Для чего на трубах делают спиралевидные ребра

Обновлено: 04.07.2024

Для чего на трубах делают спиралевидные ребра

Настоящие изобретения относятся к области обработки металлов давлением, а именно к изготовлению труб со спиральными ребрами на наружной поверхности из конструкционных металлов и сплавов.

Тонкостенные трубы со спиральными ребрами на наружной поверхности используются в основном в теплообменных аппаратах. Наличие спиральных ребер на наружной поверхности трубы позволяет значительно повысить КПД установки за счет улучшения отвода тепла от стенок трубы к теплоносителю, т.к. при этом создается турбулентное движение, и перемещение теплового потока происходит не только в продольном, но и в поперечном направлении.

В атомной промышленности в качестве оболочек тепловыделяющих элементов атомных реакторов (ТВЭЛов) применяются гладкостенные трубы или трубы со спиральными ребрами на наружной поверхности в зависимости от типа реактора. С помощью ребер увеличивается жесткость трубы и обеспечивается необходимая дистанция между ТВЭЛами при их установке в реактор. К трубам предъявляются чрезвычайно жесткие требования по точности геометрических размеров, особенно внутреннего диаметра, прочностным характеристикам, чистоте поверхности, коррозионной стойкости, сплошности металла и т.д.

Высота ребра обычно колеблется в пределах 0,3÷1,2 мм при наружном диаметре трубы ⌀ 6÷20 мм и толщине стенки 0,3÷2,0 мм. Число ребер может колебаться от 2 до 6.

Известен способ изготовления тонкостенных труб со спиральными ребрами, включающий закрутку трубы с наружными продольными ребрами при местном нагреве трубы с подачей инертного газа на наружную поверхность трубы и охлаждение ее до t≤350°C, причем 95% инертного газа подают от очага нагрева, а 5% - в сторону нагревателя, инертный газ также подают и вовнутрь трубы (RU 2434701; опубл. 27.11.2010, Бюл. №33).

Недостатками известного способа являются:

- нагрев трубы осуществляется с помощью индуктора, поэтому регулирование и поддержание постоянства температуры локального участка скручивания весьма проблематично;

- не исключено частичное окисление как наружной, так и внутренней поверхностей. Для удаления окисного слоя необходимо проводить дополнительную операцию травления;

- использование защитной атмосферы как при нагреве заготовки при скручивании, так и при термообработке значительно увеличивает себестоимость продукции;

- сложность установки для реализации процесса.

Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ скручивания труб с наружными продольными ребрами, включающий прокатку труб с прямыми продольными ребрами с последующим скручиванием их на заданный шаг спирали на оправке.

Основа принципа скручивания - передача крутящего момента скручиваемой трубе через ребра или задний торец вращающейся профильной втулкой в процессе ее продольного перемещения. (В.Н.Данченко, В.В.Сергеев, Э.В.Никулин. «Производство профильных труб» М.: Интермет Инжиниринг, 2003 г. Стр. 162÷463).

При скручивании на оправке при изготовлении тонкостенных труб сохраняется форма сечения и повышается устойчивость поперечного сечения трубы при скручивании. Однако при реализации данного способа сложно получить стабильно воспроизводимое качество готовых труб, в том числе по однородности механических свойств по всей длине трубы, а также по точности шага спиральных ребер.

Известна установка для скручивания ребристых труб, включающая смонтированные на станине полоски для закрепления трубы, одна из которых установлена с возможностью вращения вокруг оси трубы и возвратно-поступательного перемещения, а другая - с возможностью перемещения в направлении оси трубы, защитную камеру и индуктор (авторское свидетельство №495120, опубл. 15.12.1975 г).

Основным недостатком известной установки является сложность конструкции и наличие дополнительных устройств, связанных с нагревом локального участка заготовки и защитной камерой, которая служит для предотвращения окисления нагретого участка трубной заготовки.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для скручивания тонкостенных ребристых труб, включающее тянущий зажим, вращающуюся профильную втулку и длинную неподвижную оправку, которую вводят внутрь трубы. (В.Н.Данченко, В.В.Сергеев, Э.В.Никулин. «Производство профильных труб». М.: Интермет Инжиниринг, 2003 г., Стр. 162-163, рис.80 В).

