РЕБРО ДЛЯ ТРУБНОЙ СИСТЕМЫ КОТЛА И УЗЕЛ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ РЕБРО Российский патент 2019 года по МПК F22B37/10 F28F1/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к ребру для трубной системы котла, содержащей множество труб котла, проходящих вдоль друг друга, при этом ребро предназначено для прохождения перпендикулярно длине труб котла. Изобретение относится также к узлу, содержащему два таких ребра и трубную систему котла, включающую первую трубу котла.

Уровень техники

Котлы хорошо известны и используются во многих теплообменниках, например, в теплообменниках, использующих тепло отработанных газов. Известный котел с использованием тепла отработанных газов, используемый, например, на выходе дизельного двигателя для извлечения тепла из выхлопных газов дизельного двигателя, содержит закрытый резервуар и множество труб, проходящих вдоль друг друга внутри резервуара. Среда, такая как вода, подается через трубы, и отработанные газы из дизельного двигателя подаются через резервуар и тем самым вокруг труб, за счет чего тепло переносится из отработанных газов в среду внутри труб. Для увеличения эффективности переноса тепла котла, трубы могут быть снабжены увеличивающими поверхность элементами в виде ребер, прикрепленных к трубам. Обычно, ребра выполнены в виде прямоугольных пластин, снабженных отверстиями для размещения труб. Хотя такие ребра широко используются и выполняют свою желаемую функцию, все еще имеются возможности для улучшения.

Сущность изобретения

Задачей данного изобретения является создание ребра для трубной системы котла, которое улучшено по сравнению с ребрами, известными из уровня техники. Основная идея изобретения состоит в снабжении ребра уникальной, предпочтительной формой, позволяющей всем частям ребра в значительной мере способствовать увеличенной эффективности переноса тепла и обеспечивающей возможность изготовления ребер с малыми отходами. Другой задачей данного изобретения является создание улучшенного узла, содержащего такие ребра и трубную систему котла. Ребро и узел для выполнения указанной выше задачи определены в прилагаемой формуле изобретения и поясняются ниже.

Ребро, согласно данному изобретению, предназначено для трубной системы котла, содержащей множество труб котла, проходящих вдоль друг друга. Продольная центральная ось ребра предназначена для прохождения перпендикулярно длине труб котла, и ребро содержит внутреннюю кромку и наружную кромку. Ребро характеризуется тем, что контур внутренней кромки аналогичен или по существу идентичен контуру наружной кромки, при этом каждый из контуров внутренней и наружной кромок задает несколько выступов и несколько впадин. Выступы и впадины расположены попеременно и соединены друг с другом в местах перехода, расположенных на половине пути между самой высокой точкой и самой нижней точкой соединенных выступа и впадины, соответственно. Впадины, задаваемые внутренней кромкой, выполнены с возможностью размещения соответствующей одной из труб котла и проходят на 180° или меньше вокруг этой соответствующей одной из труб котла, или вокруг продольной центральной оси этой соответствующей одной из труб котла для ее лишь частичного охвата. Другими словами, каждая из впадин предназначена для прохождения лишь на одной стороне центральной плоскости прохождения, разделяющей указанную соответствующую одну из труб котла в продольном направлении пополам.

Понятия выступы и впадины используются здесь для определения формы ребра относительно продольной оси ребра, проходящей между выступами и впадинами внутренней и наружной кромок, когда ребро имеет определенную ориентацию. Естественно, что если повернуть ребро вверх дном, то впадины становятся фактически выступами, в то время как выступы становятся впадинами. Однако в тексте то, что определено в качестве впадины и выступа ребра при определенной его ориентации, называется впадиной или выступом, независимо от ориентации ребра.

Количество труб трубной системы котла может быть равно единице или больше. Кроме того, количество впадин, заданных каждой из внутренних и наружных кромок, может быть равно единице или больше. Аналогичным образом, количество выступов, заданных каждой из внутренних и наружных кромок, может быть равно единице или больше.

Как указывалось выше, ребро имеет протяженность перпендикулярно длине труб котла. Естественно, что ребро может быть размещено для прохождения наклонно к длине труб котла, т.е. иметь протяженность как перпендикулярную, так и параллельную длине труб котла.

За счет аналогичности или по существу идентичности внутренних и наружных кромок ребра, выступы, образованные внутренней кромкой ребра, совпадают с выступами, образованными наружной кромкой ребра, в то время как впадины, образованные наружной кромкой ребра, совпадают с впадинами, образованными внутренней кромкой ребра. Другими словами, два аналогичных ребра входят друг в друга, когда внутренняя кромка одного ребра обращена к наружной кромке другого ребра. Таким образом, несколько ребер, согласно данному изобретению, могут быть изготовлены очень эффективным образом посредством вырезания из листа, обычно металлического листа, с минимальными отходами. Под аналогичными или по существу идентичными понимается, что внутренняя и наружная кромки не должны быть на 100% идентичными, однако должны быть достаточно сходными по форме для вхождения друг в друга. Таким образом, например, внутренняя кромка ребра, имеющая небольшую выемку или т.п., аналогична или по существу идентична наружной кромке ребра, не имеющей такой выемки. Однако контур внутренней кромки может быть идентичным контуру наружной кромки.

