КОЖУХОТРУБНЫЙ АППАРАТ С ПЕРЕГОРОДКАМИ Российский патент 2021 года по МПК F28F9/13 F28F9/22 

Область техники

Настоящее изобретение относится к кожухотрубным аппаратам.

Уровень техники

Кожухотрубные аппараты обычно используются в качестве устройств передачи тепла между текучей средой, протекающей по трубам, и текучей средой, протекающей в межтрубном пространстве.

Известные кожухотрубные аппараты содержат перегородки, выполняющие по существу две функции: функцию динамического отклонения и/или ускорения потока текучей среды в межтрубном пространстве, в результате чего повышается коэффициент теплообмена; и функцию структурных элементов, предотвращающих вибрацию труб.

В патентах US 5058664 и US 5642778 раскрывается известный способ изготовления перегородок, представляющих собой стержневую конструкцию с несущим каркасом.

В документе ЕР 2469215 раскрываются перегородки, формируемые тонкими пластинами, которые пересекаются, формируя решетку, и наклонены для отклонения потока в межтрубном пространстве.

Недостаток вышеуказанных технических решений заключается в том, что каждая перегородка составлена из нескольких частей, которые должны быть соединены сваркой и/или иным образом прикреплены друг к другу, так что стоимость конструкции сравнительно высока. Кроме того, установка труб, когда установлены перегородки, представляет собой непростую задачу.

Другой недостаток таких аппаратов заключается в том, что на коэффициент теплообмена в значительной степени влияет поток в межтрубном пространстве. Как известно, для соответствующего направления потока в межтрубном пространстве обычно используются перегородки внутри аппарата, однако они вызывают дополнительные потери напора.

В кожухотрубных аппаратах предшествующего уровня обычно используется поперечно направленный поток в межтрубном пространстве. То есть поток газообразной среды снаружи и вокруг труб по существу направлен перпендикулярно оси труб. Такая конструкция обычно включает ряд проходов через различные секции пучка труб между последовательными перегородками.

Поперечно направленный поток в межтрубном пространстве является предпочтительным, поскольку в этом случае обеспечивается хороший теплообмен между потоком газообразной среды и поверхностью труб. Однако это приводит к значительному падению давления, и при этом требуется, чтобы перегородки обеспечивали надлежащее уплотнение секций пучка труб для предотвращения проникновения газа из одной секции в другую по обходным путям. Перегородка должна формировать уплотняющую манжету вокруг каждой трубы, однако это может увеличивать стоимость конструкции и/или еще более усложнять монтаж труб.

Например, в документах BE 1018891 и US 4834173 описываются теплообменники с поперечно направленным потоком в межтрубном пространстве.

В документе ЕР 3115734 описываются перегородки, обеспечивающие возможность свободного введения труб с их последующим запиранием. Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание нового способа изготовления перегородок для кожухотрубного аппарата, который имеет улучшенные характеристики, как с точки зрения конструкции, так и с точки зрения динамики потока текучей среды внутри аппарата.

Указанная задача решается с помощью аппарата, описанного в формуле изобретения.

Перегородки содержат металлическую пластину с отверстиями для прохождения труб через перегородку. У этих отверстий перегородки имеют пластинчатые выступы, отходящие от поверхности перегородки. Эти пластинчатые выступы обеспечивают изменение динамики потока текучей среды и/или выполняют функцию предотвращения вибраций, как это будет описано ниже на некоторых примерах.

Предпочтительно перегородки представляют собой по существу плоские элементы, проходящие перпендикулярно оси труб (то есть оси трубного пучка). Пластинчатые выступы отходят от поверхности соответствующей перегородки в направлении, параллельном оси трубного пучка, или в направлении, наклоненном относительно этой оси.

Каждый пластинчатый выступ может проходить над площадью, равной или меньшей площади соответствующего отверстия, сформированного в металлической пластине.

Такие пластинчатые выступы могут быть сконфигурированы для обеспечения функции изменения динамики потока текучей среды путем отклонения потока в межтрубном пространстве и/или функции упругих опор для труб. Пластинчатые выступы, способные вызывать значительное отклонение потока текучей среды в межтрубном пространстве, указываются как элементы, изменяющие динамику потока.

