КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1998 года по МПК F28D7/00 F28F9/12 

Область применения: коммунальная теплоэнергетика, системы теплоснабжения зданий и др. отрасли промышленности.

Известен кожухотрубный теплообменник, состоящий из идентичных секций, соединенных по трубной и межтрубной среде калачами и патрубками. Каждая секция состоит из кожуха с закрепленными по торцам трубными решетками, в которых закреплены теплообменные трубы, поддерживаемые от прогиба опорными перегородками [1].

Недостатки указанной конструкции - большие габариты, наличие "мертвых" зон между трубной решеткой и соединительными патрубками, вследствие этого высокая удельная металлоемкость и большие размеры площадей, занимаемые теплообменником в тепловом пункте.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности является кожухотрубный теплообменник, содержащий идентичные последовательно соединенные между собой теплообменные секции в виде заключенных в цилиндрические кожухи пучков теплообменных труб, закрепленных в двух общих трубных решетках и подключенных к примыкающим к решеткам и скрепленных с ними общим коллекторным камерам трубной среды, и коллекторы для организации последовательного движения теплоносителя по смежным секциям межтрубной среды [2].

Однако в известном теплообменнике имеется ряд недостатков, главным из которых являются повышенная удельная металлоемкость и высокая трудоемкость изготовления, связанная с большими габаритами камер и коллекторов с фланцами и необходимостью их механической обработки в собранном виде с целью ликвидации деформации конструкций после сварки.

Указанные недостатки устраняются тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащем идентичные последовательно соединенные между собой теплообменные секции в виде заключенных в цилиндрические кожухи пучков теплообменных труб, закрепленных в двух общих трубных решетках и подключенных к примыкающим к решеткам и скрепленных с ними общим коллекторным камерам трубной среды, и коллекторы для организации последовательного движения теплоносителя по смежным секциям межтрубной среды, коллекторные камеры состоят из обечаек, выполненных в виде части цилиндра с фланцами, а коллекторы для межтрубной среды выполнены в виде окон, размещенных на наружной поверхности смежных секций с чередованием то с одной, то с другой стороны, примыкающих к соответствующей трубной решетке и соединенных между собой каналом, площадь живого сечения которого F_ж.к, определяется соотношением
0,1 F_с < F_ж.к. ≤ 15 F_с,
а длина канала l_к определяется соотношением
0,1 D_с < l_к ≤ 20 D_с,
где F_с - площадь живого сечения межтрубного пространства теплообменной секции, м²;
D_с - наружный диаметр теплообменной секции, м.

На фиг. 1 показан общий вид кожухотрубного теплообменника; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид сверху.

Теплообменник состоит из идентичных последовательно соединенных между собой теплообменных секций 1 в виде заключенных в цилиндрические кожухи 2 пучков теплообменных труб 3, закрепленных в двух общих трубных решетках 4 и подключенных к примыкающим к решеткам 4 и скрепленных с ними общим коллекторным камерам 5 трубной среды, состоящим из обечаек 6, выполненных в виде части цилиндра с прямоугольными фланцами 7.

В камерах 5 расположены перегородки 8, образующие отсеки 9, сообщающие смежные теплообменные секции 1 по трубной среде.

Коллекторы 16 для межтрубной среды выполнены в виде окон 10, размещенных на наружной поверхности смежных секций 1 с чередованием то с одной, то с другой стороны, примыкающих к соответствующей трубной решетке 4 и соединенных между собой каналом 11, имеющим геометрическую форму.

Площадь живого сечения канала F_ж.к определяется соотношением
0,1 F_с < F_ж.к. ≤ 15 F_с,
а длина канала l_к определяется соотношением
0,1 D_с < l_к ≤ 20 D_с,
где F_с - площадь живого сечения межтрубного пространства теплообменной секции, м²;
D_с - наружный диаметр теплообменной секции, м.

Патрубки 12 и 13 подвода и отвода межтрубной среды и патрубки 14 и 15 подвода и отвода трубной среды расположены на одной стороне теплообменника относительно вертикальной оси симметрии при четном количестве секций в теплообменнике и с разных сторон - при нечетном количестве секций. Коллекторные камеры 5 трубной среды крепятся к трубным решеткам 4 с помощью болтов.

За счет расположения смежных теплообменных секций 1 по вертикальной оси сокращается площадь, занимаемая предлагаемым теплообменником.

При работе теплообменника в системе горячего водоснабжения среда межтрубного пространства поступает в теплообменник через патрубок 12 и последовательно проходит по межтрубному пространству верхней секции 1, окно 10 в боковой поверхности этой секции, через канал 11 и через окно 10 поступает в межтрубное пространство второй секции и так далее, и выходит из теплообменника по патрубку 13.

Трубная среда противотоком по отношению к межтрубной среде движется последовательно через патрубок 14, коллекторную камеру 5, трубное пространство нижней секции 1, противоположную камеру 5, последующие секции и отсеки 9 коллекторных камер трубной среды и выходит из теплообменника через патрубок 15.

По сравнению с известным устройством масса теплообменника за счет предлагаемого технического решения по замене камер межтрубного пространства на коллекторы с каналами незначительной длины даст возможность снизить металлоемкость не менее чем на 20%, а технологичность изготовления повышается за счет упрощения конструкции, что даст возможность снизить трудоемкость изготовления не менее чем на 25%.

Кожухотрубный теплообменник используется в коммунальной теплоэнергетике, в системах отопления и горячего водоснабжения зданий и других отраслях промышленности. Теплообменник содержит идентичные теплообменные секции 1, каждая из которых выполнена в виде заключенных в цилиндрический кожух 2 пучка теплообменных труб 3, поддерживаемых от прогиба перегородками и закрепленных обоими концами в двух общих для всех секций 1 трубных решетках 4. Вместо соединительных калачей смежные секции 1 сообщены коллекторными камерами 5 трубной среды. Вместо соединения смежных секций 1 по межтрубной среде коллекторной камерой, сложной в изготовлении, применены коллекторы 17 с каналами 11 незначительной длины, чем достигается снижение удельной металлоемкости и технологичность изготовления. 3 ил.

Кожухотрубный теплообменник, содержащий идентичные последовательно соединенные между собой теплообменные секции в виде заключенных в цилиндрические кожухи пучков теплообменных труб, закрепленных в двух общих трубных решетках и подключенных к примыкающим к решеткам и скрепленных с ними общим коллекторным камерам трубной среды, и коллекторы для межтрубной среды, отличающийся тем, что коллекторные камеры состоят из обечаек, выполненных в виде части цилиндра с фланцами, а коллекторы для межтрубной среды выполнены в виде окон, размещенных на наружной поверхности смежных секций с чередованием то с одной, то с другой стороны, примыкающих к соответствующей трубной решетке и соединенных между собой каналом, площадь F_ж.к. живого сечения которого определяется соотношением
0,1 F_с < F_{ж . к .} ≤ 15 F_с,
а длина канала l_к определяется соотношением
0,1 D_с < l_к ≤ 20 D_с,
где F_с - площадь живого сечения межтрубного пространства теплообменной секции, м²;
D_с - наружный диаметр теплообменной секции, м.