Части ребра, более отдаленные от трубы, меньше способствуют переносу тепла, чем части, более близкие к трубе. За счет того, что ребро, согласно изобретению, имеет волновую форму вместо обычной прямоугольной формы с отверстием для размещения трубы, протяженность ребра может быть согласована с расстоянием от трубы так, что все части ребра могут вносить значительный вклад в перенос тепла. Следовательно, ребро может быть изготовлено с меньшим расходом материала и более легким и более компактным, при одновременном обеспечении значительного переноса тепла.

Впадины, в частности контуры впадин, могут быть не единообразными с выступами, т.е. иметь форму, отличную от формы выступов или, в частности, контуров выступов. Другими словами, впадины могут входить в выступы, но не заполнять их, и наоборот. Следовательно, два аналогичных ребра не входят друг в друга, когда наружная кромка одного из ребер обращена к наружной кромке другого ребра, или внутренняя кромка одного ребра обращена к внутренней кромке другого ребра. Вместо этого расстояние между двумя ребрами будет изменятся. Это может быть предпочтительным в отношении эффективности переноса тепла, как будет пояснено ниже.

Ниже форма ребра поясняется применительно, прежде всего, к внутренней кромке. Однако, поскольку контуры внутренней и наружной кромок ребра аналогичны или по существу идентичны, то приведенное ниже по меньшей мере частично справедливо также в отношении наружной кромки ребра.

Ребро может быть выполнено так, что первая из впадин, заданная контуром внутренней кромки и имеющая дно, расположена между первыми и вторыми выступами, заданными контуром внутренней кромки и имеющими соответствующий верх. Кроме того, второй выступ может быть расположен между первой впадиной и второй впадиной, заданными контуром внутренней кромки. Таким образом, ребро может быть выполнено так, что первая из впадин, заданная контуром внутренней кромки и имеющая дно, расположена между двумя выступами, заданными контуром внутренней кромки. Кроме того, второй из выступов, заданный контуром внутренней кромки и имеющий верх, может быть расположен между двумя впадинами, заданными контуром внутренней кромки. Такой вариант выполнения означает, что количество впадин, так же как и количество выступов, заданных внутренней кромкой ребра, равно по меньшей мере двум.

Контур первой впадины может быть короче контура второго выступа. Это является простым способом достижения указанного выше принципа неединообразия впадин и выступов.

Ребро может быть выполнено так, что первая впадина имеет ось симметрии, проходящую перпендикулярно продольной центральной оси ребра. Кроме того, второй выступ также может иметь ось симметрии, проходящую перпендикулярно продольной центральной оси ребра. Это может облегчать и обеспечивать оптимальное согласование соответствующей трубы котла с первой впадиной.

Верх второго выступа может быть плоским и заданным первой прямой частью внутренней кромки. Кроме того, дно первой впадины может быть плоским и заданным второй прямой частью внутренней кромки. Таким образом, ребро может быть выполнено так, что дно первой впадины и верх второго выступа являются плоскими и заданы соответствующими прямыми частями внутренней кромки. Эти прямые части могут, или не могут, проходить параллельно продольной центральной оси ребра. За счет этого, если трубы котла имеют круглое поперечное сечение, как обычно, то может быть гарантированы зоны с отсутствием контакта между ребром и трубой (трубами) котла. Это может быть предпочтительным в отношении чистки ребер и труб котла.

Первая впадина может быть также округленной. Это может быть предпочтительным относительно соприкосновения между ребром и соответствующей трубой котла, особенно в случае, когда трубы котла округлены снаружи, поскольку за счет этого может быть обеспечено увеличение контакта между ребром и трубой котла.

Первая впадина может быть задана по меньшей мере частично вафельной, зубчатой или ребристой третьей частью внутренней кромки. Указанная выше вторая часть может образовывать часть третьей части, при этом третья часть может содержать прямую или плоскую, а также вафельную части. Вафельная часть внутренней кромки может быть предпочтительной относительно эффективности переноса тепла, как будет пояснено ниже.

Боковая сторона, соединяющая дно первой впадины и верх второго выступа, может быть задана с помощью по меньшей мере частично прямой части внутренней кромки. Эта боковая сторона образует часть как первой впадины, так и второго выступа. Поэтому, если трубы котла имеют, как обычно, круглое поперечное сечение, то могут быть гарантированы зоны без контакта между ребром и трубой (трубами) котла. Это может быть предпочтительным в отношении чистки ребер и труб котла.

Ребро может быть выполнено так, что расстояние между двумя соседними переходами, заданными вторым выступом, т.е. переходами, между которыми проходит второй выступ, больше расстояния между двумя соседними переходами, заданными первой впадиной, т.е. переходами, между которыми проходит первая впадина. Это является простым способом достижения указанного выше не однообразия между впадинами и выступами.

