Оребрение трубы отопления своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 17.09.2024

Способ оребрения круглой трубы металлическими пластинами-рёбрами своими руками

Увеличить теплоотдачу! (СДЕЛАЙ САМ)

Изготовление оребрения трубы, выполняющего функцию радиатора

Для хорошего теплового контакта намазать термопастой контактные поверхности ребер с трубой термопастой, временно стянуть пакет ребер на трубу, например, изолентой. На закрепленный таким образом пакет надеть равномерно по длине 2-4 хомута и постепенно (по длине ребер) стянуть их.

Схема оребрения трубы понятна из рисунка-чертежа:

Разрез круглой трубы с приделанными на термопасту ребрами (охлаждения/нагрева)

Круглая труба (серый металл — сталь) с теплоносителем (синим).
Металлические ребра-радиаторы [медные или алюминиевые] (красные).
Термопаста_{[показано избыточное нанесение каплями]}(белый-синеватый)
Стягивающий ребра вокруг трубы металлический хомут (тёмно-красный).

Таким образом можно сделать оребрение на полуметровом участке прямой трубы. А несколько таких оребренных участков дадут бОльшую площадь теплоотдачи.

Вариант оребрения — конвектор

Если труба расположена вертикально, то полости больше шириной 1-1,5 см (образуемые профилями ребер и трубой) будут выполнять функцию конвектора, то есть воздух в них будет дуть вверх (или вниз, в зависимости от температур) и увеличивать перенос тепла.

Об использовании силикона для приклеивания — вместо термопасты и хомутов

В некоторых случаях (при небольших температурах: -30. +80) и небольших тепловых мощностях теплопередачи можно упростить конструкцию оребрения и обойтись без хомутов: вместо термической пасты прилеплять ребра к трубе на силикон. Его тонкий слой (с десяток микрометров) обладает неплохой теплопроводностью.

Изготавливать и монтировать ребра на трубу для охлаждения/нагрева нужно точно и аккуратно, ибо зазоры между трубой и пластинами ребер увеличивают тепловое сопротивление радиатора.

Электроодеяла, для комфорта:
ДУМАТЬ НАДО

Экономические и климатические условия меняются, а жить надо. По отоплению и электроснабжению мой северный и московский опыт серьезно обогащен жизнью в Болгарии. Думаете, в Болгарии снега и мороза не бывает? Про европейское отопление.

Оребренные трубы: для чего и как

Трубы с металлическими ребрами были изобретены с целью увеличения площади наружной поверхности. Такая конструкция позволяет повысить теплопередачу в 1,5 раза. Эти изделия применяются в областях, где необходим быстрый теплообмен между жидкостью в трубе и окружающей средой. Эффективность зависит от правильности выбора конструкции и сырья применительно к конкретным условиям.

Конструкция

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.

Разновидности труб и технические характеристики

Выпускается два типа оребренных изделий: монометаллические и биметаллические. Первые изготавливаются из одного материала, вторые – из разных сплавов. Характеристики нормируются ГОСТом:

Чугунные

Изделия из этого материала давно применяются для отопления больших производственных помещений, в экономайзерах котельных. В быту из-за большого веса они используются реже. В индивидуальных системах отопления нередко устанавливается стартовая чугунная труба, чтобы быстро прогревать помещение. К достоинствам относятся:

высокая стойкость к коррозии;
простота монтажа;
хорошая теплопередача;
компактность;
использование в паровых отопительных системах с температурой до 150 ⁰C;
давление до 24 атм;
маленькая стоимость.

скапливание трудноудаляемой пыли в межреберном пространстве;
большой вес;
низкая механическая прочность.

Алюминиевые

Благодаря высокой стойкости к химически активным веществам эти трубы широко применяются в промышленности. Из достоинств следует отметить:

Неподверженность коррозии изделий, изготовленных из материала с содержанием алюминия выше 95 %. Трубы из сплавов с большим количеством добавок ржавеют, поэтому их необходимо защищать от воздействия влаги.
Малый вес – не создает проблем при перевозке и монтаже.
Возможность применения в агрессивных средах.
Низкая шероховатость внутренних стенок по сравнению со стальными и чугунными аналогами – обеспечивает хорошую пропускную способность.
Легкость механической обработки.

Алюминий высокой чистоты обладает канцерогенными свойствами, поэтому трубы из него нельзя использовать для бытовых нужд. При выборе следует учитывать, что изделия, не прошедшие обработку отжигом, закаливанием или нагартовкой, легко деформируются на холоде.

