ТЕПЛООБМЕННАЯ НАБИВКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОФРИРОВАННЫХ ДИСТАНЦИОНИРУЮЩИХ ЛИСТОВ ТЕПЛООБМЕННОЙ НАБИВКИ Российский патент 1997 года по МПК F28F3/02 

Изобретение относится к теплоэнергетики, в частности, к теплообменной набивке регенеративных воздухоподогревателей /РВП/ в виде пакетов из чередующихся дистанционирующих и заполняющих листов, а также к способу изготовления дистанционирующих листов набивки, и направлено на повышение эффективности теплообмена в РВП и улучшение других его технических характеристик.

Теплообменная набивка известных РВП содержит пакеты из чередующихся заполняющих и дистанционирующих листов, при этом дистанционирующие листы обычно выполнены гофрированным с гофрами в форме непрерывных волн в поперечном сечении или периодически повторяющихся гофр в форме полной волны каждая. В последнем случае гофрированным могут быть выполнены и промежутки между гофрами с промежуточными гофрами меньшей высоты и расположенными под углом к направлению дистанционирующих гофр, совпадающему, как правило, с направлением потоков теплообменивающихся сред через теплообменную набивку. Заполняющие листы обычно выполнены плоскими или гофрированными с гофрами в форме непрерывных волн, расположенными под углом к направлению потоков теплообменивающихся сред через набивку.

Наиболее близкой к заявляемой набивки по техническому существу (прототипом) является теплообменная набивка РВП, содержащая пакеты из чередующихся гофрированных дистанционирующих листов и заполняющих листов с просечно-вытяжной перфорацией ромбовидной формы, имеющей соотношение длин диагоналей ромба в пределах 1,5-2,5 при расположении большей диагонали ромба параллельно направлению потоков теплообменивающихся сред. Перемычка между отверстиями просечно-вытяжной перфорации такого заполняющего листа может иметь ширину равную 2-4 толщины листа (авт. св. СССР N 456969, кл. F 28 F 2/2, приоритет от 07.09.72г.)
Заполняющие листы с просечно-вытяжной перфорацией для такой набивки получают обработкой листового материала на прессовом оборудовании - эспандированием: в исходных листах специальными ножами пресса выполняют надрези заданной длины с определенным шагом по всей ширине листа с одновременным растяжением листа перпендикулярно линиям надреза и образованием перфораций, после чего осуществляют подачу листа на заданную величину со смещением надрезов на половину их шага, и операцию выполнения надрезов с растяжением листа повторяют. После расчетного числа подач (получение одного размера заготовки заполняющего листа) с последним рабочим ходом ножей осуществляют отрезку полосы с полученной просечно-вытяжной перфорацией. Из таких полос разрезанием их на части требуемой длины получают заполняющие листы набивки. Дистанционирующие листы для такой набивки изготавливают традиционным способом: из исходного листа в соответствии с картой раскроя вырезают заготовки заданной формы и размеров, после чего заготовки прокатывают в валках с ручьями для получения гофрированных листов нужного профиля.

В зависимости от вида и размеров гофр дистанционирующих листов, размеров перфорации, промежутков между ними и степени вытяжки заполняющих листов теплотехнические характеристики такой набивки могут в равной степени превышать соответствующие характеристики традиционной набивки, улучшая общую тепловую эффективность, что при прочих равных условиях позволяет уменьшить габариты и металлоемкость РВП.

Основным недостатком последней из рассмотренных набивок (прототипа) является ее недостаточно высокая тепловая эффективность.

Изобретение имеет целью повысить эффективность теплообмена в РВП и улучшить за счет этого некоторые другие характеристики РВП.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменной набивке РВП, содержащий пакеты из чередующихся гофрированных дистанционирующих листов и заполняющих листов, выполненных с просечно-вытяжной перфорацией преимущественно ромбовидной формы, в соответствии с данным изобретением гофрированные дистанционирующие листы тоже выполнены с просечно-вытяжной перфорацией.

Решение этой задачи обеспечивается тем, что при осуществлении способа изготовления гофрированных дистанционирующих листов, включающем вырезку заготовки из листа в соответствии с картой раскроя и последующую прокатку заготовки в валках с ручьями заданного профиля и размеров, в соответствии с изобретением исходный лист до вырезки заготовки подвергают эспендированию по известной технологии, из полученного листа (или полос) с просечно-вытяжной перфорацией вырезают заготовки по высоте пакета и подвергают их прокатке в валках.

