БЛОК ОПОРНЫХ ПЕРЕГОРОДОК ДЛЯ ТРУБ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2000 года по МПК F28F9/22 

Изобретение относится к элементам кожухотрубных теплообменных аппаратов, применяемых в системах теплоснабжения зданий и других отраслях народного хозяйства, в частности нефтеперерабатывающей, химической, пищевой, фармацевтической промышленности.

Известен блок опорных поперечных перегородок для труб кожухотрубного теплообменника, в котором каждая перегородка выполнена в виде части круга с отверстиями под трубы, а смежные перегородки, размещенные с заданным шагом, смещены одна относительно другой на заданный угол (1).

Однако известная конструкция блока обладает рядом серьезных недостатков: высокая металлоемкость, низкая технологичность в изготовлении и ремонте.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является конструкция блока опорных перегородок для кожухотрубного теплообменника, в котором каждая перегородка выполнена в виде части круга с отверстиями под трубы, причем смежные перегородки смещены одна относительно другой на заданный угол и соединены стержнями, а боковые кромки перегородок имеют профиль, соответствующий сопряженным с ними дугам окружностей отверстий под трубы, а по периметру снабжены ребрами жесткости (2).

Кожухотрубные теплообменники с указанным блоком опорных перегородок имеют высокую технологичность сборки, но имеют ряд недостатков:
- повышенная удельная металлоемкость и трудоемкость блока, выполненного с применением латунных перегородок, изготовленных методом литья под давлением, из-за их высокой массы и применения в процессе изготовления большого объема сварных работ;
- недостаточно высокая надежность в эксплуатации и повышенное гидравлическое сопротивление из-за скопления шлама в нижней части теплообменника в местах вертикальной установки опорных перегородок и отсутствие отверстий в торцевой части перегородки.

Устранение указанных недостатков достигается тем, что лицевые плоскости перегородок, в которых расположены отверстия под трубы, имеют гладкую поверхность и одинаковую толщину; шаг расположения перегородок по длине блока между подводящими и отводящими патрубками межтрубной среды теплообменника составляет 120...350 мм, угол смещения смежных перегородок составляет (30-60)±5^o, а дугообразные торцевые кромки перегородки имеют, по крайней мере, две выемки, радиус R_в которых равен радиусу R_о отверстий под теплообменные трубы, причем отношение диаметров Д_ц расположения центров отверстий под соединительные стержни в перегородке и окружности Д_т, проходящей дугообразные торцевые части перегородки, составляет Д_ц/Д_т = 0,8 - 0,95, а длина по крайней мере трех соединительных стержней L_с блока равна длине корпуса L_к теплообменника между трубными решетками с минусовым допуском 5 мм, т.е. L_с = L_к ^-5мм; боковые кромки перегородок имеют профиль чередующихся дуг окружностей отверстий под трубы, имеющих радиус R_о, и прямых участков; опорные перегородки, установленные в блоке, повернуты вокруг своей большой оси симметрии на угол 10. . .30^o; опорные перегородки, установленные в блоке, выполнены двухсекторными в виде пропеллеров.

Устройство блока опорных перегородок поясняется нижеследующими фигурами.

На фиг.1 приведен блок опорных перегородок, главный вид.

На фиг.2 - разрезы блока.

На фиг.3 - опорная перегородка, главный вид.

На фиг.4 - вид перегородки сбоку в разрезе.

На фиг.5 - общий вид теплообменника с блоком опорных перегородок. Главный вид.

Блок опорных перегородок для труб кожухотрубного теплообменника состоит из перегородок (1), выполненных в виде части круга с отверстиями (2) прохода теплообменных труб (3). Боковые кромки (4) перегородок (1) имеют профиль, соответствующий сопряженным с ними дугам окружностей отверстий (2) под трубы (3). В блоке могут быть применены перегородки (1) с боковым профилем, состоящие из чередующихся дуг окружностей отверстий (2) с радиусом R_о под трубы (3) и прямых участков.

Лицевые плоскости (5) перегородок (1), в которых расположены отверстия (2) под трубы (3), имеют гладкую поверхность и одинаковую толщину. Шаг расположения перегородок (1) по длине активной части блока составляет (120-350) ±10 мм, а угол смещения смежных перегородок (1) составляет (30-60)±5^o. Дугообразные торцевые кромки (6) перегородок (1) имеют как минимум две выемки (7), одинаковых или разных по площади. Радиус выемок (7) равен радиусу R_о отверстий (2) под теплообменные трубы (3). Отношение диаметра Д_ц расположения центров отверстий (8) под соединительные стержни (9) в перегородке (1) и окружности Д_т, проходящей черед дугообразные торцевые кромки (6) перегородки (I), составляет Д_ц/Д_т = 0,8 - 0,95.

