EA007479B1

EA007479B1 - Металлическая сетка

Info

Publication number: EA007479B1
Application number: EA200600362A
Authority: EA
Inventors: Доминикус Фредерикус Мюлдер
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-10-27
Also published as: WO2005015108A2; KR20060056372A; KR20060056371A; KR20120014069A; CA2534832A1; JP4570167B2; PL1654510T3; ATE447694T1; CA2534773C; CN1846111A; AU2004263668B2; US7934301B2; CA2534832C; EP1664657A2; EP1664657B1; PT1654510E; US20080078888A1; AU2008202890A1; US20050063226A1; WO2005015107A8

Abstract

Лист металлической сетки изготовлен прорезкой листа и его растяжкой с образованием решетки с отверстиями, которая имеет первую повторяющуюся длину в направлении растяжки и вторую повторяющуюся длину в направлении, перпендикулярном направлению растяжки. При этом первая и вторая повторяющиеся длины по существу одинаковы. Лист сетки имеет угол растяжки больше 90°. Согласно изобретению лист металлической сетки используется для поддержки пучка параллельных труб. Способ изготовления металлической сетки из предварительно растянутой сетки осуществляют путем приложения расширяющей силы с использованием множества передатчиков силы, взаимодействующих с множеством точек, причем передатчики силы расположены таким образом, что при приложении расширяющей силы они могут перемещаться друг относительно друга во втором направлении.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к металлической сетке, к способу ее изготовления и к применению такой сетки в качестве опоры для пучка параллельных труб.

Уровень техники

Металлическую сетку обычно получают из листа металла, который прорезают по длине согласно конфигурации расположенных в шахматном порядке параллельных штриховых линий и растягивают (расширяют) перпендикулярно штриховым линиям с образованием структуры из пересекающихся полосок с промежутками между ними. Производство таких структур обычно недорого. Кроме того, листы могут быть легко нарезаны в желаемую форму, соответствующую конкретному применению, в частности в форме круга, с использованием для этого, например, лазерной резки.

Лист металлической сетки образует решетку с равномерно расположенными отверстиями, каждое из которых ограничено двумя, по существу, У-образными парами полосок, в каждой паре смыкающихся между собой в направлении растяжки и образующих угол растяжки, и двумя перемычками, соединяющими между собой две пары У-образных полосок на их концах. Отверстия металлической сетки имеют в основном ромбическую или усеченно-ромбическую форму. По существу, ромбическую форму (форму равностороннего параллелограмма) получают в том случае, когда прорези вдоль воображаемой штриховой линии намного длиннее непрорезанных частей (так называемых перемычек) между ними. После растяжки прорезанного листового металла перемычки образуют угловые точки, каждая из которых соединяет по четыре так называемых полоски равной длины. Если непрорезанные части между прорезями являются относительно длинными, то получают в основном усеченно-ромбическую форму. Под усеченноромбической формой подразумевается форма ромба, у которого парой параллельных линий отсечены два противоположных угла.

Полоски после растяжки металлической сетки не являются идеально прямыми, а часто имеют слегка 8-образную форму, т.е. искривлены около соединений с перемычками при в основном линейной центральной части между этими соединениями. Разумеется, У-образная форма пар примыкающих одна к другой (соседних) полосок в направлении растяжки является несколько искаженной. Таким образом, угол растяжки определяется центральными частями полосок, образующих (искаженную) У-образную форму.

Известную металлическую сетку получают растягиванием максимально до 90°, в результате чего образуются приблизительно квадратные отверстия. Этот продукт можно приобрести, например, у фирмы 8οτδΐ 81гескше1а11 СшЬН, Ганновер, Германия.

В процессе растяжки металла полоски выходят из плоскости листа, если только позднее лист не будет подвергнут обратному уплощению. Небольшая 8-образность полосок и их соединение с перемычками приводят к тому, что отверстия обладают не более чем двумя осями зеркальной симметрии, направленными вдоль и поперек направления растяжки. Этот предмет будет более детально обсуждаться со ссылками на чертежи.

С учетом отклонений отверстий в сетке от правильной ромбической или усеченно-ромбической формы используется выражение «в основном ромбическая или усеченно-ромбическая форма». Это выражение охватывает, таким образом, идеальную и неидеальную или искаженную формы.

Международная патентная заявка РСТ/ЕРО3/01074 на имя заявителя, которая не была опубликована до даты приоритета настоящей заявки, относится к применению металлической сетки в качестве опоры для пучка труб наподобие опорной перегородки в теплообменнике, в частности в кожухотрубном теплообменнике.

Кожухотрубный теплообменник имеет, как правило, цилиндрическую емкость, в которой размещается пучок параллельных труб, ориентированных в продольном направлении емкости. Этот теплообменник является теплообменником непрямого типа, в котором тепло переносится между жидкой средой, проходящей через трубы трубного пучка (трубная зона), и жидкой средой, проходящей вне труб (межтрубная зона). Подробности относительно кожухотрубных теплообменников можно найти, например, в руководстве Репу'8 С11С1шса1 Епдшееш; НапкЬоок, 6-е издание, 1984, МсСга\\-НШ 1пс., стр. от 11-3 до 1121. Концы труб трубного пучка закреплены на трубной решетке. Теплообменник может иметь две трубных решетки - по одной на каждом из торцов цилиндрической емкости или в случае, когда теплообменник имеет ϋ-образную форму труб, одну трубную решетку на одном из торцов цилиндрической емкости.

Промежуточные части труб также должны быть закреплены, например, для предотвращения повреждения труб из-за вибраций, возникающих в результате протекания жидкой среды. Для поддержки промежуточных частей труб может быть использована опора, содержащая поперечные опорные плиты, размещенные с промежутками по длине труб.

Традиционная опора содержит сегментные перегородки, несколько типов которых рассмотрены в руководстве Перри. Перегородки не только поддерживают трубы, но и влияют также на протекание жидкой среды через межтрубную зону. Таким образом, конструкция перегородки определяется также и условиями теплопереноса.

