Теплообменник
Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к теплообменным процессам между двумя разнотемпературными средами через стенку. Теплообменник, содержащий идентичные теплообменные секции в виде пучков труб, которые подключены к общим коллекторным камерам трубной и межтрубной сред, оснащенных соответствующими фланцами, скрепленными с расположенными между камерами трубными решетками, перпендикулярно которым установлены перегородки, образующие отсеки, сообщающие смежные теплообменные секции. Коллекторная камера трубной среды дополнительно оснащена ультразвуковым излучателем. Теплообменные секции образованы перпендикулярно установленными трубным решеткам разделителями, образующими сектора коллекторной камеры межтрубной среды. Разделители оборудованы окнами, обеспечивающими поток межтрубной среды в направлении противоположном потоку трубной среды. Каждая труба в пучках дополнительно оснащена кольцевыми поперечными сужениями проходного сечения, а снаружи - зафиксированной навитой по всей длине проволокой. Конструкция теплообменника дешева, проста в изготовлении и малогабаритна, кроме того, характеризуется большим межремонтным периодом и периодом обслуживания относительно аналогов за счет обработки трубной среды ультразвуковыми волнами (на практике межремонтный период увеличен до 11 раз) и использования на каждой из труб в пучках кольцевых поперечных сужений и зафиксированной навитой проволоки (на практике габариты уменьшены до 45%).
Предложение относится к теплотехнике, а именно к теплообменным процессам между двумя разнотемпературными средами через стенку.
Известен «Теплообменник» (пат. RU №2157495 МПК F 28 D 7/00, опубл. 10.10.2000 г.), содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку, вертикальные трубные решетки по длине пучка и продольные перегородки по оси коллекторной камеры и кожуха теплообменника, причем последняя снабжена уплотнительньми элементами, расположенньми между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха, при этом трубный пучок теплообменника снабжен корсетом, плотно облегающим поверхность пучка, а торец корсета герметично прикреплен к трубной поверхности пучка, причем в корсете симметрично продольной перегородке выполнены два выреза с общей осью симметрии для прохода межтрубной среды.
Недостатками данной конструкции являются:
- сложность в изготовлении и высокая металлоемкость в результате использования большого числа охватываемых элементов другими (корсеты, бандажи) и нерационального использования конструктивных элементов;
- большие затраты на обслуживание, так как для защиты от накипи необходимо предварительно освобождать от солей и взвесей - нагреваемую среду либо периодически останавливать и очищать пучки труб от накипи.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Теплообменник» (пат. RU №2133004 МПК F 28 D 7/00, опубл. 10.07.99 г.), содержащий идентичные теплообменные секции в виде заключенных в цилиндрические кожухи пучков труб, которые подключены к общим коллекторным камерам трубной и межтрубной сред, выполненных в виде обечаек с фланцами, скрепленными с расположенными между камерами трубными решетками, перпендикулярно которым установлены перегородки, образующие отсеки, сообщающие смежные секции, при этом наружные части обечаек камер трубной и межтрубной среды выполнены в форме участка цилиндра с поперечным сечением в виде сегмента или полукруга, имеющего диаметр не менее диаметра кожуха теплообменной секции.
Недостатками данной конструкции являются:
- сложность в изготовлении и высокая металлоемкость в результате использования большого числа охватываемых элементов другими (кожухи пучков труб, для каждого сегмента - свой) и нерационального использования конструктивных элементов;
- большие затраты на обслуживания, так как для защиты от накипи необходимо предварительно освобождать от солей и взвесей нагреваемую среду либо периодически останавливать и очищать пучки труб от накипи.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание простой и относительно прототипа дешевой конструкции теплообменника за счет упрощения изготовления теплообменных секций и снижения металлоемкости с большими межремонтными периодами и периодами обслуживания.
Техническая задача решается теплообменником, содержащим идентичные теплообменные секции в виде пучков труб, которые подключены к общим коллекторным камерам трубной и межтрубной сред, оснащенных соответствующими фланцами, скрепленными с расположенными между камерами трубными решетками, перпендикулярно которым установлены перегородки, образующие отсеки, сообщающие смежные теплообменные секции.
Новым является то, что коллекторная камера трубной среды дополнительно оснащена ультразвуковым излучателем, а теплообменные секции образованы перпендикулярно установленными трубным решеткам разделителями, образующими сектора коллекторной камеры межтрубной среды, при этом разделители оборудованы окнами, обеспечивающими поток межтрубной среды в направлении противоположном потоку трубной среды, причем каждая труба в пучках дополнительно оснащена кольцевыми поперечными сужениями проходного сечения, а снаружи - зафиксированной навитой по всей длине проволокой.
На Фиг.1 изображен внешний вид теплообменника с частичным разрезом.
На Фиг.2 - разрез А-А теплообменника с четырьмя теплообменными секциями.
На Фиг.3 - разрез Б-Б теплообменника с четырьмя теплообменными секциями.
На Фиг.4 - разрез В-В теплообменника с четырьмя теплообменными секциями.