Узел, согласно данному изобретению, содержит трубную систему котла, включающую первую трубу котла и первые и вторые ребра указанного выше типа. Первые и вторые ребра проходят перпендикулярно продольной центральной оси первой трубы котла на противоположных сторонах первой трубы котла. Внутренняя кромка каждого первого и второго ребра обращена и лишь частично окружает первую трубу котла. Первая труба котла размещена в соответствующей одной из впадин, заданной внутренними кромками первого и второго ребра. Таким образом, указанные соответствующие впадины, заданные внутренними кромками первого и второго ребра, расположены на противоположных сторонах первой трубы котла и проходит каждая 180° или меньше вокруг продольной центральной оси первой трубы котла для размещения и совместного охвата по меньшей мере частично первой трубы котла.

Естественно, первое и/или второе ребро может проходить наклонно к продольной центральной оси первой трубы котла, т.е. они могут иметь протяженность как перпендикулярно, так и вдоль длины первой трубы котла.

Таким образом, внутренние кромки первого и второго ребра обращены друг к другу и окружают совместно по меньшей мере частично первую трубу котла. Наружная кромка одного или обоих первого и второго ребер может быть обращена к наружной кромке другого соседнего ребра, как в варианте выполнения, описание которого приведено ниже.

Узел может быть выполнен так, что трубная система котла дополнительно включает третью трубу котла, проходящую вдоль первой трубы котла, и третье и четвертое ребра указанного выше типа. Третье и четвертое ребра могут проходить перпендикулярно продольной центральной оси третьей трубы котла на противоположных сторонах третьей трубы котла. Внутренняя кромка третьего и четвертого ребра может быть обращена к третьей трубе котла и лишь частично окружать ее, и третья труба котла может быть размещена в соответствующей одной из впадин, заданной внутренними кромками третьего и четвертого ребра. Таким образом, указанная соответствующая одна из впадин, заданная внутренними кромками третьего и четвертого ребра, расположена на противоположных сторонах третьей трубы котла и проходит каждая на 180° или меньше вокруг продольной центральной оси третьей трубы котла, для размещения и совместного охвата по меньшей мере частично третьей трубы котла. Кроме того, одна из впадин, заданных внутренней кромкой третьего ребра может быть размещена в одном из выступов, заданных наружной кромкой второго ребра, и одна из впадин, заданных наружной кромкой второго ребра может быть размещена в одном из выступов, заданных наружной кромкой третьего ребра.

Таким образом, волновая форма ребер обеспечивает возможность расположения в шахматном порядке труб котла и компактного выполнения узла, поскольку соседние части ребер могут размещаться друг в друге. Обычные прямоугольные ребра не позволяют создавать такой компактный узел.

Узел может быть выполнен так, что второе ребро, частично окружающее первую трубу котла, и третье ребро, частично окружающее третью трубу котла, отделены друг от друга. За счет этого обеспечивается поток среды между вторым и третьим ребрами, приводящий к увеличению турбулентности потока и тем самым к улучшению переноса тепла. Кроме того, такое разделение может облегчать чистку ребер, например, удаление отложений сажи с ребер, вызванных прохождением отработавших газов.

В зависимости от конструкции второго и третьего ребер, расстояние между ними может изменяться или быть постоянным вдоль длины. Согласно одному варианту выполнения изобретения, расстояние между наружной кромкой второго ребра и наружной кромкой третьего ребра изменяется вдоль наружных кромок второго и третьего ребер. Такое изменение расстояния может достигаться с помощью второго и третьего ребер, указанных выше, т.е. с помощью второго и третьего ребер, впадины и выступы которых не единообразны друг с другом. Изменение расстояния между вторым и третьим ребрами может приводить к увеличению турбулентности потока и тем самым к улучшению переноса тепла.

Узел может быть выполнен так, что первое и второе ребра, охватывающие первую трубу котла, отделены друг от друга на заданное расстояние. За счет этого первая труба котла не полностью охвачена первым и вторым ребрами. Это обеспечивает возможность прохождения потока между первым и вторым ребрами, что приводит к увеличению турбулентности потока и тем самым к улучшению переноса тепла. Кроме того, это может облегчать чистку ребер и первой трубы котла.

Согласно одному варианту выполнения узла, наружный контур первой трубы котла у первого и второго ребра и пространство для размещения первой трубы котла между первым и вторым ребрами, заданное внутренними кромками первого и второго ребер, является не единообразными, т.е. имеют различную форму. За счет этого могут быть гарантированы зоны без контакта между первым и вторым ребрами и первой трубой котла, что может упрощать чистку. Например, такое не единообразие может быть получено, как указывалось выше, тем, что первая труба котла, имеющая круглый наружный контур или поперечное сечение, и пространство для размещения первой трубы котла по меньшей мере частично ограничены прямыми частями внутренних кромок ребер.

