ТЕПЛООБМЕННИК РАЗБОРНЫЙ Российский патент 2015 года по МПК F28F11/02 

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен способ герметизации теплообменных труб в трубной доске посредством эластичных элементов, но исключающий доступ для ревизии и очистки внутренней поверхности кожуха в силу неразъемного соединения между внутренними плитами трубной решетки и кожухом теплообменника (авторские свидетельства СССР №1749683 F28F 9/02, 1302130, 463852).

Известен способ герметизации теплообменных труб в трубной решетке с помощью эластичных элементов, обеспечивающий механический монтаж-демонтаж теплообменных труб, но не исключающий деформации теплообменных труб при температурных расширениях (авторское свидетельство СССР №1302130, F28F 11/00).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является теплообменник, в котором теплообменные трубы уплотняются в трубной доске эластичными элементами, но требующие для своего объемного расширения предварительного нагрева в целях герметизации трубы в трубной решетке, при этом не исключается выпадение теплообменных труб из уплотнительных мест и не обеспечивается доступ к внутренней поверхности кожуха для ее ревизии и очистки (авторское свидетельство СССР №1749683, F28D 7/00, F28F 11/02).

В ближайшем аналоге трубная доска содержит внутренние и внешние плиты с отверстиями под теплообменные трубы, соосными между собой, причем каждое отверстие имеет соосное кольцевое углубление, соединенное с отверстием открытым каналом, а при стягивании плит образуются кольцевые камеры с закрытым каналом в целях подвода к стенкам трубы расширяющегося при нагревании материала прокладки, части которой предварительно уложены в кольцевые углубления плит, причем внутренняя плита связана с ответом кожуха неразъемным соединением.

Недостаток предлагаемого в аналоге уплотнения теплообменных труб в трубной доске заключается в необходимости предварительного нагрева уплотнения в целях его термического объемного расширения, что ограничивает область его применения.

Недостаток описанной трубной доски заключается в отсутствии доступа к внутренней поверхности кожуха и наружным поверхностям теплообменных труб для визуальной ревизии и очистки по причине неразъемного соединения между внутренней плитой трубной доски и кожухом.

Также недостаток указанной трубной доски заключается в опасности выпадения теплообменных труб из места уплотнения по причине отсутствия ограничителей осевых перемещений теплообменных труб, что понижает надежность работы теплообменника.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение герметичности уплотнения труб в трубной доске вне зависимости от текущих температур и давлений теплообменных сред, обеспечение механической сборки-разборки кожуха с трубными досками и трубных досок с пучком теплообменных труб.

Поставленная задача решается в теплообменнике разборном, содержащем фланец трубной среды, кожух, пучок теплообменных труб, концами введенных в соосные отверстия трубных досок, каждая из которых образована внутренней и внешней механически соединенными плитами и уплотнительными кольцевыми элементами между ними, центры которых совпадают с осями теплообменных труб, согласно изобретению во фланце кожуха выполнена выемка, в которую через уплотнение установлена внутренняя плита, имеющая на торце со стороны внешней плиты концентрические расточки выходов отверстий под укладку теплообменных труб, с заложенными в расточки и нанизанными на теплообменные трубы уплотнительными кольцевыми элементами, перекрывающими зазоры между наружными поверхностями теплообменных труб и внутренними поверхностями отверстий в плитах, а стяжные элементы расположены в коаксиальных отверстиях фланца кожуха, фланца трубной среды и внешней плиты, которая имеет в отверстиях под укладку теплообменных труб со стороны фланца трубной среды ограничители осевого перемещения теплообменных труб.

Возможна конструкция теплообменника, в котором стяжные элементы выполнены в виде болтов или шпилек и введены со стороны фланца кожуха через гладкие отверстия в нем и ввинчены в резьбовые отверстия во внешней плите, а на концы стяжных элементов своими гладкими отверстиями надет фланец трубной среды, притянутый через уплотнение к внешней поверхности внешней плиты гайками, навинченными на концы стяжных элементов.

Кроме того, ограничители осевого перемещения труб выполнены в виде зауженного выхода отверстий во внешней плите со стороны фланца трубной среды.

В теплообменнике внешняя поверхность внутренней плиты и ответная ей внутренняя поверхность выемки фланца кожуха имеют формы тел вращения и уплотнены между собой уплотнительными кольцами, расположенными между сопрягаемыми поверхностями и (или) плоской прокладкой, расположенной между торцом внутренней плиты и ответным торцом выемки фланца кожуха.

Частным случаем может быть теплообменник, в котором фланец кожуха, плиты трубной доски, теплообменные трубы выполнены из материала, химически инертного по отношению к теплообменным средам, или в котором поверхности кожуха, фланца кожуха, плит трубной доски, теплообменных труб снабжены покрытием из материала, химически инертного по отношению к теплообменным средам, а уплотнительные прокладки выполнены из материла, химически инертного к теплообменным средам.

В теплообменнике расточки выхода отверстий под укладку теплообменных труб во внутренней плите имеют форму тела вращения, а уплотнительные кольцевые элементы выполнены в виде стандартных уплотнительных колец.

