ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2002 года по МПК F28D7/16 

Изобретение относится к теплообменной технике, в частности к теплообменным аппаратам, и может быть использовано во многих областях народного хозяйства, в том числе и на летательных аппаратах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является теплообменник, содержащий трубный пучок, закрепленный нижней частью в трубном днище, и устройства подвода в полость днища охладителя и последующего отвода его из этой полости (а.с. N 574593, МКИ F 28 D 7/00, F 28 F 9/02, 1977 г. - прототип).

Основными недостатками данного устройства являются недостаточно эффективное охлаждение зон высоких термических напряжений в местах крепления трубного пучка в верхнем и нижнем днищах, что ограничивает верхний предел температуры теплоносителя на входе в теплообменник, и отсутствие компенсации температурной деформации трубного пучка, что снижает надежность теплообменного аппарата (ТА) в целом. Задача изобретения - устранение указанных недостатков и создание надежного и эффективного высокотемпературного ТА.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенном теплообменнике, содержащем подводящие и отводящие патрубки охладителя и теплоносителя, корпус, внутри которого размещены верхнее и нижнее днища и трубный пучок, согласно изобретению каждое трубное днище выполнено из двух пластин, образующих между собой замкнутую полость, трубы трубного пучка жестко соединены с пластинами днищ через втулки, а нижняя часть трубного пучка закреплена в подвижном нижнем днище, причем нижнее днище снабжено коническим обтекателем, в теле которого выполнены каналы, соединенные с полостью между пластинами нижнего днища и через компенсатор - с подводящим патрубком охладителя, при этом одна из пластин каждого днища, контактирующая с теплоносителем, имеет толщину S_пл = (0,26 - 0,5)d_тр ^н, где d_тр ^н - наружный диаметр трубки, и на ней выполнены теплообменные ребра, а корпус выполнен двухслойным, на внутреннем слое которого расположены теплообменные ребра.

При использовании пластин с S_пл < 0,26d_тр ^н влияние оребрения незначительно, и возможна потеря герметичности замкнутой полости между пластинами.

При выполнении пластин с S_пл > 0,5d_тр ^н температура поверхности пластины со стороны теплоносителя значительно повышается, что может привести к локальному перегреву материала пластины.

Для компенсации температурных расширений нижняя часть трубного пучка закреплена в подвижном нижнем днище, которое соединено с компенсатором в виде сильфона.

Для уменьшения гидравлического сопротивления, разворота и дополнительного охлаждения части теплоносителя нижнее днище снабжено коническим обтекателем.

Для уменьшения массы теплообменника корпус выполнен двухслойным.

Для увеличения эффективности теплообмена на внутреннем слое корпуса установлены теплообменные ребра.

Для повышения теплопроводности одна из пластин каждого трубного днища, контактирующая с теплоносителем, выполнена из материала на основе меди.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез ТА, на фиг. 2 - элемент А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2, на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

Основными составляющими элементами предложенного устройства являются:
1 - днище верхнее;
2 - днище нижнее;
3 - пластина;
4 - пластина;
5 - трубка;
6 - соединительная втулка;
7 - ребро;
8 - обтекатель;
9 - компенсатор;
10 - корпус;
11 - патрубок;
12 - патрубок;
13 - патрубок;
14 - патрубок;
15 - кольцевой зазор;
16 - коллектор;
17 - раздающая труба;
18 - отверстие;
19 - коллектор;
20 - коллектор;
21 - межреберное пространство;
22 - коллектор;
23 - внутренний слой корпуса.