Первое и второе ребра могут соприкасаться с первой трубой котла в точках соприкосновения, которые отделены друг от друга. За счет этого могут быть гарантированы зоны без контакта между первым и вторым ребрами и первой трубой котла, что может облегчать чистку.

Естественно, что преимущества, связанные с различными вариантами выполнения ребер, указанными выше, являются также предпочтительными для узла, содержащего ребра.

Другие задачи, признаки и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже подробного описания, а также из чертежей.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - металлический лист для изготовления ребер, на виде сверху;

фиг. 2 - ребро, на виде сверху;

фиг. 3 - узел, на виде сверху;

фиг. 4 - металлический лист для изготовления ребер альтернативной конструкции, на виде сверху;

фиг. 5 - ребро альтернативной конструкции, на виде сверху;

фиг. 6 - узел альтернативной конструкции, на виде сверху.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан металлический лист 2, из которого может быть получено четыре идентичных ребра 4 посредством разрезания листа вдоль линий 6. Полученные ребра имеют волновую форму, в частности, они имеют волновую внутреннюю кромку 8 и волновую наружную кромку 10, при этом внутренняя и наружная кромки имеют идентичные контуры. Одно из ребер показано отдельно на фиг. 2, из которой ясно, что внутренняя кромка 8 каждого ребра 4 задает первую впадину 12, вторую впадину 14, первый выступ 16, второй выступ 18 и третий выступ 20. Первая впадина 12 расположена между первым и вторым выступами 16 и 18, вторая впадина 14 расположена между вторым и третьим выступами 18 и 20, и второй выступ 18 расположен между первой и второй впадинами 12 и 14. Переход Р между выступом и соседней впадиной расположен на половине пути между наивысшей точкой Н выступа и самой низкой точкой L впадины. Первая и вторая впадины 12 и 14 идентичны, и первый и второй выступы 16 и 20 являются идентичными соответствующей части второго выступа 18.

Аналогичным образом, наружная кромка 10 каждого ребра 4 задает первую впадину 22, вторую впадину 24, первый выступ 26, второй выступ 28 и третий выступ 30. Первая впадина 22 расположена между первым и вторым выступами 26 и 28, вторая впадина 24 расположена между вторым и третьим выступами 28 и 30, и второй выступ 28 расположен между первой и второй впадинами 22 и 24. Переход Р' между выступом и соседней впадиной расположен на половине пути между наивысшей точкой Н' выступа и самой низкой точкой L' впадины. Первая и вторая впадины 22 и 24 идентичны, и первый и второй выступы 26 и 30 являются идентичными соответствующей части второго выступа 28. В соответствии с этим, поскольку впадины и выступы внутренней и наружной кромок 8 и 10 ребра являются, соответственно, одинаково глубокими и высокими, то переходы Р для внутренней кромки 8 расположены вдоль воображаемой прямой линии I, и переходы Р' для наружной кромки 10 расположены вдоль воображаемой прямой линии I'. Продольная центральная ось С ребра расположена на половине пути между воображаемыми прямыми линиями I и I'.

Первые впадины 12, 22 и вторые впадины 14, 24 имеют каждая ось S симметрии, проходящую перпендикулярно продольной центральной оси С ребра 4. Аналогичным образом, вторые выступы 18 и 28 имеют каждый ось R симметрии, проходящую перпендикулярно продольной центральной оси С ребра 4. Кроме того, первые впадины 12, 22 и вторые впадины 14, 24 имеют каждая плоское дно В и В', соответственно, проходящее параллельно продольной центральной оси С ребра. Аналогичным образом, первые выступы 16, 26, вторые выступы 18, 28 и третьи выступы 20, 30 имеют каждый плоский верх Т и Т', соответственно, проходящий параллельно продольной центральной оси С ребра. Кроме того, боковые стороны F и F', соединяющие верх и дно выступов и впадин внутренней и наружной кромок ребра, содержат каждая прямую часть.

Как показано на фигурах, форма впадин 12, 14, 22 и 24 отличается от формы выступов 16, 18, 20, 26, 28 и 30 тем, что выступы являются менее острыми или менее резкими, чем впадины, расстояние между двумя соседними переходами, заданными одним из выступов, больше расстояния между двумя соседними переходами, заданными одной из впадин, и контур выступов длиннее контура впадин. В соответствии с этим, в качестве примера, зона А1, ограниченная воображаемой прямой линией I' и контуром первой впадины 22, меньше зоны А2, ограниченной воображаемой прямой линией I' и контуром второго выступа 28.

