СТАБИЛИЗАЦИЯ ТРУБНОГО ПУЧКА ДЛЯ ЗМЕЕВИКОВОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2022 года по МПК F28D7/02 F22B37/20 B21D11/06 

Изобретение относится к устройству, применяемому при изготовлении трубного пучка змеевикового теплообменника, а также к способу изготовления такого трубного пучка.

Такие змеевиковые теплообменники содержат кожух, который охватывает внутреннее пространство кожуха для приема первой жидкой среды, причем во внутреннем пространстве кожуха размещена центральная труба, на которой навиты трубы с промежуточной укладкой ребер, в результате чего образуется трубный пучок. В пучке труб может прокачиваться по меньшей мере одна вторая жидкая среда, которая при этом может косвенно обмениваться теплом с направляемой во внутреннем пространстве кожуха первой средой. Кроме того, может быть предусмотрена рубашка, которая заключает в себе образованный трубами трубный пучок и служит для того, чтобы предотвратить обходное течение первой среды во внутреннем пространстве кожуха теплообменника мимо трубного пучка. Центральная труба, с одной стороны, обеспечивает процесс навивки труб, а с другой стороны, служит для предотвращения обводного течения по центру трубного пучка. Как правило, для навивки труб на трубный пучок центральная труба располагается горизонтально, тогда как во время работы теплообменника она направлена вертикально.

При навивке такого трубного пучка центральная труба вращается вокруг продольной оси, т.е. вокруг оси центральной трубы, причем продольная ось расположена горизонтально.

При этом происходит раскрытие пучка на его концах, т.е. в зоне первого или противоположного ему второго конца центральной трубы, в частности на нижнем (в рабочем положении теплообменника) конце трубного пучка, где обычно не предусмотрено укрепляющих трубный пучок кронштейнов.

Это становится возможным при частом вращении, а именно в сочетании с провисом на свободном конце пучка. В результате могут возникать обрывы хомутов, которыми трубы трубного пучка крепятся к ребрам трубного пучка. Из-за этого, в свою очередь, возможно появление повреждений труб трубного пучка.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для изготовления трубного пучка змеевикового теплообменника, при которых описанное выше раскрывающее движение трубного пучка ограничено.

Эта задача решается с помощью устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения, а также способа с признаками пункта 15 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления этих аспектов изобретения представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения и описываются ниже.

Согласно пункту 1 формулы изобретения, представляется устройство, применяемое при изготовлении трубного пучка змеевикового теплообменника, в котором трубы навиваются в несколько слоев на ориентированную в осевом направлении центральную трубу, причем между слоями труб расположены ориентированные вдоль осевого направления ребра.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что устройство предпочтительно не является компонентом готового теплообменника, а предусмотрено и, в частности, выполнено с возможностью удаления с центральной трубы после навивки трубного пучка, и содержит по меньшей мере одну первую опорную конструкцию для удержания ребер от смещения в радиальном направлении центральной трубы, причем по меньшей мере одна первая опорная конструкция выполнена с возможностью фиксации на первом конце центральной трубы, и при этом по меньшей мере одна первая опорная конструкция вращает центральную трубу в направлении по окружности, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция укреплена на центральной трубе.

Радиальное направление всегда перпендикулярно осевому направлению, т.е. продольной оси центральной трубы, и направлено от этой оси.

Удержание первых концов ребер от смещения в радиальном направлении, в частности, означает, что движение ребер (т.е. первых и/или вторых концов ребер) в радиальном направлении относительно центральной трубы ограничивается по меньшей мере одной опорной конструкцией.

Последние расчеты трубных пучков змеевиковых теплообменников, в частности проведенные в форме анализа механических напряжений, основанного на методе конечных элементов, показали, что при увеличении числа слоев прежних опор для пучков становится недостаточно, т.е. при навивке последних слоев труб все же приходится считаться с раскрыванием.

Тенденция раскрывания пучка, особенно в случае тяжелых трубных пучков, при моделировании наблюдается и на верхнем конце трубного пучка, где обычно находятся кронштейны для удержания трубного пучка.

Это означает, что в случае достаточно больших трубных пучков (относительно диаметра и длины пучка) и/или в случае особо тяжелых пучков нижняя опора пучка становится недостаточной, и, кроме того, опора необходима и в верхней части.

Решение в соответствии с изобретением обеспечивает достаточную опору в этом отношении, причем по меньшей мере одна опорная конструкция предпочтительно используется для удержания ребер трубного пучка на нижнем конце трубного пучка, а при необходимости — и на верхнем конце трубного пучка.

Благодаря опорным конструкциям в соответствии с изобретением трубный пучок стабилизируется по всему объему, а не только частично. Это также позволяет навивать еще большие трубные пучки, чем раньше, не допуская повреждения труб или хомутов, вызываемого раскрыванием трубного пучка.

Согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что по меньшей мере одна опорная конструкция выполнена в форме диска, в частности в форме круга, и для удержания ребер содержит множество гнезд, каждое из которых образовано для приема одного первого конца ребра трубного пучка.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что по меньшей мере одна первая опорная конструкция содержит множество удерживающих ребра опорных колец, каждое из которых вращается в направлении по окружности относительно центральной трубы, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция укреплена на первом конце центральной трубы.

При этом согласно одному варианту осуществления изобретения также предусмотрено, что каждые два смежных (в радиальном направлении относительно центральной трубы) опорных кольца, удерживающих ребра центральной трубы, образуют по одному гнезду для множества смежных (в направлении по окружности центральной трубы) первых концов ребер, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция укреплена на первом конце центральной трубы.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что каждые два смежных опорных кольца выполнены так, чтобы направлять упомянутые первые концы ребер со смещением в осевом направлении. В качестве альтернативы, согласно одному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что каждый из первых концов устанавливают в соответствующем гнезде, в частности на первой опорной конструкции, с возможностью фиксации.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что опорные кольца по меньшей мере одной первой опорной конструкции соединены между собой распорками, каждая из которых ориентирована в радиальном направлении относительно центральной трубы, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция укреплена на первом конце центральной трубы.

Согласно другому варианту осуществления изобретения предусмотрено, что по меньшей мере одна первая опорная конструкция содержит множество рычагов, каждый из которых содержит множество гнезд для удержания первых концов ребер трубного пучка, причем каждый из рычагов ориентирован в радиальном направлении относительно центральной трубы, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция укреплена на первом конце центральной трубы.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что каждое из описанных выше гнезд по меньшей мере одной опорной конструкции выполнено в виде сквозного отверстия.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что каждое гнездо, в частности сквозное отверстие, выполнено для жесткой фиксации одного первого конца ребра трубного пучка.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что каждое гнездо выполнено так, чтобы направлять первый конец соответствующего ребра со смещением в осевом направлении. Однако также имеется альтернативная возможность установки первых концов в соответствующих гнездах или на первой опорной конструкции с возможностью фиксации в осевом направлении.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что рычаги соединены между собой распорками, которые проходят по окружности, когда по меньшей мере одна опорная конструкция укреплена на первом конце центральной трубы.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что рычаги образованы из отдельных соединенных друг с другом (в частности, сваренных между собой) корпусов, которые (в состоянии, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция укреплена на первом конце центральной трубы) расположены в радиальном направлении рядом друг с другом или друг над другом, причем каждое гнездо, в частности, образовано путем выреза в соответствующем корпусе.

Согласно одному варианту осуществления изобретения также предусмотрено, что вырез в соответствующем корпусе выполнен в виде паза (в частности, с прямоугольным поперечным сечением) и вместе со смежным корпусом образует сквозное отверстие.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что каждый корпус (в состоянии, когда по меньшей мере одна опорная конструкция укреплена на первом конце центральной трубы) с обращенной к центральной трубе нижней стороны, на которой выполнен соответствующий вырез или паз, содержит две взаимно противоположные фаски, причем каждая фаска выполнена на ориентированной вдоль осевого направления кромке нижней стороны.

Согласно одному варианту осуществления изобретения также предусмотрено, что каждый из рычагов по меньшей мере одной первой опорной конструкции выполнен с возможностью крепления за первый конец соответствующего рычага к внешней стороне центральной трубы или что каждый из рычагов за первый конец закреплен на крепежном кольце или выполнен с возможностью крепления на крепежном кольце, которое выполнено с возможностью фиксации на внешней стороне центральной трубы, причем крепежное кольцо охватывает центральную трубу.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что устройство содержит вторую опорную конструкцию, удерживающую ребра от смещения в радиальном направлении относительно центральной трубы, причем вторая опорная конструкция выполнена с возможностью фиксации на втором конце центральной трубы, противоположном первому концу в осевом направлении центральной трубы, и при этом вторая опорная конструкция вращает центральную трубу в направлении по окружности, когда вторая опорная конструкция укреплена на центральной трубе.

Вторая опорная конструкция может быть образована согласно отдельным вариантам осуществления изобретения, которые описаны выше для по меньшей мере одной первой опорной конструкции, причем здесь каждое гнездо служит для крепления одного второго конца ребра (или нескольких вторых концов ребер). Второй конец ребра трубного пучка противоположен первому концу ребра в осевом направлении центральной трубы. Таким образом, каждое ребро располагается вдоль осевого направления между своим первым концом и своим вторым концом.