Сущность изобретения: на торце внутренней плиты исполнены со стороны внешней плиты концентрические расточки выходов отверстий под укладку теплообменных труб. Внешняя плита, имеющая в отверстиях под укладку теплообменных труб ограничители их осевого перемещения, механически притягивается к фланцу кожуха, фиксируя внутреннюю плиту и деформируя уплотнительные кольца, предварительно надетые на концы теплообменных труб, материал которых, перетекая по поверхности расточки, герметизирует зазоры между поверхностями теплообменными трубами и отверстий в плитах.

Предлагаемый кожухотрубный теплообменник обеспечивает следующий положительный эффект:

- надежность уплотнения теплообменных труб в трубной доске за счет гарантированного перекрытия зазоров между наружными поверхностями теплообменных труб и внутренними поверхностями отверстий в плитах трубной доски, в том числе вне зависимости от температур и давлений теплообменных сред;

- самокомпенсацию теплообменных труб при температурных нагрузках за счет возможности их свободного осевого перемещения в уплотнениях без их нарушения;

- доступ к внутренней поверхности кожуха и наружным поверхностям теплообменных труб для их ревизии и очистки за счет механических соединений между фланцем кожуха и трубной доской, трубной доской и теплообменными трубами;

- исключение выпадения теплообменных труб из уплотнений за счет ограничителей их осевых перемещений, исполненных на выходе отверстий под укладку теплообменных труб во внешних плитах.

Данные технические результаты достигаются за счет того, что внутренняя плита трубной доски имеет на торце со стороны внешней плиты концентрические расточки выходов каждого из отверстия под укладку теплообменной трубы, соосные с данными отверстиями.

Уплотнительные кольца из эластичного материала, надеваемые на концы теплообменных труб и укладываемые в концентрические расточки, обеспечивают герметичность соединения плит и теплообменных труб, проложенные в отверстиях плит трубной доски, за счет перетекания материала уплотнительных колец по поверхностям расточек в зону зазора между наружными поверхностями труб и внутренними поверхностями отверстий в плитах при стягивании плит к фланцу кожуха. Стягивание плит обеспечивается болтами, вворачиваемыми со стороны фланца кожуха в резьбовые отверстия наружной плиты. Внутренняя плита, выполненная отдельной деталью в виде цилиндра, монтируется в цилиндрическую выемку фланца кожуха через кольцевое уплотнение, укладываемое на ее наружной поверхности и герметизирующее зазор между наружной поверхностью внутренней плиты и внутренней поверхностью выемки фланца кожуха. К наружной плите трубной доски через плоскую прокладку притягивается ответный фланец трубной среды, используя при этом гайки, навинчиваемые на концы имеющихся болтов.

Анализ известных технических решений в данной области техники показывает, что предлагаемое устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, что соответствует условию патентоспособности - «новизна», а использование их в заявленной совокупности дало возможность получить новый технический эффект.

Заявляемое решение может быть осуществлено с использованием известных технических средств на любом машиностроительном предприятии, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция теплообменника, на фиг. 2 - выносной вид А, показывающий узлы уплотнений.

В теплообменнике установлены две трубные доски, каждая из которых состоит из внутренней 1 и внешней 2 плит цилиндрической формы и с соосными отверстия 3 и 4 под укладку теплообменных труб 5.

На трубы 5 нанизаны уплотнительные кольца 6, размещенные между плитами в конических расточках 7 выходов отверстий на торце внутренней плиты 1 со стороны внешней 2. Внутренняя плита 1 через кольцевое уплотнение 8 устанавливается в цилиндрическую выемку 9 фланца 10 кожуха 11, имеющего на периферийной окружности гладкие отверстия 12 под ввод стяжных болтов 13. Введенные в эти отверстия 12 стяжные болты 13 ввернуты в резьбовые отверстия 14 во внешней плите 2, которые соосны гладким отверстиям 12 во фланце кожуха 10, а отверстия под ввод теплообменных труб 5 во внешней плите 2 имеют ограничитель осевого перемещения труб 15 в виде зауженного выхода отверстия. На концы болтов 13 своими гладкими отверстиями 16, соосными с резьбовыми отверстиями 14 на внешней плите 2, через плоскую прокладку 17 установлен фланец трубной среды 18, зафиксированный гайками 19.

Теплообменник работает следующим образом. Внутренняя плита 1 трубной доски при монтаже в выемку 9 фланца 10 кожуха 11 уплотняется посредством уплотнительного кольца 8 из эластичного материала, устанавливаемого между смежными поверхностями внутренней плиты 1 и выемки 9 фланца кожуха, либо посредством плоской прокладки (на чертеже не показана), устанавливаемой между торцами внутренней плиты 1 и выемки 9 фланца кожуха.

Теплообменные трубы 5 вводятся через отверстия 3 внутренней плиты 1. На концевые части теплообменных труб 5 надевают уплотнительные кольца 6.