Известное устройство не позволяет получить тонкостенные трубы со стабильно воспроизводимым качеством готовых труб, в том числе по кривизне и точности шага спиральных ребер, кроме того происходит смятие боковых поверхностей ребер.

Задачей заявляемых изобретений является создание простого в осуществлении способа и устройства изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами с обеспечением высокого качества как по геометрическим размерам, особенно внутреннего диаметра, так и по прочностным характеристикам, чистоте поверхности, коррозионной стойкости, сплошности металла, отсутствия поверхностного некондиционного окисленного слоя, а также исключение повреждения поверхности ребер.

Технический результат в способе достигается тем, что до и после проведения операции формирования продольных ребер и после скручивая трубы подвергаются вакуумной термообработке при температуре рекристаллизации, при скручивании один из концов трубы фиксируют изнутри на оправке, в то время как второй конец трубы фиксируют снаружи в зажимном приспособлении с образованием по всей длине закручиваемого участка зазора между трубой и оправкой, составляющего не более величины допуска на непрямолинейность трубы, и с возможностью поворота оправки относительно трубы, а после скручивания проводят заключительную вакуумную термообработку при температуре рекристаллизации.

Передачу трубе крутящего момента можно осуществлять через конец трубы, фиксированный изнутри на оправке, при неподвижном втором конце.

Передачу трубе крутящего момента можно осуществлять через оба конца трубы.

Предпочтительно все термические обработки проводить с вертикальным расположением труб и дистанционированием друга от друга.

Для металлов, склонных к упругому последействию, скручивание трубы производят с углом, превышающим заданный на величину угла упругого раскручивания после снятия крутящего момента и угла раскручивания при заключительной термообработке.

При необходимости перед заключительной термообработкой проводят корректирующие локальные скручивания для получения заданного угла или шага спирали, при этом корректирующие локальные скручивания производят на угол спирали с углом, превышающий заданный на величину угла раскручивания.

Отличительными признаками заявляемого способа изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами являются следующие: до и после проведения операции формирования продольных ребер трубы подвергаются вакуумной термообработке при температуре рекристаллизации, при скручивании один из концов трубы фиксируют изнутри на оправке, в то время как второй конец трубы зафиксирован снаружи в зажимном приспособлении с образованием по всей длине закручиваемого участка зазора между трубой и оправкой, составляющего не более величины допуска на непрямолинейность трубы, и с возможностью поворота оправки относительно трубы, а после скручивания проводят заключительную вакуумную термообработку при температуре рекристаллизации.

Термообработка при температуре реклисталлизации позволяет снять внутренние напряжения в трубе, возникшие в результате деформации и скручивания, обеспечить более совершенную структуру и создать требуемый комплекс механических свойств по всей длине трубы.

Вертикальное расположение и дистанционирование труб друг от друга в рабочем пространстве печи способствует выравниванию температуры как по длине труб, так и по сечению всей садки, что приводит к равномерному прогреву при выходе на режим и стабилизации температуры при выдержке и, в конечном итоге, способствует формированию стабильного угла скручивания по длине трубы, а также дополнительной стабилизации механических свойств и обеспечению однородности структуры труб.

Фиксация одного из концов трубы изнутри на оправке, а другого конца - снаружи в зажимном приспособлении с образованием при этом зазора между трубой и оправкой, составляющего не более величины допуска трубы на непрямолинейность и с возможностью поворота оправки относительно трубы, позволяют провести скручивание трубы без искривления ее оси на величину, не превышающую соответствующий допуск, в то же время обеспечивается свободное скручивание трубы, что предопределяет получение заданного угла или шага спирали с достаточно высокой точностью.

В процессе скручивания отсутствие дефектов на внутренней поверхности трубы обеспечивается гарантированным зазором между внутренней поверхностью скручиваемой трубы и оправкой.

При необходимости корректирующие локальные скручивания проводят перед заключительной термообработкой для получения заданного угла или шага спирали готового изделия с учетом величины угла упругого раскручивания.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство для скручивания труб с наружными спиральными ребрами, включающее длинную оправку, которую вводят в трубу, средство для передачи крутящего момента, при этом оправка выполнена с наружным диаметром на ее рабочем участке, меньшим внутреннего диаметра трубы на величину, не превышающую допуск на ее непрямолинейность, снабжена размещенным на одном из ее концов зажимом для центрирования и фиксирования трубы изнутри, при этом на противоположном конце трубы размещена промежуточная цилиндрическая втулка для образования заданного зазора между трубой и оправкой с возможностью вращения на оправке, а также охватывающее трубу зажимное приспособление, размещенное коаксиально втулке.

