО если хотите покопаться в теории и далее, то удивлю — между ребер еще и радиационный теплообмен работает))) Начинайте и его учитывать. Хотя и теплотехники этого даже не пытаются делать в практических (конструкторских то есть) расчетах.

        Ответьте себе на простейший вопрос. Почему поперечное и спиральное оребрение для труб давно освоено технологически — скоро уже сто лет будет как. А продольное оребрение нет? Ответ прост.

        Без всякого погружения в физику процессов. Ну не нужно оно никому было! В 99% теплообменников можно гораздо эффективнее организовать теплообмен, чем продольное омывание прямой трубы! Хоть прямоток хоть противоток пусть там будет. Оставляю 1% на случаи, когда есть конструктивные ограничения, где такое применяют просто от нужды.

        Единственная задача, связанная с продольным ребром и имеющая практическую ценность в теплотехнике, которая решалась (и была решена вполне успешно еще в 60-х годах прошлого века) — мембранные трубы для котлостроения. 2 ребра вдоль трубы в оппозиции друг к другу. Но это не для целей теплообмена, а для обеспечения газоплотности топочной камеры. Из таких мембранных труб сваривались панели ограждения топочной камеры. Снижение потерь КПД на присосах холодного воздуха. А потом и это упростили — просто стали вваривать полосу между трубами. Но не монтаже, а на заводе-изготовителе. Но это другая история, в общем.

        Отредактировано: vlad_i_slav~16:08 28.09.21
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,