В описании к патенту И8 4143709 раскрывается опора для пучка параллельных труб, которая содержит множество поперечных опорных плит, размещенных с промежутками по длине поддерживаемых

- 1 007479 труб. Каждая плита целиком выполнена из одного листа, в котором просверлено множество отверстий с образованием правильной решетки, причем каждое из отверстий достаточно велико для того, чтобы пропустить несколько труб. Отверстия могут иметь в основном прямоугольную, квадратную, треугольную или ромбическую форму.

По меньшей мере одна из опорных плит известной опоры расположена не в фазе или со сдвигом. Трубы, проходящие через одно отверстие в одной опорной плите, проходят через разные отверстия в другой опорной плите, благодаря чему взаимодействующие соседние плиты удерживают трубы от бокового перемещения с противоположных сторон.

Было обнаружено, что отклонения от правильной ромбической или усеченно-ромбической формы затрудняет применение металлической сетки при расположении плит в шахматном порядке, в соответствии с описанием к патенту И8 4143709, поскольку при этом образуются по меньшей мере два разных типа пропускных каналов с несколько различающимися поперечными сечениями и формой, что нежелательно для оптимальной опоры труб.

Целью настоящего изобретения является разработка нового типа листа металлической сетки, в частности металлической сетки с оптимальными свойствами для применения в качестве опоры для труб.

Еще одной целью изобретения является разработка нового способа изготовления металлической сетки.

Раскрытие изобретения

Согласно настоящему изобретению предложен лист металлической сетки, изготовленный путем прорезки листа металла и его растяжки с образованием решетки с отверстиями, имеющей первую повторяющуюся длину в направлении растяжки и вторую повторяющуюся длину в направлении, перпендикулярном направлению растяжки, причем разница между первой и второй повторяющимися длинами не превышает 2%, т.е. первая и вторая повторяющиеся длины являются в основном одинаковыми.

Выражение «повторяющаяся длина» используется для обозначения расстояния (единичной длины), на которое необходимо сместить решетку (вдоль выбранного направления) для наложения отверстий смещенной решетки на отверстия несмещенной решетки.

Равные повторяющиеся длины во взаимно перпендикулярных направлениях позволяют располагать два листа металлической сетки с взаимно перпендикулярными направлениями растяжки один позади другого, благодаря чему полученные пересечения и проходы образуют однотипные поперечные сечения для пропускания труб.

Выражение «в основном равный» применяется в том смысле, что разница между повторяющимися длинами не превышает 2%, преимущественно 0,5% (что эквивалентно 5 мм/м) или меньше и более предпочтительно разница не превышает 0,2% (2 мм/м).

Подходящий угол растяжки для такого рода листа металлической сетки равен 90° или больше. Угол растяжки, необходимый для обеспечения одинаковой повторяющейся длины в обоих направлениях, зависит, наряду с прочим, от отношения длины перемычки к длине полоски, причем большие отношения требуют больших углов растяжки. В частности, подходящую конфигурацию отверстий получают при минимизации длины перемычки до образования почти квадратных отверстий. Другую подходящую конфигурацию получают при угле растяжки, равном примерно 120°. Металлическая сетка с углом растяжки более 90° будет также упоминаться в описании и формуле изобретения как перерастянутая металлическая сетка. Изобретение относится также к листу металлической сетки с углом растяжки более 90°.

Замечено, что известная металлическая сетка с квадратными отверстиями не обладает одинаковыми повторяющимися длинами вдоль и поперек направлений растяжки по причине того, что перемычки длиннее их ширины отверстий в направлении растяжки.

Изобретение относится, кроме того, к применению листа металлической сетки согласно изобретению для поддержки пучка параллельных труб.

Наряду с этим предлагается способ изготовления металлической сетки с образованием решетки с отверстиями, обладающей первой повторяющейся длиной в первом направлении и второй повторяющейся длиной во втором направлении перпендикулярном первому, в результате чего первые и вторые повторяющиеся длины имеют заданное соотношение, при этом способ включает следующие стадии:

подготовку предварительно растянутой металлической сетки, направление растяжки которой совпадает с первым направлением, образующей решетку с отношением первой и второй повторяющихся длин, меньшим заданного;

приложение расширяющей силы вдоль первого направления во множестве точек в разных положениях по отношению ко второму направлению до получения заданного соотношения повторяющихся длин, при этом растягивающая сила прилагается с помощью множества передатчиков силы, взаимодействующих с упомянутым множеством точек, причем передатчики силы установлены так, что при приложении растягивающей силы они могут взаимно смещаться во втором направлении, а заданное отношение подбирают таким, чтобы первая и вторая повторяющиеся длины были в основном одинаковыми.

Способ изготовления металлической сетки согласно изобретению позволяет получать сетку даже при больших углах растяжки, больших 85°, в частности 90° и больше. Лист металла расширяют в две

- 2 007479 стадии. Первой стадией может быть традиционная стадия растяжки листового металла с образованием предварительно растянутой сетки, которая может, например, быть полученной со склада.

Предварительно растянутая сетка не обладает желаемым отношением повторяющихся длин. Для последующего расширения металла с достижением желаемого отношения растягивающую силу прилагают во множестве точек, распределенных по стороне предварительно растянутой сетки в направлении, перпендикулярном направлению растяжки.

Когда растягивающую силу прилагают к прорезанному металлическому листу или промежуточному продукту, продольное расширение сопровождается поперечным сжатием. Этот эффект в наибольшей степени выражен при больших углах растяжки и, в частности, при углах растяжки, больших 85°. Согласно изобретению, передатчики силы расположены таким образом, что при приложении расширяющей силы они могут взаимно перемещаться во втором направлении. Этим путем расширяющая сила может оставаться равномерно распределенной по отношению к расширяемому листу в процессе расширения. Благодаря этому предотвращается возможность расширения, например, по периферии листа, большего расширения в центральной области. В результате этого разница между повторяющимися длинами по всему листу сводится к минимуму, и получаются относительно однородная форма отверстий, что справедливо также, в частности, и в отношении перерастянутой металлической сетки.

В одном из предпочтительных воплощений изобретения передатчики силы имеют форму, в основном, параллельных рычагов с крючками для зацепления с металлической сеткой.

В другом предпочтительном воплощении изобретения используется инструмент, который включает два ряда параллельных элементов, соединенных один с другим с помощью шарниров, образуя таким образом шарнирную решетку, которая может принимать конфигурации с разными углами инструмента между рядами параллельных элементов, причем передатчики силы размещены на этой решетке и выходят за пределы ее плоскости.