Устройство дополнительно содержит размещенные на трубе элементы, например шлицевые диски, для корректирующего локального скручивания с внутренним профилем, повторяющим наружный поперечный контур трубы после предварительного скручивания.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются следующие: оправка выполнена с наружным диаметром на ее рабочем участке, меньшим внутреннего диаметра трубы на величину не более величины допуска на ее непрямолинейность, снабжена размещенным на одном из концов зажимом для центрирования и фиксирования трубы изнутри, промежуточной цилиндрической втулкой, установленной на другом конце трубы между оправкой и трубой с образованием заданного зазора между трубой и оправкой, с возможностью поворота оправки относительно втулки и трубы, при этом устройство также содержит зажимное приспособление, охватывающее трубу и размещенное коаксиально промежуточной цилиндрической втулке. Указанные признаки в совокупности обеспечивают осуществление скручивания труб в заявляемом способе для достижения заявленного технического результата.

Трубу на оправке размещают с установленным зазором, обеспечивающим свободное ее вращение на оправке в процессе скручивания. Установленный зазор обеспечивается размером оправки и центрированием трубы на оправке передним зажимом (цангой) изнутри и промежуточной цилиндрической втулкой, установленной на другом ее конце.

Размещенные на трубе элементы в виде шлицевых дисков с внутренним профилем, повторяющим наружный поперечный контур трубы, служат для корректировки шага трубы.

Таким образом, вышеописанные способ и устройство в полной мере решают поставленную техническую задачу: создание простого в осуществлении способа изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами с обеспечением высокого качества как по геометрическим размерам, особенно внутреннего диаметра, прочностным характеристикам, чистоте поверхности, коррозионной стойкости, сплошности металла, отсутствия поверхностного некондиционного окисленного слоя и т.д.

Крутящий момент может передаваться трубе как через один, так и через оба ее конца.

На фиг.1 представлено устройство для скручивания тонкостенных труб с наружными продольными ребрами для варианта осуществления способа, предусматривающего передачу крутящего момента через один из концов трубы, фиксированный изнутри на оправке.

Предлагаемый способ для варианта осуществления, предусматривающего передачу крутящего момента через один из концов трубы, фиксированный изнутри на оправке, и устройство реализуются следующим образом. Холоднодеформированную трубу предготового размера (до получения продольных ребер) подвергают вакуумному отжигу при температуре рекристаллизации в вертикальной печи с использованием подвески, обеспечивающей дистанционирование труб друг от друга, что позволяет получить однородную структуру и равномерность механических свойств по всей длине указанной холоднодеформированной трубы. Далее эту трубу прокатывают на стане холодной прокатки с формированием равномерно расположенных на наружной поверхности трубы продольных ребер и вновь подвергают термообработке способом, описанным выше.

Вовнутрь термообработанной оребренной трубы 1 перед скручиванием вставляют оправку 2, имеющую цилиндрическую рабочую часть. Один из концов оправки имеет конусный участок, заканчивающийся резьбой для жесткой фиксации оправки с трубой с помощью разрезной цанги 3 и гайки 4.

На другой конец оправки устанавливают промежуточную цилиндрическую втулку 5, которая обеспечивает заданный зазор между трубой и оправкой и свободное вращение оправки при скручивании трубы. Трубу в сборе с оправкой устанавливают в разрезные зажимные приспособления, снабженные шлицами для размещения ребер:

6 - зажимное приспособление механизма закручивания, 7 - неподвижное зажимное приспособление. Передачу крутящего момента трубе осуществляют с помощью механизма закручивания 8.

Режимы скручивания оребренной трубы назначают в зависимости от заданного угла или шага спирали. При этом для материалов, склонных к упругому последействию, угол закрутки должен быть увеличен на величину угла упругого раскручивания и величину угла раскручивания при заключительной термообработке, который зависит от состояния материала и геометрических размеров скручиваемой трубы и определяется экспериментальным путем.

После скручивания, если имеет место неравномерность шага спирали по длине трубы, с помощью разъемных шлицевых дисков 9, установленных по границам участка трубы не соответствующего заданному шагу спирали, проводят корректирующие локальные скручивания. Локальные скручивания могут быть произведены съемным ручным инструментом, например, разводными ключами, снабженными шлицевыми поверхностями.

