СОТОВЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2000 года по МПК F28D3/04 

Изобретение относится к области конструкций и технологии изготовления аппаратов для передачи теплоты от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой и может быть использовано в котлостроении при проектировании и изготовлении водогрейных и паровых котлов, экономайзеров, воздухоподогревателей, рекуператоров, регенераторов и др. теплообменных аппаратов общего машиностроения.

Известны теплообменные аппараты, выполненные в виде параллельно расположенных и образующих секции труб, вваренных в верхние и нижние трубные доски. Поверхности теплообмена труб выполняют выпукло-вогнутыми спиральными поверхностями, обеспечивающими увеличение параметров теплообмена как за счет суммарной поверхности теплопередачи, так и за счет завихрения внутреннего и внешнего теплопотоков. Трубы в секциях размещают в шахматном порядке. Дымовые газы или вода (теплоноситель) проходят внутри труб сверху вниз, нагреваемое тело (вода или газы) движется между трубами, омывая их в продольном или поперечном направлении. (Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. Стройиздат. М., 1975 г., стр. 210-218. Справочник машиностроителя, под ред. Э.Сателя, М., Машиностроение, 1964, том 3, стр. 205-210 и том 5 кн. 2, стр. 746-759).

Недостатком известных теплообменных аппаратов, у которых конвективная поверхность выполнена в виде выпукло-вогнутых многозаходных спиральных поверхностей, является большая трудоемкость как сборки аппарата, так и сварочных операций по вварке цилиндрических концов труб в трубные доски из-за невозможности автоматизировать эти операции. Недостатком являются и повышенные межцентровые расстояния между трубами из-за перепада наружных диаметральных размеров концов труб и навитой поверхностью, что снижает эффект теплопередачи.

Целью изобретения является улучшение технологичности конструкции теплообменника путем обеспечения возможности автоматизации как сборочных, так и сварочных операций, снижение металлоемкости за счет исключения из конструкции трубных досок, что в свою очередь обеспечивает увеличенный по сечению вход теплоносителя в трубы.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном техническом решении сотового теплообменного аппарата, содержащего зафиксированные в трубных досках пучок труб со спиральными многозаходными поверхностями теплообмена, согласно изобретению концы теплообменных труб выполняют в виде параллельных оси трубы многогранных поверхностей, а именно ромба или квадрата, при примыкании которых друг к другу образуются трубные доски, причем диаметр условно вписанной в их поперечное сечение окружности равен или превышает наружный диаметр спиральной поверхности теплообмена.

Предложенное техническое решение обеспечивает устранение в конструкции теплообменного аппарата трубных досок; увеличенный сопловой вход теплоносителя; повышение надежности за счет равномерного теплового расширения по всему объему сотового пакета; снижение металлоемкости; возможность автоматизации технологических процессов сборки и последующей сварки пучка теплообменных труб по торцовой части сотового блока.

На фиг.1 представлены витые теплообменные трубы с концами, выполненными в виде параллельных оси трубы равносторонних многогранных поверхностей, где d - диаметр условно вписанной в многогранник окружности, D - наружный диаметр витой теплообменной трубы. При этом d≥D. На фиг. 2 - принципиальная схема сотового теплообменного аппарата (вид с торцовой части) с ромбическими поверхностями концов труб. На фиг. 3 - сотовый теплообменный аппарат с квадратными концами труб (вид с торца).

Применение теплообменных аппаратов, выполненных в виде сотовых пакетов из спиралеобразных теплообменных труб с равносторонними многогранными концами, обеспечивает ряд технических преимуществ по сравнению с известными техническими решениями. Во-первых, технология изготовления многогранных поверхностей упрощена, так как заготовка трубы с многозаходной спиральной поверхностью имеет цилиндрические раструбы. Во-вторых, формирование сотового пакета труб, исключающего конструктивно трубные доски, позволяет осуществить изготовление теплообменных аппаратов в широком диапазоне теплотехнических характеристик за счет простого варьирования числа теплообменных труб в сотовом блоке. В-третьих, возможность автоматизации процессов сотовой сборки труб и торцевой сварки концов труб, что обеспечивает существенное снижение трудоемкости изготовления теплообменников.

Технико-экономические показатели эффективности теплообменника с сотовым пакетом труб по предложенному техническому решению выражаются в повышении теплотехнических параметров теплообменных аппаратов, снижении трудоемкости изготовления, снижении металлоемкости, повышении их эксплуатационной надежности.

Устройство предназначено для применения в котлостроении при проектировании и изготовлении водогрейных и паровых котлов, экономайзеров, воздухоподогревателей, рекуператоров и др. теплообменной аппаратуры. Сотовый теплоообменный аппарат содержит зафиксированный в трубных досках пучок труб со спиральными многозаходными поверхностями теплообмена, причем концы труб выполняют в виде параллельных оси трубы многогранных поверхностей, а именно ромба или квадрата, при примыкании которых друг к другу образуются трубные доски, причем диаметр условно вписанной в их поперечное сечение окружности равен или превышает наружный диаметр спиральной поверхности теплообмена. Изобретение позволяет увеличить коэффициент теплопередачи в условиях высокой интенсивности турбулентного перемешивания теплоносителя и нагреваемого тела. 3 ил.

Сотовый теплообменный аппарат, содержащий зафиксированный в трубных досках пучок труб со спиральными многозаходными поверхностями теплообмена, отличающийся тем, что концы теплообменных труб выполняют в виде параллельных оси трубы многогранных поверхностей, а именно ромба или квадрата, при примыкании которых друг к другу образуются трубные доски, причем диаметр условно вписанной в их поперечное сечение окружности равен или превышает наружный диаметр спиральной поверхности теплообмена.