Выражение «передатчик силы» используется для обозначения штифта, язычка, шарнира, клина или какого-либо иного приспособления, имеющего подходящую форму для передачи силы на металлическую сетку.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описывается более детально с помощью примера со ссылками на соответствующие чертежи.

На фиг. 1 схематически показана часть продольного разреза теплообменника с пучком труб, поддерживаемых опорой в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 схематически в увеличенном масштабе показано одно из воплощений опорных плит согласно изобретению в плане вдоль линии ΙΙ-ΙΙ на фиг. 1;

на фиг. 3 схематически показан лист перерастянутой металлической сетки, предназначенный для применения в трубной опоре в соответствии с фиг. 2;

на фиг. 4 схематически показаны проходы в опоре, образованные в результате бокового относительного смещения двух листов металлической сетки на фиг. 3;

на фиг. 5 схематически показаны проходы в опоре, образованные в результате относительного поворота двух листов металлической сетки на фиг. 3;

на фиг. 6 схематически показано еще одно воплощение листа перерастянутой металлической сетки, предназначенного для применения в трубной опоре согласно изобретению;

на фиг. 7 схематически показаны проходы в опоре, образованные в результате относительного бокового смещения двух листов металлической сетки, показанных на фиг. 6, как в известном уровне техники;

на фиг. 8 схематически показаны проходы в опоре, образованные в результате относительного поворота двух листов металлической сетки, показанных на фиг. 6, согласно изобретению;

на фиг. 9 и 10 схематически показаны начальная и конечная ситуации первого воплощения способа согласно изобретению для расширения предварительно растянутой металлической сетки до ее конечного размера;

на фиг. 11 схематически показано одно из воплощений инструмента для последующего расширения предварительно растянутой металлической сетки;

на фиг. 12 и 13 схематически показаны начальная и конечная ситуации второго воплощения способа согласно изобретению для расширения предварительно растянутой металлической сетки до ее конечного размера.

На фигурах для аналогичных деталей используется одна и та же ссылочная нумерация.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана часть продольного сечения теплообменника 1 в форме цилиндрической емкости с кожухом 5. В теплообменнике установлен пучок труб, образованный множеством параллельных труб, из которых показаны трубы 11, 15 и 19. Трубы расположены параллельно оси цилиндрического кожуха 5. Опора для пучка труб образована размещенными с промежутками вдоль оси емкости плитами 21,22,23,24 и 25, поддерживающими промежуточные части труб в цилиндрическом кожухе 5. На фиг. 1 не показаны концевые части труб с трубной доской.

- 3 007479

На фиг. 2 схематически показана походящая геометрия расположения отверстий в опорных плитах в виде плана центральной части опорных плит 21 и 22 вдоль продольной оси цилиндрического кожуха на фиг. 1. В целях наглядности фиг. 2 выполнена в более крупном масштабе по сравнению с фиг. 1, по причине чего кольцевая часть опорных плит 21 и 22 не показана. Ясно, что изображенная на фиг. 2 правильная решетка выходит за пределы, по крайней мере, поперечного сечения теплообменника, который занят параллельными трубами, и что кольцевые части опорных плит закреплены на кожухе каким-либо подходящим образом. Другие опорные плиты фиг. 1 в целях наглядности на фиг. 2 не показаны.

Плита 21 выполнена с множеством отверстий 31, 32, 33, 34, 35, 36 и 37. Каждое из отверстий имеет в основном усеченно-ромбическую форму, поясненную на отверстии 31. Отверстие 31 образовано двумя парами соседних более длинных сторон (полосок): парой полосок 41, 42 и парой полосок 43, 44. Каждая из двух пар имеет У-образную форму и образует один и тот же угол α, который в данном примере близок к 120°. Концевые точки У-образных пар симметрично соединены парой параллельных коротких сторон перемычек 45, 46 равной длины. Относительный размер показанных полосок и перемычек определяет усеченно-ромбическую форму отверстия. Если бы перемычки 45, 46 были намного короче полосок 41, 42, 43, 44, например составляли бы одну пятую их длины или меньше, то в этом случае была бы получена в основном ромбическая форма отверстия.

Отверстие 31 имеет две оси зеркальной симметрии 48, 49. Отверстие удлинено вдоль оси 48, а ось 48 является характеристической осью зеркальной симметрии отверстия 31. Как будет показано ниже, при выполнении опорной плиты 21 из листа металлической сетки ось 48 совпадает с направлением растяжки.

Отверстия опорной плиты 21, по крайней мере, в ее центральной части образуют, как это показано, правильную решетку. Все отверстия имеют одинаковые размер и форму и удлинены вдоль их соответствующей характеристической зеркальной оси, т.е. вдоль или параллельно оси 48. Характеристическое направление опорной плиты 21 обозначено позицией 50.

Правильная решетка плиты 21 имеет равные повторяющиеся длины вдоль характеристического направления 50 и направления 56, перпендикулярного к характеристическому, т.е. расстояние между точками 51 и 52 и между точками 53 и 54 то же, что и расстояние между точками 51 и 53 и между точками 52 и 54. Точки 51, 52, 53, 54 являются центральными точками соседних перемычек, причем точки 51 и 53 находятся на одной центральной линии перемычек, принадлежащих к одному и тому же отверстию 33.

Каждое из отверстий опорной плиты 21 достаточно велико для того, чтобы вместить четыре трубы. Трубы 11, 15, 19 указаны на фиг. 2, несколько других труб показаны, но в целях наглядности не имеют ссылочных номеров.

Опорная плита 22 в целом подобна опорной плите 21. В частности, их форма, размер и расположение отверстий в центральной части, которая показана на фиг. 2, одинаковы.

Ссылочными номерами обозначены только отверстия 61, 62, 63, 64. Две оси зеркальной симметрии отверстия 62 обозначены как 68, 69. Отверстие 62 удлинено вдоль оси 69, по причине чего ось 69 является характеристической осью зеркальной симметрии отверстия 62 и в то же время представляет характеристическое направление опорной плиты 22.

