Оребренные тепловые трубы

Оценка эффективности оребрения

Коэффициент оребрения труб определяется отношением общей наружной площади к площади наружной поверхности без рёбер. Эффективность оребрения вычисляется с учетом теплопроводности материала, формы и геометрических размеров ребер, а также структуры трубного пучка для каждого аппарата отдельно.

Некоторые рекомендации, графики, номограммы и формулы для расчета даны в Пособии к СНиП 2.10.04-85

При проведении тендеров по закупке оребренной трубы важно учитывать характеристики, подтверждающие эффективность и увеличение площади теплообмена в предлагаемых к торгам изделиям

Самостоятельное изготовление ребристых труб

Нарезка ребер на токарном стенке

Оребрение труб своими руками возможно на небольших участках или на относительно небольших заготовках. Способы могут быть различными:

сварка;
насечка + сварка;
насечка + натяг;
намотка проволоки;
нанесение глубокой резьбы с получением ребер на токарном станке.

При невозможности приобретения готового промышленного изделия могут быть применены все эти способы в зависимости от возможностей и наличия оборудования в мастерской домашнего умельца.

Для разных целей нужны трубы с различными характеристиками, что требует индивидуального подхода и точного расчета при выборе их на стадии проектирования оборудования.

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:

Внутрь алюминиевой трубы вставляют другую, меньшего диаметра.
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.

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.

Изготовление оребренных труб

Коммуникации и конструкции, имеющие повышенную теплоотдачу, могут изготавливаться несколькими различными способами. Наиболее популярны так называемые трубы спирально оребренные. В процессе их производства к обычным коммуникациям привариваются спирально дополнительные ребра. Качественная сварка делает швы незаметными. Так поверхность трубы становится оребренной.

После проведения данной операции поверхности изделий не нуждаются в дальнейшей обработке. Более того, благодаря оребрению такие системы получили возможность более длительной эксплуатации.

Производство оребренных труб предусматривает покрытие оребренного слоя термостойкими покрытиями, которые повышают коэффициент теплопроводности на 52-55 %. Благодаря усилению оребренные поверхности способны выдерживать повышенные нагрузки.

Основная масса оребренных изделий производится из высококачественной стали в совокупности с другими металлами и сплавами. Используются низколегированные, хромомолибденованадиевые, углеродистые, аустенитные и хромомолибденовые сплавы. Оребрение труб также может быть изготовлено из стали или цветных металлов.

Например, прекрасными показателями обладает труба алюминиевая оребренная, пришедшая на смену медно-латунному варианту. Но там, где по условиям эксплуатации нельзя использовать чисто алюминиевые конструкции, применяют их биметаллические аналоги: медно-алюминиевые, латунно-алюминиевые и т. д.

А вот чугунная труба не так распространена из-за относительно большого веса. Чугунные коммуникации используются преимущественно в промышленных экономайзерах для подогрева воды.

Конструкция

Независимо от материала, изделия этого вида по устройству одинаковы. Отличаются они только деталями – формой лепестков и коэффициентом оребрения. «Сооружение» собирается из двух составляющих:

Основа – это труба, изготовленная из материала с антикоррозийными свойствами. Ее задача – выдерживать давление и перепад температур. Используют стальные, чугунные и трубы из цветных металлов. В зависимости от решаемых задач по ним протекает хладо- или теплоноситель.
Ребра, закрепляемые на основе. Так как нагрев осуществляется по всей поверхности лепестков, его эффективность остается на одном уровне независимо от температуры носителя.

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

Трубы из чугуна отливаются сразу с ребрами. Для изготовления изделий из других материалов применяют:

высокочастотную приварку элементов;
обжим шайб;
поперечно-винтовую накатку;
электродуговую и контактную сварку;
навивку с натяжением металлической ленты на основу.

Некоторые производители для повышения эффективности теплопередачи делают ребра с прорезями. Трубы, изготовленные методом накатки алюминия, могут применяться при температуре до 350 ⁰C. Конструкции, сделанные по технологии навивки стальной ленты, способны выдержать более суровые условия.

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:

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.

Расчет коэффициента теплопередачи

Поскольку у металлов термическое сопротивление невелико, стенку трубы можно считать плоской. Тогда ее коэффициент теплопередачи от одной среды к другой находят по формулам:

для плоской поверхности (рис. 5.10):

для оребренной стенки:

В указанных формулах коэффициент теплопередачи (α_пр) и площадь выступов определяются:

где F_р – площадь одного ребра, а n – их количество.

