КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2002 года по МПК F28D7/00 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности.

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок параллельных труб, закрепленных в трубных решетках с поперечными сегментными перегородками, и крышки, образующие с трубными решетками распределительные коллекторы, снабженные разделительными перегородками для организации многоходового движения среды трубного пространства, причем в каждом свободном от труб коридоре межтрубного пространства по всей длине пучка установлены направляющие блоки с проточными прямоугольными ячейками для организации поперечного обтекания пучка труб [авторское свидетельство 1478029, кл. F 28 D 7/16, бюл. 17, 1989 г.].

Недостатком конструкции является неравномерное распределение потока в межтрубном пространстве.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является кожухотрубчатый теплообменник, содержащий корпус с торцевыми коллекторами среды трубного пространства, имеющими перегородку и ограниченные трубными решетками, в которых укреплен пучок труб, и кольцевые коллекторы (расширители) среды межтрубного пространства с патрубками, расположенные в зоне трубных досок (решеток), имеющие диаметр, больший диаметра кожуха (корпуса), и снабженные внутри отбойниками, причем отбойник каждого коллектора выполнен в виде части перфорированного кольца с радиусом, большим радиуса кожуха (корпуса), а суммарное сечение перфорации отбойника и канала (зазора) между ним и кожухом (корпусом) не меньше проходного сечения патрубка данного коллектора (расширителя) [авторское свидетельство 1390509, кл. F 28 D 7/00, бюл. 15, 1988 г.].

Недостатком известной конструкции является низкая эффективность теплообмена вследствие неравномерного распределения потока теплоносителя в поперечном сечении межтрубного пространства и образования застойных зон, а также высокое гидравлическое сопротивление, которое снижает скорость потока в межтрубном пространстве, что ведет к уменьшению коэффициента теплопередачи.

Задача изобретения - повышение эффективности теплообмена за счет равномерного распределения потока теплоносителя в поперечном сечении теплообменника и снижение гидравлического сопротивления при прохождении теплоносителем кольцевого расширителя.

Поставленная задача достигается тем, что кожухотрубчатый теплообменник, содержащий корпус с торцевыми коллекторами среды трубного пространства, имеющими перегородку и ограниченными трубными решетками, в которых укреплен пучок труб, и кольцевые расширители среды межтрубного пространства с патрубками, расположенные в зоне трубных решеток, имеющие диаметр, больший диаметра корпуса, и снабженные внутри перфорированными отбойниками с радиусом, большим радиуса корпуса, а суммарное сечение перфорации отбойника и зазор между ним и корпусом не меньше проходного сечения патрубка кольцевого расширителя, кроме того, отбойник имеет каплевидную форму в виде перфорированного кольца с выступом в направлении патрубков, а торцевая часть отбойника имеет скос под углом, определяемым по формуле

где D₀ - диаметр патрубка, мм;
d_отв - диаметр отверстий в отбойнике, мм;
n - число отверстий в отбойнике;
l₀ - первоначальный зазор между корпусом теплообменника и отбойником, мм;
R - радиус отбойника, мм.

Сущность изобретения заключается в том, что кожухотрубчатый теплообменник (см. чертеж) содержит корпус 1 с торцевыми коллекторами 2 и 3 среды межтрубного пространства. Торцевые коллекторы 2 и 3 имеют перегородки 4, снабженные патрубками ввода 5 и выхода 6 среды трубного пространства и ограниченные трубными решетками 7 и 8, в которых укреплен пучок труб 9 с поперечными перегородками 10 среды межтрубного пространства и кольцевые расширители 11 и 12 среды межтрубного пространства с патрубками 13 и 14, расположенные в зоне трубных решеток 7 и 8. Кольцевые расширители 11 и 12 имеют диаметр больше диаметра корпуса 1 и снабжены внутри перфорированными отбойниками 15 и 16 с радиусом, большим радиуса корпуса 1, а суммарное сечение перфорации отбойника 15 и 16 и зазор между ним и корпусом 1 не меньше проходного сечения патрубка 13 и 14 кольцевого расширителя 11 и 12. Отбойник 15 и 16 имеет каплевидную форму в виде перфорированного кольца с выступом в направлении патрубков 13 и 14.