Опорная плита 22 повернута на 90° относительно опорной плиты 21 в плоскости чертежа, т.е. относительно направления по длине труб, ориентированных перпендикулярно плоскости чертежа. В результате этого характеристические направления двух плит, 50 и 69, являются перпендикулярными. Наряду с этим характеристические оси зеркальной симметрии отверстий в опорной плите 21 (все параллельны оси 48) перпендикулярны характеристической оси зеркальной симметрии отверстий в опорной плите 22 (все параллельны оси 69). Опорные плиты 21 и 22 расположены таким образом, что центральные точки связок одной плиты проецируется на центральные точки отверстий другой плиты.

Объединенные отверстия в опорных плитах 21, 22 образуют опорные проходы для пучка параллельных труб. Один такой опорный проход обозначен с помощью заштрихованной площади 70, в то время как все другие площади на фигуре того же размера, как заштрихованная, также являются опорными проходами. Опорные проходы, проходящие через одно и то же отверстие в опорной плите, проходят через различные отверстия в другой опорной плите. Например, четыре опорных прохода 71, 72, 73, 74, проходящие через отверстие 62 в опорной плите 22, проходят через отверстия 31, 32, 33, 37, соответственно, в опорной плите 21. В целях наглядности трубы в этих и каких-либо других опорных проходах не показаны. Ясно, что в каждом из опорных проходов может быть расположена труба.

Проходящие через опорные проходы трубы могут поддерживаться с пяти разных сторон. В конкретном примере расположения, показанном на фиг. 2, трубы имеют 19 мм в диаметре и наиболее короткое расстояние между соседними трубами составляет 6 мм, в то время как ширина решетки (полоски и перемычки) также составляет 6 мм. Однако, в одной опорной плите каждая труба поддерживается самое большее только с двух или трех сторон. Благодаря этому жидкая среда в межтрубной зоне может легко протекать в продольном направлении. Если диаметр трубы меньше того, что допускается поперечным сечением опорных проходов, опора будет обеспечиваться только нижними сторонами отверстий.

Соответственно этому опорные плиты 23 и 25 на фиг. 1 располагают как плиту 21 на фиг. 2, а опорную плиту 24 - как плиту 22. Ясно, что по причине взаимно-перпендикулярных характеристических направлений (направлений удлинения) опорных плит оси зеркальной симметрии отверстий, образующих

- 4 007479 опорный проход, сориентированы в разных направлениях. Например, ось 48 отверстия 31 проходит в плоскости плиты в перпендикулярном направлении по отношению к оси 69 отверстия 62, причем оба отверстия принадлежат опорному проходу 71.

Опорные проходы, образованные как показано на фиг. 2, не образуют правильный треугольный или квадратный шаг. Однако, их расположение очень близко к треугольному шагу и характеризуется аналогичной высокой плотностью упаковки. Оси каждых трех ближайших соседних труб располагаются в угловых точках равностороннего треугольника.

Дополнительным преимуществом расположения, показанного на фиг. 2, является то, что полоска или перемычка между двумя соседними трубами проходит перпендикулярно к воображаемой линии, соединяющей оси труб в поперечной плоскости. Это означает то, что ширина полосок и перемычек в поперечной плоскости может быть равной кратчайшему расстоянию между соседними трубами. Затруднение протекания жидкой среды в межтрубной зоне, с другой стороны, не является проблемой, поскольку труба поддерживается только с двух или трех сторон, в основном, пятиугольного по форме опорного прохода. Таким образом, при высокой плотности упаковки труб (сравнимой с трубами при треугольном шаге) обеспечиваются максимальная механическая устойчивость и прочность, а также оптимальное протекание жидкой среды в межтрубной зоне. Это является преимуществом по сравнению с предшествующим уровнем техники. В порядке сравнения: установлено, что в обоих воплощениях опор для труб при треугольном шаге по патенту и8 4143709, фиг. 3 и 4, ширину поддерживающих поперечных решеток следует выбирать меньше, чем кратчайшее расстояние между соседними трубами.

Характеристической особенностью геометрии расположения опорных плит, обсуждаемых со ссылками на фиг. 2, является то, что каждая опорная плита образует решетку с равными повторяющимися длинами вдоль характеристического направления 50 и направления перпендикулярного к характеристическому направлению. В традиционной металлической сетке повторяющаяся длина в направлении растяжки всегда меньше повторяющейся длины в перпендикулярном направлении. Настоящее изобретение предлагает металлическую сетку, которая может быть использован в качестве опорных плит 21, 22, ..., 25 в расположении, показанном на фиг. 2, или, в более общем случае, в расположении, при котором плиты повернуты по отношению одна к другой на 90°.

Геометрия отверстий в металлической сетке отличается от идеальной усеченно-ромбической формы отверстий, показанных на фиг. 2. Это будет обсуждаться ниже. Пример металлической сетки согласно изобретению, указывающий на действительную форму в основном усеченно-ромбических отверстий, показан на фиг. 3. На фиг. 3 использованы ссылочные номера, соответствующие ссылочным номерам на фиг. 2.

Направлением растяжки является характеристическое направление 50. Угол растяжки соответствует углу α на фиг. 2, т.е. металлическая сетка является перерастянутой (угол растяжки 120°).

Лист металлической сетки 20 на фиг. 3 был изготовлен прорезкой листа металла вдоль воображаемых расположенных в шахматном порядке параллельных штриховых линий. Вслед за прорезкой лист был растянут вдоль направления линии 50' (характеристическое направление). Прорези перед расширением соответствуют паре угловых точек, изображенных на фиг. 6, например паре 81 и 82, паре 83 и 84; 85 и 86; 87 и 88; 89 и 90; 91 и 92; 93 и 94. После растяжки листа в нем образовалось множество отверстий 31', 32', 33', 34', 35', 36' и 37'. Отверстие 31' образовано двумя парами соседних более длинных сторон (полосок): парой полосок 41', 42' и парой полосок 43', 44'. Каждая из двух пар симметрично соединена парой коротких перемычек 45', 46'. Отверстие 31' имеет ось зеркальной симметрии 48', которая является характеристической осью зеркальной симметрии отверстия 31'. Длина перемычек (непрорезанных частей вдоль воображаемой штриховой линии) является относительно большой, т.е. большей, чем примерно одна пятая длины полосок (элементы поперечной решетки между перемычками). Например, расстояние между точками 82 и 83 или между точками 86 и 87 (длина перемычек) сравнивается с расстоянием между точками 81 и 86 или между точками 88 и 93 (длина полосок). Усеченно-ромбическая форма отверстий в листе металлической сетки является наиболее выгодной при рассмотрении угловых точек 81, 82, ...,94.

