Теплообменник

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может использоваться в устройствах подогрева или охлаждения среды в теплоэнергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, в энергетической, химической, нефтехимической, нефтедобывающей и других отраслях промышленности.

Известен трубчатый теплообменник (патент РФ №2417348 С2, F28D 7/00, опуб. 27.12.2010), содержащий поперечно обтекаемый пучок профильных труб в виде трех диаметрально связанных круглых цилиндров, центрального, с большим диаметром d₁, и сопряженных с ним в лобовой и кормовой частях двух других одинаковых цилиндров с меньшим диаметром d₂, с треугольной компоновкой, и коллекторы с трубными досками. Используемая компоновка труб разновеликого цилиндрического профиля обеспечивает обтекание потоком теплоносителя последовательно расположенных по течению цилиндрических частей (элементов) теплоотдающей трубчатой поверхности большего диаметра d₁ и находящихся между ними спаренных цилиндрических частей меньшего диаметра d₂, при этом смежные кормовые и лобовые части меньшего диаметра d₂ каждой из труб продольного ряда расположены симметрично относительно оси поперечного ряда труб, проходящей через центры частей большего диаметра d₁, а в межтрубном пространстве пучка реализуется сложное извилистое течение потока. Указанная компоновка профильных труб обеспечивает возможность прямого и обратного рационального поперечного обтекания отрывного характера.

Недостаток этой конструкции заключается в том, что необходимо сложное оборудование для изготовления профильных труб, а также усложнена герметизация профильных труб с трубными досками.

Известен кожухотрубный теплообменник (патент RU №2232940 С2, F23D 7/00, опуб. 20.07.2004), содержащий кожух с расположенными в нем теплообменными трубами, поперечными и продольной перегородками, трубные доски, образующие с кожухом межтрубное пространство, компенсатор, выполненный на кожухе, имеющую внутреннюю перегородку камеру подачи среды в трубы и отвода из них и камеру поворота среды, примыкающие к трубным доскам, образующие с трубами трубное пространство и выполненные шарнирно открывающими, и патрубки подачи и отвода среды в межтрубное пространство и камеру подачи среды. Теплообменник выполнен с возможностью организации движения сред по трубному и межтрубному пространствам в 2 или 4 хода и секционирования. Продольная перегородка кожуха выполнена плоской или крестообразной. Поперечные и продольная перегородки кожуха снабжены уплотнениями.

Недостатком известного устройства является достаточно сложная и энергоемкая конструкция.

Известен теплообменник (патент RU №102752 Ul, F22D 1/00, опуб. 10.03.2011), содержащий корпус с патрубками подвода и отвода греющей среды, размещенную в корпусе трубную систему, включающую трубные доски с отверстиями для пучков трубок. Корпус выполнен в форме параллелепипеда, внутреннее межтрубное пространство которого разделено на секции с проемами, расположенными в конце секции по ходу потока среды, на торцевой части корпуса установлены трубные доски, к которым присоединены распределительные водяные камеры с перегородками, распределяющие поток трубного пространства по секциям, и патрубками подвода и отвода нагреваемой среды.

Недостатком устройства является сложность герметизации соединения между пучком труб и трубных досок.

Известен теплообменник (патент RU №2383838 C1, F28D 7/00, опуб. 10.03.2010), работающий на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок. Теплообменник содержит корпус с патрубками входа и выхода теплообменивающихся жидкостей, пучок теплообменных U-образных труб, закрепленных в трубной доске, образующей с крышкой, посредством перегородки, две камеры по тракту одной из жидкостей, между корпусом и прямыми участками пучка теплообменных U-образных труб установлен профильный в поперечном сечении теплообменника, вытеснитель, причем жестко с ним соединена двойная перегородка, разделяющая вдоль осей труб межтрубное пространство на две половины.

Такое выполнение хотя и позволит получить малогабаритный теплообменник, отвечающий требованиям надежности, технологичности, монтажа, при высоких удельных теплонапряжениях, но данный теплообменник предназначен для работы на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является теплообменник (сборочный чертеж теплообменника БН 5016.00.СБ, производства Бугульминского механического завода, г.Бугульма, Республика Татарстан), состоящий из наружной и внутренней трубы с присоединительными фланцами и отводами. Одна сторона внутренней трубы приварена к присоединительным фланцам, а для обеспечения свободного перемещения внутренней трубы вследствие температурных удлинений другая сторона герметизируется сальниками, установленными на фланцах наружной трубы. Для подачи пара в межтрубное пространство к наружной трубе приварены патрубки входной и выкидной. Секции соединены между собой патрубками, а внутренние трубы отводами и составляют единый теплообменник с входными и выкидными патрубками для пара и нагреваемой среды (нефти).

Недостаток этой конструкции заключается в том, что при работе теплообменника сальники, установленные по концам на фланцах, изнашиваются, и происходит утечка пара из-за перемещения внутренней трубы вследствие температурных удлинений. Для замены и затяжки сальников необходимо постоянно отключать теплообменник.

Изобретение предусматривает усовершенствование теплообменника и устранение потерь нагреваемой среды.

Технический результат в изобретении достигается с помощью теплообменника, состоящего из труб, встроенных друг в друга с горизонтальным U-образным соединением с отводами. Внутренняя труба теплообменника с одной стороны жестко закреплена к фланцам наружной трубы, а второй конец трубы соединен отводом и установлен на опорах, приваренных к внешней трубе. Для обеспечения свободного перемещения внутренней трубы, вследствие температурных удлинений, втулки опоры изготовлены с зазором из материала с низким коэффициентом трения.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурой 1, где показан продольный разрез теплообменника.

Предлагаемый теплообменник состоит из внутренней трубы 2 для нагреваемой или для охлаждаемой среды с присоединительными фланцами 1 и 3, отвода 9, наружной трубы 6 с присоединительными фланцами 8 и отвода 10, а также входных 4 и выкидных 5 патрубков для подачи нагретой или охлаждаемой среды. Втулки опоры 7 изготовлены из материала с низким коэффициентом трения с зазором для обеспечения свободного перемещения внутренней трубы 2 вследствие температурных удлинений.

Теплообменник работает следующим образом.

Греющая среда через входной патрубок 4 поступает в верхнюю камеру и протекает по межтрубному пространству, между отводами 9 и 10 к выкидному патрубку 5. Во внутреннюю трубу 2 нагреваемая среда поступает через нижний фланец, протекает через отвод 9 и выходит через верхний фланец, тем самым обеспечивается большая теплоотдача при встречном протекании сред.

Предложенная конструкция теплообменника позволит:

- исключить потери жидкости из-за отсутствия сальникового уплотнения;

- использовать различные типы жидкостей для охлаждения и нагрева без риска нарушения экологии окружающей среды;

- увеличить коэффициент теплопередачи теплообменника.

Теплообменник, содержащий наружную и внутреннюю трубу с присоединительными фланцами и патрубками подвода и отвода греющей (охлаждающей) среды, выполнен из труб, встроенных друг в друга, с горизонтальным U-образным соединением с отводами, внутренняя труба теплообменника с одной стороны жестко закреплена к фланцам наружной трубы, а второй конец внутренней трубы соединен отводом и установлен на опорах, приваренных к внешней трубе, а для обеспечения свободного перемещения внутренней трубы вследствие температурных удлинений втулки опоры изготовлены с зазором из материала с низким коэффициентом трения.