Торцевая часть отбойника имеет скос под углом, определяемым по формуле

где D₀ - диаметр патрубка, мм;
d_отв - диаметр отверстий в отбойнике, мм;
n - число отверстий в отбойнике;
l₀ - первоначальный зазор между корпусом теплообменника и отбойником, мм;
R - радиус отбойника, мм.

Выполнение отбойника каплевидной формы обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и направляет поток по кольцевому коллектору. Скос торцевой части отбойника обеспечивает равномерное распределение потока теплоносителя в поперечном сечении теплообменника, что исключает образование застойной зоны.

Теплообменник работает следующим образом.

Поток теплоносителя через патрубок 13 поступает в кольцевой расширитель 11, где при помощи отбойника 15 теплоноситель разделяется на два потока, один из которых проходит через зазор между отбойником 15 и корпусом аппарата 1, омывает концы теплообменных труб, закрепленных в трубной решетке 7. Второй поток проходит через отверстия в отбойнике 15, омывает пучок теплообменных труб, расположенных под отбойником 15. Затем оба потока смешиваются друг с другом и последовательно проходят ряд поперечных перегородок 10, расположенных вдоль корпуса аппарата 1. Пройдя последнюю перегородку, теплоноситель разделяется на два потока, один из которых проходит через отверстие в отбойнике 16, попадает в кольцевой расширитель 12 и выводится из теплообменника через патрубок 14. Второй поток двигается вдоль пучка труб 9, в межтрубном пространстве отражается от трубной решетки 8 и проходит через зазор между корпусом аппарата 1 и отбойником 16 в кольцевой расширитель 12 и выходит из теплообменника.

Использование изобретения позволит повысить эффективность теплообмена за счет равномерного распределения потока теплоносителя в поперечном сечении теплообменника и снижения гидравлического сопротивления при прохождении теплоносителем кольцевого расширителя вследствие выполнения отбойника каплевидной формы.

Изобретение предназначено для применения в химической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности. Кожухотрубчатый теплообменник содержит корпус с торцевыми коллекторами среды трубного пространства, имеющими перегородку и ограниченными трубными решетками, в которых укреплен пучок труб, и кольцевые расширители среды межтрубного пространства с патрубками, расположенными в зоне трубных решеток, имеющими диаметр, больший диаметра корпуса, и снабженными внутри перфорированными отбойниками с радиусом, большим радиуса корпуса, а суммарное сечение перфорации отбойника и зазор между ним и корпусом не меньше проходного сечения патрубка кольцевого расширителя. Причем отбойник имеет каплевидную форму в виде перфорированного кольца с выступом в направлении патрубков, а торцевая часть отбойника имеет скос под углом, определяемым по формуле

где D₀ - диаметр патрубка, мм; d_отв - диаметр отверстий в отбойнике, мм; n - число отверстий в отбойнике; l₀ - первоначальный зазор между корпусом теплообменника и отбойником, мм; R - радиус отбойника, мм. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплообмена за счет равномерного распределения потока теплоносителя в поперечном сечении теплообменника и снижение гидравлического сопротивления при прохождении теплоносителем кольцевого расширителя. 1 ил.

Кожухотрубчатый теплообменник, содержащий корпус с торцевыми коллекторами среды трубного пространства, имеющими перегородку и ограниченными трубными решетками, в которых укреплен пучок труб, и кольцевые расширители среды межтрубного пространства с патрубками, расположенными в зоне трубных решеток, имеющие диаметр, больший диаметра корпуса, и снабженные внутри перфорированными отбойниками с радиусом, большим радиуса корпуса, а суммарное сечение перфорации отбойника и зазор между ним и корпусом не меньше проходного сечения патрубка кольцевого расширителя, отличающийся тем, что отбойник имеет каплевидную форму в виде перфорированного кольца с выступом в направлении патрубков, а торцевая часть отбойника имеет скос под углом, определяемым по формуле

где D₀ - диаметр патрубка, мм;
d_отв - диаметр отверстий в отбойнике, мм;
n - число отверстий в отбойнике;
l₀ - первоначальный зазор между корпусом теплообменника и отбойником, мм;
R - радиус отбойника, мм.