В предпочтительных вариантах газообразный поток в межтрубном пространстве протекает продольно или преимущественно продольно. Соответственно, в кожухе аппарата расположены входные и выходные отверстия для газа, обеспечивающие указанный продольный или преимущественно продольный поток. В некоторых вариантах по меньшей мере некоторые из пластинчатых выступов представляют собой элементы, приспособленные для отклонения (напр., отклонения на заданный угол) газообразного потока в межтрубном пространстве от основного, продольного направления.

Предпочтительно пластинчатые выступы перегородок расположены везде таким образом, чтобы придавать потоку текучей среды в межтрубном пространстве компонент движения в направлении, поперечном направлению продольной оси труб или трубного пучка.

Более предпочтительно, пластинчатые выступы расположены таким образом, чтобы обеспечивать по существу синусоидальный или по существу спиральный поток текучей среды в межтрубном пространстве.

Расположение пластинчатых выступов, обеспечивающих по существу синусоидальный поток текучей среды в межтрубном пространстве, является предпочтительным, когда трубы расположены по квадратной или треугольной схеме. Расположение пластинчатых выступов, обеспечивающих по существу спиральный поток текучей среды в межтрубном пространстве, является предпочтительным, когда трубы расположены по окружностям, хотя и в этом случае может также обеспечиваться синусоидальный поток.

В предпочтительном варианте аппарат содержит перегородки, снабженные по-разному сконфигурированными пластинчатыми выступами. Аппарат может содержать два или более наборов перегородок, причем каждый набор имеет специфическую конфигурацию пластинчатых выступов. Термин "конфигурация" может определять один или более признаков, таких как, например, форма, размер и ориентация пластинчатых выступов. Перегородки с различными конфигурациями могут быть подходящим образом распределены по длине трубного пучка, например, они могут чередоваться друг с другом.

Необходимо отметить, что различные конфигурации пластинчатых выступов могут изменять как функцию управления динамикой потока текучей среды, так и функцию формирования конструкции.

В некоторых вариантах осуществления изобретения последовательность перегородок, снабженных по-разному сконфигурированными пластинчатыми выступами, придает потоку текучей среды в межтрубном пространстве заданную форму и/или создает некоторую степень турбулентности этого потока. Подходящая форма потока и/или увеличение его турбулентности может улучшать теплообмен.

Вместо этого или в дополнение к этому, последовательность перегородок может формировать опоры для труб в разных плоскостях для эффективного гашения вибраций. Для этой цели пластинчатые выступы соседних перегородок прижимаются к одной и той же трубе в разных плоскостях опоры.

В предпочтительном варианте аппарат по настоящему изобретению содержит по меньшей мере первый набор перегородок с первой конфигурацией пластинчатых выступов и второй набор перегородок со второй конфигурацией пластинчатых выступов, причем вторая конфигурация является сопряженной с первой конфигурацией, и перегородки первого набора и второго набора чередуются по меньшей мере на части трубного пучка. Таким образом, перегородка с первой конфигурацией пластинчатых выступов обращена в сторону соседней перегородки со второй конфигурацией пластинчатых выступов, и т.д.

Поэтому на поток в межтрубном пространстве поочередно действуют пластинчатые выступы первой конфигурации и пластинчатые выступы второй конфигурации. Пластинчатые выступы в сопряженной конфигурации взаимодействуют для обеспечения необходимого воздействия на динамику потока текучей среды в межтрубном пространстве. В предпочтительных вариантах такое воздействие обеспечивает получение по существу синусоидальных или по существу спиральных линий потока.

Варианты с синусоидальным потоком в межтрубном пространстве и варианты со спиральным потоком в межтрубном пространстве могут быть объединены, например, путем использования перегородок для получения синусоидального потока по меньшей мере на части трубного потока и спирального потока по меньшей мере на другой части трубного потока.