Выполнение дистанционирующего листа теплообменной набивки РВП в соответствии с данным изобретением обеспечивает срыв и разрушение ламинарного слоя (потока) на поверхности листов при течении теплообменивающихся сред в каналах гофрированного листа, что существенно повышает эффективность теплообмена в набивке. Заявляемая набивка по сравнению с прототипом может иметь равную или даже меньшую компактность, но в сочетании с увеличенной интенсификацией теплообмена позволяет уменьшить габариты РВП при обеспечении высоких тепломеханических показателей. Линейное аэродинамическое сопротивление заявляемой набивки остается практически одинаковым с прототипа либо незначительно изменяется в ту или другую сторону (до 20%) в зависимости от формы и размеров гофр и перфорации дистанционирующего листа. Однако при равном теплосъеме в РВП с заявляемой набивкой высота ее может быть меньше по сравнению с высотой набивки прототипа на 20% и более. Следовательно, аэродинамическое сопротивление РВП с заявляемой набивкой, во всех случаях будет уменьшено. Таким образом, использование заявляемой набивки вместо существующих позволит уменьшить металлоемкость РВП в целом при прочих равных условиях или при той же массе РВП увеличить теплосъем, уменьшить массу заменяемой (холодной) части набивки, упростить сборку, ремонт и обслуживание - т.е. уменьшить капиталовложения и эксплуатационные расходы. Дальнейшее повышение эффективности предлагаемой набивки РВП может быть обеспечено дополнительными экспериментальными исследованиями за счет оптимизации профиля дистанционирующих и заполняющих листов.

Указанные отличия заявляемой набивки по сравнению с прототипом обеспечивает соответствие предлагаемого решение критерию изобретения "новизна", отсутствие сведений об известности использования отличительных признаков данного изобретения в этой и в смежных областях техники позволяет признать соответствие заявляемого решения критерию изобретения "изобретательский уровень", а отсутствие препятствий технического или технологического характера для промышленной реализации предложения обеспечивает соответствие его критерию изобретения "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже примеры конкретного осуществления изобретения, которые однако не охватывают все возможные варианты в пределах формулы изобретения, и чертежи, на которых схематично представлены фрагменты вариантов предлагаемой набивки из заполняющего и дистанционирующего листов с просечно-вытяжной перфорацией, в которых дистанционирующий лист выполнен:
на фиг. 1 с гофрами в форме непрерывных волн в поперечном сечении, направление которых совпадают с направлением потоков теплообменивающихся сред;
на фиг. 2 с гофрами по фиг. 1, расположенным под углом у направлению потоков теплообменивающихся сред;
на фиг. 3 с гофрами в форме периодически повторяющейся одной полной волны в поперечном сечении, совпадающим в направлением потоков теплообменивающихся сред;
на фиг 4 для сравнения фрагмент набивки прототипа с дистанционирующим листом в форме периодически повторяющихся одной полной волны в поперечном сечении и с гофрированными промежуточными в форме непрерывных волн, расположенных под углом к направлению потоков теплообменивающихся сред и к направлению основных (дистанционирующих) гофр, совпадающих с направлением указанных потоков, изготовленным из обычного листа без просечно-вытяжной перфорации.

На фиг. 1-3 сечение дистанционирующих листов показано условно (заштриховано).

Теплообменная набивка РВП в соответствии с данным изобретением содержит дистанционирующие 1 и заполняющие 2 листы, из которых собираются пакеты с жестким каркасом требуемой формы и размеров (не показаны) для установки в отсеках ротора РВП. Каждый пакет набирается из чередующихся дистанционирующих с заполняющих листов 1 и 2 соответственно, которые перед установкой в каркасы пакетов предварительно сжимаются до заданного размера.

Особенностью заявляемой набивки является выполнение дистанционирующих листов 1 из заготовок с просечно-вытяжной перфорацией. Для обеспечения заданных размеров дистанционирующих листов исходный лист требуемой толщины предварительно подвергают эспандированию по известной технологии с одновременной отрезкой полос по длине заготовки в соответствии с картой раскроя, которые затем разрезают по ширине заготовок, соответствующей высоте набивки в пакетах, и прокатывают их в валках для получения гофр 3 заданного профиля. Прокатку осуществляют в тех же валках, в которых получают гофрированный дистанционирующий лист набивки из гладкого листа.

Гофры 3 в дистанционирующих листах 1 набивки могут выполняться либо параллельно потокам теплообменивающихся сред через набивку (фиг. 1 и фиг. 3), либо под некоторым углом к указанному направлению (фиг. 2). Однако целесообразно обеспечить расположение большей диагонали ромба в перфорациях параллельно потокам теплообменивающихся сред, т.к. при одинаковой тепловой эффективности сопротивление набивки в этом случае будет меньше.

При выполнении дистанционирующих листов 1 с периодически повторяющимися гофрами 3 в форме одной полной волны каждая (в поперечном сечении) дистанционирующие гофры 3, как правило, располагают параллельно потокам теплообменивающихся сред (фиг. 3). Промежутки между такими гофрами в дистанционирующих листах с просечно-вытяжной перфорацией могут оставаться ровными либо выполняться гофрированными с гофрами 4 меньшей высоты и расположенными под некоторым углом к дистанционирующим гофрам 3 (такой вариант в чертежах показан только для листа набивки без перфорации на фиг. 4).

В последнем варианте выполнения гофрированного дистанционирующего листа набивки с просечно-вытяжной перфорацией неизбежно некоторое смятие перфорированного листа в зоне промежуточных гофр 4 с нарушением размеров и формы перфорации, хотя влияние этого на теплотехнические характеристики набивки в целом не исследовалось.

