RU182251U1 - Heat exchanger - Google Patents

Abstract

Теплообменный аппарат содержит металлический спиральношовный корпус с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя трубной полости, расположенными на одном конце корпуса аппарата, и с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя межтрубной полости, расположенными на противоположных концах корпуса аппарата, в который свободно вставлен трубный пучок. Трубный пучок состоит из закрепленных в трубных решетках спирально профилированных металлических теплопередающих трубок, которые независимо друг от друга имеют вдоль своей длины изгибы, и расположенные в межтрубном пространстве пучка перегородки в виде лент, охватывающие трубки витками, смещенными относительно друг друга, причем направление витков перегородки периодически меняется на противоположное. Шаг между соседними перегородками находится в пределах от 500 мм до 1500 мм, а расстояние от ближайшей к трубной решетке перегородки находится в пределах от 0,5 Д до 2,5 Д, где Д - внутренний диаметр патрубка межтрубной полости. Составные трубные решетки включают как металлические жесткие, например, цилиндрические, так и металлические нежесткие элементы, скрепленные между собой и концами теплопередающих трубок композитным материалом. По крайней мере один патрубок межтрубной полости имеет диаметр, больший диаметра корпуса, а в трубном пучке напротив по крайней мере одного патрубка межтрубной полости имеется по крайней мере одно место, где теплопередающие трубки в пучке отсутствуют. По крайней мере один патрубок имеет на своем торце уплотнительную поверхность в виде усеченного конуса.

The heat exchanger contains a metal spiral seam casing with one inlet pipe and one pipe outlet for the heat transfer fluid of the pipe cavity located at one end of the device casing, and with one inlet pipe and one pipe for the heat transfer fluid of the annular cavity located at opposite ends of the device casing into which the pipe is freely inserted a bunch. The tube bundle consists of spirally shaped metal heat transfer tubes fixed in tube sheets that have bends independently of one another and baffles located in the annulus of the bundle in the form of tapes, covering the tubes with turns displaced relative to each other, and the direction of the turns of the partition periodically reverses. The step between adjacent baffles is in the range from 500 mm to 1500 mm, and the distance from the baffle closest to the tube sheet is in the range from 0.5 D to 2.5 D, where D is the inner diameter of the annular tube. Composite tube sheets include both rigid metal, for example, cylindrical, and non-rigid metal elements bonded to each other and to the ends of the heat transfer tubes by a composite material. At least one pipe end of the annular cavity has a diameter larger than the diameter of the casing, and in the tube bundle opposite at least one pipe end of the annular cavity there is at least one place where there are no heat transfer tubes in the bundle. At least one pipe has at its end a sealing surface in the form of a truncated cone.

Description

Заявляемое устройство относится к области теплотехники, в частности, к рекуперативным теплообменным аппаратам.The inventive device relates to the field of heat engineering, in particular, to recuperative heat exchangers.

Известен теплообменный аппарат (двухходовой по трубной полости), содержащий трубный пучок из закрепленных в трубных решетках металлических теплопередающих трубок и расположенной в межтрубном пространстве пучка перегородки, вставленный в металлический корпус с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя трубной полости, расположенными на одном конце корпуса аппарата и с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя межтрубной полости, расположенными на противоположных концах корпуса аппарата. (П.А. Копачинский, В.П. Тараскин «Судовые охладители и подогреватели жидкостей», стр. 9, издательство «Судостроение», 1968 г., Ленинград).Known heat exchanger (two-way through the pipe cavity), containing a tube bundle of metal heat transfer tubes fixed in the tube sheets and located in the annular space of the beam bundle, inserted into a metal casing with one supply pipe and one pipe discharge pipe coolant located at one end of the housing apparatus and with one inlet pipe and one pipe outlet of the coolant of the annular cavity located at opposite ends of the apparatus body. (P. A. Kopachinsky, V. P. Taraskin “Ship coolers and heaters for liquids”, p. 9, “Sudostroenie” publishing house, 1968, Leningrad).

Основными недостатками известного устройства являются большие вес и габариты, а также низкая эффективность теплопередачи и повышенное гидравлическое сопротивление.The main disadvantages of the known device are the large weight and dimensions, as well as low heat transfer efficiency and increased hydraulic resistance.

