Спосіб виготовлення оребрених труб методом лиття

Реферат: UA 107214 U UA 107214 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб належить до систем тепло- і холодопостачання та виробництва льоду, а також до виготовлення труб методом лиття, переважно труб із льоду і пластмас, а також транспортування енергоносіїв (гази низького тиску, повітря) по льодяним трубам при температурах нижчих мінус 2-5 °C. В системах зберігання продукції льодяні труби можна використовувати шляхом розміщення в їх порожнині ємностей з продуктами, які повинні підтримуватися при низькій температурі (молоко, м'ясні вироби, напої тощо). Труби можуть бути виготовлені за формою і розміром посудин з продуктами. При використанні теплоти природних вод при кристалізації води для підігрівання повітря в трубі, з зовнішньої сторони коефіцієнти тепловіддачі близькі при природній конвекції до 100, а з внутрішньої - 5-20 Вт/(кв.м*К). Тому необхідне оребрення труби зі сторони повітря. Недоліком відомого способу є те, що для поперечного оребрення такий спосіб не є придатним, виготовлення довгої форми і центрального оребреного стрижня є достатньо складним. Відомі способи виробництва труб методом лиття у форму з центральним стрижнем (Политехнический словарь.- "Советская энциклопедия" М. 1977: Статья "Литейная форма" стр. 257). У відомому способі такий стрижень слід робити ребристим. При поздовжньому оребренні, стрижень можна вийняти при його підігріванні, а при внутрішньому поперечному оребренні - ні, тобто для поперечного оребрення такий спосіб не є придатним. Виготовлення довгої форми і довгого центрального оребреного стрижня є достатньо складним. Найближчою за технічною суттю до запропонованого способу є спосіб отримання труби шляхом кристалізації води біля бокової стінки форми, заповненої попередньо водою (Пуховий 1.1. Замерзання води в циліндричних пластикових ємностях і теплові потоки, що отримуються для нагрівання повітря теплотою кристалізації //Відновлювана енергетика. - 2007. - № 4, с. 4346). В цьому способі воду, яка не замерзла в центрі, зливають і отримують льодяну трубу. Але такий метод виготовлення труб не дозволяє отримати ребристу поверхню після зливання незамерзлої води. Цей спосіб прийнято за найближчий аналог. Недоліком відомого способу є неможливість отримання внутрішньої ребристої поверхні і деформація форми. Задачею корисної моделі є підвищення міцності труб та інтенсифікація теплопередачі при кристалізації води на зовнішній поверхні труби шляхом створення оребрення внутрішньої поверхні труби з льоду, де рухається повітря з низькою інтенсивністю теплообміну. Поставлена задача вирішується таким чином, що в запропонованому способі виготовлення оребрених зсередини труб, на зовнішній стороні форми з речовиною всередині, що кристалізується або твердіє, встановлені з потрібною відстанню поздовжні або кругові елементи з теплоізоляційного матеріалу відповідно для утворення поздовжніх або кругових ребер. Новим в способі також є те, що з метою попередження перетікання теплоти по стінках форми в напрямку від теплоізольованих до нетеплоізольованих частин форми останню виконують переважно із тонкого металевого або з низькотеплопровідного матеріалу (переважно пластмаси (для льоду). Ще новим є те, що рівень рідини в формі встановлюють меншим висоти форми, а форму покривають теплоізольованою кришкою з метою отримання необхідного об'єму для витісненої льодом води через незамерзлу верхню поверхню води. Елементом новизни також є те, що бокові зони вертикальної форми з зовнішньої сторони дна і верхньої частини форми в зоні рівня води по периметру форми повністю покривають теплоізоляцією, яка перешкоджає значному промерзанню цих зон і викривленню температурних полів. Теплоізоляція також перешкоджає утворенню товстого шару льоду у верхній частині форми, не заповненої повністю водою і сприяє перетіканню води вгору під тиском, викликаним утворенням льоду з меншою густиною (більшим питомим об'ємом), ніж вода. Таким чином забезпечується цілісність форми. Новизна також полягає в тому, що краї відлитої в формі труби обрізають для видалення кінцевих викривлених льодяних утворень. Ще одним елементом новизни є те, що у внутрішній об'єм готової труби подають воду або тепле повітря, для видалення рихлих льодяних кристалів (дендритів), що залишаються після зливання води. Проведені нами дослідження в ємностях малого діаметра - до 100 мм, показали, що у відкритому повітрі замерзає біля 0,15-0,25 мм/(год.