Способ изготовления трубчатого теплообменника

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛин 53/06 В 7 ОО БРЕТЕНИЯ ПИСАНИ ЕТЕПЬСТВ К АВТОРСКОМ(53) 621.565.94,0022(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 1 582926, к В 23 К 1/12, 1977.Авторское свидетельство СССР В 515605, кл, В 23 К 1/10, 1976. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА путем установки труб в отверстиях трубной решетки, последующего крепления их с помощью металлического порошка и припоя,заполняющих сборочный зазор ка 6 раз массе.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.ЯО,дящ 1 между трубами и решеткои, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения герметичности соединениятруб с трубной решеткой, используютметаллический порошок с максималь"ным размером частиц, составляющим0,4-0,6 предельной величины сборочного зазора и наносят его на поверхность доски равномерным слоем,который покрывают слоем припояс размером частиц, составляющим0,9-3 предельной величины сборочно. -го зазора, с температурой плавлениясоставляющей 0,6-0,8 температурыплавления металлического порошпричем количество припоя в 2больше количества порошка поИзобретение относится к тепло- обменной аппаратуре, а более конкретно к технологии изготовления трубчатых теплообменников иэ нержавеющих сталей, предназначенных для работы в системах охлаждения.Известны способы изготовления трубчатых теплообменников путем сборки деталей, введения припоя в соединение в виде порошка и последующего нагрева до температуры пайки, при этом частицы припоя используют в виде плоских чешуек, толщина которых составляет 0,3-0,9 величины зазора, а длина и ширина 10-90 их толщины, причем при введении порошка припоя теплообменнику сообщают вибрацию с амплитудой, соизмеримой с величи" ной чешуек припоя.Однако по указанному способу получают недостаточно герметичные соединения труб с трубными решетками, Для качественного образования соединения зазор между трубой и трубной решеткой должен носить капиллярный характер. При этом условии припой в процессе плавления под действием капиллярных сил затекает в зазор и под их же воздействием расплавленный припой удерживается в зазоре между трубой и трубной решеткой, образуя при охлаждении прочное и герметичное соединение. Для большинства применяемых припоев капюлярным является зазор в 0,01 - 0,07 мм.В подавляющем большинстве случаев при изгоровлении трубчатых теплообменников обеспечить такой зазор не удается как из-за трудности механической обработки нержавеющих сталей, так и в результате суммирования технологических допусков на трубу и отверстие в трубной решетке. Кроме того, зачастую конец трубы не устанавливается по центру отверстия в трубной решетке, а прилегает к стенке отверстия в какой-либо точке, образуя при этом зазор перемен". ного сечения. В месте прилегания конца трубы к стенке отверстия в трубной решетке зазор носит капиллярный характер, с противоположной стороны - некапиллярный.Все вышеперечисленное приводит к тому, что не удается получить 100 герметичность соединений труб с трубными решетками при изготовлении теплообменника, даже используя предва Увеличение протяженности фасок отверстий, на которых размещается металлический порошок для увеличения его количества, приводит к необходимости увеличения толщины трубной решетки и увеличению расстояния между соседними трубами, что отрицательно сказывается на эффективности работы теплообменника, его габаритах и весе,50 55 Цель изобретения - устранениевышеуказанных недостатков повышеритедьное заполнение зазора твердыми частицами припоя.Ближайшим техническим решениемк настоящему изобретению являетсяспособ изготовления трубчатого теплообменника путем установки труб в отверстиях решетки, последующего крепления их с помощью металлическогопорошка и припоя, заполняющих сбороч 1 О ный зазор между трубами и решеткой.В известном способе припой в видеполос укладывается между выступающими над поверхностью трубной решеткиконцами труб поверх наносимого перед5 этим металлического порошка. Послеэтого производят нагрев собранногоуказанным образом теплообменника дорасплавления припоя, который смачивает металлический порошок и образует20 при последующем охлаждении соединениетруб с трубной решеткой,Данный способ способствует в некоторой степени повышению герметичности соединений труб с трубной решет 25 кой особенно для зазоров шириной, менее 0,1 мм, но не позволяет получить100 герметичности соединений как длязазоров шириной 0,1 мм, так и особенно для зазоров более чем О, 1 мм.