Скрученную оребренную трубу далее подвергают заключительной вакуумной термообработке при температуре рекристаллизации с последующим предъявлением их на контроль.

В соответствии с предлагаемым способом и устройством была выпущена партия труб ⌀ 13,8×1,5 мм со спиральными ребрами из сплава ПТ-7М.

Перед формированием труб с продольными ребрами гладкие трубы предготового размера ⌀ 15,1×2,4 мм сплава ПТ-7М подвергают вакуумной термообработке на вертикальной печи типа СШВ при температуре рекристаллизации, равной Т-690÷710°C с выдержкой 1 час, с использованием подвески типа дистанционирующая решетка. Далее термообработанные трубы подвергают холодной прокатке на стане ХПТР15-30, оборудованном двухроликовой клетью и механизмом поворота, обеспечивающим кантовку заготовки на 90°. В результате прокатки получают четырехреберные трубы с наружным диаметром ⌀ 13,8 мм и толщиной стенки 1,5 мм, имеющие симметрично расположенные по наружной поверхности четыре продольных ребра высотой 0,4 мм и шириной 1,2 мм, которые подвергают термообработке аналогичным способом, указанном выше.

Проводят скручивание полученной на стане холодной прокатки трубы ⌀ 13,8×1,5 мм. Для этого в обрабатываемую трубу 1 (фиг.1) вставляют оправку 2, имеющую цилиндрическую часть, причем зазор между трубой и оправкой составляет не более величины допуска на непрямолинейность трубы: 0,35÷0,45 мм.

Оправка имеет один цилиндрический и один конусный конец. На конусном конце нарезана резьба для крепления разрезной цанги 3, служащей для жесткого крепления обрабатываемой трубы 1 с оправкой 2 и передачи ей синхронного вращения вместе с трубой. Этот конец трубы крепят в зажимном приспособлении механизма закручивания 6 и всю сборку устанавливают в трехкулачковый патрон шпинделя токарного станка мод. 1Н63М - 5 при этом другой конец обрабатываемой трубы крепят в неподвижном зажимном приспособлении 7 и устанавливают в резцедержатель станка. От поворота приспособление 7 удерживается стопорным винтом.

Приводят во вращение шпиндель, при этом происходит скручивание трубы крутящим моментом, передаваемым коробкой скоростей станка на деформируемую трубу.

Заданный шаг спирали обеспечивают количеством оборотов (углом закрутки) и подбирают опытным путем в зависимости от геометрических размеров и состояния материала.

По выбранным режимам проводят скрутку всей оставшейся партии труб. После чего трубы подвергают вакуумной термообработке с вертикальным расположением и дистанционированием их друг от друга при температуре рекристаллизации Т-690÷710°C, как описано выше.

По результатам контроля изготовленные трубы соответствуют всем требованиям технических условий. При этом максимальный разброс прочностных свойств труб не превышает 10 Н/мм 2 , относительного удлинения - не более 1,5%. Металлографические и рентгеновские исследования показали рекристаллизованное состояние материала труб с размером зерна 10÷11 мкм и отсутствие микроискажений кристаллической решетки по всей длине готовых труб, что способствовало обеспечению стабильности шага спиральных ребер.

Вариант осуществления способа с передачей крутящего момента через оба конца трубы реализуется аналогично с использованием для закручивания конца трубы, фиксированного изнутри на оправке, идентичного примеру 1 приспособления. Второй конец трубы может закручиваться любым известным предназначенным для этого средством.

Таким образом, заявляемые способ и устройство позволяют получить тонкостенные трубы со спиральными ребрами со стабильно воспроизводимым качеством готовых труб.

Интерцепторы дымовых труб: назначение и особенности использования

Современные дымовые трубы имеют в верхней части своей конструкции спираль, о назначении которой большинство людей имеет смутное представление. Чаще всего такой элемент конструкции воспринимается как промышленный дизайн. Однако это не так. Эта часть трубы имеет определенное функциональное назначение.

