Модульный многоходовый теплообменник (варианты)

Полезная модель относится к теплообменной технике и может применяться, в частности для утилизации тепла отходящих газов с целью подогрева теплоносителя (воздуха, жидкости). Техническим результатом является создание нового модульного многоходового теплообменника, обеспечивающего расширение его пространственно-конструктивных возможностей, а также снижение трудоемкости и упрощение монтажа на объекте. Для достижения технического результата в первом варианте модульный многоходовый теплообменник содержит соединенные между собой теплообменные модули (1), включающие теплообменные трубки (2), смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке (3) и закрытые покрывающими стенками (4), коллекторы подвода (5) и отвода (6) теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру (7) между двумя смежными рядами теплообменных трубок (2), расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки (4) теплообменных модулей (1) соединены между собой перемычками (8), при этом теплообменные модули (1) установлены на опорной раме (9) друг за другом последовательно в горизонтальной плоскости и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, причем каждая перемычка (8), неразъемно соединяющая покрывающие стенки (4) двух смежных теплообменных модулей (1), выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода (5) и отвода (6) теплоносителя, также как и перепускные камеры (7) теплообменных модулей (1) соединены между собой фланцевыми вставками (10). В модульном многоходовом теплообменнике по первому варианту предпочтительно:

- теплообменные трубки (2) имеют U-образную форму;

- теплообменные трубки (2) имеют П-образную форму;

- теплообменные трубки (2) имеют V-образную форму;

- теплообменные трубки (2) имеют W-образную форму;

- каждый центровочный узел выполнен в виде упора (11), расположенного на опорной раме (9), и двух направляющих пластин (12), выполненных соответственно на смежных теплообменных модулях (1);

- торцевые стенки (13) коллекторов подвода (5) и отвода (6) и перепускной камеры (7) теплоносителя выполнены из цельного металлического листа;

- по центральным осям прямоугольной трубной решетки (3) смонтированы ребра жесткости (14).

Для достижения технического результата во втором варианте модульный многоходовый теплообменник содержит установленные друг на друга последовательно теплообменные модули (1), включающие теплообменные трубки (2), смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке (3) и закрытые покрывающими стенками (4), коллекторы подвода (5) и отвода (6) теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру (7) между двумя смежными рядами теплообменных трубок (2), расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки (4) теплообменных модулей (1) соединены между собой перемычками (8), при этом теплообменные модули (1) установлены на опорной раме (9) и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, при этом каждая перемычка (8), неразъемно соединяющая покрывающие стенки (4) двух смежных теплообменных модулей (1), выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода (5) и отвода (6) теплоносителя, также как и перепускные камеры (7) теплообменных модулей (1) соединены между собой фланцевыми вставками (10).

В модульном многоходовом теплообменнике по второму варианту предпочтительно:

- теплообменные трубки (2) имеют U-образную форму;

- теплообменные трубки (2) имеют П-образную форму;

- теплообменные трубки (2) имеют V-образную форму;

- теплообменные трубки (2) имеют W-образную форму;

- торцевые стенки (13) коллекторов подвода (5) и отвода (6) и перепускной камеры (7) теплоносителя выполнены из цельного металлического листа;

- по центральным осям прямоугольной трубной решетки (3) смонтированы ребра жесткости (14);

- каждый центровочный узел выполнен в виде штифта (15), и втулки (16), расположенных на торцевых стенках двух смежных теплообменных модулей (1).

16 п.ф., 12 илл.

Полезная модель относится к теплообменной технике и может применяться, в частности для утилизации тепла отходящих газов с целью подогрева теплоносителя (воздуха, жидкости).

Известен воздухоподогреватель, содержащий обогреваемые изнутри трубные секции, разделенные на два ряда в шахматном порядке. Обогреваемый воздух омывает трубные секции отдельными потоками, для чего между ними установлены фасонные перегородки (авторское свидетельство СССР 266991 на изобретение, кл. F23L 15/04, опубл. 01.01. 1970 г.).

Недостатком известного воздухоподогревателя является большая громоздкость конструкции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является четырехходовый воздухоподогреватель с V-образными трубками, смонтированными в два ряда на прямоугольной трубной решетке и закрытыми покрывающими стенками, включающий коллекторы подвода и отвода воздуха и перепускную камеру между двумя рядами трубок, при этом четырехходовый воздухоподогреватель состоит из ряда теплообменных модулей, установленных друг на друга последовательно, причем покрывающие стенки модулей соединены между собой перемычками, каждая из которых имеет профиль гнутого уголка, а модульные коллекторы подвода и отвода воздуха, также как и перепускные камеры модулей, соединены между собой кольцами, скрепленными с их внутренними поверхностями (патент РФ 17600 на полезную модель, кл. F23L 15/04, опубл. 10.04.2001 г. - прототип).