Исходя из того, что следует принять

Предположим, что необходимо рассчитать плотность теплового потока (q, Вт/м2), передаваемого через стенку чугунной трубы с горячей водой (t = 70 ⁰C) окружающему воздуху (t = 20 ⁰С). Температуры внутренней и наружной ее плоскости – t1 и t2 соответственно.

Толщина изделия, коэффициент теплопроводности чугуна и степень черноты поверхности равны: δс = 3мм, λ = 63 Вт/м К, c = 0,9. Конвективный коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней плоскости α1 = 3500 Вт/м2 К, от наружной стенки трубы к воздуху α2 = 6,5 Вт/м2 К.

Для расчета возьмем t2 = 69 ⁰C. Тогда

Используя полученный результат, определяем температуру t2:

Расхождением между принятым и вычисленным показателем, равным 0,77 ⁰C, пренебрегают, так как на точность расчета это существенно не влияет. Определяем значение t1:

Результат: q = 652 Вт/м², t1 = 69,8 °С, t2 = 69,77 °С.

Технические параметры: гост

Элементы с разными типами оребрения отличаются по характеристиками.

Изделия, полученные накатным способом, используют при рабочей температуре до 285°C. Они обладают исключительной степенью механической прочности и стойкости к ржавлению.

Показатели спирально-навивных устройств разных видов намотки отличаются.

Максимальный порог рабочей температуры:

L-образной ― 150°C;
LL-образной ― 180°C;
KL-образной ― 260°C;
G-образной ― 400°

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Стойкость к ржавлению у них допустима, кроме недостаточной степени у G-образной. По параметрам прочности допустимая у KL-образной и G-образной, у остальных видов ― недостаточная.

Оребренная труба — отличный вариант для теплообменников.

Устройство ребристых труб отопления

Трубный материал в системах отопления используются не только при монтаже отопительного трубопровода, но и в качестве радиаторов. Чтобы повысить эффективность такой системы, в контур отопления врезается участок трубы большего диаметра или фигурного исполнения (змеевик), что увеличивает площадь теплоотдачи.

Позже стал применяться ещё один метод – оребрение участков трубопровода, выполняющих роль радиаторов.

Таким образом, ребристые трубы отопления представляют собой трубный фрагмент определённой длины (несущую трубу) с поперечными (реже – продольными) наружными рёбрами, расположенными с определённым шагом. Оребрённый элемент трубопровода оборудуется входным и выходным патрубками для подключения к отопительной системе. Патрубки такого радиатора могут быть с резьбой, гладкой поверхностью (под сварку) или фланцем.

Одно такое изделие, готовое к врезке в контур отопления, называется односекционным регистром. Если несколько односекционных регистров смонтировать в ряды, расположенные в одной или двух плоскостях, получится многосекционный регистр — конструкция, ещё более увеличивающая интенсивность обогрева.

Применение трубной продукции ребристого исполнения из чугуна

Чугунные оребрённые радиаторы из-за значительного веса и невысокого уровня эстетичности применяются в основном при паровом или водяном отоплении производственных цехов, складских помещений, животноводческих комплексов и других объектов значительных площадей. При этом одиночное использование такого оборудования неэффективно, и элементы устанавливают секциями из нескольких радиаторов. Такие регистры отопления из ребристой трубы увеличивают интенсивность обогрева помещения в разы, но при этом требуют значительной площади для установки.

Для обогрева жилья эти устройства также пригодны, но потребуется их дополнительная отделка в виде декоративных кожухов или фальш-стены.

Высокие технические характеристики чугуна обуславливают широкое применение чугунных оребрённых труб в экономайзерах – газы и агрессивные вещества при прохождении по ним не вызывают коррозии материала теплообменника.

Монтаж чугунных ребристых труб

В силу значительности веса, оребрённые регистры отопления предъявляют повышенные требования к основанию. Несущая способность стен (при настенном исполнении радиаторов) и прочность кронштейнов должны быть высокими, а заделка креплений в основание – надёжной. При напольном исполнении устройства агрегата у него внизу должны быть приварены опоры, штатные или самостоятельного изготовления. Если пол – деревянный настил, то в нём устраиваются прорези, чтобы опоры радиатора располагались на несущей плите перекрытия.