В ходе строительства всех высотных сооружений инженеры-проектировщики всегда учитывают силу воздействия потоков ветра на возведенное сооружение. Чем выше такая конструкция, тем сильнее на нее будет влиять сила ветра. Поэтому конструкция должна обладать определенной гибкостью, что позволило бы избежать ее разрушения. Особенно подвержены такому воздействию конструкции цилиндрической формы, такие как дымовые трубы. Вокруг них могут возникать вихревые возбуждения, которые давно описаны в специальных инженерных трудах.

Эффект вихревых возбуждений способен создать аварийную ситуацию и даже полностью разрушить такой объект. Проектировщики учитывают такой эффект еще на этапе разработки проекта. Они создают специальные конструкции, которые могут гасить силу вихревых возбуждений и колебаний цилиндрического высотного сооружения под силой ветра.

Способы конструктивно компоновочных решений снижения силы вихревых потоков

Воздействие силы ветровых потоков способно вызывать продольные и поперечные колебания высотного сооружения типа дымной трубы. Это учитывается при разработке специальных конструктивных элементов, которые позволили бы снизить агрессивную силу воздействия ветровых потоков.

Поток ветра, обтекая цилиндрическую трубу, образует завихрения, которые время от времени отходят от стенок высотной цилиндрической конструкции. В результате со всех сторон трубы создаются импульсы, оказывающие разрушительное воздействие на ее целостность. Труба начинает колебаться в плоскости, перпендикулярной направлению потока ветра. Кроме этих колебаний, сама труба еще время от времени может качаться. При совпадении частоты колебаний вихревых потоков и самой трубы может произойти разрушение всей конструкции. В результате критического резонанса увеличивается амплитуда колебания трубы. В результате этого возникает напряжение на сварных швах и последующее разрушение металлического корпуса в прилегающих к швам зонах.

Для того чтобы избежать этого, используются специальные элементы конструкции, которые гасят колебания трубы. Такие гасители делят на две группы:

механические;
аэродинамические.

Их используют при возведении мостов, телевышек, небоскребов, памятников большого размера, устанавливают на длинных составах. Конструкция механических гасителей представляет из себя груз на подвеске или пружине, который колеблется в противоположном ритме колебаний высотной длинной конструкции. Сила колебаний гасителя нейтрализует колебания самого высотного объекта, не давая ему разрушаться.

При разработке проекта и проведении расчетов инженеры-проектировщики обязательно проводят расчет резонанса. Для этого нужно точно определить, при какой скорости порывов ветра будут возникать резонансные колебания. В ходе расчетов всегда учитывается диаметр трубы, который вставляется в специальную формулу v (кр) = 5d/Ti .

Значение интерцепторов в высотном строительства

Решение проблемы гашения колебаний не теряет своей актуальности, так как высота труб все время увеличивается. Инженерно-строительные технологии предъявляют все более жесткие требования к возможным колебаниям труб. Решать эту задачу помогают интерцепторы. Они не только помогают изменить направление вихревых потоков, но и способствую выводу вредных выхлопов на более высокий уровень, избегая оседания вредных веществ в воздухе.

Производители таких труб сегодня всегда используют интерцепторы. Они не могут предотвратить появление резонанса от ветровых вихрей, но способны существенно снизить их силу. Сегодня все виды дымных труб оснащаются такими элементами, которые способны снизить колебания самой трубы до 30%. Такие элементы дымных труб увеличиваю срок их эксплуатации, сокращают усталость металла и увеличивают ресурс эксплуатации всего сооружения.

Конструкции для погашения резонанса ветровых вихрей усиливают дополнительными элементами, которые способствую подавлению силы завихрений воздуха вокруг трубы в той или иной степени. Одним из видов таких элементов стали спирали. Спиральные интерцепторы называются аэродинамическими установками. Их давно используют при строительстве самолетов и кораблей. С помощью аэродинамических интерцепторов удается создавать нужное обтекание корпуса воздушного или морского судна.

Трубные интерцепторы делают в виде спиралей из стальных сплавов, которые монтируются на верхнюю часть трубы. Спираль может быть монолитной или состоящей из нескольких сегментов, которые не соединены друг с другом.

Зачем на трубах спираль

Интерцепторы дымовых труб: назначение и особенности использования

В ходе строительства всех высотных сооружений инженеры-проектировщики всегда учитывают силу воздействия потоков ветра на возведенное сооружение. Чем выше такая конструкция, тем сильнее на нее будет влиять сила ветра. Поэтому конструкция должна обладать определенной гибкостью, что позволило бы избежать ее разрушения. Особенно подвержены такому воздействию конструкции цилиндрической формы, такие как дымные трубы. Вокруг них могут возникать вихревые возбуждения, которые давно описаны в специальных инженерных трудах.