Первым концом центральной трубы может быть верхний конец центральной трубы (при вертикальном, согласно назначению, расположении центральной трубы в готовом к работе теплообменнике), на котором трубы трубного пучка сведены в его вершину. По меньшей мере одна первая опорная конструкция может содержать один или несколько вырезов для проведения одной или нескольких вершин трубного пучка. Тогда вторым концом центральной трубы может быть нижний конец центральной трубы.

Кроме того, первым концом центральной трубы может быть и нижний конец центральной трубы. Тогда вторым концом может быть верхний конец, который тоже может содержать упомянутый вырез или упомянутые вырезы для вершин трубного пучка.

Следующий аспект изобретения относится к устройству, применяемому при изготовлении трубного пучка змеевикового теплообменника, в котором трубы навиваются в несколько слоев на ориентированную в осевом направлении центральную трубу, причем между слоями труб расположены ориентированные вдоль осевого направления ребра, причем устройство содержит по меньшей мере одну первую опорную конструкцию, удерживающую ребра от смещения в радиальном направлении относительно центральной трубы, причем по меньшей мере одна первая опорная конструкция выполнена с возможностью фиксации на первом конце центральной трубы, и при этом по меньшей мере одна опорная конструкция вращает центральную трубу в направлении по окружности, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция укреплена на центральной трубе. Настоящее изобретение также можно усовершенствовать или охарактеризовать подробнее с помощью признаков, указанных в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следующий аспект данного изобретения относится к способу изготовления трубного пучка для змеевикового теплообменника с использованием устройства согласно изобретению, причем изготавливается ориентированная в осевом направлении центральная труба, и при этом по меньшей мере одна первая опорная конструкция фиксируется на первом конце центральной трубы так, что по меньшей мере одна первая опорная конструкция вращается в направлении по окружности центральной трубы (и, в частности, находится на расстоянии от центральной трубы в радиальном направлении от центральной трубы), и при этом на центральную трубу навиваются трубы для образования нескольких расположенных друг над другом (в радиальном направлении от центральной трубы) слоев труб, причем между каждыми двумя смежными слоями труб расположено несколько ребер, каждое из которых ориентировано вдоль осевого направления и удерживается от смещения в радиальном направлении центральной трубы по меньшей мере одной опорной конструкцией.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления способа в соответствии с изобретением предусмотрено, что вторая опорная конструкция фиксируется на втором конце центральной трубы так, что вторая опорная конструкция вращается в направлении по окружности центральной трубы (и, в частности, находится на расстоянии от центральной трубы в радиальном направлении от центральной трубы), причем каждое из ребер, расположенных между двумя слоями труб, удерживается второй опорной конструкцией от смещения в радиальном направлении от центральной трубы.

Согласно одному варианту осуществления способа в соответствии с изобретением предусмотрено, что для удержания ребер первые концы ребер располагаются в гнездах первой опорной конструкции.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления способа в соответствии с изобретением предусмотрено, что для удержания ребер вторые концы ребер располагаются в гнездах второй опорной конструкции.

По завершении изготовления трубного пучка первую опорную конструкцию и при необходимости вторую опорную конструкцию удаляют с центральной трубы.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения опорные конструкции предпочтительно не являются компонентами готового змеевикового теплообменника.

Другие особенности и преимущества изобретения поясняются ниже с использованием описания примера осуществления изобретения и графических материалов. Описание графических материалов:

фиг. 1: вид в частичном разрезе змеевикового теплообменника с трубным пучком, состоящим из нескольких труб, навитых на центральную трубу, причем между смежными слоями труб установлены ребра;

фиг. 2: схематичное изображение одного варианта осуществления устройства в соответствии с изобретением с дискообразной опорной конструкцией для удержания ребра изготовляемого трубного пучка;

фиг. 3: схематичное изображение одного другого варианта осуществления устройства в соответствии с изобретением с опорной конструкцией, содержащей несколько опорных колец, для удержания ребра изготовляемого трубного пучка;

фиг. 4: схематичное изображение одного другого варианта осуществления устройства в соответствии с изобретением с опорной конструкцией, содержащую несколько опорных колец, для удержания ребра изготовляемого трубного пучка, а также первый или второй направляющий рычаг другого варианта осуществления устройства в соответствии с изобретением; и

фиг. 5: схематичное изображение в разрезе центральной трубы с укрепленными на ней опорными конструкциями, а также удерживаемыми с помощью опорных конструкций ребрами.

На фиг. 5 показано устройство 1 в соответствии с изобретением, содержащее по меньшей мере одну первую опорную конструкцию 20, которая здесь предусмотрена на первом конце 300b центральной трубы 300. Кроме того (или вместо того), устройство 1 может содержать вторую опорную конструкцию 21, которая фиксируется на втором конце 300c центральной трубы 300 и в осевом направлении z центральной трубы 300 противостоит другой опорной конструкции 20. Далее представлено описание устройства 1, которое содержит две взаимно противоположные опорные конструкции 20, 21, однако при этом во всех вариантах осуществления изобретения принципиально существует возможность отказа от одной из двух опорных конструкций 20, 21.