*К). На нетеплоізольованій поверхні (канд. дис. Рязанова А.Б. (www.orensau.ru/ru/)) досліджувалось замерзання води всередині водонапірних башт (труба великого діаметру) - за 20 годин замерзає при морозах -10, та -20 °C відповідно 100 і 152 мм за наявності вітру або при тихій погоді 0,5 і 0,38 мм/(год.*К). Згадані 1 UA 107214 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 матеріали показують, що в морозному повітрі потрібно менше 1-2 діб для виготовлення неоребреної чи оребреної льодяної труби. Час формування льодяної труби зменшиться за умови охолодження зовнішньої сторони форми рідким холодоагентом, який не порушує теплоізоляційних властивостей матеріалу, нанесеного на форму. Для прискорення формування труб можливо також примусове обдування їх поверхні повітрям. Утворення ребер полягає в тому, що навпроти теплоізоляції зменшується інтенсивність кристалізації рідини через зменшення теплового потоку. Таким чином на внутрішній поверхні труби утворюється впадина, а в тій частині, де форма не має теплоізоляції, товщина труби буде більша і утворюється виступ. Різниця між товщинами стінки (висота ребра) залежить від ефективності теплоізоляції. Дослід показав, що ребра мають криволінійну плавну форму через перетікання теплоти при потовщенні льодяної стінки. Після отримання необхідної товщини стінок з центральної порожнини труби зливають воду, а форму з трубою розміщують у приміщенні з позитивною температурою чи поливають теплоносієм і після відтаювання льоду трубу виймають з форми. Ці операції можуть відбуватися і у зворотному порядку - спочатку виймають трубу з форми, а потім зливають воду. При необхідності кінці труби з крайовими утвореннями льоду обрізають. Оребрені труби зберігають при негативних температурах на складах чи на відкритому повітрі. При литті у кокіль, коли форма складається з двох частин, які рознімаються, труби виготовляють в чавунних формах (Политехнический словарь, Изд. "Советская энциклопедия", 1977 г. - С. - 216, 513). При цьому також може бути використаний запропонований спосіб. При використанні теплоти з водойм, оребрені льодяні труби приєднують будь-яким способом до вентилятора і споживача підігрітого повітря та занурюють у водойму. Повітря з негативною температурою нагрівається за рахунок теплоти кристалізації води ззовні труб до температур, близьких до нуля градусів, і йде на використання в систему вентиляції чи в тепловий насос. В порівнянні з використанням морозного атмосферного повітря зменшується витрата енергоносіїв. Влітку в системах кондиціювання повітря, а також протягом року в технологічних процесах, які потребують холодного повітря без використання холодильної машини, можна охолоджувати повітря пропусканням його через труби достатньої товщини, що покриті ззовні теплоізоляцією. Джерела інформації: 1. Политехнический словарь.- М.: Советская энциклопедия, 1977: Статья "Литейная форма" стр. 257. 2. Пуховий I.I. Замерзання води в циліндричних пластикових ємностях і теплові потоки, що отримуються для нагрівання повітря теплотою кристалізації //Відновлювана енергетика. - 2007. № 4, с. 43-46. 3. Канд. дис. Рязанова А.Б. (www.orensau.ru/ru/). 4. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1977 г. - С. - 216, 513. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб виготовлення оребрених труб методом лиття, що включає в себе процеси заповнення форми речовиною, що кристалізується або твердіє, при відведенні теплоти через бокові стінки форми за час, необхідний для отримання потрібної товщини стінки труби, зливання некристалізованої рідини та виймання відлитої труби з форми, який відрізняється тим, що на зовнішній стороні форми встановлюють з потрібною відстанню поздовжні або кругові елементи з теплоізоляційного матеріалу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що нижню і верхню бокові зони вертикальної форми покривають суцільною теплоізоляцією, форму накривають теплоізольованою кришкою, рівень рідини у вертикальній формі встановлюють меншим висоти форми, а у внутрішній об'єм готової труби подають воду або тепле повітря. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що форму виготовляють переважно із тонкого металевого або із низькотеплопровідного матеріалу. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2