В некоторых вариантах одна перегородка может содержать пластинчатые выступы, имеющие разные конфигурации. Соответственно, например, некоторые части одной перегородки могут по-разному влиять на динамику потока текучей среды.

Пластинчатые выступы могут иметь разные формы. В первом варианте пластинчатые выступы имеют по существу двухмерную форму, в которой один размер, например толщина, значительно меньше двух других размеров. В другом варианте пластинчатые выступы имеют по существу одномерную форму, в которой один размер гораздо больше двух других. Пластинчатые выступы могут иметь форму многоугольника или более сложную форму.

В предпочтительных вариантах каждое отверстие для одной или более труб содержит по меньшей мере первую зону, подходящую для введения трубы или труб с люфтами, и вторую зону, подходящую для введения трубы или труб с меньшими люфтами или по существу без люфтов. Путем расположения перегородок в так называемой конфигурации сборки первые зоны отверстий выравниваются для обеспечения возможности свободного введения труб, причем в этом случае каждая труба проходит с люфтом через отверстия перегородок.

В этом положении сборки перегородки линейно смещены или повернуты относительно их рабочей конфигурации. При перемещении перегородок из положения сборки в рабочее положение трубы переводятся из первых зон во вторые зоны отверстий, в которых они по существу запираются в нужном положении. Перемещение, которое переводит перегородки из положения сборки в рабочее положение, может быть линейным смещением (вариант так называемого "запирания сдвигом") или поворотом (вариант так называемого "запирания вращением").

Эти варианты, обеспечивающие возможность свободной прокладки труб через перегородки с последующим запиранием, описаны более подробно в уже упомянутой патентной заявке ЕР 3115734.

В вышеупомянутых вариантах запирания труб после сборки пластинчатые выступы предпочтительно сформированы таким образом, чтобы они обеспечивали упругую опору для труб, когда перегородка находится в положении запирания. Таким образом, изобретение обеспечивает дополнительный положительный эффект, предлагая систему с определенной степенью упругости и гибкости.

Предпочтительно, перегородки изготовлены из листовой стали. Перегородка может быть монолитным элементом, сформированным вырезанной или вырубленной металлической пластиной, или же может содержать дополнительные элементы, такие как охватывающее усиливающее кольцо. В некоторых вариантах металлическая пластина может содержать несколько сложенных металлических листов. Предпочтительно металлическая пластина имеет форму диска или части диска.

Каждая перегородка может перекрывать всю или по существу всю площадь поперечного сечения межтрубного пространства или же может перекрывать только часть этой площади. Перегородки, перекрывающие только часть площади поперечного сечения межтрубного пространства, могут чередоваться с другими перегородками, например, перекрывающими другие части этой площади.

Преимущества изобретения заключаются в простоте конструкции, а также в том, что перегородки активно изменяют поток текучей среды и/или служат в качестве конструктивных элементов. Например, изобретение обеспечивает возможность осуществления аппарата, в котором перегородки взаимодействуют с потоком текучей среды в межтрубном пространстве для изменения его направления и, кроме того, обеспечивают упругую опору для труб.

В некоторых вариантах пластинчатые выступы, отходящие от поверхности перегородки, действуют по существу как кронштейны, способные изгибаться, и поэтому обеспечивают упругую опору для труб. Это важное положительное качество, поскольку известные системы сборки труб и перегородок в этом отношении проблематичны: сравнительно нежесткое соединение не способно эффективно противодействовать вибрациям, тогда как точная посадка затрудняет монтаж конструкции и делает систему труб и перегородок слишком жесткой. В настоящем изобретении решается проблема путем обеспечения точного монтажа с одновременным обеспечением определенной упругости системы благодаря тому, что пластинчатые выступы могут изгибаться.

Изменение динамики потока текучей среды повышает коэффициент теплопередачи и оптимизирует поток в межтрубном пространстве с использованием для этой цели проходов в перегородках без внесения существенных дополнительных потерь напора. Поток в межтрубном пространстве, направленный подходящим образом, например, с синусоидальными или спиральными линиями потока, обтекает все трубы и обеспечивает полное использование трубного пучка.