З 0 Кроме того, размещение металлического порошка, смачиваемого припоемпри расплавлении последнего на фаскахотверстий в трубной решетке, не позволяет нанести достаточного количества порошка, это приводит к тому, чтоне образуется достаточно разветвленной системы каналов между частицами металлического порошка. Возникающие при расплавлении припоя40 капиллярные силы. оказываются недостаточными для удержания припояв зазоре между трубой и трубнойРешеткой, припой вытекает иэ зазораи проникает по трубам внутрь тепло 45 обменника,710311 15 30 ВНИИПИ Заказ 796/3 Тираж 590 Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 нием герметичности соединения трубс трубными решетками,Это достигается тем, что берутметаллический порошок с максимальным размером частиц, составляющим 50,4-0,6 предельной величины сборочного зазора, и наносят его на поверхность доски равномерным слоем,который покрывают слоем припояс размером частиц, составляющим100,9-3 предельной величины сборочного зазора и с температурой плавления 0,6-0,8 температуры плавленияметаллического порошка, причем количество припоя берут от 2 до 6 разбольшим, чем количество порошкапо весу.Использование порошка припояс размером частиц в 0,9-3 предельной величины сборочного зазора способствует предотвращению попаданияпорошка припоя внутрь теплообменника и снижению количества загрязнений (окислов, имеющихся на поверхности порошка), попадающих в зону 25соединения. Применение припоя с температурой плавления, составляющей0,6-0,8 температуры плавления металлического порошка, способствуетпредотвращению расплавления металлического порошка жидким припоемв процессе образования соединенияи повышению жаропрочности соединений в процессе эксплуатации за счетмодификации припоя частицами металлического порошка, имеющего болеевысокую температуру плавления, чемприпой. Использование металлическогопорошка с размером частиц в 0,4-0,6предельной величины сборочного эаэора и его нанесение равномернымслоем на поверхность трубной решетки приводит к тому, что в процессеизготовления расплавленный припойсмачивает частицы металлического45порошка и увлекает их в зазор. Образующаяся при этом система расплавленный припой-металлический порошокобладает значительными капиллярнымисилами, удерживающими ее в зазоре50и не позволяющими припою вытекатьиз зазора внутрь теплообменника. Оптимальные условия для образованиятакой системы (помимо перечисленных)возникают, как показали многочисленные эксперименты, при весовом отношении порошка припоя к металлическому порошку от 6:1 до 2:1.Применение данного способа изготовления трубчатого теплообменника обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:а) повышается герметичность соединения труб с трубными решетками теплообменника;б) повышается ресурс эксплуатации трубчатых теплообменников;в) повышается произвотельность труда при изготовлении теплообменников.В качестве примера приведен способ изготовления трубчатого теплообменника от нержавеющей стали 1 Х 18 Н 10 Т, Трубы устанавливали в трубные решетки, которые неподвижно Фиксировались одна относительно другой. На наружную поверхность трубной решетки наносили никелевый порошок с максимальным размером частиц около 70 мкм. Поверх него размещали слой порошка припоя ВПрс температуройоплавления 970 С, с размером частиц от 130 до 400 мкм. Весовое отношение чорошка припоя к металлическому порошку составляло 2:1.После этого производили нагрев трубной решетки в вакууме при использовании в качестве источника нагрева сканирующего электронного луча. Нагрев производили до темпера"отуры 1020 С, что обеспечивало расплавление припоя, его растекание и заполнение зазоров между трубами и трубной решеткой припоем и метал" лическим порошком. После охлаждения аналогичным способом производили герметизацию второй трубной решетки. По окончании изготовления были произведены испытания герметичности полученных соединений методом опрессовки сжатым воздухом и металлографические исследования. Проведенные испытания показали 1003 герметичность полученных соединений труб с трубными решетками теплообменника. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения настоящего изобретения составит 349000 руб.