Пластинчатый теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D9/00 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к пластинчатым теплообменникам.

Известна конструкция пластинчатого теплообменника, преимущественно воздухоподогревателя ГТУ, содержащего пакет пластинчатых теплообменных элементов с боковыми каналами на концах, скрепленных между собой и с боковыми коллекторами с помощью соединительных дистанционирующих элементов в виде гребенок и заключенных в жесткий корпус с разгрузочными крышками.

Известный пластинчатый теплообменник, в котором пластины каждого теплообменного элемента скреплены между собой дополнительно по прямым выштамповкам, а между теплообменными элементами в пазах От выштамповок установлены закладные детали корытообразного профиля. В этой конструкции также применен сравнительно жесткий корпус и соединительные элементы в виде гребенок.

К недостаткам теплообменников относятся невысокая прочность, сложность изготовления и ненадежность в эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является пластинчатый теплообменник, в котором теплообменные элементы имеют диагонально расположенные входные и выходные отверстия на боковых поверхностях, Теплообменные элементы жестко скреплены между собой и с боковыми коллекторами жесткого корпуса с помощью соединительных дистанционирующих элементов в виде гребенок.

К недостатку известного теплообменника относится низкий уровень прочности соединения теплообменных элементов между собой и с коллекторами с помощью гребенок. Недостаточная прочность этого соединения обусловлена малой протяженностью и зубчатой формой скрепляющих швов, вызывающей высокую концентрацию напряжений. Кроме того, отсутствие компенсации относительных температурных расширений теплообменных элементов и корпуса приводит к увеличению рабочих напряжений в деталях теплообменника, снижению надежности работы и уменьшению срока службы теплообменника.

Цель изобретения - повышение прочности и надежности работы пластинчатого теплообменника.

Каждый соединительный дистанционирующий элемент выполнен в виде пустотелой втулки, один конец которой установлен в отверстии теплообменного элемента и имеет форму, повторяющую форму этого отверстия, а другой установлен в коллекторе и

в поперечном сечении имеет форму прямоугольника с высотой, равной высоте отверстия теплообменного элемента, и шириной, равной шагу расположения этих элементов, при этом в разъеме корпуса установлен компенсатор температурных расширений, выполненный в виде гофра, образованного выгнутыми пластинами с концевыми скосами, соединенными по этим скосам.

С целью повышения технологичности

втулки выполнены из двух частей, соединенных между собой кромками и снабженных на боковой поверхности Опорными выступами, направленными внутрь навстречу один другому. Кроме того, на боковых поверхностях корпуса дополнительно установлены разгрузочные крышки, стенки которых со стороны компенсатора температурных расширений выполнены полукруглыми с диаметром, равным ширине теплообменного

элемента, и установлены с наклоном в направлении, противоположном компенсато- РУ.

Предлагаемый теплообменник с дис- танционирующими элементами отличается

от известного тем. что каждый дистанци- онирующий элемент выполнен в виде пустотелой втулки, один конец которой установлен в отверстии теплообменного элемента и имеет форму, повторяющую

форму этого отверстия, а другой установлен в коллекторе и в поперечном сечении имеет форму прямоугольника с высотой, равной высоте отверстия теплообменного элемента, и шириной, равной шагу расположения

этих элементов, при этом в разъеме корпуса установлен компенсатор температурных расширений, выполненный в виде гофра, образованного выгнутыми пластинами с концевыми скосами, соединенными по этим

скосам.

Отличие заключается и в том, что втулки выполнены из двух частей, соединенных

между собой кромками и снабженных на боковой поверхности опорными выступами, направленными внутрь навстречу один другому. Кроме того, отличие заключается в том, что на боковых поверхностях корпуса допол- нительно установлены разгрузочные крышки, стенки которых со стороны компенсатора температурных расширений выполнены полукруглыми с диаметром, равным ширине теплообмеиного элемента, и установлены с наклоном в направлении, противоположном компенсатору. Таким образом, пластинчатый теплообменник позволяет получить более высокий уровень прочности и надежности ра- боты, а также повысить технологичность.

На фиг. 1 изображен пластинчатый теплообменник, общий вид; на фиг. 2 - фрагмент соединения теплообменных элементов между собой и с боковыми коллекторами дистанционирующими элементами, выполненными в виде пустотелых втулок: на фиг, 3 - втулка; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 и 6 - компенсатор температурных расширений; на фи«-. 7 - сечение Б-Б на фиг. 5; на фиг. 8 - втулка, вариант, на фиг. 9 - сечение В-В на фиг. 8; на фиг. 10-сечение Г-Г на фиг. 8.

Пластинчатый теплообменник (фиг. .1) содержит разъемный корпус 1 с боковыми коллекторами 2 и установленный в нем па- кет теплообменных элементов 3, образован ных из соединенных попарно пластин, имеющих диагонально расположенные входные и выходные отверстия 4 на боковых поверхностях и соединенных между собой и с боковыми коллекторами 2 посредством дистанционирующих пустотелых втулок 5.

Каждая втулка5(фиг. 1-4)одним концом 6 установлена в отверстии 4 теплообменно- го элемента 3 и имеет форму/повторяющую форму этого отверстия 4, а другим концом установлена в коллекторе 2 и в поперечном сечении имеет форму прямоугольника с высотой Н, равной высоте отверстия теплооб- менного элемента 3. и шириной Т, равной шагу расположения этих элементов 3, при этом в разъеме корпуса 1 (фиг. 1, 5-7) установлен компенсатор 8 температурных расширений, выполненный в виде гофра, образованного выгнутыми пластинами 9 и 10 с концевыми скосами 11, соединенными по этим скосам 11.