В соответствии с изобретением устройство 1 используют для навивки труб 30 на центральную трубу 300 змеевикового теплообменника 100 с целью изготовления трубного пучка 3. При навивке трубного пучка 300 из отдельных труб 30 осевое направление z, т.е. продольная ось z центральной трубы 300, располагается горизонтально, как показано на фиг. 5, причем центральная труба 300 вращается вокруг продольной оси z, что позволяет навивать на центральную трубу 300 отдельные трубы 30 предпочтительно по винтовой линии, с промежуточной укладкой ребер 10. При этом ребра 10 проходят между двумя смежными слоями 4 труб, т.е. между внешней стороной 300a центральной трубы 300 и самым глубоким внутренним слоем 4 труб вдоль осевого направления z, причем ребра 10 в радиальном направлении R центральной трубы 300 расположены друг над другом. Трубы 30 выполнены с возможностью крепления к ребрам 10, например, посредством хомутов, которые на фиг. 5 не показаны.

При навивке трубного пучка 3 устройство 1 или его опорные конструкции 20, 21 используются, во-первых, для удержания связности трубного пучка 3 или его слоев 4 труб в радиальном направлении R трубного пучка 3 или центральной трубы 300, так что при вращении центральной трубы 300 вокруг горизонтальной продольной оси z пучок не раскрывается на концах, а во-вторых - для обеспечения возможности продольного перемещения ребер 10 трубного пучка 3 в осевом направлении z центральной трубы 300. Однако в качестве альтернативы также можно фиксировать ребра 10 на опорных конструкциях 20, 21 от смещения в осевом направлении z центральной трубы 300. Радиальное направление R всегда перпендикулярно осевому направлению z, т.е. продольной оси z, вдоль которой располагается центральная труба 300, и направлено от продольной оси z.

Готовый навитый трубный пучок 3 может быть выполнен, например, по образцу фиг. 1. Как показано на примере фиг. 1, змеевиковый теплообменник 1 обычно содержит направленный вдоль продольной оси z (вертикальной в рабочем положении) кожух 2, который охватывает внутреннее пространство 6 кожуха теплообменника 1, которое служит для приема первой жидкой среды M, причем во внутреннем пространстве 6 кожуха расположен трубный пучок 3. Трубный пучок 3 может содержать несколько труб 30 для приема по меньшей мере одной второй жидкой среды M‘, причем трубы 30, как показано выше, предпочтительно навиты, по меньшей мере частями, по спирали или винтовой линии на центральную трубу 300 теплообменника 1, которая располагается во внутреннем пространстве 6 кожуха вдоль продольной оси z, т.е. в осевом направлении z. В результате навивки труб 30 на центральную трубу 300 трубный пучок 3 содержит один или несколько слоев 4 труб, которые в радиальном направлении R от центральной трубы 300 или трубного пучка 3 расположены друг над другом. Кроме того, как показано на фиг. 1, трубы 30 навиты на внешнюю сторону 300a центральной трубы 300 с промежуточной укладкой ребер 10. Кроме того, на кожухе 2 предусмотрены связанные с потоком жидкости во внутреннем пространстве 6 кожуха патрубки 52, 53, которые служат для подачи и выпуска первой среды M. При этом первую среду M можно направлять во внутреннем пространстве 6 кожуха сверху вниз или снизу вверх.

Кроме того, на кожухе 2 предусмотрены связанные с потоком жидкости в трубном пучке 3 патрубки 50, 51, через которые по меньшей мере одну вторую среду M‘ можно подавать в трубный пучок 3 или выпускать из него. Таким образом, направляемая по трубному пучку 3 вторая среда M‘ может косвенно обмениваться теплом с направляемой по внутреннему пространству 6 кожуха первой средой M. В трубном пучке 3 по меньшей мере одну вторую среду M‘ тоже можно направлять сверху вниз или снизу вверх. Кроме того, трубы 30 могут быть разделены на группы труб (на фиг. 1 представлены три такие группы), которые можно заполнять отдельно второй средой M‘ (и, в частности, разными средами). Для предотвращения обходного течения первой среды M мимо трубного пучка 3 во внутреннем пространстве 6 кожуха трубный пучок 3 может быть заключен в рубашку 7.

На фиг. 2–4 представлены отдельные варианты осуществления устройства 1 в соответствии с изобретением, причем в каждом случае показана первая опорная конструкция 20 устройства 1. Как указывалось в начале, каждое устройство 1 может содержать вторую опорную конструкцию 21, которая выполнена аналогично соответствующей первой опорной конструкции 20. При этом следует отметить, что первая опорная конструкция 20 служит для удержания первых концов 10a ребер 10 трубного пучка 3, в то время как вторая опорная конструкция 21 при необходимости может служить для удержания вторых концов 10b ребер 10, которые противостоят соответствующим первым концам 10a в осевом направлении z.