Полоски сетки, например 41', 42', 43' и 44', относящиеся к отверстию 31,' являются до некоторой степени 8-образными. При этом полоски и перемычки являются закрученными вдоль своей длины, что уменьшает их поперечное сечение и снижает сопротивление для потока жидкой среды в межтрубной зоне. Например, трубы с диаметром 19 мм при кратчайшем расстоянии между трубами 6 мм в показанном на фиг. 2 расположении могут поддерживаться плитами из металлической сетки, выполненными из стали толщиной 2 мм, на которой прорези перед расширением были расположены вдоль расположенных в шахматном порядке параллельных штриховых линий на расстоянии 8 мм одна от другой. По причине происходящего при растяжке закручивания полосок и перемычек реальная ширина полосок и перемычек в поперечной плоскости в точках опоры труб составляет максимально 6 мм. Кроме того, благодаря наклону полосок и перемычек сопротивление, оказываемое потоку жидкой среды в межтрубной зоне, меньше сопротивления со стороны ненаклонного элемента поперечной решетки.

Замечено, что у двух угловых точек, относящихся к каждому из отверстий, отверстие имеет острые углубления, например у угловых точек 85 и 86 отверстия 31'. Остальная часть отверстия является гладко

- 5 007479 округлой. Таким образом, общая форма отверстий, образованных сетке имеет до некоторой степени сходство с формой двойного колокола.

Угол растяжки а, образуемый центральными частями в основном У-образной пары полосок, состыкованных в направлении растяжки, показан для отверстия 34' и максимально приближается в этом примере к 120°. Несмотря на отклонения от идеальной формы отверстий на фиг. 2 лист сетки 20 имеет равные повторяющиеся длины вдоль направления растяжки 50 и направления, перпендикулярного направлению растяжки, т.е. расстояние между точками 51' и 52' и между точками 53' и 54' является тем же самым, что и расстояние между точками 51' и 53' и между точками 52' и 54'.

На фиг. 4 показаны опорные проходы, которые были бы получены в том случае, если бы листы металлической сетки, подобные изображенным на фиг. 2, были бы смещены в боковом направлении подобно тому, как смещены опорные плиты в устройстве по патенту И8 4143709. На фиг. 4 показана опорная плита 21' такая же, как на фиг. 2 и расположенная сзади нее идентичная ей опорная плита 22'. Плита 22' смещена в боковом направлении на половину повторяющейся длины, перпендикулярной направлению растяжки 50' (или вдоль направления растяжки) по отношению к плите 21', вследствие чего проекция центральных точек перемычек плиты 22', т.е. 55', 56,' 57', расположена в центре отверстий плиты 21'. Направление 50' является также направлением растяжки плиты 22'. Эта фигура иллюстрирует то, что в двух типах образующихся опорных проходов имеет место боковой сдвиг. Тип отверстий 70а, проиллюстрированный малым количеством примеров, имеет в поперечном сечении две вдавленные угловые точки, а другой тип - 70Ь не имеет в поперечном сечении двух вдавленных угловых точек. (В целях наглядности ссылочный номер дается не всем опорным проходам того или иного типа). Разница в поперечных сечениях выглядит слишком большой, так как ширина полосок в сравнении с размером отверстий была для наглядности несколько преувеличена. Если пучок идентичных параллельных труб должен поддерживаться с помощью изображенной на фиг. 4 конструкции, максимальный диаметр труб определяется проходами типа 70а, в то время как в проходах большего размера типа 70Ь трубы поддерживаются не полностью.

На фиг. 5 схематически показано поперечное сечение опорных проходов, полученных посредством металлических сеток с равными повторяющимися длинами в обоих направлениях согласно изобретению. Фиг. 5 напоминает расположение опорных плит, показанных на фиг. 2, при этом плиты 21' и 22 выполнены из листов металла идентичных тому, который показан на фиг. 3. Плита 22, расположенная сзади плиты 21', повернута на 90° в плоскости чертежа и ориентирована таким образом, что проекция центральных точек перемычек плиты 22, например 55, 56, 57, находится в центре отверстий плиты 21'. При таком расположении согласно изобретению образуется только один тип опорных проходов - 70'. (В целях наглядности ссылочный номер дается не всем опорным проходам). Каждое поперечное сечение опорных проходов, например поперечное сечение прохода 71', ограничено пятью сторонами, одна из которых образована перемычкой, например относящейся к отверстию 62', две другие образованы полосками, отходящими от конца этой перемычки, и две оставшиеся стороны образованы парой У-образных полосок на другой опорной плите, например 43' или 44'. Каждое поперечное сечение опорных проходов имеет одну вдавленную угловую точку, например 86. Таким образом, несмотря на отклонения от идеальной усеченно-ромбической формы, изобретение делает возможным компоновку относительно однородных опорных проходов с опорными плитами, выполненными из расширенного металла.

Обратимся к фиг. 6, на которой схематически показано другое воплощение листа металлической сетки 120 согласно настоящему изобретению. Показанная часть листа сетки является центральной частью опорной плиты 121 для пучка параллельных труб согласно изобретению подобно опорной плите 21 на фиг. 1.

Металлическая сетка 120 была изготовлена прорезкой листа металла вдоль воображаемых расположенных в шахматном порядке параллельных штриховых линий. После прорезки лист был подвергнут растяжению вдоль направления линии 150. Прорези перед растяжением соответствуют паре угловых точек, изображенных на фиг. 6, например паре 131 и 132, паре 133 и 134; 135 и 136; 137 и 138; 139 и 140; 141 и 142; 143 и 144; 145 и 146; 147 и 148. Длина перемычек (непрорезанных частей вдоль воображаемой штриховой линии) намного короче, т. е. меньше, чем приблизительно одна пятая длины полосок (эквивалент длины прорезей перед расширением). Например, расстояние между точками 138 и 139 или между точками 142 и 143 (длина перемычек) сравнивается с расстоянием между точками 134 и 137 или между точками 138 и 144 (приблизительная длина полосок). Ширина полосок относительно размера отверстий в целях наглядности несколько преувеличена.