Нержавеющие

Эти трубы считаются лучшими для монтажа радиаторных отопительных систем любого типа. Они обладают следующими преимуществами:

малым коэффициентом теплового расширения, поэтому даже длинную трубу не покоробит при сильном нагреве;
высокой прочностью;
долговечностью;
хорошей сопротивляемостью к коррозии и химически активным веществам;
жаростойкостью, что позволяет использовать нержавеющие трубы даже в высокотемпературных печах;
сильной теплопроводностью.

Недостатков, кроме большой стоимости, не обнаружено.

Медные

Изделия из этого металла широко применяются в промышленности и быту. Их эксплуатационные преимущества обусловлены уникальными свойствами меди:

Выдерживание нагрева до нескольких сотен градусов. При температуре 600 ⁰C они отжигаются с незначительной потерей прочности, но становятся более пластичными. Точка плавления меди – 1000 ⁰C, что позволяет делать теплообменники, устанавливаемые в топках котлов.
Рабочее давление – до 30 атм.
Высокая стойкость к химически активным веществам и коррозии.
Небольшой коэффициент теплового расширения.
Малая шероховатость – обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление. Поэтому при равенстве условий эксплуатации допускается использование труб меньшего диаметра по сравнению со стальными аналогами. На гладких стенках не образуются отложения.
Благодаря специфике соединения медных труб на стыках проходное сечение не уменьшается.
Медь – экологически чистый материал с антимикробными свойствами.
Длительный срок службы (более 50 лет).

Из недостатков можно отметить самую высокую стоимость по сравнению с трубами из других материалов и сложность монтажа.

Биметаллические

Сочетание разнородных сплавов позволяет получать изделия с уникальными свойствами. Например, стальная труба, оребренная алюминием, обладает высокой прочностью и отличной теплоотдачей, что позволяет расширить сферу применения. Поскольку их начали выпускать сравнительно недавно, изучение свойств различных комбинаций до сих пор продолжается.

При изготовлении биметаллических изделий для теплообменников используются следующие сочетания материалов (труба + оребрение):

сталь с алюминием;
нержавейка с медью;
латунь с алюминием;
нержавейка с алюминием.

Совмещение разных металлов позволяет получить следующие преимущества:

отличную теплоотдачу;
большую механическую прочность;
длительный срок службы;
низкую стоимость;
возможность использования в системах с высоким давлением теплоносителя.

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:

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.

О сфере применения

Везде, где требуется нагреть или охладить какую-либо среду за счет теплообмена, используются оребренные трубы. В кондиционерах с их помощью охлаждается воздух. На химических и нефтеперерабатывающих предприятиях оребренные трубы применяются для нагрева и остужения агрессивных газов и жидкостей в различных установках. В машиностроении они используются при изготовлении компрессоров, холодильников, электросушилок, маслоохладителей, воздухонагревателей и других теплообменных устройств. За счет высокой эффективности оребренных труб снижается металлоемкость систем отопления производственных и жилых помещений.

Как сделать оребрение своими руками

При самостоятельном изготовлении следует учитывать, что эффективность таких труб ниже по сравнению с заводскими образцами. В домашних условиях оребрение можно сделать на небольшом участке или короткой заготовке. В зависимости от имеющегося оборудования используют:

сварку;
намотку проволоки;
насечку + сварку;
нарезку резьбы глубокого профиля с помощью токарного станка;
насечку + натяг.

Заключение

Благодаря небольшому весу и высокой эффективности оребренные трубы (кроме чугунных), объединенные в секции, все чаще применяются для отопления загородных домов. Их цена зависит от материала, толщины стенок, размера ребер. Стоимость изделий с термостойким покрытием больше, но они надежней. Лучшим вариантом по соотношению цена/эффективность будут биметаллические трубы.

Оребренные трубы широко используются в энергетике и промышленности для теплообменных устройств конвективного типа. Наиболее часто такие устройства выполняются в виде трубных пакетов, которые отличаются высокими прочностными характеристиками, технологичностью, удобством компоновки, монтажа и обслуживания.

На производство оребренных труб идет значительная доля металла, используемого в энергомашиностроении. Снизить его расход можно, применяя поперечное оребрение труб, которое позволяет максимально развить поверхность теплообмена в единице объема и значительно улучшить показатели компактности и удельной металлоемкости.