При навивке трубного пучка 3 постепенно укладываемые на слои 4 труб или между слоями 4 труб ребра 10 трубного пучка 3 могут удерживаться опорными конструкциями 20 и/или 21 от смещения в радиальном направлении R от центральной трубы так (а при необходимости - перемещаться в осевом направлении z так), чтобы при навивке трубного пучка 3 можно было обеспечить необходимую связность трубного пучка 3 в радиальном направлении на первом или втором конце 300b, 300c центральной трубы 300.

Согласно представленному на фиг. 2 варианту осуществления изобретения предусмотрено, что по меньшей мере одна первая опорная конструкция 20 выполнена в форме диска, и, в частности, кругового, и для удержания ребер 10, т.е. первых концов 10a ребер 10, содержит множество гнезд 42, которые, в частности, выполнены в виде сквозных отверстий и каждое из них предназначено для приема одного первого конца 10a ребра 10 трубного пучка 3.

Для размещения первой опорной конструкции 20 на центральной трубе 300 первая опорная конструкция 20 содержит центральное отверстие 20a, в котором может быть установлен первый конец 300b центральной трубы 300, причем опорная конструкция 20 дополнительно может быть приварена к внешней стороне 300a центральной трубы 300.

При навивке трубного пучка 3 трубы 30 трубного пучка 3 навивают на центральную трубу 300 с образованием слоев 4 труб, причем на внешней стороне 300a центральной трубы 300 и на каждом слое 4 труб размещается множество ребер 10, первые концы 10a которых располагаются в соответствующих гнездах 42 и благодаря этому удерживаются первой опорной конструкцией 20 от смещения в радиальном направлении R от центральной трубы 300. Вторые концы 10b ребер 10 могут удерживаться аналогичным образом с помощью предусмотренной на втором конце 300b центральной трубы 300 опорной конструкции 21.

Между каждым их двух смежных слоев 4 труб, а также, в частности, между внешней стороной 300a центральной трубы 300 и самым глубоким внутренним слоем 4 труб располагается, в частности, по одинаковому числу ребер 10, причем соответствующее множество ребер 10 в радиальном направлении R от центральной трубы 300 располагается друг над другом. Аналогично гнезда 42 в первой и/или второй опорной конструкции 20, 21 расположены так, что соответствующие несколько гнезд 42 расположены в соответствующем радиальном направлении R друг над другом. Кроме того, гнезда 42 в первой или второй опорной конструкции 20, 21 в направлении U по окружности выполнены в соответствии с желаемым положением ребер 10 в трубном пучке 3.

Расположение ребер 10 в соответствующих гнездах или сквозных отверстиях 42 первой и/или второй опорной конструкции 20, 21 может способствовать скольжению в опорах ребер 10 в осевом направлении z. В качестве альтернативы возможна фиксация ребер 10 на первой и/или второй опорной конструкции 20, 21 от смещения в осевом направлении z.

На фиг. 3 представлен один из альтернативных вариантов осуществления устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением, в котором по меньшей мере одна первая опорная конструкция 20 содержит множество, например, круглых опорных колец 40, которые включены в конфигурацию для удержания ребер 10, причем каждое из отдельных опорных колец 40 предпочтительно вращается в направлении U по окружности центральной трубы 300, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция 20, как показано на фиг. 3, зафиксирована на первом конце 300b центральной трубы 300.

При этом, согласно одному из вариантов осуществления, каждые два смежных (в радиальном направлении R от центральной трубы 300) опорных кольца 40 для удержания ребер 10 центральной трубы 300 от смещения в радиальном направлении R расположены друг относительно друга так, что образуют гнезда 42 для множества расположенных рядом друг с другом в направлении U по окружности центральной трубы 300 первых концов 10a ребер 10. При этом каждые два смежных опорных кольца 40 могут быть выполнены так, чтобы направлять смещение названных первых концов 10a ребер 10 в осевом направлении z.

Кроме того, можно предусмотреть, чтобы опорные кольца 40 были соединены между собой распорками 41, каждая из которых ориентирована в радиальном направлении R от центральной трубы 300, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция 20 укреплена на первом конце 300b центральной трубы 300.

Кроме того, первая опорная конструкция 20 с помощью самого меньшего в радиальном направлении R опорного кольца 40 и/или с помощью распорок 41 может быть зафиксирована на внешней стороне 300a центральной трубы 300, в частности, по меньшей мере одним сварным соединением.