Соединение теплообменных элементов 3 между собой и с коллекторами 2 указанным образом и применение компенсатора 8 температурных расширений дает возможность значительно увеличить длину скрепляющих швов и выполнить их прямыми без дополнительных концентраторов напряжений, а также снизить уровень температурных напряжений, увеличить прочность и надежность работы теплообменника.

Втулки 5 (фиг. 8-10) выполнены из доух частей 12, соединенных между собой кромками 13 и снабженных на боковой поверхности опорными выступами 14 и 15, направленными внутрь навстречу один другому. Выполнение втулок 5 указанным образом повышает технологичность их изготовления, увеличивает жесткость втулок 5, позволяет более строго фиксировать их форму и размеры и, таким образом, калибровать отс-ерстия 4 теплообменных элементов 3 при сборке, и повысить технологичность сборки теплообменника.

На боковых поверхностях корпуса 1 (фиг. 1) дополнитэльно установлены разгрузочные крышки 16, стенки 17 которых со стороны компенсатора 8 температурных расширений выполнены полукруглыми с диаметром, равным ширине теплообменного элемента 3. и установлены с наклоном в направлении, противоположном компенсатору 8. Установка ратрузочных крышек 16 и их стенок 17 указанным образом обеспечивает прочность и надежность и повышает технологичность изготовления теплообменника.

При работе теплообменника одна теп- лообменивающаяся среда преимущественно с повышенным давлением и пониженной температурой подводится через один из боковых коллекторов 2 внутрь теплообменных элементов 3. .Проходя по каналам внутри теплообменйых элементов 3, эта среда охлаждает стенки каналов, подогревается и покидает теплосбменные элементы 3 через другой кслпектор 2. Вторая тепло- обменивающая среда преимущественно с повышенной температурой и пониженным давлением поступает встречно среде. проходящей внутри теплообменных элементов 3.

Проходя по каналам между теплооб- менными элементами 3, вторая среда нагревает стенки каналов, охлаждается и покидает теплообменник. При этом втулки 5 обеспечивают прочное соединение теплообменных элементов 3 между собой и с коллекторами 2, строго фиксируют шаг Т размещения теплообменных элементов 3, калибруют входные и выходные отверстия 4 теплообменных элементов 3 и обеспечивают равномерное распределение- среды по теплообменным элементам 3.

Разница температурных расширений теплообменных элементов 3 и корпуса 1 компенсируется компенсатором 8. что снижает уровень напряжений в соединениях теплообменных элементов.З с коллекторами 2 и корпусом 1 и повышает прочность теплообменника. Избыточное гидростатическое давление внутри теплообменных элементов 3 воспринимается разгрузочными крышками 16, стенки 17 которых повышают прочность теплообменника и надежность его работы.

Известная конструкция пластинчатого теплообменника, применяемая в качестве воздухоподогревателя газоперекачивающих агрегатов с приводом от газотурбинного двигателя, выдерживает до 300 циклов Запуск - остановка ГТУ и обеспечивает срок службы 40 тыс. ч без нарушения герметичности каналов внутри теплообменных элементов при общем моторесурсе ГТУ 120 тыс. ч. Масса подобного теплообменника, например, для ГТУ мощностью 10 МВт составляет 32 т.

Изобретение позволяет увеличить срок службы теплообменников до 120 тыс. ч при числе термоциклов до 2000 и обеспечить полный срок службы ГТУ без замены воздухоподогревателя.

Формула изобретения 1. Пластинчатый теплообменник содержащий разъемный корпус с боковыми коллекторами и установленный в нем пакет теплообменных элементов, образованных из соединенных попарно пластин, имеющих диагонально расположенные входные и выходные отверстия на боковых поверхностях и соединенных между собой и с боковыми коллекторами посредством дистанционирующих элементов, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности, каждый дистанционирующий элемент выполнен в виде пустотелой втулки, один конец которой

установлен в отверстии теплообменного элемента и имеет форму, повторяющую форму этого отверстия, а другой установлен в коллекторе и в поперечном сечении имеет форму прямоугольника высотой, равной высоте отверстия теплообменного элемента, и шириной, равной шагу расположения этих элементов, при этом в разъеме корпуса установлен кбмпенсатор температурных расширений, выполненный в виде гофра,

образованного выгнутыми пластинами с концевыми скосами, соединенными по этим скосам.

2. Теплообменник по п,1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения

технологичности, втулки выполнены из двух частей, соединенных между собой кромками и снабженных на боковой поверхности опорными выступами, направленными внутрь навстречу один другому.

3. Теплообменник по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что на боковых поверхностях корпуса дополнительно установлены разгрузочные крышки, стенки которых со стороны компенсатора температурных

расширений выполнены полукруглыми диаметром, равным ширине теплообменного элемента, и установлены с наклоном в направлении, противоположном компенсатору.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в химическом, энергетическом машиностроении. Цель изобретения - увеличение прочности теплообменника и повышение технологичности его изготовления. Пластинчатый теплообменник имеет разъемный корпус 1 с боковыми коллекторами 2. В корпусе 1 установлен пакет теплообменных элементов 3 с входными и выходными отверстиями на боковых поверхностях. Элементы 3 в пакете соединены между собой и с боковыми коллекторами 2 посредством дистанционирующих эле- ментов втулок 5). Теплообменник имеет

Фш. 7

S

15 W

Фиг. 10

Составитель Е. Кузнецов Техред М.Моргентал

Фие.8

:х

/

Корректор О. Кравцова