Крепление блока перегородок во внутреннем объеме корпуса (11) теплообменника в прототипе производилось сваркой, а в предлагаемой конструкции фиксация блока от смещения в продольном направлении от силы давления потока воды на перегородки (1) осуществляется соединительными стержнями (9) блока, по крайней мере, три из которых имеют длину L_с, равную длине корпуса теплообменника между трубными решетками (12) с минусовым допуском 5 мм, т.е. L_с = L_к ^-5мм. Стержни блока, упираясь торцами в трубную решетку (12), фиксируют его положение в корпусе (11) теплообменника.

Кожухотрубных теплообменник с блоком опорных перегородок состоит из кожуха (11), трубных решеток (12) с закрепленными в них теплообменными трубами (3), поддерживаемыми от прогиба блоком опорных перегородок (1). Для подвода и отвода теплоносителя по трубной среде служат патрубки (13 и 14), а по межтрубной среде - соответственно патрубки (15) и (16). Теплообменные секции для получения расчетной поверхности нагрева соединяются между собой калачами (17).

Теплообменник с блоком опорных перегородок работает следующим образом.

Первичный теплоноситель по патрубку (15) поступает в межтрубное пространство теплообменника, а по теплообменным трубам (3) противотоком движется вторичный теплоноситель. Продольное движение теплоносителя в межтрубном пространстве, в результате обтекания перегородок (1), смещенных друг относительно друга на заданный угол, преобразуется в сложное поперечно-винтовое движение, что интенсифицирует теплообмен между первичным и вторичным теплоносителем, увеличивая тепловую мощность теплообмена, блок опорных перегородок выполняет функции опор и дистанционирования, предохраняя от прогиба и сохраняя расстояние между теплообменными трубами, что обеспечивает оптимальные условия обтекания трубного пучка теплоносителем, стабильность тепловых характеристик и долговечность работы теплообменника в эксплуатации.

Охлажденный первичный теплоноситель выходит из теплообменника по патрубку (16), а нагретый вторичный теплоноситель выходит из теплообменника по патрубку (14).

Каждая перегородка блока выполнена в виде части круга с отверстиями под трубы, при этом лицевые плоскости перегородок имеют гладкую поверхность и одинаковую толщину, а перегородки друг от друга расположены с определенным шагом, под углом 30 - 60 ± 5^o друг к другу и могут быть повернуты вокруг своей большей оси симметрии на угол 10 - 30^o. Дугообразные кромки перегородок имеют, по крайней мере, две выемки, а боковые кромки перегородок имеют профиль чередующихся дуг окружностей отверстий под трубы и прямых участков. Блок опорных перегородок выполняет в кожухотрубном теплообменнике три функции: опоры трубного пучка, дистанционирования теплообменных труб и интенсификации процесса теплообмена в межтрубном пространстве теплообменника, что дает возможность увеличить тепловую мощность теплообменника на 50% (с гладкими трубами) и на 100% - с профильными (накатанными трубами). Срок службы теплообменника при применении блока опорных перегородок увеличивается в 2 раза при стабильности основных технических характеристик. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Блок опорных перегородок для труб кожухотрубного теплообменника, в котором каждая перегородка выполнена в виде части круга с отверстиями под трубы, причем смежные перегородки смещены одна относительно другой на заданный угол и соединены стержнями, а боковые кромки перегородок имеют профиль, соответствующий сопряженным с ними дугами окружностей отверстий под трубы, а по периметру перегородки снабжены ребрами жесткости, отличающийся тем, что лицевые плоскости перегородок, в которых расположены отверстия под трубы, имеют гладкую поверхность и одинаковую толщину; шаг расположения перегородок по длине блока между подводящими и отводящими патрубками межтрубной среды теплообменника составляет 120 - 350 ± 10 мм, угол смещения смежных перегородок составляет 30 - 60 ± 5^o, а дугообразные торцевые кромки перегородки имеют, по крайней мере, две выемки, радиус R_в которых равен радиусу R_о отверстий под теплообменные трубы, причем отношение диаметра Д_ц расположения центров отверстий под соединительные стержни в перегородке и окружности Д_т, проходящей через дугообразные торцевые кромки перегородки, составляет
Д_ц/Д_т = 0,8 -0,95
а длина, по крайней мере, трех соединительных стержней L_c блока равна длине корпуса L_к теплообменника между трубными решетками с минусовым допуском 5 мм. 5. Блок по п.1, отличающийся тем, что боковые кромки перегородок имеют профиль чередующихся дуг окружностей отверстий под трубы, имеющих радиус R_о, и прямых участков. 3. Блок по п.1, отличающийся тем, что опорные перегородки, установленные в блоке, повернуты вокруг своей большей оси симметрии на угол 10 - 30^o. 4. Блок по п.1, отличающийся тем, что опорные перегородки, установленные в блоке, выполнены двухсекторными в виде пропеллеров.