Лист металлической сетки 120 образует правильную решетку отверстий 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168 и 169. Каждое отверстие ограничено двумя парами полосок, которые являются соседними в направлении растяжки, и двумя перемычками, соединяющими концы двух пар полосок Υ-образной формы. Например, отверстие 164 ограничено парой полосок 171 и 172, парой полосок 173 и 174 и перемычками между точками 134 и 135 и между точками 142 и 143. Каждая пара полосок образует в целом У-образную форму, ограничивая угол растяжки.

В воплощении изобретения, показанном на фиг. 6, перемычки несколько длиннее вдоль оси 180 по сравнению с их шириной в направлении растяжки 150. Следовательно, угол растяжки лишь несколько

- 6 007479 больше 90°, т.е. настолько, что решетка, образованная центральными точками перемычек, является строго квадратной. Таким образом, лист 120 является перерастянутым листом металлической сетки согласно изобретению. Центральные точки перемычек являются точками, расположенными симметрично между угловыми точками, ограничивающими перемычку (например между точками 134 и 135 или между точками 142 и 143), в то время как в целях наглядности были обозначены только точки 181, 182, 183 и 184. Угловые точки представляют собой концевые точки прорезей перед растяжкой сетки. Обе повторяющиеся длины правильной решетки, ограниченные листом сетки металла 120 в направлении растяжки и перпендикулярно направлению растяжки, равны кратчайшему расстоянию между двумя центральными точками перемычек, помноженному на Е2.

Полоски сетки, например полоски 171, 172, 173, 174, являются до некоторой степени 8-образными. При этом полоски закручены относительно их продольной оси, что уменьшает их ширину в поперечном сечении и снижает сопротивление потоку жидкой среды в межтрубной зоне. У двух угловых точек, относящихся к каждому из отверстий, отверстие имеет острые углубления, например у угловых точек 137 и 138 отверстия 164. Остальная часть отверстия является относительно гладко закругленной.

Каждое отверстие имеет две оси зеркальной симметрии. Например, отверстие 169 имеет две оси зеркальной симметрии вдоль направления растяжки 150 и вдоль линии 180, перпендикулярной направлению растяжки и проходящей через угловые точки 147 и 148. Из-за отклонений от квадратной формы отверстий в сетке (слегка 8-образные полоски) две оси симметрии 150 и 180 значительно отличаются одна от другой. Ось зеркальной симметрии 150 вдоль направления растяжки является благодаря этому единственной и принимается в качестве характеристической оси зеркальной симметрии. В то же время линия 150 является характеристическим направлением опорной плиты 121. Следует также отметить отсутствие вращательной симметрии, относящейся в повороту на 90°, и отсутствие оси зеркальной симметрии при 45° от направления растяжки 150. Это является отличием от строго квадратной формы, а также формы в основном квадратных отверстий, известных из описания к патенту И8 4143709, которые имеют более двух осей зеркальной симметрии.

На фиг. 7 показаны опорные проходы, которые могли бы быть получены, если бы два листа сетки, подобные приведенному на фиг. 6, были сдвинуты в боковом направлении как в устройстве по патенту и8 4143709. Фиг. 7 демонстрирует опорную плиту 121 по фиг. 6 и расположенную сзади нее идентичную ей плиту 122 аналогично виду на фиг. 2 по отношению к фиг. 1.

Плита 122 смещена в боковом направлении на половину повторяющейся длины вдоль линии 180 относительно плиты 121, вследствие чего проекции центральных точек связок плиты 122 расположены в центре отверстий плиты 121. Фиг. 7 иллюстрирует также то, что в данном примере боковой сдвиг образует два типа опорных проходов. Тип 190а с двумя вдавленными угловыми точками в поперечном сечении и тип 190Ь без каких-либо вдавленных угловых точек в поперечном сечении. В целях наглядности ссылочный номер дается не для всех опорных проходов.

На фиг. 8 схематически показано поперечное сечение опорных проходов, которые получены относительным поворотом двух опорных плит из сетки по фиг. 6. Расположение опорных плит, показанное на фиг. 8, похоже на расположение опорных плит, рассмотренных со ссылками на фиг. 2 и 5, но при этом плиты 121 и 122' выполнены из металлической сетки, показанной на фиг. 6. Плита 122' расположена сзади плиты 121 таким образом, что характеристические направления (параллельные направлениям растяжки 150' плиты 122' и 150 плиты 121) повернуты в плоскости чертежа относительно друг друга на 90°. Плиты расположены таким образом, что проекции центральных точек перемычек плиты 122' располагаются в центре отверстий плиты 121. В этой конфигурации сетки согласно изобретению решетки совпадают одна с другой и образуется только один тип опорных проходов - 190 (В целях наглядности ссылочный номер дается не всем опорным проходам).

Каждое поперечное сечение опорных проходов, например поперечное сечение прохода 191, ограничено четырьмя сторонами, две из которых образованы У-образной парой полосок, например 171, 172, отходящих от угловой точки перемычки, например 137, а две другие стороны образованы двумя полосками, гладко соединенными перемычкой, например 195 на другой опорной плите 122'. Каждое поперечное сечение опорных проходов имеет одну вдавленную угловую точку (например 137). При этом, несмотря на отклонения от идеальной усеченно-ромбической формы, в данном воплощении изобретение обеспечивает относительно однородные опорные проходы с опорными плитами, выполненными из металлической сетки.

При создании одинаковых повторяющихся длин в направлении растяжки и перпендикулярном направлении необходимый угол растяжки зависит от относительного размера перемычек. Как правило, чем больше длина перемычек относительно полосок, т.е. чем длиннее непрорезанная часть относительно прорезей вдоль воображаемой штриховой линии в процессе изготовления, тем больше должен быть угол растяжки.

Опорные проходы, образованные опорными проходами с конфигурациями, подобными конфигурациям, показанным на фиг. 5 или 8, имеют предпочтительно такой размер, что используемые в теплообменниках стандартные трубы имеют хорошую поддержку. Стандартные диаметры труб равны, напри

- 7 007479 мер, 19,05 мм (3/4 дюйма), 20, 25 и 25,4 мм (1 дюйм). Стандартные кратчайшие расстояния между поверхностями труб составляют 6 или 6,35 мм (1/4 дюйма).