Известен теплообменный аппарат типа ТТАИ, выбранный в качестве прототипа, содержащий трубный пучок из закрепленных в трубных решетках спирально профилированных металлических теплопередающих трубок и расположенной в межтрубном пространстве пучка по крайней мере одной перегородки в виде ленты, охватывающей трубки витками, смещенными относительно друг друга, свободно вставленный в металлический спиральношовный корпус с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя трубной полости, расположенными на противоположных концах корпуса аппарата и с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя межтрубной полости, расположенными на противоположных концах корпуса аппарата. (В.Г. Барон, «Теплообменным аппаратам ТТАИ - 25 лет», журнал С.O.K. №5(185) май 2017 г., стр. 50-55 (1фото 2, нижний ряд, средняя фотография, аппарат крайний справа), Москва и ТУ 3113-001-00162286-2015 стр. 15).Known heat exchanger type TTAI, selected as a prototype, containing a tube bundle of spiral-shaped metal heat transfer tubes fixed in tube sheets and located in the tube annular space of at least one partition in the form of a tape covering the tubes with turns displaced relative to each other, freely inserted in a metal spiral-seam case with one supply pipe and one pipe discharge pipe coolant outlet located on opposite ontsah apparatus housing and with one pipe inlet and one coolant outlet conduit shell side cavity located at opposite ends of the apparatus housing. (V.G. Baron, “TTAI Heat Exchangers - 25 years old”, C.OK Magazine No. 5 (185) May 2017, pp. 50-55 (1 photo 2, bottom row, middle photo, apparatus on the far right), Moscow and TU 3113-001-00162286-2015 p. 15).

Использование пучка из спирально профилированных теплопередающих трубок с перегородками в виде ленты, охватывающей трубки витками, смещенными друг относительно друга, свободно вставляемого в металлический спиральношовный корпус позволяет по сравнению с аналогом снизить вес и габариты двухходового теплообменного аппарата и повысить эффективность теплопередачи, при этом гидравлическое сопротивление остается повышенным.The use of a bundle of spirally profiled heat transfer tubes with baffles in the form of a tape covering the tubes with turns displaced from each other, freely inserted into a metal spiral-seam case, allows to reduce the weight and dimensions of the two-way heat exchanger and increase the heat transfer efficiency compared to the analog, while the hydraulic resistance remains elevated.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности теплопередачи и снижение гидравлического сопротивления и веса одноходового теплообменного аппарата.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of heat transfer and reduce hydraulic resistance and weight of a one-way heat exchanger.

Использование для сборки пучка теплопередающих трубок, которые независимо друг от друга имеют вдоль своей длины изгибы, а также применение нескольких перегородок с периодически изменяющимися направлениями витков на противоположное позволяют турбулизировать поток среды межтрубного пространства, что повышает эффективность теплопередачи.The use of heat transfer tubes for assembly of the beam, which independently bend along their length, bends, as well as the use of several partitions with periodically changing directions of the turns to the opposite, allow turbulent flow of the annulus to increase the efficiency of heat transfer.

Выполнение трубных решеток составными, состоящими как из жестких, так и из нежестких элементов, скрепленных между собой и концами теплопередающих трубок композитным материалом, а также выполнение этих элементов из металла и придание жестким элементам цилиндрической формы позволяет снизить расход композитного материала.The implementation of tube sheets with composite ones, consisting of both rigid and non-rigid elements, bonded to each other and the ends of the heat transfer tubes with a composite material, as well as the execution of these elements from metal and giving the rigid elements a cylindrical shape, can reduce the consumption of composite material.

Изготовление трубного пучка так, что напротив по крайней мере одного патрубка межтрубной полости имеется по крайней мере одно место, где теплопередающие трубки в пучке отсутствуют, а также изготовление по крайней мере одного патрубка межтрубной полости с диаметром, большим диаметра корпуса позволяет снизить скорость среды межтрубного пространства на входе и/или выходе, что снижает местное сопротивление.The manufacture of the tube bundle so that opposite to at least one pipe end of the annular cavity there is at least one place where there are no heat transfer tubes in the beam, and also the manufacture of at least one pipe end of the annular cavity with a diameter larger than the diameter of the casing allows reducing the annular medium velocity at the input and / or output, which reduces local resistance.

Соблюдение расстояния от ближайшей к трубной решетке перегородки в пределах от 0,5 Д до 2,5 Д, где Д - внутренний диаметр патрубка межтрубной полости, а также соблюдение шага между соседними перегородками в пределах от 500 мм до 1500 мм позволяет не загромождать пространство в районе патрубков межтрубной полости и ведет к снижению гидравлического сопротивления.Compliance with the distance from the closest to the tube sheet partitions in the range from 0.5 D to 2.5 D, where D is the inner diameter of the pipe end of the annular cavity, as well as observing the step between adjacent partitions in the range from 500 mm to 1500 mm, allows you not to clutter the space in the area of the tubes of the annular cavity and leads to a decrease in hydraulic resistance.

