ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2004 года по МПК F28F9/00 F28D1/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при проектировании теплообменников с трубными досками в других отраслях промышленности.

Известны теплообменники, содержащие кожух и трубную густоперфорированную трубную доску с завальцованными в нее U-образными теплообменными трубками, причем трубная доска может быть расположена внизу или вверху аппарата, а сам аппарат выполнен вертикальным или горизонтальным (Марушкин В.М. "Подогреватели высокого давления паротурбинных установок ТЭС и АЭС". М.: 1985 г. "Теплообменное оборудование ПТУ". Отраслевой каталог 20-89-09. ЦНИИТЭИтяжмаш, М.: 1989 г.).

Недостатком известных теплообменников является относительно большая толщина трубных досок, пропорциональная квадрату ее диаметра, т.е. для аппаратов большого диаметра существенно повышаются металлоемкость трубной доски и трудозатраты при изготовлении за счет увеличения общей длины сверления большого количества отверстий под теплообменные трубки.

Известен теплообменный аппарат, в котором трубная доска расположена внизу и выполнена в виде круглой перфорированной пластины (авт.свид. СССР №1714292, МПК F 28 F 9/02, опубликовано 23.02.92 г.).

Недостатком известного решения является достаточно высокая толщина трубной доски и возможное накопление шлама внизу.

Известен теплообменник, в котором для снижения толщины трубной доски в центральной части выполнен разъем, при этом трубная доска смещена относительно периферии по оси аппарата. Центральная и периферийная части трубной доски соединены между собой посредством цилиндрической обечайки (авт.свид. СССР №901796, МПК F 28 F 7/06, опубликовано 30.01.82 г.).

Недостатками данного теплообменника являются технологические проблемы при изготовлении, снижении площади перфорации и уменьшении поверхности теплообмена, а также наличие двух кольцевых швов приварки центральной и периферийной частей трубной доски с цилиндрической обечайкой.

Известен вертикальный парогенератор, включающий кожух, трубную доску, трубный пучок, патрубки подвода и отвода воды и пара и разделяющую перегородку (патент США №4633940, МПК F 28 F 9/00, опубликован 06.01.87 - прототип).

Недостатком известного устройства является то, что перегородка служит для организации движения нагреваемой среды в парогенераторе и не может нести перегрузку от давления греющей среды.

Заявляемое решение позволяет снизить толщину трубной доски и ее металлоемкость и уменьшить трудозатраты при изготовлении за счет существенного снижения общей длины сверления большого количества отверстий под теплообменные трубки.

Предложен теплообменник, включающий кожух, патрубки подвода и отвода воды и пара, перфорированную трубную доску с закрепленными в ней теплообменными трубками и снабженную перегородкой, проходящей по диаметру и разделяющей трубную доску на части, при этом перегородка выполнена в виде ребра жесткости, расположенного с паровой и (или) водяной стороны, длина которого составляет не менее диаметра окружности перфорации, высота - не менее одной толщины трубной доски, а толщина - не менее одной пятой части толщины трубной доски. Кроме того, ребро жесткости с паровой стороны может быть снабжено отверстиями, а перегородка может быть выполнена в виде нескольких ребер жесткости.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

Теплообменник включает кожух 1, перфорированную трубную доску 2 с закрепленными в ней теплообменными трубками трубного пучка 3. Перегородка выполнена в виде ребра жесткости 4, расположенного с паровой части и (или) водяной стороны, проходящего по диаметру и разделяющего трубную доску 2 на части. Перегородка может быть выполнена в виде нескольких ребер жесткости. Длина ребра жесткости 4 составляет не менее диаметра описывающей окружности перфорации, высота - не менее одной толщины трубной доски 2, а толщина - не менее одной пятой части толщины трубной доски 2. Теплообменник включает также охладитель конденсата 5, патрубки подвода воды 6 и отвода воды 7, подвода пара 8, отвода конденсата греющего пара 9, направляющие перегородки 10. Ребро жесткости 4 с паровой стороны может быть снабжено отверстиями 11. При расположении ребра жесткости 4 в паровой части оно может быть частью узла организации охлаждения пара или (и) конденсата среды в межтрубном пространстве. При технологической необходимости или дополнительных особенностях конструкции теплообменника ребро жесткости 4 может быть расположено с водяной стороны и выполняет одновременно роль перегородки, разделяющей водяную камеру на "холодную" и "горячую" части.

При расположении трубной доски в верхней части теплообменного аппарата, трубного пучка внизу - ребро жесткости 4 является свободным узлом теплообменника и может быть использовано для крепления направляющих перегородок 10 и других элементов конструкции аппарата.

Выбор длины ребра жесткости не менее диаметра окружности перфорации обусловлен тем, что ребро жесткости укрепляет ослабленную отверстиями перфорированную часть.

Высота ребра жесткости - не менее одной толщины трубной доски определяется эффективностью снижения толщины, условиями и технологией изготовления трубной доски и ребра жесткости.

Толщина ребра жесткости - не менее одной пятой части толщины трубной доски выбирается из тех соображений, что именно эти габариты обеспечивают ребру жесткость и укрепляющую способность трубной доски.

Теплообменник работает следующим образом.

Среда трубного пространства по патрубку 6 поступает под давлением в трубки 3, проходя по которым обменивается теплом со средой межтрубного пространства, поступающей в теплообменник через патрубок 8 между перегородками 10. При этом вследствие разности давлений сред возникает перепад давления на трубной доске 2, который вызывает в ней напряжение, максимальное значение которого пропорционально диаметру трубной доски 2. Поскольку трубная доска 2 снабжена диаметральным ребром жесткости 4 и разделяется им на два сектора раствором 180 градусов, то максимум напряжений смещается из центра трубной доски в некоторые срединные точки перфорированной области каждого сектора и при этом снижается по абсолютной величине. За счет этого удается снизить толщину трубной доски 2.

Изобретение предназначено для применения в области теплоэнергетики, а именно может быть использовано при проектировании теплообменников с трубными досками в других отраслях промышленности. Заявленное изобретение включает кожух, патрубки подвода и отвода воды и пара, перфорированную трубную доску с закрепленными в ней теплообменными трубками и снабженную перегородкой, проходящей по диаметру и разделяющей трубную доску на части, при этом перегородка выполнена в виде ребра жесткости, расположенного с паровой и (или) водяной стороны, длина которого составляет не менее диаметра окружности перфорации, высота - не менее одной толщины трубной доски, а толщина - не менее одной пятой части толщины трубной доски. Кроме того, ребро жесткости с паровой стороны может быть снабжено отверстиями, а перегородка может быть выполнена в виде нескольких ребер жесткости. Заявленное изобретение позволяет снизить толщину трубной доски и ее металлоемкость, а также уменьшить трудозатраты при изготовлении за счет существенного снижения общей длины сверления и большого количества отверстий под теплообменные трубки. 1 ил.

1. Теплообменник, включающий кожух, патрубки подвода и отвода воды и пара, перфорированную трубную доску с закрепленными в ней теплообменными трубками и снабженную перегородкой, проходящей по диаметру и разделяющей трубную доску на части, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде ребра жесткости, расположенного с паровой и (или) водяной стороны, длина которого составляет не менее диаметра окружности перфорации, высота - не менее одной толщины трубной доски, а толщина - не менее одной пятой части толщины трубной доски.2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что ребро жесткости с паровой стороны снабжено отверстиями.3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде нескольких ребер жесткости.