В типичном теплообменнике длиной примерно 6 м и диаметром от 1 до 3 м расположены от нескольких сотен до нескольких тысяч труб. Специалисту известно, как можно определить размеры опорных перегородок. Типичные промежутки по направлению длины труб составляют от 10 до 70 см. Толщина труб определяется, главным образом, механическими требованиями и обычно лежит в пределах от 1,6 до 5 мм.

Металлическая сетка может быть уплощена, хотя это не является обязательным.

Частным применением настоящего изобретения являются химические реакторы, содержащие пучок труб в кожухе, например, при производстве этиленоксида. В этом случае часто требуется очень открытая опорная структура для труб.

Перерастянутая металлическая сетка согласно изобретению может быть изготовлена любым подходящим способом. Изготовление может быть осуществлено в одну стадию, в основном, с использованием традиционной технологии производства металлических сеток, но при которой расширение производится до большего угла растяжки. Возможно также получать на первой стадии традиционную сетку в качестве промежуточного продукта и осуществлять перерастяжку промежуточного продукта на второй стадии с получением перерастянутой металлической сетки. Очевидно, что на второй стадии может также использоваться традиционная металлическая сетка, полученная из другого источника, например приобретенная на рынке.

При приложении силы к прорезанному металлу или к промежуточному продукту продольное расширение сопровождается поперечным сжатием. Этот эффект в наибольшей степени выражен при высоких углах растяжки и, в частности, при углах растяжки, больших 85°.

Первое воплощение способа изготовления металлической сетки согласно изобретению рассмотрено со ссылками на фиг. 9 и 10. На фиг. 9 показана часть традиционного листа металлической сетки 201, изготовленной прорезкой и растяжкой листа металла. Лист 201 на фиг. 9 представляет собой предварительно растянутую сетку, образующую решетку отверстий 205. Каждое из отверстий ограничено четырьмя полосками 208 и двумя перемычками 210. В целях наглядности ссылочными номерами обозначены только несколько отверстий, перемычек и полосок. Решетка имеет первую повторяющуюся длину А в направлении растяжки 215 и вторую повторяющуюся длину В в направлении 218, перпендикулярном направлению растяжки 215. Отношение А/В меньше 1.

Вторая стадия расширения для достижения заданного отношения длин осуществляется с использованием инструмента 220, у которого имеется ряд рычагов 225а, 225Ь, 225с, 225й с крючками 228а, 228Ь, 228с, 228й с на одном конце, подвижно закрепленных на другом конце, со стороны 229 которого прилагается расширяющая сила. Рычаги с крючками служат в качестве передатчиков силы и взаимодействуют с рядом перемычек вдоль направления 218. Когда расширяющая сила прилагается в направлении стрелки 230, рычаги 225а, 225Ь, 225с, 225й получают возможность перемещения ближе один к другому в соответствии со сжатием листа сетки 201 вдоль направления 218. Рычаги могут оставаться параллельными, благодаря чему расширяющая сила равномерно распределяется по сетке. Этим путем достигаются минимальные отклонения от желаемой однородной формы отверстий и повторяющейся длины в конечной сетке. Конечная ситуация показана на фиг. 10, где относительные длины А' и В' для данного примера являются равными.

Вместо того, чтобы пассивно позволять рычагам совместно перемещаться, их можно активно передвигать таким образом, чтобы они оставались параллельными.

Ясно, что рычаги могут также располагаться таким образом, чтобы они взаимодействовали с большим числом точек или другими точками сетки, например с разными дополнительными положениями вдоль направления 215.

Вместо жестких рычагов может быть также использован гибкий трос. Вместо того, чтобы заставлять рычаги или трос плавно перемещаться вдоль стороны 229, где прилагается расширительная сила, может оказаться достаточным обеспечить рычагам или тросу на этой стороне шарнирную подвижность в течение достаточного времени для того, чтобы отклонения от параллельного расположения из-за бокового перемещения крючков в процессе расширения стали незначительными. Это, например, имеет место в том случае, когда максимальный угол между рычагами или кабелями в процессе расширения составляет менее 10°.

Обратимся к фиг. 11, на которой схематически показан другой инструмент, который может быть использован для расширения предварительно растянутой сетки до ее конечной формы. Инструмент 301 образует шарнирную решетку. В показанном воплощении она представляет собой правильную решетку, образованную двумя рядами параллельных элементов в форме стержней 305а, 305Ь, 305с, 305й и 306а, 306Ь, 306с, 306й. Каждый из стержней из одного ряда шарнирно соединен со всеми стержнями другого ряда. В показанном воплощении расстояние между всеми парами соседних параллельных стержней является одним и тем же.

В целях наглядности ссылочным номером обозначены только несколько шарниров: 310а,Ь,с,й,е. Конфигурация решетки может быть охарактеризована углом инструмента β между рядами стержней. Для

- 8 007479 изображенной правильной решетки определенный угол соответствует определенным повторяющимся длинам а и Ь в первом направлении 315 и втором направлении 318, где оба направления располагаются по диагоналям отверстия решетки 325.

Инструмент может быть шарнирно сдвинут таким образом, чтобы принять другую конфигурацию, имеющую другие угол и отношение повторяющихся длин. При уменьшении более длинной повторяющейся длины одновременно увеличивается более короткая повторяющаяся длина. Когда угол инструмента β равен 90°, повторяющиеся длины одинаковы.

Штифты, соединяющие стержни в сочленениях, предпочтительно выступают на некоторое расстояние за пределы плоскости решетки, благодаря чему они могут служить в качестве передатчиков силы. Передатчики силы предпочтительно имеют форму, способствующую их взаимодействию с сеткой.

С целью расширения предварительно растянутой сетки до ее конечного состояния инструменту придают первую конфигурацию, имеющую первый угол инструмента β и входящую в зацепление с сеткой. Затем инструмент переводится во вторую конфигурацию, имеющую второй угол инструмента β. Передатчики силы могут расходиться друг от друга в одном направлении и одновременно приближаться друг к другу в перпендикулярном направлении (318). Передатчики силы взаимодействуют с множеством точек на сетке, прилагая, таким образом, одновременно расширяющую силу в направлении растяжки и сдавливающую силу перпендикулярно этому направлению, в результате чего сетке придается желаемая форма.