Как показано на фиг. 1, линии 6 задают каждая внутреннюю кромку 8 одного ребра 4 и наружную кромку 10 соседнего ребра 4. Поскольку внутренняя и наружная кромки 8 и 10 имеют идентичный контур, то ребра 4 входят точно друг в друга, когда внутренняя кромка одного ребра обращена к наружной кромке 10 соседнего ребра, впадины 22 и 24, заданные наружной кромкой указанного соседнего ребра, размещены во впадинах 12 и 14, соответственно, заданных внутренней кромкой указанного одного ребра, и выступы 16, 18 и 28, заданные внутренней кромкой указанного одного ребра, размещены в выступах 26, 28, 30, соответственно, заданных наружной кромкой указанного соседнего ребра. Таким образом, ребра 4 могут быть вырезаны из металлического листа 2 с минимумом отходов.

На фиг. 3 показан узел 32, который содержит трубную систему котла из нескольких параллельных труб котла и то же количество ребер 4 указанного выше типа. Узел 32 расположен в котле (не изображен полностью) для использования отходящего тепла указанного вначале типа, при этом вода подается внутрь труб котла, а отработавшие газы подаются снаружи труб котла для переноса тепла отработавших газов в воду. Трубы котла расположены попарно между противоположными друг другу ребрами. Таким образом, первая и вторая трубы 34 и 36 котла, которые отделены друг от друга в направлении х определенным расстоянием, расположены между первым и вторым ребрами 4а и 4b, и третья и четвертая трубы 38 и 40 котла, которые отделены друг от друга в направлении х указанным определенным расстоянием, расположены между третьим и четвертым ребрами 4с и 4d.

Таким образом, первое и второе ребра 4а и 4b расположены с выравниванием друг с другом в направлениях z и y, на противоположных сторонах первой и второй труб 34 и 36 котла, своими соответствующими продольными центральными осями С (см. фиг. 2), проходящими параллельно друг другу и перпендикулярно продольной центральной оси А первой и второй труб. Кроме того, первое и второе ребра 4а и 4b отделены друг от друга на определенное расстояние в направлении y и расположены так, что их внутренние кромки 8 обращены друг к другу. Первая труба 34 котла размещена в пространстве, заданном первой впадиной 12 первого ребра 4а и второй впадиной 14 второго ребра 4b, в то время как вторая труба 36 котла размещена в пространстве, заданном второй впадиной 14 первого ребра 4а и первой впадиной 12 второго ребра 4b. Таким образом, первая и вторая трубы 34 и 36 котла частично окружены первым и вторым ребрами 4а и 4b. При таком расположении первая и вторая трубы котла приварены к внутренним кромкам первого и второго ребер 4а и 4b в точках 42 сварки, здесь в шести точках на каждую трубу котла, с распределением вокруг первой и второй труб котла.

Аналогичным образом, третье и четвертое ребра 4с и 4d расположены с выравниванием друг с другом в направлениях z и y, на противоположных сторонах третьей и четвертой труб 38 и 40 котла, своими соответствующими продольными центральными осями С, проходящими параллельно друг другу и перпендикулярно продольной центральной оси А третьей и четвертой труб. Кроме того, третье и четвертое ребра 4с и 4d отделены друг от друга на определенное расстояние в направлении y и расположены так, что их внутренние кромки 8 обращены друг к другу. Третья труба 38 котла размещена в пространстве, заданном первой впадиной 12 третьего ребра 4с и второй впадиной 14 четвертого ребра 4d, в то время как четвертая труба 40 котла размещена в пространстве, заданном второй впадиной 14 первого ребра 4с и первой впадиной 12 второго ребра 4d. Таким образом, третья и четвертая трубы 38 и 40 котла частично окружены третьим и четвертым ребрами 4с и 4d. При таком расположении третья и четвертая трубы котла приварены к внутренним кромкам третьего и четвертого ребер 4с и 4d в точках 42 сварки, здесь в шести точках на каждую трубу котла, с распределением вокруг третьей и четвертой труб котла.

Как показано на фиг. 3, первая вторая, третья и четвертая трубы 34, 36, 38, 40 котла имеют все одинаковую круглую форму или контур, т.е. одинаковое круглое поперечное сечение. Кроме того, пространства, образованные первым, вторым, третьим и четвертым ребрами 4а, 4b, 4c и 4d, для размещения труб котла имеют все, из-за частично прямых частей внутренних кромок, задающих впадины, одну и ту же форму кромки. Из-за этой разницы формы, трубы котла не имеют контакта с соответствующими ребрами по всей наружной поверхности. Вместо этого трубы котла отделены от соответствующих ребер в зонах 44, 46 между точками сварки, при этом каждая из зон 44 образована между одним из ребер и одной из труб котла, в то время как каждая из зон 46 образована между ребрами одной из пар ребер и одной из труб котла. Это разделение ребра и трубы котла приводит к увеличенной турбулентности потока отработавших газов вокруг труб котла и ребер, и тем самым к увеличению переноса тепла из отработавших газов в воду, подаваемую через трубы котла.