На Фиг. 5 изображено направление потока межтрубной среды в теплообменных секциях.
На Фиг.6 изобижена увеличенная конструкция одной трубы из пучка труб с осевым разрезом.
Теплообменник состоит из идентичных теплообменных секций 1 (см. Фиг.3) в виде пучков труб 2, которые подключены к общим коллекторным камерам трубной 3 (см. Фиг.1) и межтрубной 4 сред, оснащенных соответствующими фланцами 5 и 6, скрепленными
с расположенными между камерами трубными решетками 7. Перпендикулярно трубным решеткам 7 установлены перегородки 8, образующие отсеки 9 (см. Фиг.2 и 4), сообщающие смежные теплообменные секции 1 (см. Фиг.3). Одна коллекторная камера трубной среды 3 (см. Фиг.1) дополнительно оснащена ультразвуковым излучателем 10. Теплообменные секции 1 (см. Фиг.3) образованы перпендикулярно установленными трубным решеткам 7 разделителями 11, образующими сектора коллекторной камеры межтрубной среды 4 (см. Фиг.1). Разделители 11 оборудованы окнами 12, обеспечивающими поток межтрубной среды в противоположном направлении потоку трубной среды. Каждая труба 2 (см. Фиг.6) в пучках дополнительно оснащена кольцевыми поперечными сужениями 13 проходного сечения, а снаружи - о зафиксированной навитой по всей длине проволокой 14.
Теплообменник работает следующим образом:
Поток трубной среды (например: холодная вода) проходит по коллекторным камерам трубной среды 3 (см. Фиг.1), пучкам труб 2, которые выполнены витыми, с трубными решетками 7, которые установлены между фланцами 5 и 6. В коллекторных камерах трубной среды 3 (см. Фиг.2 и 4) установлены перегородки 8, образующие отсеки 9, которые соединяют гидравлически смежные теплообменные секции 1 так, что направляют поток трубной среды по пучкам труб 2 теплообменных секций 1 (см. Фиг.3) только в одном направлении (по часовой стрелке или против часовой стрелки). Поток межтрубной среды одновременно в одной из коллекторных камер 3 (см. Фиг.1) обрабатывается ультразвуковыми волнами, которые генерируются ультразвуковым излучателем 10 для замедления процесса отложения накипи и осадка в несколько раз (см. журнал «Новости теплоснабжения» №10, 2002 год, стр.44-45) в пучках труб 2. Поток межтрубной среды (например, горячая вода) при этом проходит в коллекторной камере межтрубной среды 4 через окна 12 разделителей 11 по теплообменным секциям 1 (см. Фиг.3) в направлении противоположном потоку трубной среды (см. Фиг.5). В результате происходит теплообмен, то есть одна из сред нагревается, а другая - охлаждается. Количество теплообменных секций 1 (см. Фиг. 3), необходимых для теплообмена, определяется количеством секторов, на которые разбита разделителями 11 коллекторная камера межтрубной среды 4. Благодаря наличию кольцевых поперечных сужений 13 (см. Фиг.6) пучков труб 2, в них ламинарный поток трубной среды преобразуется в турбулентный, улучшая теплообмен между поверхностными и внутренними слоями трубной среды в пучках труб 2. При этом для увеличения теплообменной площади между трубной и межтрубной средами использована проволока 14 зафиксированная навитая по всей длине каждой из труб 2 пучка. В результате использования подобной конструкции позволило снизить массу и объем теплообменника
до 45% при аналогичной теплопередачи, относительно подобной конструкции, но с использованием в пучках гладких труб 2. При этом использование ультразвукового излучателя 10 увеличило межремонтный период до 11 раз относительно аналогов.
Конструкция теплообменника дешева, проста в изготовлении и малогабаритна, кроме того, характеризуется большим межремонтным периодом и периодом обслуживания относительно аналогов за счет обработки трубной среды ультразвуковыми волнами (на практике межремонтный период увеличен до 11 раз) и использования на каждой из труб в пучках кольцевых поперечных сужений и зафиксированной навитой проволоки (на практике габариты уменьшены до 45%).
Теплообменник, содержащий идентичные теплообменные секции в виде пучков труб, которые подключены к общим коллекторным камерам трубной и межтрубной сред, оснащенных соответствующими фланцами, скрепленными с расположенными между камерами трубными решетками, перпендикулярно которым установлены перегородки, образующие отсеки, сообщающие смежные теплообменные секции, отличающийся тем, что коллекторная камера трубной среды дополнительно оснащена ультразвуковым излучателем, а теплообменные секции образованы перпендикулярно установленными трубным решеткам разделителями, образующими сектора коллекторной камеры межтрубной среды, при этом разделители оборудованы окнами, обеспечивающими поток межтрубной среды в направлении противоположном потоку трубной среды, причем каждая труба в пучках дополнительно оснащена кольцевыми поперечными сужениями проходного сечения, а снаружи - зафиксированной навитой по всей длине проволокой.
