КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2024 года по МПК F28F9/00 F28F9/13 F28F1/00 F28F1/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к кожухотрубным теплообменникам для теплообмена жидких и газообразных сред в энергетической, газовой, химической и других отраслях промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны кожухотрубные теплообменники с различными способами крепления труб в трубных решетках - развальцовкой, сваркой, сальниковыми устройствами, однако эти распространенные способы крепления не позволяют собрать теплообменные трубы в плотный пучок (Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1995, часть 1, стр. 334-339).

В кожухотрубных теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб, в силу невозможности уменьшения расстояния между трубами в трубных решетках, тем самым затруднительно собрать теплообменные трубы в плотный пучок. Поэтому при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковые агрегатные состояния, скорость теплоносителя в межтрубном пространстве более низкая и коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. Для увеличения коэффициента теплопередачи в известных теплообменных аппаратах увеличивают скорость теплоносителя в межтрубном пространстве установкой поперечных и продольных перегородок, не дающих значительных результатов, так как перегородки также увеличивают гидравлическое сопротивление и создают застойные зоны в межтрубном пространстве.

Известен также кожухотрубный теплообменник, трубные решетки которого собираются с помощью склеивающего полимерного заполнителя и имеют кольца на теплообменных трубах для предохранения их от провисания при выполнении аппаратов большей длины. Такая конструкция теплообменника позволяет увеличить параметры теплообмена при уменьшении массогабаритных показателей за счет применения профилированных особо тонкостенных теплообменных труб, собранных в плотный пучок (патент РФ №2038890, МПК B21D 53/06, 1995).

Однако известный теплообменник неперспективен для больших типоразмеров. Его нельзя применять для сред с высокими термодинамическими нагрузками, способными разрушить трубные решетки, собираемые с применением склеивающего полимерного заполнителя, имеющего значительно превышающий, чем у металлов, применяемых в изготовлении теплообменных труб и корпусов, коэффициент линейного теплового расширения. Более того, полимерные материалы с повышением температуры, размягчаясь, теряют прочность, а кольца на теплообменных трубах для предохранения их от провисания повышают гидравлическое сопротивление.

Наиболее близким к предлагаемому теплообменнику является кожухотрубный теплообменник, выбранный в качестве прототипа и содержащий трубные решетки, в отверстиях которых, для укладки концов теплообменных труб, имеется возможность размещать трубы с редуцированными (зауженными) концами, позволяя собрать трубы в плотный пучок (патент РФ №2567489, МПК F28F 9/013).

Недостатками выбранного прототипа являются его технологическая сложность, кроме того плотный трубный пучок затрудняет проход межтрубной среды из периферии в центр пучка и обратно.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание кожухотрубного теплообменника с плотным трубным пучком, обеспечивая при этом беспрепятственный проход межтрубной среды из периферии в центр трубного пучка и обратно, с уравненной высокой скоростью по всему межтрубному проходному сечению.

Поставленная задача решается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащем крышки со штуцерами для входа и выхода трубной среды, кожух с плотным пучком теплообменных труб, снабженный штуцерами для ввода и вывода межтрубной среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы по концам изогнуты и разведены в плоских трубных решетках на большие расстояния чем в пучке.

Поставленная задача решается также тем, что теплообменные трубы снабжены дистанцирующимися бандажами, которые могут быть выполнены в виде проволочной спиральной навивки.

Поставленная задача решается также тем, что теплообменные трубы могут быть стянуты в пучок хомутами или проволокой, навитой по спирали.

Поставленная задача решается также тем, что оси трубного пучка и трубных решеток эксцентричны.

Поставленная задача решается также тем, что трубы с трубной решеткой провернуты относительно оси трубного пучка.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлен предлагаемый кожухотрубный теплообменник.

Предлагаемый кожухотрубный теплообменник содержит кожух 1, снабженный штуцерами 2, 3 для ввода и вывода межтрубной среды, крышки 4, 5 со штуцерами 6, 7 для входа и выхода трубной среды и пучок теплообменных труб 8, концы которых закреплены в отверстиях плоских трубных решеток 9.