D – диаметр несущей трубы, s – высота ребра, b – толщина ребра, t – расстояние между ребрами (шаг)

Геометрические параметры оребренных труб АВО

Коэффициент оребрения	Наружный диаметр, мм	Высота ребра, мм	Кол-во ребер на 1 м погонной длины	Длина трубы, мм
9	49	10,5	286	12 000
14,6	56	14	333	12 000
20	57	15	400	12 000
22	57	15	433	12 000

Широкое внедрение конвективных поверхностей c поперечным оребреннием труб (например различные конструкции АВО) в энергетику и промышленность стало возможным на основе методов оребрения труб c помощью технологий:

Накатка – на несущую трубу надевается труба большего диаметра с заданной толщиной из алюминия, из которой в последствии выдавливаются ребра методом деформации с помощью роликов станка;
Навивка – на несущую трубу навивается внатяг алюминиевая лента, которая может иметь несколько вариантов крепления: в канавку или без.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Аппараты воздушного охлаждения АВЗ и АВЗ-Д

В то же время существуют проблемы точных и универсальных методов расчета их теплоаэродинамических характеристик, дальнейшего совершенствования таких поверхностей, интенсификации теплообмена в них. Решение этих проблем в определенной мере сдерживалось отсутствием достоверной физической картины процессов переноса в поперечно-оребренных поверхностях.

Достоинства труб с оребрением

Трубы, термостойкий слой которых покрыт окисью магния, имеют следующие преимущества:

высокий коэффициент теплопередачи;
высокую стойкость к коррозии и к перепаду температур;
долгий срок службы;
работа в любых условиях, даже в агрессивных.

За счет таких важных преимуществ трубы оребренные термостойкие обладают следующими достоинствами.

Между ребрами проходят турбулентные завихрения воздуха. Это позволяет увеличить интенсивность теплообмена по всей трубе.
Контактная сварка при изготовлении трубы с ребрами потребляет мало энергии, а значит – нет необходимости в дорогом оборудовании и особых материалах. Кроме того, данная сварка позволяет создать зоны с низким температурным сопротивлением.
Использование термостойкого покрытия снижает уровень конденсата, что увеличивает срок службы.

Металлоемкость оребренных труб

Самая низкая металлоемкость у труб с оребрением при помощи навивки алюминиевой ленты. При данном методе получается наиболее тонкое ребро и отсутствует дополнительный слой металла поверх несущей трубы в отличие от накатки.

Конструкция изделий

Различия между разными видами продукции заключаются в форме лепестков и коэффициенте оребрения. Промышленное производство рассматриваемой группы труб может основываться на разных технологиях. Все зависит от назначения изделий.

Рассмотрим наиболее распространенный способ создания оребренной медной продукции. Сначала по всей площади трубы наносится канавка в виде змейки. Данная операция выполняется на токарном оборудовании посредством использования специального резца.

Затем в созданные пазы под натяжкой ставят полоски из меди. Их впрессовывают во внутрь. Чаще всего такое оборудование имеет функцию дополнительного нагрева. Это позволяет выполнить операцию более точно и качественно.

Оребренные медные трубы бывают нескольких разновидностей. Наиболее популярным видом являются изделия, сделанные полностью из меди. Такая продукция отлично передает температуру. Ее можно использовать как для охлаждения, так и для нагрева.

Еще одним вариантом продукции являются биметаллические изделия. Их производят из меди и стали. Первый металл представляет собой слой, занимающий около пятнадцати процентов толщины стенок. Он может находится как с внешней, так и с внутренней стороны. В некоторых случаях слой меди располагают с обеих сторон. Все зависит от назначения изделия.

Преимущество биметаллических труб заключается в их дешевизне. Купить эту продукцию можно относительно недорого. Цена трубы, сделанной целиком из меди, будет намного дороже. Биметаллическая продукция в некоторых случаях является оптимальным средством для создания качественного теплообменника. Данные изделия широко применяются в отопительных системах.

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.

Обратите внимание! Спиральновитая труба или спиральные трубы не имеют ничего общего с оребренными спирально-навивными изделиями. Путаница иногда возникает из-за названия, но такие конструкции изготавливаются гладкими, методом скручивания пластикового или металлического профиля.

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.

Энергоносители в промышленных калориферах

По своей сути калориферы являются рекуперативными теплообменниками, принцип работы которых заключается в передаче тепловой энергии от среды с более высокой температурой (энергоносителя) к менее горячей среде (воздушным потокам) через стенку, их разделяющую. В промышленных воздухонагревателях энергоносителями служат:

горячая вода;
сухой насыщенный пар;
сетевое электричество.

Использование электрических воздухонагревателей для обогрева производственных помещений эффективно лишь для площадей, не превышающих 100-120 кв. метров, из-за высоких тарифов на электроэнергию. Основными источниками тепла для нагрева воздушных потоков являются водяные и паровые энергоносители, имеющие следующие рабочие характеристики:

температура – до 190 град. Ц;
давление – до 1,2 МПа.