Первое, второе, третье и четвертое ребра 4а, 4b, 4c и 4d расположены так, что их продольные центральные оси С проходят параллельно друг другу. Кроме того, пары ребер 4а+4b и 4с+4d выравнены друг с другом в направлении z, и наружная кромка 10 второго ребра 4b обращена к наружной кромке 10 третьего ребра 4с. Третья и четвертая трубы 38 и 40 котла смещены от первой и второй труб 34 и 36 котла в направлении х так, что четвертая труба 40 котла расположена на половине пути между первой и второй трубами 34 и 36 котла, и первая труба 34 котла расположена на половине пути между третьей и четвертой трубами 38 и 40 котла. В соответствии с этим, пары ребер 4а+4b и 4с+4d расположены уступами. При этом под расположением уступами понимается, что пары ребер не находятся на одной линии друг с другом, а смещены в направлении y. В частности, первая впадина 22, заданная наружной кромкой третьего ребра 4с, размещена в третьем выступе 30, заданном наружной кромкой второго ребра 4b, первая впадина 24, заданная наружной кромкой второго ребра 4b, размещена во втором выступе 28, заданном наружной кромкой третьего ребра 4с, вторая впадина 24, заданная наружной кромкой третьего ребра 4с, размещена во втором выступе 28, заданном наружной кромкой второго ребра 4b, и первая впадина 22, заданная наружной кромкой второго ребра 4b, размещена в третьем выступе 30, заданном наружной кромкой третьего ребра 4с.

Таким образом, впадины второго ребра размещены в выступах третьего ребра, в то время как впадины третьего ребра размещены в выступах второго ребра. Второе и третье ребра 4b и 4с расположены с разделением друг от друга. Поскольку выступы и впадины имеют разную форму, то расстояние между вторым и третьим ребрами и, в частности, между их наружными кромками, изменяется вдоль продольной центральной оси С второго и третьего ребер. Это изменение расстояния приводит к увеличенной турбулентности потока отработавших газов вокруг труб котла и тем самым к повышенному переносу тепла из отработавших газов в воду, подаваемую через трубы котла.

Остальная часть узла выполнена указанным выше образом, так что описание ее не требуется.

Ниже приводится описание ребра, согласно альтернативному варианту выполнения изобретения, и узла, содержащего несколько таких ребер, со ссылками на фиг. 4-6. Большинство приведенного выше описания ребра и узла, согласно первому варианту выполнения изобретения, справедливо также для ребра и узла, согласно второму варианту выполнения, и для исключения повторов, приведенное ниже описание сосредоточено на признаках, которыми различаются два варианта выполнения. Кроме того, теми же позициями обозначены аналогичные/соответствующие признаки двух вариантов выполнения.

Как показано, например, на фиг. 5, первые впадины 12, 22 и вторые впадины 14, 24, согласно альтернативному варианту выполнения, округлены. Кроме того, каждая из них задана вафельной частью 48 внутренней и наружной кромок 8 и 10, соответственно, ребра 4, при этом вафельная часть задает пики, или выпуклости или зубья. Первые выступы 16, 26, вторые выступы 18, 28 и третьи выступы 20, 30 имеют каждый плоский верх Т и Т', соответственно, проходящий параллельно продольной центральной оси С ребра. Кроме того, первые выступы 16, 26, вторые выступы 18, 28 и третьи выступы 20, 30 содержат вафельные боковые части f и f' в переходах к соседним впадинам, соединяющие с их вафельными частями 48. Вафельные боковые части задают пики или выпуклости или зубья.

На фиг. 6 показан узел 32, содержащий трубную систему котла из нескольких параллельных труб котла и такое же количество ребер 4, согласно альтернативному варианту выполнения данного изобретения. Ребра 4 приварены вдоль их внутренних кромок 8 к трубам котла. В связи со сваркой шипы или выпуклости или зубья вдоль внутренних кромок 8 ребер 4 плавятся, при этом образуются непрерывные швы 50, проходящие вдоль впадин и боковых частей f выступов вдоль внутренних кромок 8 ребер. Эти непрерывные сварные швы обеспечивают увеличенную контактную поверхность и тем самым увеличенный перенос тепла между ребрами и трубами котла, а также надежное крепление ребер на трубах котла.

Как показано на фиг. 6 и указывалось выше, впадины 12, 14, 22, 24 ребер 4 округлены, в то время как выступы 16, 18, 20, 26, 28, 30 имеют плоский верх. Таким образом, расстояние между соседними ребрами, частично окружающими различные трубы котла, такие как вторые и третьи ребра 4b и 4с, изменяются даже больше, чем в узле, показанном на фиг. 3. Это приводит к еще большей турбулентности потока отработавших газов вокруг труб котла и ребер, и тем самым к еще большему переносу тепла из отработавших газов в воду, подаваемую через трубы котла.

Кроме того, пики или выпуклости вдоль наружных кромок ребер дополнительно увеличивают турбулентность потока отработавших газов и тем самым перенос тепла.

Приведенный выше вариант выполнения данного изобретения следует рассматривать лишь в качестве примера. Для специалистов в данной области техники понятно, что поясненный вариант выполнения может изменяться и комбинироваться различным образом, без отхода от идеи изобретения.