Теплообменные трубы 8 в пучке снабжены дистанцирующими бандажами 10, которые устанавливают фиксированный межтрубный зазор S.

Теплообменные трубы 8, концы которых изогнуты и разведены в плоских трубных решетках 9 на большие расстояния, чем в пучке, с увеличенным межтрубным зазором S⁺.

Теплообменные трубы 8 могут быть стянуты в пучок хомутами или проволокой, навитой по спирали (не показаны).

На фиг. 2 - вариант предлагаемого кожухотрубного теплообменника с эксцентричными осями трубного пучка и плоских трубных решеток, с одной стороны и провернутой относительно оси пучка решеткой, с другой стороны.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На теплообменные трубы 8 устанавливаются бандажи 10, которые могут быть выполнены в виде проволочной спиральной навивки, позволяющее турбулизировать межтрубный поток, устанавливать фиксированный межтрубный зазор S и исключить трение теплообменных труб 8 между собой.

Теплообменные трубы 8 могут быть стянуты в пучок хомутами или проволокой, навитой по спирали (не показаны), которая прочно и надежно закрепляет их в плотном пучке, что исключает провис и вибрацию теплообменных труб 8 и позволит отказаться от опор и перегородок, тем самым снизить гидравлическое сопротивление с возможностью реализации чистого противотока теплообменивающихся сред при повышенных скоростях их движения.

При сборке предлагаемого теплообменника в кожух I вставляется пучок теплообменных труб 8. Концы теплообменных труб 8 изгибаются и разводятся на большие расстояния, чем в пучке, с увеличенным межтрубным зазором S⁺, а далее крепятся в отверстиях устанавливаемых плоских трубных решеток 9.

Таким образом, разуплотнение плотного трубного пучка в местах ввода и выводы межтрубной среды, увеличением межтрубного зазора, снижает местные гидравлические сопротивления и обеспечивает при этом беспрепятственный проход межтрубной среды из периферии в центр трубного пучка и обратно, с уравненной высокой скоростью по всему межтрубному проходному сечению.

Описываемый теплообменник работает следующим образом.

Через штуцер 2 в кожух 1 подводится межтрубная среда, которая заполняет межтрубное пространство и выводится через штуцер 3. Через штуцер 6 в крышке 4 подается в трубное пространство трубная среда, которая выводится через штуцер 7. В результате осуществляется теплообмен сред через стенки теплообменных труб.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках для теплообмена жидких и газообразных сред. В кожухотрубном теплообменнике, содержащем крышки со штуцерами для входа и выхода трубной среды, кожух с плотным пучком теплообменных труб, снабженный штуцерами для ввода и вывода межтрубной среды, теплообменные трубы по концам изогнуты и разведены в трубных решетках на большие расстояния, чем в пучке. Технический результат - обеспечение беспрепятственного прохода межтрубной среды из периферии в центр трубного пучка. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Кожухотрубный теплообменник, содержащий крышки со штуцерами для входа и выхода трубной среды, кожух с плотным пучком теплообменных труб, снабженный штуцерами для ввода и вывода межтрубной среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы по концам изогнуты и разведены в плоских трубных решетках на большие расстояния, чем в пучке.

2. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что теплообменные трубы снабжены дистанцирующимися бандажами, которые могут быть выполнены в виде проволочной спиральной навивки.

3. Кожухотрубный теплообменник по пп. 1, 2, отличающийся тем, что теплообменные трубы могут быть стянуты в пучок хомутами или проволокой, навитой по спирали.

4. Кожухотрубный теплообменник по пп. 1-3, отличающийся тем, что оси трубного пучка и трубных решеток эксцентричны.

5. Кожухотрубный теплообменник по пп. 1-4, отличающийся тем, что трубы с трубной решеткой провернуты относительно оси трубного пучка.