Способы конструктивно компоновочных решений снижения силы вихревых потоков

Значение интерцепторов в высотном строительства

Производители таких труб сегодня всегда используют интерцепторы. Они не могут предотвратить появление резонанса от ветровых вихрей, но способны существенно снизить их силу. Сегодня все виды дымных труб оснащаются такими элементами, которые способны снизить колебания самой трубы до30%. Такие элементы дымных труб увеличиваю срок их эксплуатации, сокращают усталость металла и увеличивают ресурс эксплуатации всего сооружения.

При закрутке потока происходит увеличение местных пристеночных скоростей и общая перестройка течения. Закрутка потока в трубах наиболее просто осуществляется при использовании закрученных лент и шнеков (см. Рис. 2.3). При этом закрутка потока поддерживается непрерывно по всей длине трубы, что обеспечивает постоянство соотношения тангенциальной и осевой составляющей скорости.

При закрутке потока лентой в поперечном сечении происходят перетекания жидкости от периферии к центру в результате действия градиента давления. Жидкость из пограничного слоя проникает в ядро потока. Эти движения приводят к возникновению четырех вихревых областей (см. Рис. 1.4), которые способствуют усилению теплообмена, и совместно с действием центробежных сил уменьшают толщину пограничного слоя. Кроме того, вихревое смешение приводит к возникновению турбулентного течения при меньших числах Re

Рис. 1.3. Винтовые вставки: 1-закрученая лента, 2-шнек

Рис. 1.4 Схема образования вторичных течений в трубе с закрученной лентой

Турбулентное течение теплоносителей в теплообменных аппаратах предпочтительно с точки зрения обеспечения выгодного соотношения между

уровнем теплообмена и величиной потерь давления по сравнению с ламинарным режимом.

В отличие от турбулентного течения, в ламинарном (переходном) потоке в канале термическое сопротивление более равномерно распределено по всему поперечному сечению канала, поэтому для интенсификации теплоотдачи необходимо возмущающее воздействие на обширную зону пристенного течения. Ленточные завихрители в этой области режимов особенно эффективны. Для ламинарного течения наиболее предпочтителен диапазон шагов закручивателя S=(6ч10)D. Анализ, выполненный в работе, показывает, что увеличение теплоотдачи, полученное с помощью закручивателей, в переходном и турбулентном режимах с ростом числа Re значительно падает, и поэтому использовать закручиватели при больших числах Re для потока в трубе не рекомендуется.

Каналы со спиральными выступами и пружинными вставками

В трубах со спиральными выступами интенсификация обусловлена совместным действием двух факторов: турбулизацией и разрушением пристеночного слоя течения выступами и закруткой пристеночного потока под действием выступов. Интенсифицирующее воздействие частичной закрутки течения низким выступом (только пристеночной зоны) реализуется через увеличение пристеночной скорости потока. Этот способ, вероятно, следует отнести к комбинированным способам интенсификации теплообмена, так как на поток одновременно действует турбулизация и закрутка.

Геометрические параметры трубы со спиральными выступами включают (см. Рис. 1.5): внутренний диаметр по гладкой поверхности D, высоту выступа h, число заходов спирали n, шаг между соседними выступами вдоль трубы t, шаг спирали S = п * t, угол между осью трубы и продольной осью выступа Определяющее влияние на гидравлическое сопротивление и теплообмен имеют относительная высота и шаг выступа h/D и t/h.

Рис. 1.5 Поперечный разрез трубы со спиральными выступами

Прочностные и вибрационные качества накатанных труб почти не уступают гладким трубам, по мнению. Загрязняемость труб со спиральными выступами одинакова с гладкими по весу отложений на 1м 2 поверхности. Равноценно у них и влияние загрязняемости на снижение тепловой эффективности.