Недостатком известного четырехходового воздухоподогревателя является сложность монтажа:

из-за одновариантного расположения теплообменных модулей последовательно друг над другом, что предъявляет определенные требования к высотным конструктивным характеристикам объекта;

- из-за отсутствия центровочных устройств на теплообменных модулях.

Техническим результатом является создание нового модульного многоходового теплообменника, обеспечивающего расширение его пространственно-конструктивных возможностей, а также снижение трудоемкости и упрощение монтажа на объекте.

Для достижения технического результата в первом варианте модульного многоходового теплообменника, содержащего соединенные между собой теплообменные модули, включающие теплообменные трубки, смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке и закрытые покрывающими стенками, коллекторы подвода и отвода теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру между двумя смежными рядами теплообменных трубок, расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки теплообменных модулей соединены между собой перемычками, согласно полезной модели, теплообменные модули установлены на опорной раме друг за другом последовательно в горизонтальной плоскости и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, причем каждая перемычка, неразъемно соединяющая покрывающие стенки двух смежных теплообменных модулей, выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода и отвода теплоносителя, также как и перепускные камеры теплообменных модулей соединены между собой фланцевыми вставками.

В модульном многоходовом теплообменнике по первому варианту предпочтительно:

- теплообменные трубки имеют U-образную форму;

- теплообменные трубки имеют П-образную форму;

- теплообменные трубки имеют V-образную форму;

- теплообменные трубки имеют W-образную форму;

- каждый центровочный узел выполнен в виде упора, расположенного на опорной раме, и двух направляющих пластин, выполненных соответственно на смежных теплообменных модулях;

- торцевые стенки коллекторов подвода и отвода и перепускной камеры теплоносителя выполнены из цельного металлического листа;

- по центральным осям прямоугольной трубной решетки смонтированы ребра жесткости.

Для достижения технического результата во втором варианте модульного многоходового теплообменника, содержащего установленные друг на друга последовательно теплообменные модули, включающие теплообменные трубки, смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке и закрытые покрывающими стенками, коллекторы подвода и отвода теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру между двумя смежными рядами теплообменных трубок, расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки модулей соединены между собой перемычками, согласно полезной модели, теплообменные модули установлены на опорной раме и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, при этом каждая перемычка, неразъемно соединяющая покрывающие стенки двух смежных теплообменных модулей, выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода и отвода теплоносителя, также как и перепускные камеры теплообменных модулей соединены между собой фланцевыми вставками.

В модульном многоходовом теплообменнике по второму варианту предпочтительно:

- теплообменные трубки имеют U-образную форму;

- теплообменные трубки имеют П-образную форму;

- теплообменные трубки имеют V-образную форму;

- теплообменные трубки имеют W-образную форму;

- торцевые стенки коллекторов подвода и отвода и перепускной камеры теплоносителя выполнены из цельного металлического листа;

- по центральным осям прямоугольной трубной решетки смонтированы ребра жесткости;

- каждый центровочный узел выполнен в виде штифта и втулки, расположенных на торцевых стенках двух смежных теплообменных модулей.

Сопоставительный анализ двух вариантов модульного многоходового теплообменника и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемых вариантов модульного многоходового теплообменника по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «новизна».

Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в создании двух вариантов модульного многоходового теплообменника, обеспечивающего расширение его пространственно-конструктивных возможностей, а также снижение трудоемкости и упрощение монтажа на объекте.

Использование полезной модели в качестве теплообменной техники, в частности для утилизации тепла отходящих газов с целью подогрева теплоносителя (воздуха, жидкости), обеспечивает соответствие критерию «промышленная применимость».