На организованный пучок теплообменных труб 5 с каждого торца отверстиями 4 устанавливается внешняя плита 2. Стяжные болты 13 вводятся через гладкие отверстия 12 фланца 10 кожуха и вворачиваются в резьбовые отверстия 14 внешней плиты 2. При вворачивании болтов 13 в резьбовые отверстия 14 внешней плиты 2 за счет перетекания материала уплотнительных колец 6 по поверхностям конических расточек 7 формируются уплотнения, перекрывающие зазоры между внешней поверхностью теплообменных труб 5 и внутренней поверхностью отверстий в плитах 1, 2.

Ограничители осевых перемещений 15 теплообменных труб 5, выполненные зауженными выходами отверстий 4 во внешней плите 2, обеспечивают места для теплового расширения теплообменных труб 5 и исключают выпадение труб из мест уплотнения.

На концы стяжных болтов 13 своими гладкими отверстиями 16 надевается фланец трубной среды 18, который притягивается гайками 19 через плоскую прокладку 17 к внешней плите 2.

Реально разработанная и изготовленная конструкция выдержала испытание на герметичность соединений давлением межтрубной среды в 55 атм, изготовленный разборный кожухотрубный теплообменник для приготовления горячей воды в многоэтажном жилом доме эксплуатируется без замечаний.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в трубчатых теплообменниках. В разборном теплообменнике, содержащем фланец трубной среды 18, кожух 11, пучок теплообменных труб 5, концами введенных в соосные отверстия 3, 4 трубных досок, каждая из которых образована внутренней 1 и внешней 2 механически соединенными плитами и уплотнительными кольцевыми элементами между ними 6, центры которых совпадают с осями теплообменных труб 5, во фланце 10 кожуха 11 выполнена выемка 9, в которую через уплотнение 8 установлена внутренняя плита 1. Во внутренней плите 1 на торце со стороны внешней плиты 2 выполнены концентрические расточки 7 выходов отверстий 3 под укладку теплообменных труб 5. В расточки 7 заложены нанизанные на теплообменные трубы 5 уплотнительные кольцевые элементы 6, перекрывающие зазоры между наружными поверхностями теплообменных труб 5 и внутренними поверхностями отверстий в плитах 1, 2. Болты 13 расположены в коаксиальных гладких отверстиях 12 фланца 10 кожуха 11, гладких отверстиях 16 фланца 18 и резьбовых отверстиях 14 внешней плиты 2. Технический результат - повышение надежности уплотнения теплообменных труб, упрощение сборки, разборки теплообменника. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Теплообменник разборный, содержащий фланец трубной среды, кожух, пучок теплообменных труб, концами введенных в соосные отверстия трубных досок, каждая из которых образована внутренней и внешней механически соединенными плитами и уплотнительными кольцевыми элементами между ними, центры которых совпадают с осями теплообменных труб, отличающийся тем, что во фланце кожуха выполнена выемка, в которую через уплотнение установлена внутренняя плита, имеющая на торце со стороны внешней плиты концентрические расточки выходов отверстий под укладку теплообменных труб, с заложенными в расточки и нанизанными на теплообменные трубы уплотнительными кольцевыми элементами, перекрывающими зазоры между наружными поверхностями теплообменных труб и внутренними поверхностями отверстий в плитах, а стяжные элементы расположены в коаксиальных отверстиях фланца кожуха, фланца трубной среды и внешней плиты, которая имеет в отверстиях под укладку теплообменных труб со стороны фланца трубной среды ограничители осевого перемещения теплообменных труб.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что стяжные элементы выполнены в виде болтов или шпилек и введены со стороны фланца кожуха через гладкие отверстия в нем и ввинчены в резьбовые отверстия во внешней плите.

3. Теплообменник по п. 2, отличающийся тем, что на концы стяжных элементов своими гладкими отверстиями надет фланец трубной среды, притянутый через уплотнение к внешней поверхности внешней плиты гайками, навинченными на концы стяжных элементов.

4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что ограничители осевого перемещения труб выполнены в виде зауженного выхода отверстий во внешней плите со стороны фланца трубной среды.

5. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что внешняя поверхность внутренней плиты и ответная ей внутренняя поверхность выемки фланца кожуха имеют формы тел вращения и уплотнены между собой уплотнительными кольцами, расположенными между сопрягаемыми поверхностями и (или) плоской прокладкой, расположенной между торцом внутренней плиты и ответным торцом выемки фланца кожуха.

6. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кожух, фланец кожуха, плиты трубной доски, теплообменные трубы выполнены из материала, химически инертного по отношению к теплообменным средам.

7. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что поверхности кожуха, фланца кожуха, плит трубной доски, теплообменных труб снабжены покрытием из материала, химически инертного по отношению к теплообменным средам.

8. Теплообменник п. 1, отличающийся тем, что уплотнительные прокладки выполнены из материла, химически инертного к теплообменным средам.

9. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что расточки выхода отверстий под укладку теплообменных труб во внутренней плите имеют форму тела вращения.

10. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительные кольцевые элементы выполнены в виде стандартных уплотнительных колец.