В первых вариантах осуществления изобретения отверстия для труб сформированы в металлической пластине перегородки, предпочтительно с использованием пробивки или резки, и пластинчатые выступы сформированы полосами материала металлического листа, получаемыми в результате пробивки или резки отверстий, и согнуты соответствующим образом. Предпочтительными способами резки являются лазерная резка и гидроабразивная резка.

Во вторых вариантах осуществления изобретения пластинчатые выступы сформированы элементами, жестко прикрепленными к металлической пластине возле отверстий. Предпочтительно пластинчатые выступы представляют собой элементы из листового металла, установленные с использованием сварки, предпочтительно с использованием точечных сварных швов (контактная электросварка).

В первых вариантах осуществления изобретения перегородки предпочтительно содержат пластину, имеющую малую толщину, так что пластинчатые выступы обладают упругостью и легко сгибаются. Для повышения жесткости перегородок может использоваться усиливающее кольцо, приваренное к периферийной кромке пластины.

Достоинство вторых вариантов (установленные пластинчатые выступы) заключается в том, что толщина пластинчатых выступов может отличаться от толщины металлической пластины, формирующей перегородку. Например, пластинчатые выступы могут иметь меньшую толщину, чтобы они были упругими и легко изгибались.

В частности, предпочтительный вариант перегородки содержит металлическую пластину требуемой толщины с отверстиями для труб, полученными с помощью лазерной или гидроабразивной резки, а пластинчатые выступы, изменяющие динамику потока текучей среды, изготовлены из тонкого листового металла и прикреплены к перегородке в зоне отверстий с помощью точечных сварных швов.

В некоторых вариантах для облегчения операции позиционирования и приваривания пластинчатых выступов металлическая пластина состоит их двух наложенных друг на друга металлических листа разной толщины. Первый металлический лист, имеющий сравнительно большую толщину, выполняет функцию конструктивного компонента и имеет сквозные отверстия для прохождения труб. Второй металлический лист, имеющий меньшую толщину (меньше толщины первого листа), установлен на первый лист и содержит пластинчатые выступы для изменения динамики потока текучей среды. В этом варианте пластинчатые выступы могут быть сформированы путем изгиба полос или части полос, проходящих снаружи отверстий. Пластинчатые выступы могут быть согнуты перед введением труб или в процессе их введения.

В дополнение к повышению эффективности теплопередачи оба вышеописанных способа обеспечивают сборку конструкции быстрее и дешевле по сравнению с традиционными способами, которые предусматривают формирование перегородок путем сборки большого количества линейных элементов, типа стержней.

Следует отметить, что настоящее изобретение может эффективно использоваться для теплообменников с описанной системой запирания труб в процессе сборки или без такой системы.

Предпочтительно аппарат по настоящему изобретению представляет собой химический реактор, предназначенный для использования на химическом заводе. В некоторых вариантах химический реактор может содержать катализатор.

Другое преимущество изобретения заключается в возможности обеспечения на одной перегородке пластинчатых выступов, имеющих разную конфигурацию. Таким образом, можно улучшить управление динамикой потока текучей среды в межтрубном пространстве.

Изобретение может быть применено в аппаратах с прямыми трубами и в аппаратах с U-образными трубами. Во втором случае перегородки устанавливаются вдоль прямолинейной части U-образных труб.

Еще одно преимущество изобретения заключается в том, что поток проходит в межтрубном пространстве в продольном или преимущественно в продольном направлении, в результате чего падение давления будет меньше по сравнению с потоком в поперечном направлении. В этом случае перегородки не должны обеспечивать газонепроницаемое уплотнение вокруг труб, в результате чего облегчается их введение. Благодаря действию пластинчатых выступов на динамику потока текучей среды изобретение обеспечивает хороший теплообмен, и в то же время обеспечивает низкое падение давления, типичное для конструкций с осевым потоком.

Преимущества настоящего изобретения будут более понятны после ознакомления с нижеприведенным подробным описанием, в котором рассматривается несколько предпочтительных вариантов его осуществления.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 - упрощенный схематический вид кожухотрубного аппарата, содержащего набор противовибрационных перегородок.