Заявляемый модульный многоходовый теплообменник иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид модульного многоходового теплообменника по первому варианту, на фиг.2 показан общий вид отдельного теплообменного модуля многоходового теплообменника по первому варианту, на фиг.3 показаны торцевые стенки и ребра жесткости, смонтированные на трубной решетке многоходового теплообменника по первому варианту, на фиг.4 показаны покрывающие стенки, соединенные перемычками, в теплообменнике по первому варианту; на фиг.5 показаны торцевые стенки коллекторов подвода и отвода теплоносителя и перепускной камеры, соединенные фланцевыми вставками, по первому варианту; на фиг.6 показаны теплообменные модули с центровочными узлами, установленные на опорной раме, по первому варианту; на фиг.7 показан общий вид модульного многоходового теплообменника по второму варианту, на фиг.8 показан общий вид отдельного теплообменного модуля многоходового теплообменника по второму варианту, на фиг.9 показаны торцевые стенки и ребра жесткости, смонтированные на трубной решетке многоходового теплообменника по второму варианту, на фиг.10 показаны покрывающие стенки, соединенные перемычками, в теплообменнике по второму варианту; на фиг.11 показаны торцевые стенки коллекторов подвода и отвода теплоносителя и перепускной камеры, соединенные фланцевыми вставками, по второму варианту; на фиг.12 показаны элементы центровочного узла, расположенного на торцевых стенках смежных теплообменных модулей, по второму варианту.

Модульный многоходовый теплообменник по первому варианту содержит соединенные между собой теплообменные модули 1, включающие теплообменные трубки 2, смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке 3 и закрытые покрывающими стенками 4, коллекторы подвода 5 и отвода 6 теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру 7 между двумя смежными рядами теплообменных трубок 2, расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки 4 модулей 1 соединены между собой перемычками 8, при этом теплообменные модули 1 установлены на опорной раме 9 друг за другом последовательно в горизонтальной плоскости и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, причем каждая перемычка 8, неразъемно соединяющая покрывающие стенки 4 двух смежных теплообменных модулей 1, выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода 5 и отвода 6 теплоносителя, также как и перепускные камеры 7 теплообменных модулей 1 соединены между собой фланцевыми вставками 10.

В модульном многоходовом теплообменнике по первому варианту предпочтительно:

- теплообменные трубки 2 имеют U-образную форму;

- теплообменные трубки 2 имеют П-образную форму;

- теплообменные трубки 2 имеют V-образную форму;

- теплообменные трубки 2 имеют W-образную форму;

- каждый центровочный узел выполнен в виде упора 11, расположенного на опорной раме 9, и двух направляющих пластин 12, выполненных соответственно на смежных теплообменных модулях 1;

- торцевые стенки 13 коллекторов подвода 5 и отвода 6 и перепускной камеры 7 теплоносителя выполнены из цельного металлического листа;

- по центральным осям прямоугольной трубной решетки 3 смонтированы ребра жесткости 14.

Модульный многоходовый теплообменник по второму варианту содержит установленные друг на друга последовательно теплообменные модули 1, включающие теплообменные трубки 2, смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке 3 и закрытые покрывающими стенками 4, коллекторы подвода 5 и отвода 6 теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру 7 между двумя смежными рядами теплообменных трубок 2, расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки 4 теплообменных модуле 1 соединены между собой перемычками 8, при этом теплообменные модули 1 установлены на опорной раме 9 и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, при этом каждая перемычка 8, неразъемно соединяющая покрывающие стенки 4 двух смежных теплообменных модулей 1, выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода 5 и отвода 6 теплоносителя, также как и перепускные камеры 7 теплообменных модулей 1 соединены между собой фланцевыми вставками 10.

В модульном многоходовом теплообменнике по второму варианту предпочтительно:

- теплообменные трубки 2 имеют U-образную форму;

- теплообменные трубки 2 имеют П-образную форму;

- теплообменные трубки 2 имеют V-образную форму;

- теплообменные трубки 2 имеют W-образную форму;

- торцевые стенки 13 коллекторов подвода 5 и отвода 6 и перепускной камеры теплоносителя выполнены из цельного металлического листа;

- по центральным осям прямоугольной трубной решетки 3 смонтированы ребра жесткости 14;

- каждый центровочный узел выполнен в виде штифта 15 и втулки 16, расположенных на торцевых стенках двух смежных теплообменных модулей 1.

Конструкция обоих вариантов модульного многоходового теплообменника позволяет осуществить несложный монтаж ее прямо на объекте, не прибегая к использованию тяжелого подъемно-транспортного оборудования, а масса каждого теплообменного модуля 1, не превышающая 10 тонн, позволяет обеспечить его доставку в любой труднодоступный район для монтажа общей конструкции модульного многоходового теплообменника.

Монтаж модульного многоходового теплообменника с учетом высотных конструктивных характеристик объекта осуществляется следующим образом.

