ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1994 года по МПК F28F21/06 F28F9/06 

Изобретение касается теплообменника с одной, предпочтительно металлической, трубной доской и пластмассовыми трубками, расположенными в отверстиях этой трубной доски, предпочтительно из РТГЕ, герметично закрепленными на трубной доске и служащими для разделения двух сред, участвующих в теплообменнике.

При изготовлении теплообменников для коррозионных сред необходимо заменить металлический материал, в особенности материал трубок, подходящей пластмассой, например политетрафторэтиленом, потому что такие пластмассы являются более благоприятными с точки зрения стоимости по сравнению с коррозионно-стойкими металлическими материалами. Такие теплообменники с трубками, изготовленными из пластмассы, в последнее время чаще применяют для установок, в которых используется тепло, содержащееся в отходящих газах. При охлаждении отходящих газов точка росы дымовых газов может снижаться, потому что пластмассовые трубки и в этом случае также являются коррозионно-стойкими.

Пластмассы, применяемые для изготовления трубок теплообменников, в качестве которых чаще всего используют насыщенные фторпластмассы, характеризуются наряду с характеристиками ползучести при повышенных температурах, приблизительно десятикратным тепловым удлинением по сравнению с металлом. Это означает, что в пучке трубок из пластмассы смещение трубок относительно окружающих их металлических стенок достигает значительных размеров, вследствие чего конструктивно для компенсации различного удлинения следует позаботиться о предотвращении заклинивания и смещения вследствие больших относительно перемещений по отношению к держателям труб и корпусам.

Другой проблемой при изготовлении теплообменников с применением пластмассовых труб является герметичное под давлением закрепление концов пластмассовых трубок на соответствующей трубной доске. В частности, если последняя изготовлена из металлического материала, несмотря на ползучесть пластмассовых трубок и большое изменение их длины при вводе в работу и выводе из нее теплообменников, следует следить за созданением герметичности соединения между трубной доской и трубками.

В основу изобретения положена задача создать благоприятное с точки зрения изготовления и разъемное для обеспечения возможности ремонта, а также герметичное крепление пластмассовых трубок на плоской или изогнутой трубной доске, которая, в частности, выполнена из металла или пластмассы.

Для этого каждая трубка для крепления на трубной доске снабжена на соответствующем конце, выполненном с нею за одно целое фланцевым кольцом, удерживаемым путем упругого крепежного элемента.

Благодаря изобретению простое и благоприятное с точки зрения стоимости изготовления герметично крепление трубок теплообменника, выполненных из пластмассы, к трубной доске, которое дает возможность ремонта или замены отдельных трубок. Фланцевое кольцо, выполненное за одно целое с соответствующим концом трубы, может быть изготовлено путем оформования конца под воздействием тепла. Кольцевая опорная поверхность, требующаяся для этого фланцевого кольца вокруг соответствующего отверстия в трубной доске, изготовляется путем выполнения дополнительного отверстия на трубной доске, которое может осуществляться в одном рабочем процессе с изготовлением сквозного отверстия. Под упругим крепежным элементом, применяемым для фиксации конца трубки на трубной доске, подразумевается дешевый в изготовлении стандартный конструктивный элемент, монтаж которого отличается простотой и дешевизной в изготовлении.

Для того, чтобы повысить герметичность, можно расположить между трубной доской и каждой трубкой уплотнительное кольцо.

Крепежный элемент выполнен в виде крепежного кольца, имеющего вид тарельчатой пружины, которое своим наружным краем примыкает к стенке отверстия, служащего для создания опорной поверхности для фланцевого кольца, а частью своей торцевой поверхности примыкает к фланцевому кольцу. За счет такого крепежного кольца фланцевое кольцо трубки постоянно и надежно поджимается к кольцеобразной опорной поверхности трубной доски для того, чтобы гарантировать в меняющихся условиях ремонта и работы под давлением герметичное уплотнение между трубкой и трубной доской.

В то же время при нормальных условиях является достаточным выполнить фланцевое кольцо на конце трубки в виде плоской кольцевой шайбы, расположенной перпендикулярно к оси трубки, а при более высоких требованиях к герметичности можно выполнить фланцевое кольцо с U-образным поперечным сечением по типу отборки на угол от 90 до 180^о. За счет этого может быть значительно повышена стабильность формы фланцевого кольца. Кроме того, при таком выполнении можно расположить уплотнительное кольцо внутри U-образного поперечного сечения фланцевого кольца между ним и опорной поверхностью, выполненной на трубной доске.

На фиг. 1-3 показан предложенный теплообменник.

Трубная доска 1 снабжена сквозным отверстием 1а, в которое входит соответствующая трубка 2 из пластмассы, предпочтительно из политетрафторэтилена. Эта трубка 2 снабжена фланцевым кольцом 2а, выполненным за одно целое с концом трубки и предназначенным для крепления на трубной доске 1. Это фланцевое кольцо 2а в примере выполнения на фиг. 1 расположено под прямым углом к продольной оси трубки 2.