Обратимся к фиг. 12 и 13. На фиг. 12 вновь показывается часть традиционного листа металлической сетки 201, который уже обсуждался со ссылками на фиг. 9. Через отверстия 205 листа 201 виден инструмент 331, который подобен инструменту 301 на фиг. 11, аналогичные детали которого обозначены теми же ссылочными номерами. Решетку, образуемую инструментом 331, подбирают так, чтобы она совпадала с решеткой, образуемой предварительно растянутой сетки, когда угол инструмента β соответствует углу растяжки.

В каждом из отверстий листа 201 располагается передатчик силы 335 сверху шарнира 310 инструмента 331. На этом чертеже по периметру, где отсутствуют передатчики силы, обозначены только шарниры 310. Все передатчики силы имеют один и тот же размер и одну и ту же форму, причем каждый из них удлинен с помощью конусного окончания, направленного к вдавленным угловым точкам отверстий в предварительно расширенном металле. Когда инструмент шарнирно закреплен так, чтобы увеличить угол инструмента, передатчики силы находятся в зацеплении с полосками предварительно расширенного металла таким образом, что последний расширяется в направлении 215 и в то же время сжимается в направлении 218.

Конечная ситуация показана на фиг. 13. В этом воплощении длина передатчиков силы в направлении их удлинения определяет конечную ширину отверстий между заглубленными точками, т.е. в направлении 218. В то же время максимальный угол инструмента, который может быть получен на стадии расширения, определяется этой длиной, вследствие чего желаемый размер отверстий получают путем увеличения угла инструмента до максимума. Длину передатчиков силы 335 в направлении 218 в данном примере подбирают исходя из параметров сетки, таких как длина полосок и толщина перемычек таким образом, чтобы конечная сетка имела заданное отношение повторяющихся длин, в данном примере одинаковых повторяющихся длин А', В', вдоль направления растяжки 215 и в перпендикулярном направлении 218, соответственно.

Предпочтительное расположение таково, что передатчики силы остаются ориентированными в направлении их удлинения, которое перпендикулярно направлению растяжки в процессе расширения. Этого можно достичь, например, расположив направляющие на некотором расстоянии за пределы плоскости сетки, причем имеющие соответствующую форму передатчики силы (или шарниры, с которыми они соединены) могут в процессе расширения скользить в этих направляющих, сохраняя таким образом свою ориентацию.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Лист металлической сетки, изготовленный посредством прорезки листа металла и растяжением его с образованием решетки с отверстиями, которая имеет первую повторяющуюся длину в направлении растяжки и вторую повторяющуюся длину в направлении, перпендикулярном направлению растяжки, причем разница между первой и второй повторяющимися длинами составляет 2% или меньше, т.е. первая и вторая повторяющиеся длины являются по существу равными.

2. Лист по п.1, характеризующийся тем, что каждое из отверстий ограничено двумя в основном Vобразными парами полосок, состыкованных между собой в направлении растяжки с образованием угла растяжки, и двумя перемычками, соединяющими между собой две пары полосок на их концах, причем угол растяжки имеет значение, близкое к 85° или больше.

3. Лист по п.2, характеризующийся тем, что угол растяжки составляет от 110 до 130°, а более предпочтительно близок к 120°.

4. Применение листа металлической сетки по любому из пп.1-3 для поддержки пучка параллельных труб.

5. Применение листа по п.4, характеризующееся тем, что множество листов металлической сетки используется в качестве поперечных опорных плит, расположенных с интервалами вдоль направления длины поддерживаемых труб, причем направления растяжки по меньшей мере двух из листов сетки расположены во взаимно перпендикулярных направлениях.

6. Способ изготовления металлической сетки, образующей решетку с отверстиями и имеющей первую повторяющуюся длину в первом направлении и вторую повторяющуюся длину во втором направлении, перпендикулярном первому так, что первая и вторая повторяющиеся длины имеют заданное соотношение, характеризующийся тем, что он включает подготовку предварительно растянутой металлической сетки, направление растяжки которой совпадает с первым направлением, образующей решетку с соотношением первой и второй повторяющихся длин, меньшим заданного соотношения;

приложение расширяющей силы вдоль первого направления в нескольких точках в разных положениях по отношению ко второму направлению до получения заданного соотношения повторяющихся длин, при этом расширяющая сила прилагается с помощью нескольких передатчиков силы, взаимодействующих с упомянутыми точками, а передатчики силы установлены таким образом, что при приложении расширяющей силы они имеют возможность взаимного смещения во втором направлении, причем заданное соотношение подбирают таким, что первая и вторая повторяющиеся длины были, по существу, одинаковыми.

7. Способ по п.6, характеризующийся тем, что передатчики силы имеют форму, по существу, параллельных рычагов с крючками для зацепления с сеткой.

8. Способ по п.7, характеризующийся тем, что рычаги подвижно закреплены на стороне, к которой прилагается расширяющая сила.

9. Способ по п.6, характеризующийся тем, что используют инструмент, включающий два ряда шарнирно соединенных между собой параллельных элементов с образованием шарнирной решетки, которая может принимать конфигурации с разными углами между рядами параллельных элементов, причем передатчики силы размещены на решетке и выходят за пределы плоскости решетки, при этом инструменту придают первую конфигурацию с первым углом;

осуществляют зацепление инструмента с предварительно растянутой сеткой и перемещают инструмент во вторую конфигурацию со вторым углом, прилагая тем самым расширяющую силу к металлической сетке.

- 9 007479

10. Способ по п.9, характеризующийся тем, что передатчики силы имеют форму, определяющую максимальный угол инструмента при его зацеплении с металлической сеткой.

л----- ? 7.7^7 7У /уу 7 7.У ΖΠγ Ζ~7.7 7 7 4 0 λ—11 V А—15 ^{1 1 1} г ¹ Ζ,η л--— ΕΞΖΣΖ -/ //Г/¹ 7~/..7 //7.7.ΖτΤΤ/!·/ 47 АН