Перед установкой оребрённый радиатор очищают от старой краски и грязи, обезжиривают, а затем грунтуют и красят. Покраску лучше выполнить краскопультом, так как из-за конфигурации регистра площадь окраски велика, а оребрение плохо доступно для работы кистью.

В качестве грунтовки подойдёт раствор железного сурика в олифе, а финишный слой – термостойкая краска (эмаль) подходящего цвета или раствор алюминиевой пудры. Окрашиваемый регистр не должен находиться под прямыми лучами солнца – краска потечёт.

Окрашенный радиатор после высыхания краски устанавливается по месту, после чего выполняется дополнительное крепление устройства к стене во избежание случайного опрокидывания при механическом воздействии.

Подключение к контуру отопления производится после окончательной установки агрегата, чтобы его смещение не нарушило герметичность соединений. Врезка производится в зависимости от исполнения патрубков регистра – фланцевым соединением, на резьбе или сваркой. При фланцевом соединении рекомендуется в качестве прокладочного материала использовать паронит, вырезанный по размерам зеркал фланцев (зеркала очищаются от краски мелкой наждачной бумагой), или использовать штатные прокладки, если они предусмотрены комплектацией.

После окончательной установки агрегата производится точечная окраска участков, повреждённых при монтаже.

Способы оребрения труб

Чугунные оребренные трубы для отопления производятся литьем и соответствуют требованиям, изложенным в ГОСТ 1816-76. Прочие трубы изготавливаются одним из нижеперечисленных способов:

приварка токами высокой частоты (ТВЧ);
приварка электродуговой или контактной сваркой;
обжимом шайб;
поперечно-винтовая холодная прокатка;
навивка с натягом алюминиевой ленты на сталь.

Продольное, игольчатое и спиральное оребрение

Некоторые данные по изготовлению изделий из стали изложены в СТО ЦКТИ 10.002-2007 (стандарт предприятия для котельных труб) и могут служить справочной информацией для других организаций.

Приварка ребер ТВЧ

Методом приварки можно получить различную форму ребер: спиральные и продольные. Для этого трубную заготовку и полосу металла высокочастотными токами нагревают до температуры сварки и производят приварку наложением полосы на основу прижимом с помощью ролика. При этом высота получаемого ребра меньше ширины начальной полосы.

Чугунные трубы с квадратными рёбрами

Спиральные ребра более распространены, нежели продольные, так как их проще изготавливать, и при этом уменьшается расход металла на обрезаемые концы полосы или проволоки. Этот способ, в зависимости от оборудования, может быть как высокопроизводительным, так и полукустарным.

Электродуговая и контактная сварка

Для приварки ребер используется и электродуговая сварка в среде аргона. Предпочтительно такую сварку производить с использованием полуавтоматических или автоматических сварочных станков (аппаратов, линий). Трубная заготовка перед приваркой ребер может подвергаться насечке, образующей основание для полосы, что увеличивает теплопередающие свойства полученного изделия.

При ручной сварке длинномерная заготовка может приобрести нежелательную продольную деформацию. Чтобы избежать этого, следует закрепить заготовку на стапелях и варить от центра сразу в две стороны, попеременно с одной и с другой стороны ребра, а затем проварить оставшиеся участки. Этот метод подходит при авральных ремонтных работах.

Получение поперечных ребер обжимом

Поперечные ребра можно получить обжимом шайб круглого, квадратного или прямоугольного сечения. Выполняется такая работа на специальном автоматическом станке. Шайбы подаются одна за другой на заготовку с определенным, заданным шагом. При этом происходит обжим воротника шайбы на трубе. Этот метод малопроизводительный и применяется на небольших предприятиях и в ремонтных мастерских.

Поперечно-винтовая холодная прокатка (ПВХП)

Способ ПВХП применяется для монометаллических и биметаллических трубных заготовок. Примером монометаллических изделий являются медные оребренные трубы, преимуществом которых является отсутствие швов. Их изготавливают на прокатных станках и станах с применением валков особой формы, между которыми проходит трубная заготовка. Таким же образом может быть изготовлена и алюминиевая оребренная труба.

Оребрение прокаткой на медной трубе

Оребрение на биметаллических трубах производится накаткой. Например, на стальную трубную заготовку – несущую основу, насаживается алюминиевая или медная труба, на поверхности которой и прокатываются ребра. Это изделия, обладающие прочностью стали и повышенной теплопроводностью цветных металлов.