Например, ребра и узел, согласно данному изобретению, можно использовать в других типах котлов, отличных от котлов для регенерации отходящего тепла, и для нагревания, испарения или перегрева другой среды вместо воды с помощью другого источника тепла, чем отработавшие газы. Например, ребра и узел, согласно данному изобретению, можно использовать в соединении с газовыми турбинами или блоками сгорания, такими как горелки.

Расстояние между ребрами 4b и 4с на фиг. 3 может быть в диапазоне 1-20 мм, однако, естественно возможны другие расстояния. Расстояние может зависеть, среди прочего, от размеров ребер и труб котла.

В указанных выше вариантах выполнения узла, согласно изобретению, трубы котла соединены с ребрами посредством сварки. Естественно, возможны другие способы соединения, такие как пайка твердым припоем или склеивание. Кроме того, в случае точечной сварки, количество точек сварки между ребрами и трубами котла может равняться не шести для каждой трубы, как указывалось выше, а может быть больше или меньше шести. Кроме того, в качестве альтернативы, ребра каждой пары могут быть соединены друг с другом и с трубами котла, соединенными с ребрами, лишь с помощью трения.

Указанные выше ребра снабжены каждое двумя впадинами и тремя выступами вдоль каждой внутренней и наружной кромок. Естественно, количество выступов и впадин может быть меньше или больше трех и двух, соответственно. В качестве примера, внутренняя и наружная кромки каждого ребра могут задавать лишь два выступа и одну впадину, расположенную между выступами. Пара таких ребер может быть предназначена для окружения лишь одной трубы котла.

Все ребра узла необязательно должны выглядеть одинаково. Даже ребра одной и той же пары не должны выглядеть одинаково. Кроме того, количество ребер, взаимодействующих для окружения одной или больше труб котла, может быть больше двух. В качестве примера, ребро, выполненное как показано на фигурах, т.е. предназначенное для частичного окружения двух труб котла, может быть предназначено для взаимодействия с двумя ребрами, предназначенными для частичного окружения соответствующей одной из двух труб котла.

Впадины, заданные внутренней кромкой ребра, не должны быть идентичными, так же как и впадины, заданные наружной кромкой ребра. Кроме того, внутренняя и наружная кромки ребер не должны содержать прямых частей, а могут быть полностью изогнутыми. Трубы котла могут также иметь другую форму поперечного сечения, чем показана на фигурах.

В указанном выше варианте выполнения выступы являются менее острыми, чем впадины, и контур выступов длиннее контура впадин. Естественно, ребра могут иметь альтернативную конструкцию, например, с впадинами, которые является менее острыми, чем выступы, и контур впадин длиннее контура выступов.

Ребра и трубы котла могут быть выполнены из подходящего материала, такого как углеродистая сталь, нержавеющая сталь или алюминий. Кроме того, ребра не должны быть сплошными, а могут содержать отверстия для дальнейшего увеличения турбулентности потока.

Ребра пары необязательно должны быть выровнены в направлениях y и z. Например, ребра пары могут быть смещены относительно друг друга, так что они не находятся на одной линии в направлении y и/или в направлении z. Те же возможности для смещения относительно направления z, существуют для пар ребер.

В указанном выше варианте выполнения каждая из труб котла окружена первой впадиной, заданной внутренней кромкой одного ребра, и второй впадиной, заданной внутренней кромкой другого ребра. Естественно, что в зависимости от ориентации двух ребер, каждая из труб котла может быть окружена вместо этого первой впадиной, заданной внутренними кромками двух ребер, или вторыми впадинами, заданными внутренними кромками двух ребер.

Следует отметить, что описание деталей, не релевантных данному изобретению, не приведено, и что фигуры являются схематичными и выполнены без соблюдения масштаба. Следует также отметить, что некоторые фигуры больше упрощены, чем другие фигуры. Поэтому некоторые компоненты могут быть иллюстрированы на одной фигуре, но не показаны на другой фигуре. Наконец, когда указывается, что один компонент соединен с другим компонентом, то соединение может быть как непосредственным, так и опосредованным.