Модули 1 предварительно собираются на раме 9 в условиях завода-производителя для более точной подгонки составных элементов модульного многоходового теплообменника. При этом на первом модуле 1 на опорной раме 9 монтируются центровочные узлы, каждый из которых включает упор 11, расположенный на опорной раме 9, и направляющую пластину 12, выполненную соответственно на первом теплообменном модуле 1. Центровочные узлы позволяют однозначно ориентировать первый модуль 1 на опорной раме 9 при сборке модульного многоходового теплообменника на объекте. Второй модуль 1 стыкуется с первым модулем 1 при помощи центровочных узлов, каждый из которых включает упор 11, расположенный на опорной раме 9, и направляющую пластину 12, выполненную на втором теплообменном модуле 1. При этом на первом модуле устанавливаются фланцевые вставки 10, привариваемые к торцевым стенкам коллекторов подвода 5 и отвода 6 теплоносителя, и перемычки 8, привариваемые к покрывающей стенке 4. Следующие модули 1 стыкуются с предыдущими модулями 1 аналогично. На объекте модули 1 собираются на опорной раме 9, при этом фланцевые вставки 10 предыдущего модуля 1 привариваются к торцевые стенкам коллекторов подвода 5 и отвода 6 теплоносителя следующего модуля 1, образуя полость рабочего теплоносителя, например, воздуха, а перемычки 8 предыдущего модуля 1 привариваются к покрывающей стенке 4 следующего модуля 1, образуя полость отработанного теплоносителя, например, продукты сгорания газотурбинной установки. На конечной стадии монтажа основания теплообменных модулей 1 приваривают к опорной раме 9.

Двухвариантное исполнение модульного многоходового теплообменника позволяет оптимальным образом осуществить его монтаж с учетом высотных конструктивных характеристик объекта.

1. Модульный многоходовый теплообменник, содержащий соединенные между собой теплообменные модули, включающие теплообменные трубки, смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке и закрытые покрывающими стенками, коллекторы подвода и отвода теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру между двумя смежными рядами теплообменных трубок, расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки модулей соединены между собой перемычками, отличающийся тем, что теплообменные модули установлены на опорной раме друг за другом последовательно в горизонтальной плоскости и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, причем каждая перемычка, неразъемно соединяющая покрывающие стенки двух смежных теплообменных модулей, выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода и отвода теплоносителя, также как и перепускные камеры теплообменных модулей соединены между собой фланцевыми вставками.

2. Модульный многоходовый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что теплообменные трубки имеют U-образную форму.

3. Модульный многоходовый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что теплообменные трубки имеют П-образную форму.

4. Модульный многоходовый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что теплообменные трубки имеют V-образную форму.

5. Модульный многоходовый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что теплообменные трубки имеют W-образную форму.

6. Модульный многоходовый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что каждый центровочный узел выполнен в виде упора, расположенного на опорной раме, и двух направляющих пластин, выполненных соответственно на смежных теплообменных модулях.

7. Модульный многоходовый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что торцевые стенки коллекторов подвода и отвода теплоносителя и перепускной камеры выполнены из цельного металлического листа.

8. Модульный многоходовый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что по центральным осям прямоугольной трубной решетки смонтированы ребра жесткости.

9. Модульный многоходовый теплообменник, содержащий установленные друг на друга последовательно теплообменные модули, включающие теплообменные трубки, смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке и закрытые покрывающими стенками, коллекторы подвода и отвода теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру между двумя смежными рядами теплообменных трубок, расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки модулей соединены между собой перемычками, отличающийся тем, что теплообменные модули установлены на опорной раме и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, при этом каждая перемычка, неразъемно соединяющая покрывающие стенки двух смежных теплообменных модулей, выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода и отвода теплоносителя, также как и перепускные камеры теплообменных модулей соединены между собой фланцевыми вставками.

10. Модульный многоходовый теплообменник по п.9, отличающийся тем, что теплообменные трубки имеют U-образную форму.

11. Модульный многоходовый теплообменник по п.9, отличающийся тем, что теплообменные трубки имеют П-образную форму.

12. Модульный многоходовый теплообменник по п.9, отличающийся тем, что теплообменные трубки имеют V-образную форму.

13. Модульный многоходовый теплообменник по п.9, отличающийся тем, что теплообменные трубки имеют W-образную форму.

14. Модульный многоходовый теплообменник по п.9, отличающийся тем, что торцевые стенки коллекторов подвода и отвода теплоносителя и перепускной камеры выполнены из цельного металлического листа.

15. Модульный многоходовый теплообменник по п.9, отличающийся тем, что по центральным осям прямоугольной трубной решетки смонтированы ребра жесткости.

16. Модульный многоходовый теплообменник по п.9, отличающийся тем, что каждый центровочный узел выполнен в виде штифта и втулки, расположенных на торцевых стенках смежных теплообменных модулей.