на фиг. 2 - вид трубы, проходящей сквозь перегородку, в одном из вариантов осуществления изобретения;

на фиг. 3 - схематический вид набора перегородок аппарата, показанного на фиг. 1, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 4 - схематический вид сечения перегородок и труб, показанных на фиг. 3, на котором показаны линии потока в межтрубном пространстве;

на фиг. 5 - вид части фиг. 4;

на фиг. 6 - вид набора перегородок во втором варианте осуществления изобретения;

на фиг. 7 - вид набора перегородок в третьем варианте осуществления изобретения;

на фиг. 8 - схематический вид сечения перегородок и труб, показанных на фиг. 7;

на фиг. 9 - вид набора перегородок в четвертом варианте осуществления изобретения;

на фиг. 10-13 - виды различных модификаций пластинчатых выступов перегородок;

на фиг. 14, 15 - виды других вариантов пластинчатых выступов перегородок.

Подробное описание осуществления изобретения

На фиг. 1 показан схематический вид кожухотрубного аппарата 1, содержащего: кожух 2; прямой трубный пучок 3; множество перегородок 5, отстоящих друг от друга на расстояние р; две трубные решетки 6. На фиг. 1 для упрощения чертежа показаны только оси труб. Кроме того, показана центральная ось 20 трубного пучка 3, параллельная осям труб.

Каждая из перегородок 5 (фиг. 2) представляет собой по существу металлический диск 10, в котором сформированы отверстия 11, через которые могут проходить трубы 4. В зоне этих отверстий 11, или по меньшей мере некоторых из них, перегородка 5 содержит пластинчатые выступы 12, сформированные полосами материала диска 10, которые отходят от одной стороны 13 диска 10.

Отверстия 11 и пластинчатые выступы 12 могут быть сформированы с использованием различных способов. Например: отверстия 11 получают путем неполного вырубания, и пластинчатые выступы 12 формируются полосами материала диска 10, которые не удаляются, а остаются прикрепленными к диску; отверстия 11 могут быть получены с использованием подходящего способа резки, предпочтительно лазерной или гидроабразивной резки, с последующим отгибанием полос для формирования пластинчатых выступов 12; пластинчатые выступы 12 могут быть элементами из тонкого листового металла, устанавливаемыми на диске 10. Эти примеры указаны в качестве неограничивающих вариантов, так что возможны и другие технологические способы.

Через каждое отверстие 11 проходит труба 4 или несколько труб 4 (в зависимости от конкретного варианта).

На фиг. 3-5 иллюстрируется вариант, в котором трубы 4 могут быть свободно введены в отверстия 11 с некоторым люфтом, когда все перегородки 5 расположены со смещением в положении сборки. После завершения введения труб перегородки могут быть зафиксированы на трубах путем сопряженных линейных смещений на +f или -f, в результате чего перегородки выравниваются друг с другом. Направление указанных линейных смещений +f, -f также называется направлением запирания. Предпочтительно соседние перегородки запираются линейными смещениями в противоположных направлениях.

Для этой цели, например, отверстия 11 имеют по существу трапецеидальную форму с основанием, подходящим для введения трубы с некоторым люфтом, и с боковыми сторонами, сходящимися вверх к суживающейся верхней части для запирания трубы. Такой вариант также иллюстрируется на фиг. 10-15.

Набор перегородок 5 включает первые перегородки 5а, имеющие первую конфигурацию пластинчатых выступов 112а, и вторые перегородки 5b, имеющие вторую конфигурацию пластинчатых выступов 112b, причем первые перегородки 5а и вторые перегородки 5b чередуются друг с другом в продольном направлении трубного пучка. На фигурах (фиг. 3) также показана трубная решетка 6. В рассматриваемом примере перегородки 5а и 5b могут быть зафиксированы на трубах пучка путем линейных смещений +f, -f, соответственно.

Пластинчатые выступы 112а в указанной первой конфигурации отходят от соответствующих перегородок 5а в первом направлении, в котором они формируют в опорной плоскости первый угол a1 с направлением оси 14 труб и осью 20 трубного пучка 3.

