Патент на изобретение №2358218
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПИРАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к теплотехнике, а именно к спиральным теплообменникам и способу их изготовления, и может быть использовано в химической, пищевой, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. В спиральном теплообменнике, содержащем корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, выполнены в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали. Способ изготовления спирального теплообменника согласно изобретению заключается в том, что зигзагообразные проставки размещают между листами в процессе навивки спирали, затем на боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок укладывают упоры, после чего пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполняют уплотняющей массой. Корпус теплообменника предварительно изготавливают из двух полуцилиндров, затем предварительно навитую спираль охватывают полуцилиндрами и скрепляют их между собой по всей длине корпуса. Техническим результатом является упрощение конструкции теплообменника, упрощение технологии изготовления спиральных теплообменников и сокращение затрат на их изготовление. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов и может быть использовано в химической, пищевой и нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. В различных отраслях промышленности широкое применение нашли теплообменники, служащие для передачи тепла от одной среды к другой через стенку из теплопроводного материала, разграничивающую эти среды. Среди них кожухотрубные, пластинчатые, спиральные, змеевиковые и т.п. теплообменники, которые различаются между собой конструктивным исполнением поверхности теплообмена (Патент РФ Известен спиральный теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, в котором размещены теплообменные поверхности, формируемые из элементов, представляющих собой попарно сваренные по контуру спиралевидные стенки, образующие внутренний спиралевидный щелевой канал. В сечении, перпендикулярном оси аппарата, спиралеобразные стенки формируют теплообменную поверхность по спирали Архимеда. Внутренние спиралевидные полости теплообменных элементов сообщаются с коллекторами входа и выхода одной среды, а наружные – с коллекторами входа и выхода другой среды (В.В.Буренин. Новые рекуперативные теплообменники для нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. «Нефтепереработка и нефтехимия», Известен спиральный теплообменник, содержащий каналы для рабочих сред, изготовленные из рулонной ленты, в одном из которых размещены штифты, снабженные турбулизаторами, выполненными из ленты, закрученной в продольном направлении (Патент РФ Известен спиральный теплообменник, содержащий два щелевых канала для прохода теплоносителей, образованных двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовые уплотнения (Патент РФ Общим недостатком данных технических решений является сложность конструкции, нетехнологичность изготовления теплообменника, а также повышенная масса, обусловленная наличием сложных узлов герметизации, чем обусловлена высокая стоимость изготовления. Известен спиральный теплообменник, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали (Н.В. Барановский и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. Машиностроение, М. 1973, с.262-269). По совокупности сходных признаков этот спиральный теплообменник наиболее близок к заявляемому спиральному теплообменнику и принят за прототип. Однако этот спиральный теплообменник имеет ряд недостатков: в нем в качестве деталей, фиксирующих расстояние между листами спирали и для создания жесткости листов, использованы штифты, приваренные к одному из листов. Уплотнение спирали производится с использованием упоров, выполненных из вставленной в канал ленты, приваренной к кромкам листов (Н.В. Барановский и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. Машиностроение, М. 1973, с.263-264, рис.142, варианты а, б, в, г). Это приводит к значительному усложнению изготовления теплообменника, особенно в случае его использования для теплоносителей с высокими температурами (выше 400°С) и в условиях агрессивных и коррозийных сред. В этих случаях для теплообменника требуется применение легированных сталей, что приводит к значительной сложности и дороговизне при сварке деталей. Уплотнение торцов только прокладкой в) или U-образной манжетой – вар. г) не предотвращает возможность перетока теплоносителя из одного канала в другой. Кроме того, корпус теплообменника выполнен из цельной детали в форме цилиндра, что создает сложность при установке собранной в единый блок спирали в корпус. Первая задача по изобретению: – упрощение и удешевление конструкции теплообменника; – исключение перетока теплоносителя из одного канала в другой. Вторая задача по изобретению – упрощение технологии изготовления теплообменника и, как результат, – сокращение затрат на его изготовление. Первая задача решается тем, что спиральный теплообменник содержит корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали. По первой задаче по изобретению спиральный теплообменник дополнительно включает: – детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, выполненные в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали; – упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, размещенные на боковых кромках крайних рядов зигзагообразных проставок; – уплотняющую массу, заполняющую пространство в каналах между торцами спирали и упорами для исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой; – корпус, выполненный из двух полуцилиндров, скрепляемых друг с другом после установки спирали; – в теплообменниках, работающих на загрязненных рабочих средах, зигзагообразные проставки с турбулизаторами, выполненные на вертикальных и/или горизонтальных кромках зигзагообразных проставок. Вторая задача по изобретению решается следующим образом: – зигзагообразные проставки размещают между листами в процессе навивки спирали, затем на боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок укладывают упоры, после чего пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполняют уплотняющей массой; – корпус теплообменника предварительно изготавливают из двух полуцилиндров, затем предварительно навитую спираль охватывают полуцилиндрами и скрепляют их между собой по всей длине корпуса. Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг.1 – продольный разрез теплообменника, на фиг.2 – выносной элемент Б на фиг.1; на фиг.3 – сечение АА по фиг.1; на фиг.4 – выносной элемент В на фиг.2; на фиг.5 – зигзагообразные проставки; на фиг.6 – корпус теплообменника в сборе. Спиральный теплообменник состоит из корпуса 1, спирали 2, навитой из двух листов 3 и 4 на сердечник 5. Корпус 1 состоит из двух полуцилиндров 1.1 и 1.2 и фланцев 1.3. Между листами 3 и 4 спирали 2 установлены зигзагообразные проставки 6 (фиг.2). Зигзагообразные проставки 6 применяют двух видов – рядовые проставки 6.1 (фиг.5 «а») и проставки с турбулизаторами 6.2. (фиг.5 «б»). Зигзагообразные проставки 6 изготовляют путем гибки полосовой стали, причем горизонтальные полочки 6.1.1. и 6.2.1. соответствуют расстоянию между листами 3 и 4 спирали 2 (фиг.2, 5). Сердечник 5 разделен на две полости 5.1 и 5.2 (фиг.1, 3). К продольной цилиндрической стенке полости сердечника 5.1 приварена внутренняя кромка листа 3, а к продольной цилиндрической стенке полости сердечника 5.2 приварена внутренняя кромка листа 4, при этом в спирали образуются два канала 7 и 8. Наружная кромка листа 3 приварена к продольной кромке полуцилиндра 1.1, а наружная кромка листа 4 приварена к продольной кромке полуцилиндра 1.2. При этом образуются выходы из каналов 7 и 8 (фиг.3), к которым привариваются подводящий и отводящий патрубки 9 и 10 корпуса 1 (фиг.4). По мере сворачивания спирали 2 (фиг.2) между листами спирали 3 и 4 устанавливают зигзагообразные проставки 6, причем проставки 6.3, ближние к кромкам листов, устанавливают одну над другой, остальные проставки целесообразно размещать в смежных витках каналов в шахматном порядке. Таким образом устанавливается ширина каналов. Навитую на сердечник 5 спираль 2 охватывают полуцилиндрами 1.1 и 1.2 (фиг.1, 3, 6), скрепляют их между собой по всей длине и приваривают фланцы 1.3, создавая единый сборочный узел корпуса 1 и спирали 2. На боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок 6.3 (фиг.2) в каналы 7 и 8 укладывают упоры 11, например, в виде проволоки. Каналы, ближние к торцам спирали (кромкам листов), заполнены уплотняющей массой 12, причем глубину заложения упоров 11 и заполнения торцов каналов уплотняющей массой 12 выбирают из обязательного условия исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой. На торцы спирали 2 уложена прокладка 13 в виде листового уплотняющего материала, прижимаемая фланцами 14 к торцам спирали 2 и к уплотняющей массе 12, заполняющей каналы 7 и 8. Под действием прижима фланцем 14 прокладка 13 и уплотняющая масса 12 в каналах 7 и 8 образуют однородное уплотнение. В качестве уплотняющей массы для теплообменников, работающих в условиях агрессивных или коррозийных сред и/или высоких температур, применяют терморасширенный графит или изделия из графитизированного асбеста или другие материалы с аналогичными свойствами. Для соединения с полостями сердечника 5.1 и 5.2 (фиг.1) в центральной части фланцев 14 выполнены отверстия. К фланцам 14 присоединены подводящие и отводящие патрубки 15 и 16. Благодаря такому исполнению теплообменника обеспечивается надежное разделение каналов, благодаря чему исключается переток теплоносителя из одного канала в другой. В теплообменниках, работающих на загрязненных рабочих средах, в каналы, по которым подается загрязненная среда, для уменьшения оседания взвешенных частиц на стенках каналов в спираль 2 установлены зигзагообразные проставки 6.2, снабженные турбулизаторами 6.2.2, выполненными в виде коротких выступов для создания в канале турбулентного потока. Расстояние между проставками 6 следует выбирать в зависимости от прочностных характеристик металла, из которого изготовлены листы, и перепада давления теплоносителей в каналах. Для очистки каналов от возможных отложений следует извлечь из торцов каналов уплотняющую массу 12 и упоры 11 с двух торцов спирали 2 и узкими скребками прочистить каналы.
Формула изобретения
1. Спиральный теплообменник, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнение торцов спирали, крышки с прокладками по торцам спирали, отличающийся тем, что детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, выполнены в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали. 2. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, размещены на боковых кромках крайних рядов зигзагообразных проставок. 3. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполнено уплотняющей массой для исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой. 4. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух полуцилиндров, скрепляемых друг с другом после установки спирали. 5. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что в теплообменниках, работающих на загрязненных рабочих средах, зигзагообразные проставки снабжены турбулизаторами, выполненными на вертикальных и/или горизонтальных кромках зигзагообразных проставок. 6. Способ изготовления спирального теплообменника, характеризующегося по пп.1-5, отличающийся тем, что зигзагообразные проставки размещают между листами в процессе навивки спирали, затем на боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок укладывают упоры, после чего пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполняют уплотняющей массой. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что корпус теплообменника предварительно изготавливают из двух полуцилиндров, затем предварительно навитую спираль охватывают полуцилиндрами и скрепляют их между собой по всей длине корпуса.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
2121122, МПК F28D 7/00; 