Эксперименты, проведенные в УГТУ показывают, что при возрастании числа Re потока эффект интенсификации снижается; в некотором диапазоне размеров выступов возможно уменьшение коэффициента теплоотдачи шероховатой трубы по сравнению с гладкой, объясняющееся подавлением закруткой пристенной турбулентности потока, создаваемой выступами, а также возникновением застойных циркуляционных зон между высокими выступами. Интенсификация теплообмена в этих трубах связана с закруткой потока выступами и влиянием отрывных течений около них, поэтому очевидна сильная зависимость процесса интенсификации от величины угла

При малых углах существенная закрутка потока подавляет турбулентность от выступов и снижает ее влияние на течение, при больших закрутка потока мала, при этом возрастает воздействие на поток отрывного течения за выступом и турбулентных возмущений, сопровождающих отрыв.

По тепловой эффективности (при теплообмене в канале) трубы с низкими внутренними спиральными рёбрами и трубы со спиральной накаткой являются конкурирующими вариантами, однако спиральная накатка более предпочтительна, так как трубы с рёбрами имеют большую металлоёмкость.

Спиральные выступы в трубе можно образовать посредством установки в них пружинных вставок из проволоки (см. Рис. 1.6). При малых шагах проволочной спирали может нарушаться тепловой контакт выступа (проволоки) с поверхностью трубы, поэтому эффект увеличения поверхности теплообмена за счет выступов может существенно падать по сравнению с его проявлением при спиральной накатке. Этот недостаток снижает тепловую эффективность пружинных вставок при малых шагах относительно накатанных спиральных выступов. При достаточно больших шагах влияние указанного фактора незначительно.

Спиральные проволочные вставки обнаружили в процессе экспериментальных исследований повышенные возможности интенсификации теплообмена в трубе при ламинарном течении по сравнению с турбулентным.

Рис. 1.6 Труба с внутренней пружинной вставкой

Известно, что при уменьшении расстояния между соседними витками вставки (или увеличении угла ф) теплоотдача и гидравлическое сопротивление сначала возрастают, а затем падают. Очевидно, что между близкими и толстыми витками спирали (или высокими выступами) организуются застойные вялые циркуляционные зоны жидкости со значительной молекулярной составляющей переноса тепла и импульса, определяющей общее снижение интенсивности обменных процессов между потоком и стенкой.

Увеличение диаметра проволоки вставки h всегда приводит к росту гидравлического сопротивления трубы.

Сравнение, проведенное в показывает, что наилучшими показателями характеризуются пружинные вставки с относительно большим шагом и диаметром проволоки (t/D = 3.1,2h/D =0.435).

В случае гидравлического сопротивления, одинакового с гладкой трубой, трубы с пружинными вставками обеспечивают максимальное увеличение теплосъёма до 40%. Применение вставок, по мнению, увеличивает стоимость трубного пучка на 15% и более.

Для интенсификации теплообмена потоков вязких жидкостей предпочтительны вставки с большими углами (р. Необходимо учитывать, что пружинная вставка может увеличить поверхность теплообмена в трубе на 10 *f 40% и более.

Спиральные проволочные вставки успешно используются в подогревателях и охладителях масел зарубежного и отечественного производства.

Вихрева́я доро́жка (также доро́жка Ка́рмана в честь Теодора Кармана) — цепочки вихрей, которые наблюдаются при обтекании жидкостью или газом протяжённых цилиндрических тел (или других линейно вытянутых плохо обтекаемых профилей) с продольной осью, перпендикулярной направлению движения сплошной среды.

Отрыв вихрей происходит с двух сторон тела поочерёдно; после срыва вихри образуют две цепочки позади тела, направление вращения вихрей в одной цепочке противоположно направлению вращения в другой.

Явление можно наблюдать лишь при ограниченных значениях числа Рейнольдса (например, для цилиндров диапазон простирается от 47 до 10 5 ). Размеры дорожки зависят от размера обтекаемого тела, при этом существует линейная зависимость между шириной дорожки и расстоянием между соседними вихрями.

Как и при всяком турбулентном обтекании, тело испытывает лобовое сопротивление, которое возрастает с увеличением ширины дорожки.

Содержание

Вихревые расходомеры используют тот факт, что частота вихрей f в первом приближении пропорциональна скорости потока v и зависит от безразмерного критерия Sh (число Струхаля) и ширины тела обтекания d [2] [3] :

Измерение частоты волн, вызываемых срывом вихрей, позволяет определить скорость потока бесконтактным способом.

Вихревые дорожки также являются причиной колебания струн в эоловой арфе.