Пластинчатые выступы 112b в указанной второй конфигурации отходят от соответствующих перегородок 5b во втором направлении, в котором они формируют с осями 14 и 20, в той же опорной плоскости, второй угол а2, противоположный по знаку первому углу a1 (фиг. 5).

Предпочтительно второй угол равен и противоположен по знаку первому углу, то есть а2=-a1.

Более предпочтительно абсолютная величина (модуль) первого угла a1 и второго угла а2 находится в диапазоне от 30 до 60 градусов, и предпочтительно равна 45 градусам.

Указанная опорная плоскость представляет собой плоскость, показанную на фиг. 4.

Как показано на фиг. 5, верхняя поверхность 120 пластинчатого выступа 112а обращена в сторону отверстия 11 и имеет плоскую поверхность, наклоненную под углом a1 относительного направления оси 20 трубного пучка. Аналогичным образом, верхняя поверхность 121 пластинчатого выступа 112b имеет плоскую поверхность, проходящую под углом а2 относительно указанной оси 20.

Такая конфигурация, показанная, в частности, на фиг. 4, пластинчатые выступы 112а и 112b отклоняют поток в межтрубном пространстве внутри аппарата 1 поочередно в двух разных направлениях, например, вверх и вниз, в результате чего формируются по существу синусоидальные линии Fs потока, отклоняющиеся вверх или вниз при прохождении первых перегородок 5а или вторых перегородок 5b, соответственно.

Как показано на фиг. 3-5, пластинчатые выступы 112а, 112b находятся на одной стороне отверстия 11, которая придвигается к трубе 4 в результате запирающего перемещения +f или -f, например, на меньшей стороне трапецеидальных отверстий 11. Таким образом, вышеописанные пластинчатые выступы обеспечивают упругую опору для труб 4, когда перегородки 5а, 5b переводят из положения сборки в положение запирания.

В частности, на фиг. 5 можно видеть, что труба 4 прижата для опоры поочередно в одном направлении и в другом, противоположном направлении, например, вверх и вниз. В положении запирания трубы 4 зажаты между наклоненными боковыми сторонами отверстий 11, и при этом пластинчатые выступы 112а, 112b представляют собой упругие элементы, обеспечивающие устранение люфтов, связанных с производственными допусками.

Из вышеизложенного можно понять, что пластинчатые выступы 112а, 112b выполняют функцию изменения динамики потока текучей среды, формируя синусоидальные линии потока, и функцию конструктивных элементов, обеспечивающих упругую поддержку труб 4, компенсирующих люфты, связанные с производственными допусками, и гасящих вибрации.

На фиг. 6 иллюстрируется модификация варианта, показанного на фиг. 3-5, в которой пластинчатые выступы 112а, 112b расположены поперечно относительно направления запирания перегородок 5, например, по сходящимся боковым сторонам трапецеидальных отверстий 11.

На фиг. 7, 8 иллюстрируется вариант конструкции запирания поворотом, в которой перегородки 5 переводятся из положения сборки, в котором трубы свободно вводятся с люфтами в отверстия 11, в положение запирания путем сопряженных поворотов на углы +ϕ или -ϕ вокруг оси 20. В предпочтительных вариантах соседние перегородки обеспечивают запирание труб путем поворота в противоположных направлениях.

В таком варианта запирания поворотом набор перегородок 5 предпочтительно содержит первые перегородки 5а и вторые перегородки 5b с пластинчатыми выступами 212а, 212b, сконфигурированными для обеспечения движения по спирали текучей среды в межтрубном пространстве.

Более подробно, в рассматриваемом варианте пластинчатые выступы 212а, 212b отходят от противоположных сторон перегородок, например, перегородки 212а отходят от передних сторон 13а перегородок 5а, а пластины 212b отходят от задних сторон 13b перегородок 5b. Пластинчатые выступы 212а, 212b также смещены по углу. При такой конфигурации, показанной на фиг. 7, 8, пластинчатые выступы 212а, 212b обеспечивают отклонение потока в межтрубном пространстве для движения по спирали вокруг осей 14 и 20, так что формируются по существу спиральные линии Fe потока.