В случае применения устройства согласно фиг. 3 при навивке трубного пучка 3 трубы 30 трубного пучка 3 тоже навиваются на центральную трубу 300 с образованием слоев 4 труб, причем на внешней стороне 300a центральной трубы 300 и на каждом слое 4 труб размещается множество ребер 10, первые концы 10a которых располагаются в соответствующих гнездах 42, т.е. между двумя смежными опорными кольцами 40, и благодаря этому удерживаются первой опорной конструкцией 20 от смещения в радиальном направлении R от центральной трубы 300. Вторые концы 10b ребер 10, в свою очередь, могут удерживаться аналогичным образом с помощью предусмотренной на втором конце 300b центральной трубы 300 второй опорной конструкции 21 (см. фиг. 5).

Между каждым их двух смежных слоев 4 труб, а также, в частности, между внешней стороной 300a центральной трубы 300 и самым глубоким внутренним слоем 4 труб располагается, в частности, по одинаковому числу ребер 10, причем соответствующее множество ребер 10 в радиальном направлении R от центральной трубы 300 располагается друг над другом, как показано на фиг. 3. Соответственно, гнезда 42 на первой и/или второй опорной конструкции 20, 21 расположены так, что все удерживаемые ребра 10, т.е. их первые концы 10a, могут быть расположены по одному между каждыми двумя смежными опорными кольцами 40.

Первую и/или вторую опорную конструкцию 20, 21 представленного на фиг. 3 вида можно расположить полностью смонтированными на центральной трубе 300, а затем при навивке трубного пучка постепенно размещать ребра 10 в соответствующих гнездах 42. Вместо этого также можно постепенно монтировать первую и/или вторую опорную конструкцию 20, 21. Так, например, можно сначала разместить на соответствующем конце 300b или 300c центральной трубы 300 самое меньшее внутреннее опорное кольцо 40 первой и/или второй опорной конструкции 20, 21, на которое затем устанавливают первые концы 10a ребер 10, когда их укладывают на текущий верхний слой труб 4, причем после этого следующее (смежное) опорное кольцо 40 размещают на концах 10a и соединяют с более глубоко расположенным опорным кольцом 40, например, с помощью распорок 41. Таким образом можно также послойно смонтировать первую и/или вторую опорную конструкцию 20, 21.

После полного завершения навивки трубного пучка 3 устройство 1, т.е. первую и/или вторую опорную конструкцию 20, 21 предпочтительно снова удаляют с центральной трубы 300.

На фиг. 4 также представлен один из вариантов осуществления устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением, причем по меньшей мере одна первая опорная конструкция 20 содержит множество рычагов 43, два из которых для примера показаны на фиг. 4, причем каждый из упомянутых рычагов 43 ориентирован в радиальном направлении R от центральной трубы 300, когда первое опорное устройство 20 укреплено на первом конце 300b центральной трубы 300.

Каждый из упомянутых рычагов 43 содержит множество гнезд 42 для удержания первых концов 10a ребер 10 трубного пучка 3, причем каждое гнездо 42 предпочтительно выполнено в виде сквозного отверстия.

При этом каждое гнездо 42 выполнено для жесткой фиксации одного первого конца 10a соответствующего ребра 10 трубного пучка 3, причем, в частности, может быть предусмотрено, что каждое гнездо 42 выполнено так, чтобы направлять смещение первого конца 10a соответствующего ребра 10 в осевом направлении z. Однако также можно зафиксировать первые концы 10a на первой опорной конструкции 20 от смещения в осевом направлении z (например, с помощью сварных соединений).

Кроме того, согласно одному из вариантов осуществления, упомянутые рычаги 43 предпочтительно соединены между собой распорками 44, которые ориентированы в направлении U по окружности центральной трубы 300, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция 20 укреплена на первом конце 300b центральной трубы 300.

Кроме того, согласно одному варианту осуществления предусмотрено, что отдельные рычаги 43 образованы из отдельных связанных между собой корпусов 400, причем каждое гнездо 42 образовано вырезом 42 из соответствующего корпуса 400, в частности, в виде паза. При этом каждый паз 42 корпуса 400 вместе со смежным корпусом 400 образует сквозное отверстие 42, когда упомянутый корпус 400, содержащий паз 42, соединен (в частности, сварен) со смежным корпусом 400, который в этом случае перекрывает паз в радиальном направлении R, образуя сквозное отверстие 42 для приема первого конца 10a соответствующего ребра 10 трубного пучка 3.

Каждый корпус 400 (в состоянии, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция 20 укреплена на первом конце 300b центральной трубы 300), в частности, может содержать с обращенной к центральной трубе 300 нижней стороны 400a, на которой выполнен соответствующий вырез 42 или паз 42, две взаимно противоположные фаски 401, причем каждая фаска 401 выполнена на ориентированной вдоль осевого направления z кромке нижней стороны 400a (см. выносной элемент фиг. 4).