Навивка с натягом

Навивка с натягом алюминиевой ленты на стальную заготовку – один из способов создания биметаллического изделия, который является одним из рекомендуемых для воздушных теплообменных аппаратов (холодильников) по ГОСТ Р 51364-99. Расчет натяга ведется с учетом температурного расширения стали и алюминия при рабочих температурах теплообменных аппаратов, для которых предназначены оребренные таким образом трубы.

Алюминевое оребрение на медной трубе

Технические характеристики оребренных коммуникаций

Оребренные трубы различаются множеством характеристик.

Перечислим основные из них:

диаметр оребренных труб. Находится в пределах 0,8-10 см.
толщина стенок основной трубы. Находится в диапазоне 0,02-1,2 см;
толщина наваренных ребер. Зависит от предназначения трубы и может составлять 0,08-0,25 см;
высота приваренных ребер. Обычно ребра имеют длину 0,8-3 см. В некоторых случаях выпускают трубы с ребрами, значительно превосходящими по высоте данные показатели;
метод оребрения. Оребрение можно делать несколькими способами. Самый простой способ — навивание алюминиевой ленты на поверхность трубы с последующей приваркой. Лента может быть напрессована на трубу и накатана на станке. И наконец, стальная лента навивается и приваривается;

Цена оребренных труб может колебаться в зависимости от толщины самих изделий, длины поперечных ребер, а также от материала изготовления. Кроме того, на стоимость влияет возможное покрытие поверхностей термостойкими составами.

Технические характеристики

У труб с ребрами такие характеристики:

Длина: от 1.5 и до 24 м.
Толщина стенок: от 2 и до 12 мм.
Внешний диаметр: от 2 и до 22 см.

Параметры ребер:

Толщина: от 0.8 и до 2.5 мм.
Высота: от 8 и до 28 мм.
Шаг: от 3.6 и до 25 мм.

Оребренные трубы всегда производятся с использованием стали и ее сплавов. Это повышает эксплуатационные свойства изделий. Бывают не только трубы стальные оребренные, но и иные варианты.

Используются такие сплавы:

Хромомолибденовые, марки: 12ХМ, 12Х1МФ и 15Х5М.
Аустенитные, марки: 08Х18Н10Т, 10Х17НВМ2Т, 12Х18Н10Т.
Углеродистые, марки: Ст3 и Ст20.
Низколегированные, марки: 09Г2С, 10Г2.
Хромомолибденованадиевые, марка — 08Х14МФ.

Лента для оребрения производится с использованием стали лучших марок. Но заказчик может запросить любые другие материалы по своему усмотрению. Тут все зависит от конкретных задач. Большой популярностью пользуются трубы алюминиевые с ребрами. Но часто заказывают изделия из латуни, меди и прочих материалов. Все зависит от предпочтений клиента.

Также он может определять и прочие характеристики изделий, например, расстояние между ребрами. Существует 3 вида оребрения: навивание алюминиевой ленты до приварки, навивание стальной ленты с приваркой и напрессовывание ленту с последующей накаткой. Предпочтительный вариант производства тоже может выбрать заказчик.

Изготовленные трубы с алюминиевыми ребрами могут эксплуатироваться на объектах, где температурный режим достигает +350 oC. А если изделие изготавливалось с навиванием стальной лентой, то температура эксплуатации превышает 350 градусов Цельсия. Поэтому ими можно оборудовать комплексы, предназначенные для нахождения в условиях высокой температуры.

Назначение оребренных труб

Оребренные трубы применяются в промышленности и в быту.

Использование труб с ребрами:

Оребренные трубы содержатся в конструкции теплообменном оборудовании различных видов и назначения.
Отдельные элементы атомных станций изготавливаются с использованием оребренных труб. В частности, это газоохладители, отопительное оборудование парового типа, промежуточные холодильные установки.
В климатической технике этот вид труб часто используется. Это конденсаторы и крупногабаритные системы кондиционирования воздуха.
В машиностроении. Металлические трубы с ребрами требуются при производстве холодильных установок, охлаждающих установок, а также компрессоров разного типа.
В химической промышленности и для аппаратуры нефтепереработки. Охлаждающие и нагревательные установки изготавливаются с использованием этого вида труб.