На фиг. 7, 8 пластинчатые выступы 212а, 212b расположены относительно отверстий 11 таким образом, что трубы 4 двигаются в направлении этих выступов 212а, 212b, когда перегородка переводится из положения сборки в рабочее положение. Таким образом, пластинчатые выступы также действуют в качестве упругих опор для труб и для устранения люфтов (аналогично конструкции, показанной на фиг. 3-5).

На фиг. 9 иллюстрируется вариант, показанный на фиг. 7, 8, в котором пластинчатые выступы 212а, 212b расположены в поперечном направлении относительно перемещения запирания (аналогично конструкции, показанной на фиг. 6). С помощью конфигурации пластинчатых выступов, показанных на фиг. 9, обеспечивается получение синусоидального потока в конструкции запирания поворотом.

На фиг. 10-13 показаны варианты осуществления пластинчатых выступов, указанных ссылочным номером 12. На фиг. 14 и 15 показаны другие варианты осуществления пластинчатых выступов. Эти варианты, показанные на фиг. 10-15, аналогичным образом могут быть применены в различных вариантах, показанных на фиг. 1-9.

На фиг. 10 иллюстрируется вариант, в котором пластинчатые выступы 12 имеют по существу многоугольную трапецеидальную форму и подсоединены к диску из листового металла по одной стороне 15.

На фиг. 11 иллюстрируется вариант, в котором только часть материала, вырезаемого из диска 10, формирует пластинчатый выступ 12, и, соответственно, площадь пластинчатых выступов 12 меньше площади отверстий 11.

На фиг. 12 иллюстрируется вариант, в котором пластинчатые выступы 12 присоединяются к основанию 16 отверстия 11, имеющего по существу трапецеидальную форму.

На фиг. 13 иллюстрируется вариант, в котором каждое отверстие 11 снабжено двумя пластинчатыми выступами 12, которые отходят от противоположных сторон, относительно плоскости перегородки.

Отверстия, имеющие по существу трапецеидальную форму, как это показано на фиг. 10-12, в общем случае подходят для одной проходящей трубы 4, и, соответственно, число отверстий 11 в перегородке должно быть равно числу труб 4. На фиг. 13 показан вариант отверстия 11 для конструкции запирания путем линейного смещения, подходящей для прохождения четырех труб.

На фиг. 14 и 15 показан вариант, в котором пластинчатые выступы 12 сформированы элементами из тонкого листового металла, которые установлены на диске 10, например, с использованием точечных сварных швов 25.

Следует отметить, что конструкция, показанная на фиг. 14 и 15, может быть применена во всех вариантах осуществления изобретения.

И, наконец, следует отметить, что варианты осуществления изобретения, например, аналогичные вариантам, показанным на фиг. 1-9, также возможны без использования системы запирания с линейным смещением или с поворотом перегородок.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в трубчатых теплообменных аппаратах. В кожухотрубном аппарате, содержащем множество перегородок (5), которые установлены вдоль трубного пучка перпендикулярно его оси и через которые проходят трубы этого трубного пучка, каждая перегородка представляет собой плоское тело с отверстиями (11), через которые проходят трубы, и перегородка содержит пластинчатые выступы (12) в зоне отверстий, отходящие от поверхности перегородки. Технический результат – создание кожухортубного аппарата с улучшенными характеристиками как с точки зрения конструкции, так и с точки зрения динамики потока текучей среды внутри аппарата. 14 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Кожухотрубный аппарат, содержащий множество перегородок (5), которые расположены вдоль трубного пучка перпендикулярно оси (20) трубного пучка (3) и через которые проходят трубы, причем:

каждая перегородка представляет собой по существу плоское тело и содержит металлическую пластину (10) с отверстиями (11) для прохождения труб через перегородку;

у указанных отверстий (11) перегородка имеет пластинчатые выступы, отходящие в сторону от металлической пластины;

причем пластинчатые выступы сконфигурированы для функционирования в качестве упругих опор для труб и/или в качестве элементов изменения динамики потока текучей среды, приспособленных для отклонения текучей среды, пересекающей межтрубное пространство аппарата, отличающийся тем, что обеспечивается прохождение газообразного потока в межтрубном пространстве продольно или преимущественно продольно и по меньшей мере некоторые из пластинчатых выступов представляют собой пластинчатые выступы для изменения динамики потока текучей среды, приспособленные для отклонения газообразного потока в межтрубном пространстве от основного, продольного направления.