Однако, по большей части крупномасштабные срывы вихрей вокруг деталей машин и инженерных сооружений представляют собой техническую проблему из-за опасности разрушения конструкции. Например, три из восьми градирен электростанции в Феррибридже (англ.) русск. разрушились 1 ноября 1965 года из-за срыва вихрей, вызванного ветром со скоростью 130 км/ч [4] . Образованием вихревой дорожки обусловлено раскачивание высотных сооружений — башен, небоскрёбов, дымовых труб. Особенно опасно резонансное раскачивание, при котором частота образования вихрей совпадает или близка к собственной механической частоте горизонтальных колебаний сооружения, что зачастую приводит к разрушению, поэтому при проектировании таких сооружений используют моделирование с помощью продувки макетов в аэродинамических трубах.

Для предотвращения образования вихревой дорожки используются несколько приёмов:

К обтекаемому телу прикрепляется длинная плоская пластина, расположенная вдоль потока со стороны, противоположной от набегающего потока. Эта пластина предотвращает взаимодействие вихрей, срывающихся по обе стороны цилиндра, и тем самым ослабляет дорожку. Этот приём применим лишь в тех случаях, когда направление потока неизменно по отношению к обтекаемому телу.

На цилиндрические башни добавляются «интерцепторы» — подобие гигантской винтовой резьбы. Эти детали предотвращают образование двумерного потока и поочерёдного срыва вихрей [5] . Аналогичный приём применяется в конструкции автомобильных антенн.
Диаметр сооружения варьируется по высоте, что приводит к различной частоте срыва вихрей на разных высотах и тем самым позволяет избежать синхронного срыва вихрей по всей высоте сооружения.

Резонанс и интерцепторы дымовых труб

Подскажите пожалуйста, уже погибаю в этих формулах и цыфрах. Если правильно понял из книг интерцепторы (гасители колебаний резонанса) нужны что-бы убрать резонанс вызываемый ветром. Тогда зачем проводится расчет на сбор нагрузок при резонансе? Для уточнения нагрузок без гасителя? Другими словами, если мы просчитали - резонансу быть, нагрузки эдаки разов в 3 стали больше, ставим благополучно интерцепторы - и резонанс пропадает, но нагрузку пересчитывае с учетом навивки (увеличения диаметра на ширину пластин). Правильно понимаю, или нет?

ставим благополучно интерцепторы - и резонанс пропадает, но нагрузку пересчитывае с учетом навивки (увеличения диаметра на ширину пластин). Правильно понимаю, или нет?

Не очень большой спец в этой теме, но рискну ответить.
При обдуве трубы, возможен резонованнсно вихревое возмущение, поперек направления ветра, причем начало резонанса часто происходит при ветре меньше максимального. При постановке интерцепторов вы увеличиваете лобовое сопротивление, но меняете скоростной диапазон ветра, при котором возникают поочередные срывы слева и справа от трубы, которые и приводят к раскачиванию трубы поперек потока ветра. Цель что бы резонанс в поперечном направлении наступал на скоростях ветра, которых нет в данной местности.

Вот нашел такие строки (см. вложение). Получается: резонанс-ставим интерцепторы-проводим перерасчет ветра с коэфициентом с=1,1 (сейчас он 0,68)-спим спокойно? Или я вижу то что хочу видеть?

Интерцепторы колебания не гасят, просто препятствуют срыву вихрей. Резонанс плох тем, что не столько даже большие нагрузки а тем что они циклические (часто повторяющиеся)
При 5 м/с резонанс если и возникает то напряжения не так велики (можно посчитать и проверить на усталость). При 25 метрах в сек. просто очень редко такая скорость повторяется и держится не долго - порывами

Зачем у трубы от котельной ребра винтовые?

Лучший ответ

При обтекании ветром дополнительная тяга создаётся.

Александр ЕгоровМыслитель (6045) 6 лет назад

а почему поток по этой спирали именно вверх создается? Он же может и вниз заладиться? Если будет вниз тяга будет лучше или хуже?

ScrAll Просветленный (28305) Эффект пульверизатора. Над срезом трубы разрежение получается. Тяги вниз не будет, винт не туда закручен.

Остальные ответы

Винтовые рёбра создают дополнительный восходящий поток, который отбрасывает дым на бОльшую высоту.
Это pазновидность дефлектоpа - аэpодинамического пpиспособления,
пpепятствyющего yхyдшению тяги в тpyбе пpи сильном боковом ветpе.