Изготовление по крайней мере одного патрубка с уплотнительной поверхностью в виде усеченного конуса позволяет выполнить разъемное соединение между патрубком и подходящими к нему элементами без фланцев, что снижает вес аппарата.The manufacture of at least one nozzle with a sealing surface in the form of a truncated cone allows you to make a detachable connection between the nozzle and suitable elements without flanges, which reduces the weight of the apparatus.

На фиг. 1. представлен заявляемый теплообменный аппарат. Поз. 1 - металлический спиральношовный корпус, поз. 2 - патрубок подвода, а поз. 3 - патрубок отвода теплоносителя трубной полости, расположенные на одном конце корпуса, поз. 4 и поз. 5 - патрубки подвода и отвода теплоносителя межтрубной полости, расположенные на противоположных концах корпуса, причем по крайней мере один патрубок межтрубной полости имеет диаметр, больший диаметра корпуса. Поз. 6 - трубный пучок, собранный из спиральнопрофилированных металлических теплопередающих трубок, которые независимо друг от друга имеют вдоль своей длины изгибы. Поз. 7 - составные трубные решетки. В межтрубном пространстве пучка расположены перегородки поз. 8 в виде лент, охватывающих трубки витками, смещенными друг относительно друга, причем направление витков перегородок периодически меняется на противоположное. Шаг между соседними перегородками находится в пределах от 500 мм до 1500 мм, а расстояние от ближайшей к трубной решетке перегородки находится в пределах от 0,5 Д до 2,5 Д, где Д - внутренний диаметр патрубка межтрубной полости.In FIG. 1. presents the inventive heat exchanger. Pos. 1 - metal spiral-seam case, pos. 2 - inlet pipe, and pos. 3 - pipe outlet heat transfer pipe cavity located at one end of the housing, pos. 4 and pos. 5 - pipe supply and removal of the coolant of the annular cavity located at opposite ends of the housing, and at least one nozzle of the annular cavity has a diameter larger than the diameter of the housing. Pos. 6 - tube bundle assembled from spiral profiled metal heat transfer tubes, which independently of each other have bends along their length. Pos. 7 - composite tube sheets. In the annulus of the beam are partitions pos. 8 in the form of tapes covering the tubes with turns displaced relative to each other, the direction of the turns of the partitions periodically changing to the opposite. The step between adjacent baffles is in the range from 500 mm to 1500 mm, and the distance from the baffle closest to the tube sheet is in the range from 0.5 D to 2.5 D, where D is the inner diameter of the annular tube.

На фиг. 2 представлена составная трубная решетка, элементы которой скреплены между собой и концами теплопередающих трубок композитным материалом. Поз. 9 - теплопередающая трубка, поз. 10 - жесткий элемент, имеющий цилиндрическую форму, поз. 11 - нежесткий элемент, поз. 12 - область трубной решетки, которая при свободном вставлении пучка в корпус располагается напротив по крайней мере одного патрубка межтрубной полости, причем в этой области имеется по крайней мере одно место, где теплопередающие трубки в пучке отсутствуют.In FIG. 2 shows a composite tube sheet whose elements are bonded to each other and to the ends of the heat transfer tubes with a composite material. Pos. 9 - heat transfer tube, pos. 10 - a rigid element having a cylindrical shape, pos. 11 - non-rigid element, pos. 12 - the region of the tube sheet, which, when the beam is freely inserted into the housing, is located opposite at least one nozzle of the annular cavity, and in this area there is at least one place where there are no heat transfer tubes in the beam.

На фиг. 3 представлен по крайней мере один патрубок, который имеет уплотнительную поверхность в виде усеченного конуса.In FIG. 3 shows at least one pipe that has a truncated cone sealing surface.