Теплообменник снабжен трубными днищами 1 и 2, состоящими из пластин 3 и 4, образующих между собой замкнутую полость, с проходящими внутри трубками 5 и соединительными втулками 6, причем каждая из пластин 4 имеет со стороны замкнутой полости теплопередающие ребра 7. Нижняя часть трубного пучка закреплена в подвижном днище 2, снабженном коническим обтекателем 8 и температурным компенсатором 9. Верхнее днище 1 жестко соединено с корпусом 10. Подача и отвод теплоносителя осуществляются через патрубки 11 и 12 соответственно. Охладитель подается по патрубку 13 и отводится через патрубок 14. Кольцевой зазор 15 для протока теплоносителя соединен с коллектором 16. Раздающая труба 17 через отверстия 18 соединена с коллектором 19 и через трубки 5 с коллектором 20. Межреберное пространство 21 имеет выход в коллектор 22. Силовой корпус состоит из наружного корпуса 10 и внутреннего слоя 23.

Теплообменник работает следующим образом.

Теплоноситель, имеющий высокую температуру, подается через патрубок 11 в центральную часть ТА, разворачивается, поперечно обтекая теплообменные трубки, и через кольцевой зазор 15 между корпусом и трубным пучком поступает в сборный коллектор 16, откуда и выводится через патрубок 12.

Охладитель, как среда с более высоким входным давлением, поступает через патрубок 13 в раздающую трубу 17, охлаждая компенсатор 9, обтекатель 8, пластины 3, 4 днища 2, через отверстия 18 попадает в коллектор 19, из него распределяется по трубкам 5, собираясь в коллекторе 20, перетекая в замкнутую полость между пластинами 3, 4 днища 1, интенсивно охлаждая оребренную пластину 4, перетекает в корпус 10, где, двигаясь по межреберному пространству 21, дополнительно охлаждает теплоноситель, затем поступает в коллектор 22 и выводится через патрубок 14.

Использование изобретения позволит интенсифицировать процесс теплообмена за счет более развитых поверхностей теплообмена пластин 4, внутреннего слоя 23, обтекателя 8, значительно повысить температуру теплоносителя на входе в ТА и надежность работы ТА за счет эффективного охлаждения пластин 4 днищ 1 и 2, подвижности нижнего днища 2 и применения компенсатора 9.

Изобретение предназначено для применения в теплообменной технике. Теплообменник содержит подводящие и отводящие патрубки охладителя и теплоносителя, корпус, внутри которого размещены верхнее и нижнее днища и трубный пучок. Согласно изобретению каждое трубное днище выполнено из двух пластин, образующих между собой замкнутую полость, трубы трубного пучка жестко соединены с пластинами днищ через втулки, а нижняя часть трубного пучка закреплена в подвижном нижнем днище, причем нижнее днище снабжено коническим обтекателем, в теле которого выполнены каналы, соединенные с полостью между пластинами нижнего днища и через компенсатор - с подводящим патрубком охладителя, при этом одна из пластин каждого днища, контактирующая с теплоносителем, имеет толщину S_пл = (0,26 - 0,5)d_тр ^н, где d_тр ^н - наружный диаметр трубки, и на ней выполнены теплообменные ребра, а корпус выполнен двухслойным, на внутреннем слое которого расположены теплообменные ребра. Изобретение позволяет повысить надежность теплообменного аппарата. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Теплообменник, содержащий подводящие и отводящие патрубки охладителя и теплоносителя, корпус, внутри которого размещены верхнее и нижнее днища и трубный пучок, отличающийся тем, что каждое трубное днище выполнено из двух пластин, образующих между собой замкнутую полость, трубы трубного пучка жестко соединены с пластинами днищ через втулки, а нижняя часть трубного пучка закреплена в подвижном нижнем днище, причем нижнее днище снабжено коническим обтекателем, в теле которого выполнены каналы, соединенные с полостью между пластинами нижнего днища и через компенсатор - с подводящим патрубком охладителя, при этом одна из пластин каждого днища, контактирующая с теплоносителем, имеет толщину S_пл = (0,26 - 0,5)d_тр ^н, где d_тр ^н - наружный диаметр трубки, и на ней выполнены теплообменные ребра, а корпус выполнен двухслойным, на внутреннем слое которого расположены теплообменные ребра. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что одна из пластин каждого трубного днища, контактирующая с теплоносителем, выполнена из материала на основе меди. 3. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что компенсатор выполнен в виде сильфона.