На рис. ниже показан калорифер серии КСк, работающий на водяном энергоносителе.

Водяные и паровые воздухонагреватели монтируются в коробах воздуховодов производственной вентиляции, в которых нагнетание воздуха в помещение осуществляется при помощи канальных вентиляторов. В процессе установки нагревателей монтируется обвязка, обеспечивающая подачу горячего водяного или парового теплоносителя в калорифер и отвод остывшего отработанного теплоносителя к энергоисточнику.

Немного о сфере применения

Оребренные трубы на сегодняшний день являются крайне популярными. Их можно увидеть везде, где нужно помещение либо нагреть, либо охладить.

Как мы уже упоминали ранее, эффективность труб с ребрами основана на высоком теплообмене, достигаемом особенностями конструкции.

Оребренные трубы являются составляющими частями многих устройств в частных помещениях и на заводах. В первом случае их используют в кондиционерах, поскольку они посильно помогают в охлаждении воздуха. Во втором случае они используются не только для охлаждения, но и для нагрева помещения, а также помогают в избавлении от газов и жидкостей агрессивного типа.

Наиболее популярная сфера производства, где можно встретить оребренные трубы – машиностроение. Там их применяют в процессе изготовления различных приборов:

компрессоры;
холодильники;
электросушилки;
маслоохладители;
воздухонагреватели.

Выводы и рекомендации

Промышленные гладкотрубные воздухонагреватели существенно уступают калориферам с оребренными теплоэлементами. При этом нагреватели воздуха, использующие различные типы оребрения, значительно различаются между собой по интенсивности передачи тепла от энергоносителя к воздушным потокам. Эффективность оребрения трубчатых элементов калориферов зависит от плотности контакта между материалами профиля ребер и несущего трубчатого канала.

Наилучший результат показывают спирально-накатные соединения стали с алюминием. Коэффициент теплоотдачи этих соединений на 15% выше по сравнению с другими методиками. Модели с пластинчатыми воздухонагревателями считаются морально устаревшими, у них высокая материалоемкость и худшие теплотехнические характеристики, чем у спирально-накатных изделий. Поэтому отмечается растущая популярность калориферов серий КСк, КПСк и ВНВ, превосходящих пластинчатые аналоги по критерию цена/эффективность.

Основные преимущества и недостатки оребренных нагревательных трубок

Оребрение наружных стенок нагревательных трубок промышленных калориферов выполняется с целью организации развитых теплопередающих поверхностей для увеличения площади теплообмена приточного воздуха с энергоносителем. С возрастанием площади теплообмена возрастает интенсивность теплоотдачи и, соответственно, энергоэффективность калорифера. На рост интенсивности теплопередачи также влияет повышенная турбулизация воздушного потока при его прохождении между ребрами. Оребренная структура теплообменных элементов создает им значительные преимущества перед гладкотрубными нагревателями. К основным достоинствам ребристых труб относят следующие факторы:

Снижение потребного количества теплообменных трубок для обеспечения одинаковых теплотехнических показателей приводит к снижению весовых и габаритных показателей воздухонагревателей.
При использовании несущих трубок диаметром от 16 до 25 мм нанесение на них ребристой структуры увеличивает интенсивность теплопередачи примерно в 12 раз. Это дает возможность снизить расход энергоносителя и сэкономить на оборудовании для его циркуляции в теплотрассе за счет снижения его мощности.
Оребренные трубки обладают высокой механической прочностью и жесткостью, повышенной коррозионной стойкостью, что обеспечивает длительный срок безаварийной эксплуатации.
Из-за сравнительно низких теплотехнических показателей гладкотрубные калориферы используются для нагрева производственных помещений на небольшие температуры и при малых расходах прогреваемого воздуха.

Из недостатков оребренных трубок выделяют два момента:

Воздух, пропускаемый через ряды ребристых теплоэлементов, не должен быть запыленным, не содержать липких и волокнистых веществ, чтобы избежать засорения пространства между ребрами/пластинами. Засоренные поверхности ребер/пластин имеют ухудшенные теплотехнические свойства, а уменьшение размера живого сечения между соседними ребрами негативно отражается на расходе пропускаемого воздуха.
Затрудненная очистка засоренных оребрений калориферных трубок.

При соблюдении требований к воздуху, указываемых в техпаспорте любого промышленного воздухонагревателя, этих проблем не возникает.

Читайте также: