ТЕПЛООБМЕННИК И СПОСОБ РАСПОЛОЖЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ ТРУБЫ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ Российский патент 2007 года по МПК F28D7/06 

Изобретение относится к теплообменнику, содержащему множество расположенных в корпусе и предпочтительно объединенных, по меньшей мере, в один пучок труб, а также множество разделяющих корпус на отдельные зоны промежуточных стенок и к способу расположения вентиляционной трубы в теплообменнике.

Теплообменники указанного типа известны из уровня техники и обычно называются трубчатыми теплообменниками. Они служат для теплообмена между двумя средами с различной температурой, при этом одну среду пропускают через в большинстве случаев объединенных в пучки труб, выполненных в виде U-образных труб, в то время как другую среда проходит в виде поперечного или продольного потока у труб теплообменника. В качестве второй среды, из которой отводится тепло и передается в проходящую через трубы первую среду, используется в большинстве случаев сильно нагретая текучая среда в виде водяного пара, воды или инертного газа.

Корпус, в котором расположены трубы теплообменника, предпочтительно имеет множество промежуточных стенок, за счет расположения которых возникают зоны корпуса. Кроме того, промежуточные стенки служат для устойчивого по положению и по форме расположения размещаемых в корпусе теплообменника для переноса тепла труб.

Однако недостатком является то, что пропускаемая для теплообмена через отдельные зоны корпуса вторая среду не поддается удалению без остатка из соответствующих зон корпуса. В частности, при применении газообразной текучей среды могут образовываться конденсируемые остатки в виде газовых пузырьков, которые концентрируются, т.е. накапливаются, в трудно доступных снаружи местах в корпусе. Вследствие этого при дальнейшей работе теплообменника нельзя больше полностью использовать поверхность, предоставляемую первоначально отдельными трубами теплообменника, для теплообмена, поскольку скопившиеся остатки текучей среды окружают отдельные трубы теплообменника наподобие изолятора. Остатки образуются, в частности, также в зоне промежуточных стенок, так что при продолжительной работе теплообменника могут образовываться настоящие изолирующие слои, которые могут иногда значительно уменьшать коэффициент полезного действия теплообменника. Наблюдается потеря мощности работающих теплообменников вплоть до 50%.

Поэтому задачей изобретения является создание теплообменника, который позволяет устранить указанные выше недостатки и имеет даже при продолжительной работе сравнительно высокую степень подвижности.

Эта задача решена в теплообменнике, содержащем множество расположенных в корпусе и предпочтительно объединенных, по меньшей мере, в один пучок труб, а также несколько разделяющих корпус на отдельные зоны промежуточных стенок, тем, что содержит проходящую предпочтительно через все зоны корпуса вентиляционную трубу, которая имеет множество выполненных поперек продольного направления трубы вентиляционных отверстий.

В отличие от обычных теплообменников, теплообменник, согласно изобретению, имеет, по меньшей мере, одну вентиляционную трубу. Она проходит через все зоны корпуса и тем самым обеспечивает вентиляцию всего корпуса. Вентиляционная труба образуется согласованной по форме и по площади поперечного сечения с соответствующим случаем применения трубой, которая имеет множество вентиляционных отверстий, выполненных поперек продольной длины трубы. Таким образом, простым способом выполняется аэрогидродинамическое соединение между отдельными зонами корпуса и окружающим теплообменник пространством, так что возможно скопившиеся, соответственно, заключенные внутри корпуса остатки текучей среды можно при необходимости полностью отсасывать. Таким образом, можно предпочтительным образом противодействовать скоплению отрицательно воздействующих на производительность и тем самым на коэффициент полезного действия теплообменника остатки газа или пара. При этом использование вентиляционной трубы является очень простым. Если на стороне потребителя устанавливают уменьшение коэффициента полезного действия теплообменника, то необходимо лишь на короткое время остановить работу теплообменника, открыть обычно закрытую вентиляционную трубу с помощью соответствующей арматуры и откачать скопившиеся в корпусе остатки текучей среды через вентиляционную трубу. Затем вентиляционную трубу можно снова закрыть и продолжить правильную работу теплообменника.

Предпочтительным является то, что вентиляционная труба (6) имеет, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие (15) для каждой отдельной зоны (5).

Также предпочтительным является то, что количество вентиляционных отверстий (15), а также их диаметр выбран в зависимости от применения теплообменника.

Целесообразным является также то, что направление вентиляционных отверстий (15) выбрано в зависимости от применения теплообменника.

Также целесообразным является то, что вентиляционная труба (6) проходит вплоть до промежуточной стенки (4), расположенной в продольном направлении (14) в самом низу зоны (5).

Согласно альтернативному варианту выполнения, теплообменник имеет множество вентиляционных труб, при этом для каждой зоны корпуса предусмотрена, по меньшей мере, одна вентиляционная труба. За счет этого обеспечивается не только ускоренный процесс вентиляции, но также при применении нескольких, герметизированных друг от друга зон корпуса может быть обеспечено, что не происходит смешивание отдельных текучих сред, попавших в отдельные зоны корпуса. При этом для каждой подлежащей вентиляции зоны предусмотрена, по меньшей мере, одна вентиляционная труба, которая имеет вентиляционные отверстия исключительно в зоне корпуса, соответствующей этой вентиляционной трубе. Если, например, корпус теплообменника разделен в целом на четыре зоны, то необходимо предусмотреть в целом, по меньшей мере, четыре вентиляционные трубы, при этом каждая вентиляционная труба используется для вентиляции одной из четырех зон. Кроме того, естественно, можно предусмотреть для каждой подлежащей вентиляции зоны не только одну, а несколько вентиляционных труб, при этом к этим трубам также относится то, что вентиляционные отверстия предусмотрены только относительно подлежащей вентиляции зоне.

Если в отдельные зоны корпуса теплообменника подается одна и та же среда или если возможное смешивание используемых сред не имеет значения, то достаточно в некоторых случаях применять лишь одну вентиляционную трубу, при этом необходимо предусматривать, чтобы вентиляционная труба, по меньшей мере, для каждой отдельной зоны имела одно вентиляционное отверстие. Однако даже в таком варианте выполнения, естественно, предпочтительным является применение нескольких вентиляционных труб для ускорения процесса вентиляции.

Согласно другому признаку изобретения предусмотрено, что число вентиляционных отверстий в каждой вентиляционной трубе, а также их диаметр выбираются в зависимости от применения теплообменника. Для оптимизации процесса вентиляции можно изменять количество вентиляционных отверстий, а также их диаметр, при этом значение имеет расположение вентиляционных отверстий с необходимым диаметром в тех зонах подлежащего вентиляции корпуса, в которых преимущественно образуются остатки текучей среды в виде пузырьков газа. С одной стороны, за счет такого расположения обеспечивается полное отсасывание образующихся в зонах корпуса остатков и тем самым полная вентиляция корпуса, а с другой стороны, за счет целенаправленного выполнения вентиляционных отверстий обеспечивается в целом ускоренный процесс вентиляции. Кроме того, для дальнейшего улучшения может быть предусмотрено, что вентиляционные отверстия выполняются направленными, что, согласно изобретению, означает, что вентиляционные отверстия распределяются по эффективной длине вентиляционной трубы так, что ожидаемый в соответствии с применением теплообменника остаток предпочтительно полностью отсасывается для вентиляции теплообменника.

Теплообменник, согласно изобретению, снабжается правильной вентиляционной трубой на заводе-изготовителе. Однако, согласно особому аспекту изобретения, установку вентиляционных труб, согласно изобретению, можно выполнять в процессе дополнительного оснащения, при этом нет необходимости в демонтаже теплообменника или труб, что является задачей изобретения в части способа. Для достижения этой задачи предложен способ расположения вентиляционной трубы в имеющим несколько промежуточных стенок теплообменнике, в котором предусмотренную первоначально для теплообмена трубу в зоне над расположенной в продольным направлением наиболее низко промежуточной стенки разрезают, отрезанный участок трубы удаляют и заменяют вентиляционной трубой, снабженной вентиляционными отверстиями.

После вскрытия водяной камеры теплообменника, предусмотренные для этого трубы фиксируют в креплении для пучка труб, части старой трубы аккуратно разрезают без повреждения соседних труб, контролируют соседние трубы на предмет повреждений, устанавливают новые трубы с заданными отверстиями, уплотняют относительно фланца трубы, сводят во внутренние коллекторы и выводят наружу через имеющиеся или новые патрубки корпуса. При выполнении всех этих мер теплообменник остается в электростанции и его необходимо лишь отключить. Демонтаж трубных магистралей не требуется.

Дополнительно оснащенный в соответствии с изобретением теплообменник обеспечивает уже указанные выше преимущества, при этом в отличие от снабженного уже на заводе-изготовителе вентиляционной трубой теплообменника, способ, согласно изобретению, предусматривает, что предусмотренная первоначально для теплообмена труба изменяется и в последующем используется в качестве вентиляционной трубы. Для этого в зависимости от цели применения теплообменника разрезают, по меньшей мере, одну предпочтительно U-образную трубу теплообменника в зоне над расположенной наиболее низко в продольном направлении промежуточной стенки. Затем отрезанное плечо U-образной трубы удаляют и заменяют вентиляционной трубой, снабженной вентиляционными отверстиями. Этот служащий в качестве вентиляционной трубы отрезок U-образной трубы можно затем использовать для вентиляции теплообменника указанным выше образом. Другое плечо U-образной трубы целесообразно также отрезают и заменяют вентиляционной трубой, или же, если это не является желательным или необходимым, заглушают. Однако в любом случае следует первоначально служащую в качестве трубы для теплообмена U-образную трубу теплообменника отсоединить от контура теплообмена.

Для устойчивого по положению расположения вентиляционной трубы, согласно другому признаку изобретения, предусмотрено, что предусмотренную первоначально для теплообмена трубу перед ее разрезанием расширяют в зоне над промежуточной стенкой. Это можно осуществлять предпочтительно с помощью зонда, с помощью которого можно выполнять на заданной длине расширение конца остающегося в теплообменнике участка трубы. За счет расширения трубы обеспечивается то, что остающийся в теплообменнике участок трубы после разрезания не изменит своего положения, а удерживается с сохранением своего положения. Кроме того, расширение трубы можно использовать для образования трубного соединения для подлежащей установке вентиляционной трубы. В выполненное таким образом трубное соединение можно затем вводить и закреплять вентиляционную трубу. Для этой цели соединение может быть выполнено в виде прессовой посадки. Пригодны также другие возможности соединения, например склеивание.

Предпочтительным является также то, оставшийся в теплообменнике (1) участок (7) первоначально предусмотренной для теплообмена трубы (3) заглушают.

Другие преимущества и признаки изобретения следуют из приведенного ниже описания со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - схема теплообменника, согласно первому варианту выполнения изобретения;

фиг.2 - схема теплообменника, согласно второму варианту выполнения изобретения;

фиг.3 - разрез части первоначально предусмотренной для теплообмена трубы;

фиг.4 - разрез части первоначально предусмотренной для теплообмена трубы с выполненным на конце расширением;

фиг.5 - разрез части первоначально предусмотренной для теплообмена трубы, в которую введена служащая для вентиляции труба;

фиг.6 - разрез части первоначально предусмотренной для теплообмена трубы, в которую введена служащая для вентиляции труба, согласно альтернативному варианту выполнения.

На фиг.1 показана схематично нижняя частичная зона теплообменника 1. Теплообменник 1 образован множеством расположенных в корпусе 2 и объединенных в пучки U-образных труб 3. Кроме того, предусмотрено несколько промежуточных стенок 4, которые разделяют корпус 2 на отдельные зоны 5.

Через трубы 3 протекает подлежащая нагреванию среда, которая втекает в трубы 3 в направлении 10 и снова выходит из них в направлении 11. В каждую зону 5 корпуса 2 подается в направлении 12 через входы 17, которые могут быть выполнены также в виде центрального единого входа, вторая среда, которая проходит через зоны 5 корпуса 2 поперек направления труб 3, и снова выходит из корпуса через выходные отверстия 18 в направлении 13. При этом при прохождении через корпус 2 направляемая через зоны 5 среда отдает само по себе известным образом переносимую ею тепловую энергию в проходящую через трубы 3 среду. При этом понятно, что вторую среду можно вводить в теплообменник также другим образом, чем показано на фиг.1.

Внутри корпуса 2, т.е. внутри отдельных зон 5, могут образовываться остатки среды, которые образуются, например, за счет того, что проходящая поперек труб 3 через корпус 2 среда не полностью отводится через выходы 18, вследствие чего на трубах 3, соответственно, на промежуточных стенках 4 может образовываться неконденсируемый слой газа в виде пузырьков или т.п. Эти остатки могут действовать в качестве изолятора и вызывать потери мощности вплоть до 50%.

Для устранения указанного выше недостатка предусмотрена, согласно изобретению, вентиляционная труба 6, которая проходит предпочтительно через все зоны 5 корпуса 2 и имеет множество вентиляционных отверстий, выполненных поперек продольного направления 14 вентиляционной трубы 6. Возможно образующиеся в корпусе 2 остатки среды можно отсасывать через эту вентиляционную трубу 6 и отводить в окружающее теплообменник 1 пространство. Таким образом, применение вентиляционной трубы 6 создает возможность освобождения корпуса 2 теплообменника 1 от возможных остатков среды, при этом даже при длительной работе теплообменника 1 обеспечивается сравнительно высокий коэффициент полезного действия.

На фиг.1 показан пример выполнения теплообменника 1, согласно изобретению, в котором вентиляционная труба 6 установлена уже на заводе-изготовителе. В отличие от этого на фиг.2 показан пример выполнения теплообменника 1, дополнительно оснащенного в последующем вентиляционной трубой. В этом примере выполнения предусмотрено, что первоначально предусмотренную для теплообмена трубу 3 разрезают в зоне над расположенной в продольном направлении в самом низу промежуточной стенкой 4 в месте, обозначенном позицией 8, а отрезанный участок трубы удаляют и заменяют вентиляционной трубой 6, снабженной вентиляционными отверстиями 15. Остальная часть 7 первоначально предусмотренной для теплообмена трубы 3 остается в теплообменнике 1 и закрывается на конце заглушкой 9. Для определения положения расположенных внутри теплообменника промежуточных стенок 4 можно провести на предварительной стадии измерение вихревых токов. Принцип работы этой установленной в порядке дополнительного оснащения вентиляционной трубы 6 соответствует принципу действия вентиляционной трубы, описанной применительно к фиг.1.

Для расположения вентиляционной трубы 6 в порядке дополнительного оснащения, согласно изобретению, предусмотрен способ, подробное описание которого приводится ниже со ссылками на фиг.3-6. На фиг.3-6 схематично показан разрез части первоначально предусмотренной для теплообмена трубы 3 в зоне места разреза, обозначенного на фиг.2 позицией 8. В первой стадии способа, показанной на фиг.3, сначала разрезают первоначально предусмотренную для теплообмена трубу 3 предпочтительно в зоне над расположенной в продольном направлении 14 в самом низу промежуточной стенки. Это показано на фиг.3 изображенным штриховой линией местом 8 разреза. После разрезания трубы 3 удаляют из теплообменника отрезанный участок 18 трубы и заменяют вентиляционной трубой 6, снабженной вентиляционными отверстиями 15. Для устойчивого по положению расположения вентиляционной трубы 6, остающийся в теплообменнике 1 участок 7 первоначально предусмотренной для теплообмена трубы 3 расширяют для образования трубного соединения 16. Расширение трубы показано на фиг.4. После того, как это выполнено, в следующей стадии способа можно вводить в теплообменник 1 вентиляционную трубу 6 и соединять ее с трубным соединением 16. Как показано на фиг.5, вентиляционная труба со стороны соединения выполнена закрытой, для чего может быть предусмотрен закрывающий элемент 21. Для устойчивого по положению расположения вентиляционной трубы 6, ее вставляют в оставшийся в теплообменнике участок 7 трубы 3. В качестве альтернативного решения возможно также склеивание.

Альтернативный вариант выполнения соединения вентиляционной трубы 6 с остающимся в теплообменнике участком 7 трубы 3 показан на фиг.6. Как показано на фиг.6, на конце вентиляционной трубы 6 предусмотрен введенный в вентиляционную трубу 6 соединительный элемент 20, который может быть выполнен, например, в виде цилиндрического или заостренного на стороне трубного соединения элемента. Для соединения вентиляционной трубы 6 с остающимся в теплообменнике участком 7 трубы, вентиляционную трубу 6 вводят в теплообменник, при этом соединительный элемент 20 выступает за расположенный на стороне трубного соединения край вентиляционной трубы 6 и вводится в качестве соединения между вентиляционной трубой 6 и участком 7 в трубу 3. Таким образом, за счет применения соединительного элемента 20 обеспечивается, с одной стороны, устойчивое по положению расположение вентиляционной трубы 6 относительно участка 7 трубы 3, а также, с другой стороны, концевое уплотнение вентиляционной трубы 6. Для устойчивого по положению расположения остающегося в теплообменнике участка 7 трубы 3 его расширяют в зоне промежуточной стенки 4, так что эффективно предотвращается непреднамеренное сдвигание участка 7.