Теплообменный аппарат работает следующим образом. Теплоноситель трубной полости через патрубок подвода 2 входит в трубный пучок 6, закрепленный в трубных решетках 7, которые состоят из жестких элементов 10 и нежестких элементов 11, скрепленных между собой и концами теплопередающих труб 9 композитным материалом. Пройдя по трубной полости, он выходит из аппарата через патрубок отвода 3. Теплоноситель межтрубной полости входит в межтрубную полость через патрубок подвода 4, который имеет диаметр, больший диаметра корпуса 1, и располагается напротив части трубного пучка соответствующей области 12 трубной решетки, где теплопередающие трубки в пучке отсутствуют. Двигаясь по межтрубной полости к патрубку отвода 5, поток турбулизируется изгибами теплопередающих труб и перегородкой 8 в виде ленты, охватывающей трубки витками, смещенными друг относительно друга, причем направление витков перегородки периодически меняется на противоположное.The heat exchanger operates as follows. The coolant of the tube cavity through the inlet pipe 2 enters the tube bundle 6, fixed in the tube sheets 7, which consist of rigid elements 10 and non-rigid elements 11, bonded to each other and the ends of the heat transfer pipes 9 with a composite material. Passing through the pipe cavity, he leaves the apparatus through the exhaust pipe 3. The coolant of the annular cavity enters the annular cavity through the supply pipe 4, which has a diameter larger than the diameter of the housing 1, and is located opposite the part of the tube bundle of the corresponding region 12 of the tube sheet, where the heat transfer tubes in the beam are absent. Moving along the annular cavity to the branch pipe 5, the flow is turbulized by the bends of the heat transfer pipes and the baffle 8 in the form of a tape covering the tubes with coils displaced from each other, and the direction of the coils of the partition periodically changes to the opposite.

Использование заявляемого технического решения позволяет повысить эффективность двухходового по трубной полости теплообменного аппарата, снизить его гидравлическое сопротивление и вес.The use of the claimed technical solution allows to increase the efficiency of the two-way through the pipe cavity of the heat exchanger, to reduce its hydraulic resistance and weight.

Claims (7)

1. Теплообменный аппарат, содержащий трубный пучок из закрепленных в трубных решетках спирально профилированных металлических теплопередающих трубок и расположенной в межтрубном пространстве пучка по крайней мере одной перегородки в виде ленты, охватывающей трубки витками, смещенными относительно друг друга, свободно вставленный в металлический спиральношовный корпус с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя трубной полости, расположенными на одном конце корпуса аппарата, и с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя межтрубной полости, расположенными на противоположных концах корпуса аппарата, отличающийся тем, что теплопередающие трубки независимо друг от друга имеют вдоль своей длины изгибы, направление витков перегородки периодически меняется на противоположное, трубная решетка выполнена составной, и по крайней мере один патрубок межтрубной полости имеет диаметр больший диаметра корпуса.1. A heat exchanger containing a tube bundle of spiral-shaped metal heat transfer tubes fixed in tube sheets and located in the tube annular space of at least one partition in the form of a tape covering the tubes with turns displaced relative to each other, freely inserted into a metal spiral-seam case with one a supply pipe and one pipe outlet for the coolant of the pipe cavity located at one end of the apparatus body, and with one pipe for supply and one an annulus heat transfer pipe located at opposite ends of the apparatus body, characterized in that the heat transfer tubes independently of each other have bends along their length, the direction of the partitions is periodically reversed, the tube sheet is made integral, and at least one annular tube has a diameter larger than the diameter of the housing. 2. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что составная трубная решетка включает как жесткие, так и нежесткие элементы, скрепленные между собой и концами теплопередающих трубок композитным материалом.2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the composite tube sheet includes both rigid and non-rigid elements bonded to each other and to the ends of the heat transfer tubes by a composite material. 3. Теплообменный аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что жесткие элементы трубной решетки изготовлены из металла, причем часть жестких элементов имеет цилиндрическую форму.3. The heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the rigid elements of the tube sheet are made of metal, and part of the rigid elements has a cylindrical shape. 4. Теплообменный аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что нежесткие элементы трубной решетки изготовлены из металла.4. The heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the non-rigid elements of the tube sheet are made of metal. 5. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в трубном пучке напротив по крайней мере одного патрубка межтрубной полости имеется по крайней мере одно место, где теплопередающие трубки в пучке отсутствуют.5. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that in the tube bundle opposite at least one nozzle of the annular cavity there is at least one place where there are no heat transfer tubes in the bundle. 6. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что по крайней мере один патрубок имеет уплотнительную поверхность в виде усеченного конуса.6. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that at least one pipe has a sealing surface in the form of a truncated cone. 7. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в трубном пучке располагаются несколько перегородок, причем шаг между соседними перегородками находится в пределах от 500 мм до 1500 мм, а расстояние от ближайшей к трубной решетке перегородки находится в пределах от 0,5 Д до 2,5 Д, где Д - внутренний диаметр патрубка межтрубной полости.7. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that there are several partitions in the tube bundle, the step between adjacent partitions being in the range of 500 mm to 1500 mm, and the distance from the partition closest to the tube grating is in the range of 0.5 D up to 2.5 D, where D is the inner diameter of the pipe end.

Images