Патент на изобретение №2395774

(54) КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

(57) Реферат:

Изобретение относится к теплотехнике и преимущественно предназначено для подогрева воздуха в газотурбинных установках (ГТУ) или для нагревания воды в потоке горячих газов ГТУ или ДВС. Изобретение содержит кожух из двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы с поперечным сечением трапециевидной формы. Трубы закреплены в решетках с расположением торцов труб по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки. Кожух снабжен входным и выходным коллекторами для внутритрубной среды и входными и выходными патрубками и коллекторами для межтрубной среды. Технический результат – улучшены условия эксплуатации и технического обслуживания (ремонт, замена отдельных труб и чистка межтрубного пространства) без снижения эффективности теплообмена. 3 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и предназначено для применения в любых областях техники для подогрева или охлаждения газообразных сред, в том числе для подогрева воздуха газотурбинной установки (ГТУ) или для нагревания воды в потоке горячих газов ГТУ или двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух, в котором размещен пучок теплообменных труб с охлаждающими ребрами, закрепленный концами труб в трубных решетках, межтрубное пространство разделено поперечными перегородками, образующими с патрубками подвода и отвода межтрубной среды охладительный контур, и коллекторы подвода и отвода межтрубной среды, присоединенные к фланцам кожуха с обеих сторон теплообменника (см. патент РФ 2238501 от 2003.04.22). Недостатком конструкции является невозможность установки ее на валу ГТУ или ДВС.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, с патрубками для подвода и отвода теплоносителей, размещенные в кожухе трубы в виде незамкнутых колец, на концах которых установлено, как минимум, по две пары коллекторов: входной, выходной, перепускной и перегородки, установленные в кожухе с образованием лабиринта (см. патент РФ 2294502, публ. 2007.02.27).

Известный теплообменник имеет малые габариты, эффективный теплообмен, а форма кожуха с осевым отверстием позволяет использовать конструкцию в сочетании с ДВС или ГТУ. Однако сложная форма теплообменных труб затрудняет его эксплуатацию и техническое обслуживание. Это объясняется сложной разборкой и сборкой, а для химической промывки нужны дорогие промывочные растворы и специальные, как правило, фирменные устройства.

Поставлена задача – улучшить условия эксплуатации и технического обслуживания, не снижая эффективности теплообмена.

Технический результат связан с выполнением теплообменных труб трапециевидного сечения и закреплением их в трубных решетках так, что торцы труб расположены по радиусу вокруг съемной втулки, являющейся внутренним цилиндром кожуха. После того, как раскрыт наружный цилиндр кожуха (возможно выполнение его разъемным) и из середины вынута съемная втулка, появляется свободный доступ ко всем трубам 4 и межтрубному пространству, что удобно для его чистки движениями от периферии к центру. Облегчается также ремонт или замена отдельных труб. Эффективность теплообмена регулируется количеством труб. Благодаря тому, что сечение труб и межтрубного пространства одинаково трапециевидное, упрощается расчет теплообменных процессов.

Поставленная задача достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащем кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы, коллекторы для подвода и отвода внутритрубной среды, патрубки и коллекторы для подвода и отвода межтрубной среды, согласно изобретению, теплообменные трубы выполнены с поперечным сечением трапециевидной формы и закреплены в трубных решетках с расположением труб по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки.

На фиг.1 показан продольный разрез теплообменника.

На фиг.2 показан вид А-А с изображением выходной трубной решетки.

На фиг.3 показан вид В – клиновой запор трубной решетки с кожухом.

Кожухотрубный теплообменник по фиг.1, 2 содержит кожух 1, выполненный из двух концентрично расположенных цилиндров: внешнего 2 и внутреннего в виде съемной втулки 3. Между цилиндрами 2, 3 расположены теплообменные трубы 4, которые в сечении имеют трапециевидную форму. Торцы труб 4 жестко закреплены в решетках 5, 6, например, сваркой, так, что торцы труб расположены по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки 3. Изготавливать трубы 4 можно из штампованных пластин с отбортовками вовнуть с последующей сваркой их периферийных кромок. Или вальцеванием заготовок трубы с приданием им трапециевидного профиля. Или сгибанием пластины посередине с отбортовкой по краям и соединением отбортовок одним сварочным швом. Так как межтрубное пространство между смежными трубами также имеет трапециевидную форму, это позволяет задавать, в зависимости от необходимости, соотношение площади сечения труб 4 и межтрубного пространства 1:1 или иное. Внутритрубная среда подается в трубы 4 через входной 7 и выходной 8 коллекторы. Крышка коллектора 7 соединена с цилиндром 2 фланцевыми соединениями. Межтрубная среда подается через входной патрубок 9 в коллектор 10 и выпускается в атмосферу через коллектор 11 и выходной патрубок 12. Коллектор 10 образован частью цилиндра 2 и периферийной частью решетки 5, соединенной фланцевыми соединениями с цилиндром 2 и крышкой выходного коллектора 8. Решетка 6 соединена с цилиндром 2 клиновым запором, как показано на фиг.3. Размер решетки 6 задается внутренним диаметром цилиндра 2. Съемная втулка 3 сопрягается с трубной решеткой 5, как показано на фиг.1, а с трубной решеткой 6 соединена гайкой 13.

Работает заявляемый теплообменник по традиционной противоточной схеме. При необходимости разобрать теплообменник раскручивают фланцевые соединения, извлекают решетки 5,6 вместе с закрепленными теплообменными трубами 4. Далее раскручивается гайка 13 и из середины вынимается съемная втулка 3. Возможно выполнение цилиндра 2 кожуха разъемным вдоль оси. В этом случае для разборки достаточно извлечь втулку 3. В результате появляется свободный доступ ко всем трубам 4 и межтрубному пространству, что удобно для его чистки движениями от периферии к центру. Облегчается также ремонт или замена отдельных труб. Сборка теплообменника осуществляется в обратной последовательности. Кроме того, благодаря радиальному расположению трапециевидного сечения труб и такого же профиля межтрубного сечения, упрощается расчет теплообменных процессов для достижения наиболее эффективного коэффициента теплопередачи. Теплообмен не хуже, чем в прототипе, достигается регулированием количества труб 4.

Формула изобретения

Кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы, коллекторы для подвода и отвода внутритрубной среды, патрубки и коллекторы для подвода и отвода межтрубной среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы выполнены с поперечным сечением трапециевидной формы и закреплены в трубных решетках с расположением торцов труб по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки.

РИСУНКИ