В качестве альтернативного решения к описанному выше выполнению способа может быть предусмотрено, что перед разрезанием сначала расширяют первоначально предусмотренную для теплообмена трубу 3 в зоне будущего места 8 разреза. За счет этого обеспечивается то, что остающийся после выполнения разрезания в теплообменнике участок 7 трубы 3 не сдвигается, а удерживается в устойчивом положении. После разрезания трубы расширение служит затем в качестве трубного соединения, как уже было описано выше. Таким образом, выполнение способа, согласно этому альтернативному решению, предусматривает, что для дополнительной установки вентиляционной трубы 6 сначала расширяют первоначально предусмотренную для теплообмена трубу предпочтительно над расположенной в самом низу промежуточной стенкой. Затем в зоне этого расширения выполняют разрезание трубы 3, при этом за счет расширения предотвращается произвольное сдвигание остающегося в теплообменнике 1 участка 7 трубы 3. Расширенная концевая зона трубы 3 служит после разрезания трубы 3 дополнительно в качестве трубного соединения 16, в которое вводят подлежащую расположению в теплообменнике вентиляционную трубу.

Изобретение предназначено для применения в теплообменниках, а также в способах расположения вентиляционной трубы в теплообменнике. Теплообменник содержит множество расположенных в корпусе и предпочтительно объединенных, по меньшей мере, в один пучок труб, а также несколько разделяющих корпус на отдельные зоны промежуточных стенок, причем теплообменник содержит проходящую предпочтительно через все зоны корпуса вентиляционную трубу, которая имеет множество выполненных поперек продольного направления трубы вентиляционных отверстий. Вентиляционная труба имеет, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие для каждой отдельной зоны, а количество вентиляционных отверстий, а также их диаметр выбран в зависимости от применения теплообменника. Способ расположения вентиляционной трубы в теплообменнике, имеющем несколько промежуточных стенок и в котором первоначально предусмотренную для теплообмена трубу в зоне над расположенной в продольном направлении в самом низу промежуточной стенки разрезают и удаляют отрезанный участок трубы и заменяют вентиляционной трубой, снабженной вентиляционными отверстиями. Изобретение позволяет создать теплообменник, в котором пропускаемая через отдельные зоны корпуса вторая среда удаляется без остатка, а также позволяет иметь сравнительно высокую степень подвижности при продолжительной работе. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Теплообменник, содержащий множество расположенных в корпусе (2) и предпочтительно объединенных, по меньшей мере, в один пучок труб (3), а также несколько разделяющих корпус (2) на отдельные зоны (5) промежуточных стенок (4), отличающийся тем, что содержит проходящую предпочтительно через все зоны (5) корпуса (2) вентиляционную трубу (6), которая имеет множество выполненных поперек продольного направления (14) трубы (3) вентиляционных отверстий (15).2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что вентиляционная труба (6) имеет, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие (15) для каждой отдельной зоны (5).3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что количество вентиляционных отверстий (15), а также их диаметр выбраны в зависимости от применения теплообменника.4. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что направление вентиляционных отверстий (15) выбрано в зависимости от применения теплообменника.5. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что вентиляционная труба (6) проходит вплоть до промежуточной стенки (4), расположенной в продольном направлении (14) в самом низу зоны (5).6. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что он имеет множество вентиляционных отверстий (15).7. Способ расположения вентиляционной трубы (6) в теплообменнике, имеющем несколько промежуточных стенок и в котором первоначально предусмотренную для теплообмена трубу (3) в зоне над расположенной в продольном направлении (14) в самом низу промежуточной стенки (4) разрезают, удаляют отрезанный участок трубы и заменяют вентиляционной трубой (6), снабженной вентиляционными отверстиями (15).8. Способ по п.7, отличающийся тем, что первоначально предусмотренную для теплообмена трубу (3) перед разрезанием расширяют.9. Способ по п.7, отличающийся тем, что вентиляционную трубу (6) вводят в трубное соединение (16).10. Способ по п.7, отличающийся тем, что остающийся в теплообменнике (1) участок (7) первоначально предусмотренной для теплообмена трубы (3) заглушают.