Работа заявляемой набивки в РВП не имеет принципиальных отличий от работы известных набивок. Особенность конструктивного выполнения гофрированного дистанционирующего листа заявляемой набивки наличие просечно-вытяжной перфорации оказывает существенное влияние на теплотехнические характеристики набивки и экономичность работы РВП. Как уже отмечено выше, эта особенность обеспечивает интерфикацию теплообмена, снижение необходимой высоты набивки при одинаковом теплосъеме и ее аэродинамического сопротивления, что позволяет уменьшить габариты РВП при прочих равных условиях, затраты на его изготовление, эксплуатацию и обслуживание.

Для сравнительной оценки эффективности предлагаемых вариантов набивки ниже в таблице приведены результаты исследований заявляемой набивки с тремя рассмотренными вариантами выполнения гофрированных дистанционирующих листов из просечного листа и известных аналогичных набивок с такими же гофрированными дистанционирующими листами на обычного (непросечного) листа. Заполняющий лист для всех рассматриваемых вариантов набивки выполнены одинаковыми с просечно-вытяжной перфорацией ромбовидной формы из исходного листа толщиной 0,7 мм при толщине листа после эспандирования 3-4 мм. Дистанционирующие гофрированные листы выполнены из такого же исходного листа толщиной 0,7 мм во всех рассматриваемых вариантах, при этом дистанционирующие листы с просечно-вытяжной перфорацией имеют перфорацию одинаковой формы и размера с перфорацией заполняющих листов, хоты это, видимо, не обязательно.

Анализ параметров набивки на основе данного изобретения с разной формой дистанционирующего листа по сравнению с аналогичными известными (на основе прототипа) позволяет сделать следующие выводы.

1. Набивка на основе данного изобретения обладает более высокой тепловой эффективностью по сравнению с известными аналогичной формы.

2. Линейное аэродинамическое сопротивление рассматриваемых вариантов предлагаемой набивки незначительно отличается от сопротивления известных с дистанционирующими листами без перфорации, но при повышенной тепловой эффективности предлагаемой набивки при меньшей ее компактности обеспечивается снижение общего аэродинамического сопротивления набивки РВП.

Действительно, как видно из таблицы, при любом из рассмотренных вариантов набивки на основе данного изобретения, а также при других вариантах, здесь не рассмотренных, при одинаковом размере ротора и одинаковом заполнении его пакетами из предлагаемой набивки обеспечивается большой отбор тепла у дымовых газов, а значит обеспечивается дополнительное понижение их температуры и повышение температуры подогрева воздуха, что дает экономию топлива при работе котла на неизменном (одинаковом) режиме, либо появится возможность без снижения температуры уходящих газов повысить температуру воздуха на входе в РВП и температуру набивки на "холодной" стороне ротора, что повысит надежность и долговечность набивки за счет уменьшения низкотемпературной коррозии металла. При одинаковом теплосъеме и прочих равных условиях РВП с предлагаемой набивкой может иметь высоту ротора намного меньше (более чем на 2%) при одинаковом диаметре ротора, чем с известной набивкой. А этом значит, что соответственно уменьшается металлоемкость РВП, аэродинамическое сопротивление набивки, масса периодически заменяемой набивки (на "холодной" стороне ротора), т.е. уменьшается капиталовложения и эксплуатационные расходы на РВП (дополнительное упрощается очистка набивки благодаря меньшей ее общей высоте и лучшим условиям отмывки, т.к. отмываемая вода растекается по всем направлениям через просечно-вытяжную перфорацию; снижается опорный вес на несущем подшипнике и энергозатраты на привод ротора; улучшаются условия уплотнения ротора и уменьшаются объемы переносимых воздуха в газовую сторону и газов в воздушную).

Таким образом, набивка ротора РВП на основе данного изобретения экономически предпочтительней по сравнению с лучшими известными. При этом сохраняется возможность ее улучшения за счет оптимизации размеров и профиля просечно-вытяжных заполняющего и дистанционирующего листов.

Использование: теплоэнергетике, в регенеративных воздухоподогревателях. Сущность изобретения: что теплообменной набивке из чередующихся дистанционирующих гофрированных листов и заполняющих листов, выполненных с просечно-вытяжной перфорацией, дистанционирующие листы тоже выполнены с просечно-вытяжной перфорацией. Особенность заявленного способа изготовления дистанционирующих листов теплообменной набивки состоит в том, что исходный лист до вырезки из него заготовок подвергают эспандированию по известной технологии. 2 с.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Теплообменная набивка преимущественно регенеративного воздухоподогревателя, содержащая пакеты из чередующихся гофрированных листов дистанционирующих и заполняющих листов, выполненных с просечно-вытяжной перфорацией, например, ромбовидной формы, отличающаяся тем, что гофрированные дистанционирующие листы тоже выполнены с просечно-вытяжной перфорацией. 2. Способ изготовления гофрированных дистанционирующих листов теплообменной набивки по п.1, включающий вырезку заготовки из исходного листа в соответствии с картой раскроя и последующую прокатку заготовки в валках с ручьями заданного профиля и размеров, отличающийся тем, что исходный лист до вырезки из него заготовки подвергают эспандированию по известной технологии для получения листа или полос с просечно-вытяжной перфорацией.