Предлагается ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) для трубной системы котла, содержащей несколько труб (34, 36, 38, 40) котла, проходящих вдоль друг друга, и узел (32), содержащий такую трубную систему котла и такое ребро. Продольная центральная ось (С) ребра предназначена для прохождения перпендикулярно длине труб котла, и при этом ребро содержит внутреннюю кромку (8) и наружную кромку (10). Ребро характеризуется тем, что контур внутренней кромки аналогичен контуру наружной кромки. Каждый из контуров внутренней и наружной кромок задает несколько выступов (16, 18, 20, 26, 28, 30) и несколько впадин (12, 14, 22, 24), при этом выступы и впадины расположены попеременно и соединены друг с другом в переходах (Р, Р'), расположенных на половине пути между самой высокой точкой (H, H') и самой нижней точкой (L, L') соединенных выступа и впадины, соответственно. Впадины, заданные внутренней кромкой, предназначены каждая для размещения и прохождения на 180° или меньше вокруг продольной центральной оси (А) соответствующей одной из труб котла, для лишь частичного охвата соответствующей одной из труб котла. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) для трубной системы котла, содержащей трубы (34, 36, 38, 40) котла, проходящие вдоль друг друга, при этом продольная центральная ось (С) ребра предназначена для прохождения перпендикулярно длине труб котла, и при этом ребро содержит внутреннюю кромку (8) и наружную кромку (10), отличающееся тем, что контур внутренней кромки повторяет контур наружной кромки, при этом каждый из контуров внутренней и наружной кромок задает выступы (16, 18, 20, 26, 28, 30) и впадины (12, 14, 22, 24), при этом выступы и впадины расположены попеременно и соединены друг с другом в переходах (Р, Р'), расположенных на половине пути между самой высокой точкой (H, H') и самой нижней точкой (L, L') соединенных выступа и впадины, соответственно, при этом каждая впадина, заданная внутренней кромкой, выполнена с возможностью размещения в ней соответствующей одной из труб котла и с возможностью прохождения на 180° или меньше вокруг продольной центральной оси (А) этой соответствующей одной из труб котла для частичного охвата этой соответствующей одной из труб котла.

2. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по п. 1, в котором контуры впадин (12, 14, 22, 24) отличаются от контуров кромок (16, 18, 20, 26, 28, 30).

3. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по любому из пп. 1 или 2, в котором первая из впадин (12), заданная контуром внутренней кромки (8) и имеющая дно (В), расположена между первым и вторым выступами (16, 18), заданными контуром внутренней кромки и имеющими соответствующий верх (Т).

4. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по п. 3, в котором контур первой впадины (12) короче контура второго выступа (18).

5. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по любому из пп. 3, 4, в котором верх (Т) второго выступа (18) является плоским и задан первой прямой частью внутренней кромки (8).

6. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по любому из пп. 3-5, в котором дно первой впадины (12) является плоским и задано второй прямой частью внутренней кромки (8).

7. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по любому из пп. 3-6, в котором первая впадина (12) округлена.

8. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по любому из пп. 3-7, в котором первая впадина (12) на по меньшей мере своей части имеет вафельную третью часть (48) внутренней кромки (8).

9. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по любому из пп. 3-8, в котором боковая сторона (F), соединяющая дно (В) первой впадины (12) и верх (Т) второго выступа (18), задана по меньшей мере частично прямой частью внутренней кромки (8).

10. Ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) по любому из пп. 3-9, в котором расстояние между двумя соседними переходами (P, P'), задающими второй выступ (18), больше расстояния между двумя соседними переходами, задающими первую впадину (12).

11. Узел (32), содержащий трубную систему котла, включающую в себя первую трубу (34) котла и первое и второе ребра (4a, 4b) по любому из пп. 1-10, при этом первое и второе ребра проходят перпендикулярно продольной центральной оси (А) первой трубы котла на противоположных сторонах первой трубы котла, внутренняя кромка (8) каждого первого и второго ребра обращена к первой трубе котла и частично окружает ее, причем первая труба котла выполнена с возможностью ее размещения в соответствующей одной из впадин (12, 14), заданной внутренними кромками первого и второго ребер.

12. Узел (32) по п. 11, в котором трубная система котла дополнительно включает третью трубу (38) котла, проходящую вдоль первой трубы (34) котла, и третье и четвертое ребра (4c, 4d) по любому из пп. 1-10, при этом третье и четвертое ребра проходят перпендикулярно продольной центральной оси (А) третьей трубы котла на противоположных сторонах третьей трубы котла, внутренняя кромка (8) каждого третьего и четвертого ребра обращена к третьей трубе котла и частично охватывает ее, третья труба котла размещена в соответствующей одной из впадин (12, 14), заданных внутренними кромками третьего и четвертого ребер, при этом одна из впадин (22, 24), заданных наружной кромкой (10) третьего ребра (4с), размещена в одном из выступов (26, 28, 30), заданных наружной кромкой (10) второго ребра (4b), и одна из впадин (22, 24), заданных наружной кромкой второго ребра, размещена в одном из выступов (26, 28, 30), заданных наружной кромкой третьего ребра.

13. Узел (32) по п. 12, в котором расстояние между наружной кромкой (10) второго ребра (4b) и наружной кромкой (10) третьего ребра (4с) изменяется вдоль наружных кромок второго и третьего ребер.

14. Узел (32) по любому из пп. 11-13, в котором наружный контур первой трубы (34) котла у первого и второго ребер (4а, 4b), и пространство для размещения первой трубы котла между первым и вторым ребрами, не единообразны.

15. Узел (32) по любому из пп. 11-14, в котором первое и второе ребра (4а, 4b) соприкасаются с первой трубой (34) котла в точках (42) соприкосновения, которые отделены друг от друга.