Кроме того, можно предусмотреть, что каждый из рычагов 43 выполнен с возможностью крепления за первый конец 43a соответствующего рычага 43 к внешней стороне 300a центральной трубы 300, или что каждый из рычагов 43 за первый конец 43a закреплен на крепежном кольце 45 или выполнен с возможностью крепления на крепежном кольце, которое должно быть зафиксировано на внешней стороне 300a центральной трубы 300, причем крепежное кольцо 45, например, охватывает центральную трубу 300.

В представленном на фиг. 4 варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением также можно предусмотреть, что первая и/или вторая опорная конструкция 20, 21 полностью смонтирована на первом или втором конце 300b или 300c центральной трубы 300, причем в этом случае при навивке трубного пучка 3 ребра 10 постепенно размещают в соответствующих гнездах 42. В свою очередь, в качестве альтернативы этому, согласно одному из вариантов осуществления, предусмотрен постепенный или послойный монтаж первой и/или второй опорной конструкции 20, 21 (аналогично трубному пучку 3). Так, например, каждый корпус 400 со своим пазом 42 может быть насажен на расположенное в данный момент на верхнем слое труб ребро 10 так, чтобы первый конец 10a ребра 10 вошел в гнездо 42 или паз 42, причем в этом случае упомянутый корпус 400 может быть прикреплен к расположенному под ним компоненту (например, к другому смежному корпусу 400), в частности с помощью сварки. Упомянутые фаски 401 могут образовывать, например, со смежным корпусом 400, по одному вырезу, в каждом из которых можно выполнить сварной шов, соединяющий между собой оба смежных корпуса 400, в результате чего создается сквозное отверстие 42 для соответствующего конца 10a ребра 10. Таким образом при навивке трубного пучка 3 можно постепенно монтировать рычаги 43, причем при монтаже рычагов 43 ориентированные в направлении U по окружности распорки 44 между двумя рычагами 43 крепят к ним (например, с помощью сварных соединений) для стабилизации рычагов 43.

Вторая опорная конструкция 21, удерживающая вторые концы 10b (см. фиг. 5), может быть смонтирована аналогичным образом.

После полного завершения навивки трубного пучка 3 устройство 1, т.е. первую и/или вторую опорную конструкцию 20, 21 предпочтительно снова удаляют с центральной трубы 300.

Список обозначений

1 Устройство 100 Теплообменник 2 Кожух 3 Трубный пучок 4 Слои труб 6 Внутреннее пространство кожуха 7 Рубашка 10 Ребро 20, 21 Опорная конструкция 20a Отверстие 30 Труба 40 Опорное кольцо 41 Распорки 42 Гнездо 43 Рычаги 43a Конец 44 Распорки 45 Крепежное кольцо 50, 51, 52, 53 Патрубки 300 Центральная труба 300a Внешняя сторона 300b, 300c Конец 400 Корпус 400a Нижняя сторона 400b Верхняя сторона 401 Фаска M Первая среда M‘ Вторая среда R Радиальное направление U Направление по окружности Z Осевое направление, или продольная ось

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении змеевиковых теплообменников. В устройстве (1), применяемом при изготовлении трубного пучка (3) змеевикового теплообменника (100), в котором трубы (30) навивают в несколько слоев (4) труб на ориентированную в осевом направлении (z) центральную трубу (300), причем между слоями (4) труб расположены ориентированные в осевом направлении (z) ребра (10), предусмотрено, что устройство (1) содержит по меньшей мере одну первую опорную конструкцию (20) для удержания ребер (10) от смещения в радиальном направлении (R) от центральной трубы (300), причем по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) выполнена с возможностью укрепления на первом конце (300b) центральной трубы (300), и при этом по меньшей мере одна опорная конструкция (20) вращает центральную трубу (300) в направлении (U) по окружности, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) укреплена на центральной трубе (300). Технический результат - предотвращение повреждений труб трубного пучка при изготовлении змеевикового теплообменника. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство (1) для применения при изготовлении трубного пучка (3) змеевикового теплообменника (100), в котором трубы (30) навивают в несколько слоев (4) труб на ориентированную в осевом направлении (z) центральную трубу (300), причем между слоями (4) труб расположены ориентированные в осевом направлении (z) ребра (10), отличающееся тем, что устройство (1) не является компонентом готового теплообменника (100), а предусмотрено для удаления с центральной трубы (300) после навивки трубного пучка (3), и при этом устройство (1) содержит по меньшей мере одну первую опорную конструкцию (20) для удержания ребер (10) от смещения в радиальном направлении (R) от центральной трубы (300), причем по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) предназначена для закрепления на первом конце (300b) центральной трубы (300), и при этом по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) вращает центральную трубу (300) в направлении (U) по окружности, когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) укреплена на центральной трубе (300).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна опорная конструкция (20) выполнена в форме диска и для удержания ребер (10) содержит множество гнезд (42), каждое из которых образовано для приема одного первого конца (10a) ребра (10) трубного пучка (3).