Для того, чтобы на трубной доске 1 создать опорную поверхность 1b, для этого фланцевого кольца 2а, отверстие 1а снабжено отбортовкой 1с большего диаметра, благодаря чему получаются полости, необходимые для фланцевого кольца 2а. В этой полости, полученной при отбортовке 1b, устанавливается упругий крепежный элемент, который надежно поджимает фланцевое кольцо 2а к опорной поверхности 1b трубной доски 1. Этот упругий крепежный элемент образован в примерах выполнения крепежным кольцом 3, имеющим форму тарельчатой пружины.

Крепежное кольцо 3 прилегает своим наружным краем к стенке отверстия 1с, полученного при изготовлении опорной поверхности 1b, а частью своей торцевой поверхности на своем внутреннем крае - к фланцевому кольцу 2а трубки 2. За счет этого оказывается постоянное давление на фланцевое кольцо 2а трубки 2, которое надежно поджимается к опорной поверхности 1b трубной доски 1 и за счет этого получается герметичное соединение между трубкой и трубной доской.

Для повышения герметичности этого соединения (см. фиг. 2) между трубкой 2 и трубкой доской вкладывается уплотнительное кольцо 4. Для установки этого уплотнительного кольца 4, которое может быть, например, 0-образным кольцом, может быть создана необходимая полость за счет скоса (как в левой части фиг. 2) либо за счет ступенчатой выемки (как показано в правой части фиг. 2).

На фиг. 3 показан еще один вариант исполнения теплообменника. В этом варианте трубка 2, изготовленная из пластмассы, имеет на своем конце фланцевое кольцо 2а U-образного поперечного сечения, отбортованное на 180^о и образованное одновременной раздачей конца трубы. При таком выполнении создается кольцеобразная опорная поверхность 1b образованием отгиба 1d внутри расточки 1с. В такой конструкции уплотнительное кольцо 4 расположено внутри U-образного поперечного сечения фланцевого кольца 2а между ним и опорной поверхностью 1b, выполненной на трубной доске 1.

Во всех примерах выполнения крепежное кольцо 3, имеющее форму тарельчатой пружины, обеспечивает надежный прижим соответствующего фланцевого кольца 2а трубки 2 к опорной поверхности 1b на трубной доске для обеспечения необходимой герметичности соединения под давлением. В примерах выполнения имеется теплообмен, например, между жидкостью, протекающей в трубках 2, и газом, который снаружи обтекает трубки 2. Если у таких теплообменников или сборников необходима замена отдельных трубок 2, например, вследствие их повреждения, это можно сделать без трубы за счет того, что удаляют соответствующие крепежные кольца 3, извлекают старые трубки 2, заменяют их новыми и устанавливают соответствующие крепежные кольца 3. Возможно даже кратковременное перекрывание простыми средствами дефектных трубок при продолжающемся процессе теплообмена за счет того, что в соответствующее отверстие 1с в трубной доске 1 вставляют подходящие запорные пробки. (56) Авторское свидетельство СССР N 612146, кл. F 28 F 9/08, 1978.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: простота крепления труб 2 в цилиндрических отверстиях 1а трубной доски 1 обеспечивается выполнением крепежного элемента упругим, например, в виде тарельчатой пружины 3. При этом конец трубы 2 имеет выполненный заодно с ним кольцевой фланец 2a, примыкающий к опорной поверхности 1b. Между трубой 2 и опорной поверхностью 1b размещено дополнительное кольцо 4. Для образования опорной поверхности вокруг отверстия 1a может быть выполнена кольцевая расточка. Кроме того, кольцевой фланец 2a может быть выполнен V-образным в поперечном сечении, а уплотнительное кольцо 4 размещено внутри фланца 2a с возможностью взаимодействия с последним и с соответствующей опорной поверхностью. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий по меньшей мере одну преимущественно металлическую трубную доску и пластмассовые трубы преимущественно из политетрафторэтилена для разделения двух теплообменивающихся сред, герметично закрепленные в цилиндрических отверстиях трубной доски, каждое из которых окружено соосной с ним кольцевой опорной поверхностью, выполненной в трубной доске, а каждая труба на соответствующем конце снабжена выполненным за одно с последним кольцевым фланцем, отогнутым относительно оси трубы на заданный угол и примыкающим к соответствующей опорной поверхности при помощи крепежного элемента, отличающийся тем, что, с целью обеспечения простоты крепления труб, каждый крепежный элемент выполнен упругим. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что между трубной доской и каждой трубой дополнительно размещено уплотнительное кольцо. 3. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вокруг каждого цилиндрического отверстия в трубной доске выполнена кольцевая расточка, образующая упомянутую опорную поверхность, а каждый крепежный элемент выполнен в виде кольцевой тарельчатой пружины, размещенной с прилеганием своим внешним краем к стенке расточки и частью торцевой поверхности - к кольцевому фланцу соответствующей трубы. 4. Теплообменник по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что кольцевой фланец каждой трубы отогнут относительно ее оси на угол от 90 до 180^o. 5. Теплообменник по п. 4, отличающийся тем, что кольцевой фланец каждой трубы выполнен U-образным в поперечном сечении, а каждое уплотнительное кольцо размещено внутри U-образного фланца с возможностью взаимодействия с последним и с соответствующей опорной поверхностью.