2. Аппарат по п. 1, в котором все пластинчатые выступы каждой перегородки отходят от одной и той же стороны (13) соответствующей перегородки.

3. Аппарат по любому из пп. 1 или 2, содержащий первые перегородки (5а), имеющие первую конфигурацию пластинчатых выступов, и вторые перегородки (5b), имеющие вторую конфигурацию пластинчатых выступов, причем первые перегородки и вторые перегородки чередуются вдоль по меньшей мере части трубного пучка, и первая конфигурация и вторая конфигурация пластинчатых выступов сопряжены для придания потоку в межтрубном пространстве компонента движения, поперечного относительно оси (20) трубного пучка (3).

4. Аппарат по п. 3, в котором:

первые перегородки (5а) имеют пластинчатые выступы (112а), сконфигурированные для направления потока в межтрубном пространстве в первом направлении, составляющем в опорной плоскости первый угол (a1) с осью труб;

вторые перегородки (5b) имеют пластинчатые выступы (112b), сконфигурированные для направления потока в межтрубном пространстве во втором направлении, составляющем в опорной плоскости второй угол (а2) с осью труб, причем знак второго угла противоположен знаку первого угла;

в результате формируются линии потока в межтрубном пространстве, которые, проходя сквозь перегородки, поочередно отклоняются в разных направлениях.

5. Аппарат по п. 4, в котором линии потока в межтрубном пространстве имеют по существу синусоидальную форму.

6. Аппарат по п. 3, в котором первые перегородки (5а) и вторые перегородки (5b) имеют пластинчатые выступы (212а, 212b), направленные таким образом, чтобы сообщать текучей среде в межтрубном пространстве движение по существу по спирали вокруг оси трубного пучка.

7. Аппарат по п. 6, в котором пластинчатые выступы (212а, 212b) отходят от противоположных сторон (13а, 13b) соответствующих первых перегородок и вторых перегородок (5а, 5b), и пластинчатые выступы перегородок, обращенных друг к другу, смещены по углу.

8. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере одна перегородка содержит пластинчатые выступы разных конфигураций.

9. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором каждая перегородка занимает всю или по существу всю площадь поперечного сечения межтрубного пространства или только часть указанной площади.

10. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором пластинчатые выступы соседних перегородок опираются на противоположные стороны каждой трубы.

11. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором перегородки сформированы так, что:

каждое отверстие для одной или более труб содержит по меньшей мере первую зону, подходящую для приема трубы или труб с люфтами, и вторую зону, подходящую для приема трубы или труб с меньшими люфтами или по существу без люфтов;

каждая труба принимается в первую зону соответствующего посадочного места, когда перегородка находится в так называемом положении сборки, и принимается во вторую зону посадочного места, когда перегородка находится в рабочем положении.

12. Аппарат по п. 11, в котором пластинчатые выступы расположены относительно отверстий (11) таким образом, что трубы перемещаются в направлении пластинчатых выступов, когда перегородки устанавливают в рабочее положение, так что пластинчатые выступы обеспечивают упругие опоры для труб, когда перегородки находятся в рабочем положении.

13. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором пластинчатые выступы сформированы элементами из листового металла, установленными на металлической пластине в соответствии с отверстиями.

14. Аппарат по любому из пп. 1-12, в котором отверстия пробиты или вырезаны в металлической пластине, и пластинчатые выступы сформированы полосами материала металлической пластины, получаемыми в результате пробивки или вырезания отверстий, и согнуты соответствующим образом.

15. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором перегородки содержат внешнее усиливающее кольцо, толщина которого превышает толщину металлического листа.