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) содержит множество опорных колец (40) для удержания ребер (10), каждое из которых вращается в направлении (U) по окружности центральной трубы (300), когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) укреплена на первом конце (300b) центральной трубы (300).

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что каждые два смежных (в радиальном направлении (R) центральной трубы (300)) опорных кольца (40), удерживающих ребра (10) центральной трубы (300), образуют по одному гнезду (42) для множества смежных (в направлении (U) по окружности центральной трубы (300)) первых концов (10a) ребер (10), когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) укреплена на первом конце (300b) центральной трубы (300).

5. Устройство по п. 3 или 4, отличающееся тем, что каждые два смежных опорных кольца (40) выполнены так, чтобы направлять смещение названных первых концов (10a) ребер (10) в осевом направлении (z).

6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что опорные кольца (40) соединены между собой распорками (41), каждая из которых ориентирована в радиальном направлении (R) центральной трубы (300), когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) укреплена на первом конце (300b) центральной трубы (300).

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) содержит множество рычагов (43), каждый из которых содержит множество гнезд (42) для удержания первых концов (10a) ребер (10) трубного пучка (3), причем каждый из рычагов (43) ориентирован в радиальном направлении (R) от центральной трубы (300), когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) укреплена на первом конце (300b) центральной трубы (300).

8. Устройство по п. 2 или 7, отличающееся тем, что каждое гнездо (42) выполнено в виде сквозного отверстия.

9. Устройство по одному из пп. 2, 7 или 8, отличающееся тем, что каждое гнездо (42) выполнено для жесткой фиксации одного первого конца (10a) ребра (10) трубного пучка (3).

10. Устройство по одному из пп. 7-9, отличающееся тем, что каждое гнездо (42) выполнено так, чтобы направлять смещение первого конца (10a) соответствующего ребра (10) в осевом направлении (z).

11. Устройство по одному из пп. 7-10, отличающееся тем, что рычаги (43) соединены между собой распорками (44), которые ориентированы в направлении (U) по окружности центральной трубы (300), когда по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) укреплена на первом конце (300b) центральной трубы (300).

12. Устройство по одному из пп. 7-11, отличающееся тем, что рычаги (43) образованы из отдельных связанных между собой корпусов (400), причем каждое гнездо (42) образовано вырезом (42) в соответствующем корпусе (400).

13. Устройство по одному из пп. 7-12, отличающееся тем, что каждый из рычагов (43) выполнен с возможностью крепления за первый конец (43a) соответствующего рычага (43) к внешней стороне (300a) центральной трубы (300) или каждый из рычагов (43) закреплен за первый конец (43a) на крепежном кольце (45) или выполнен с возможностью крепления на крепежном кольце, которое должно быть зафиксировано на внешней стороне (300a) центральной трубы (300), причем крепежное кольцо (45) охватывает центральную трубу (300).

14. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что устройство (1) содержит вторую опорную конструкцию (21) для удержания ребра (10) от смещения в радиальном направлении (R) от центральной трубы (300), причем вторая опорная конструкция (21) выполнена с возможностью ее фиксации на втором конце (300c) центральной трубы (300), противоположном первому концу (300b) в осевом направлении (z) центральной трубы (300), и при этом вторая опорная конструкция (21) вращает центральную трубу (300) в направлении (U) по окружности, когда вторая опорная конструкция (20) укреплена на центральной трубе (300).

15. Способ изготовления трубного пучка (3) для змеевикового теплообменника (100) с применением устройства (1) по любому из предшествующих пунктов, при котором изготавливают ориентированную в осевом направлении (z) центральную трубу (300), фиксируют по меньшей мере одну первую опорную конструкцию (20) на первом конце (300b) центральной трубы (300) так, что по меньшей мере одна первая опорная конструкция (20) вращается в направлении (U) по окружности центральной трубы (300), и навивают трубы 30 для формирования нескольких расположенных друг над другом в радиальном направлении (R) от центральной трубы (300) слоев (4) труб на центральную трубу (300), причем между каждыми двумя смежными слоями (4) труб размещают несколько ребер (10), каждое из которых ориентировано вдоль осевого направления (z) так, что каждое ребро (10) удерживается от смещения в радиальном направлении (R) от центральной трубы (300) по меньшей мере одной опорной конструкцией (20), причем после изготовления трубного пучка снова удаляют по меньшей мере одну опорную конструкцию (20) с центральной трубы (300).