BRPI0707263A2

BRPI0707263A2 - permutador térmico com estabilizador vertical e tubo

Info

Publication number: BRPI0707263A2
Application number: BRPI0707263-5A
Authority: BR
Inventors: David J Abrahamian; Kevin M Conroy
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2011-04-26
Also published as: US20070169921A1; WO2007089619A2; EP1977180B1; WO2007089619A3; EP1977180A2; NO20083278L; US10415894B2; EP1977180A4

Abstract

PERMUTADOR TéRMICO COM ESTABILIZADOR VERTICAL E TUBO A presente invenção refere-se a um resfriador para grupos de tubos múltiplos que apresenta uma série de estabilizadores paralelos e pla- nos que têm aletas a montante para direcionar o ar de entrada através de uma aleta próxima à primeira fileira de tubos e um conjunto a jusante de aletas próximas a uma fileira de tubos adjacentes para direcionar ar de volta, através da mesma aleta, antes de o ar sair. A título de exemplo, as aletas a montante têm uma inclinação negativa das aletas a jusante e um ângulo constante de aleta para aleta, dentro do grupo. Um comprimento constante em uma vista em seção pode ser provido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PERMUTA-DOR TÉRMICO COM ESTABILIZADOR VERTICAL E TUBO".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os permutadores térmicos do tipo de estabilizador vertical e tubosão bem-conhecidos na técnica. Estes incluem um número de estabilizado-res verticais com tubos de transferência de calor que passam através daí.Os estabilizadores verticais incluem, tipicamente, um número de aletas emisturam o fluxo de ar através dos estabilizadores verticais para aumentar atransferência de calor entre as superfícies do permutador térmico, o qualinclui superfícies de estabilizador vertical e as superfícies externas dos tu-bos, e o fluxo de ar. Uma questão que surge quando se interrompe o fluxode ar é uma queda de pressão através dos estabilizadores verticais. Umaumento significativo na queda de pressão através dos estabilizadores verti-cais é ao resultado do aumento de transferência de calor.

Portanto, há a necessidade de projetos de estabilizador verticalpara permutadores com estabilizador vertical e tubo que melhorem as carac-terísticas de dissipação de calor enquanto reduz a queda de pressão no flu-xo de fluido através da estabilizador vertical. Os versados na técnica irãoentender melhor a invenção a partir de uma revisão da modalidade preferidae dos desenhos que aparecem abaixo e das reivindicações que determinamo escopo total da invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com certas modalidades, um resfriador para múltiplosgrupos de tubo múltiplo apresenta uma série de estabilizadores verticais pa-ralelos e planos que têm aletas a montante para direcionar o ar de entradaatravés de uma estabilizador vertical próxima à primeira fileira de tubos e umconjunto a jusante das aletas perto da fileira de tubo adjacente para direcio-nar ar de volta através da mesma estabilizador vertical, antes de o ar sair. Asaletas a montante podem ter inclinações negativas das aletas a jusante e umângulo constante de aleta para aleta dentro de um grupo pode ser provido.Além disso, um constante comprimento em uma vista de seção também éconsiderado.DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

Esses e outros aspectos, características e vantagens da presen-te invenção ficarão claros quando a seguinte descrição detalhada for lidacom referência aos desenhos em anexo, nos quais caracteres iguais repre-sentam partes iguais através dos desenhos, nos quais:

A figura 1 é uma vista plana de um estabilizador vertical único,exemplificativa, mostrando o Iayout da aleta e as aberturas do tubo;

A figura 2 é uma seção através das aletas da figura 1;

A figura 3 é uma modalidade alternativa, exemplificativa, da figu-ra 1, usando aletas de larguras e vãos pequenos entre eles em um determi-nado grupo de tubos;

A figura 4 é uma vista em seção através das aletas da figura 3;

A figura 5 é um detalhe em torno de uma abertura para um tubo;

e

A figura 6 é uma modalidade alternativa, exemplificativa, da figu-

ra 3 que mostra um Iayout diferente de vão nas aletas.DESCRIÇÃO DETALHADA

Os resfriadores de ar são geralmente conhecidos pelos versadosna técnica. Eles compreendem tubos de resfriamento dispostos paralelos umao outro em fileiras, as fileiras sendo paralelas uma à outra. Um conjunto deestabilizador verticais são geralmente empilhados paralelos um ao outro,com uma estabilizador vertical típica, exemplificativa, 10, mostrada na figura1. novamente, a figura 1 é uma vista parcial de uma estabilizador verticalexemplificativa, para fins ilustrativos, para mostrar uma fileira de orifícios 12,14, 16 e 18 para receber os tubos através daí. Uma segunda fileira de orifí-cios paralelos 20, 22,24 e 26 para receber tubos também é mostrada. A ex-tremidade 30 é a montante, ou a extremidade de entrada de ar e a extremi-dade 32 é a jusante ou lado de saída do ar. Vantajosamente, cada extremi-dade ilustrada tem uma série de formas triangulares curvas 34, para acres-centar à rigidez das extremidades.

As aletas a montante são, geralmente, 36 e as aletas a jusantesão, geralmente, 38. Esses dois grupos de aleta 36, 38 se alinham, geral-mente, com uma fileira de tubos. Isso força o ar que entra entre as aberturas-24 e 26 para contornar a abertura 16, uma vez que os tubos (não mostra-dos)que vão para seus respectivos orifícios são distanciados de uma fileirapara a próxima. As aletas podem ser perfuradas fora da estabilizador vertical-10. Conforme ilustrado, todas se estendem acima e abaixo de uma estabili-zador vertical, mas as variações podem ser usadas onde algumas da aletasno grupo a montante 36 se estende apenas da parte superior e algumas pa-ra todas as aletas no grupo 38 se estendem apenas da parte inferior.

Agora, olhando para a figura 2, a orientação das aletas a mon-tante 36 e as aletas a jusante 38 podem ser vistas mais claramente. Con-forme ilustrado, ambos os grupos estão em um ângulo comum 40, como 259com relação ao estabilizador vertical 10, mas em imagem de espelho. Comoresultado, a inclinação das aletas no grupo 36 é a negativa da inclinação daaleta no grupo 38. As aletas no grupo 36 estendem-se acima e abaixo dasuperfície plana do estabilizador vertical 10, embora algumas das aletaspossam se estender em direção à parte superior marcada da região na figu-rai. No grupo 38, as aletas se estendem acima e abaixo da superfície planada aleta 10, mas, opcionalmente, algumas das aletas ali poderiam se esten-der apenas na parte inferior da região marcada na figura 2. Conforme ilus-trado, o ângulo de inclinação de cada aleta em um grupo, tal como 36 ou 38,é o mesmo, ou quase o mesmo que a aleta adjacente no grupo. Porém, esseângulo de inclinação das aletas dentro de cada grupo pode variar um emrelação ao outro, caso desejado. A dimensão total da aleta no grupo, con-forme visto na figura 2, é a mesma, ou quase a mesma, e esse dimensiona-mento pode continuar a ser o mesmo, ou quase o mesmo entre os diferentesgrupos que têm inclinação negativa um em relação ao outro. Porém, valenotar que os grupos tendo dimensionamento variado, com relação aos gru-pos e dentro dos grupos, são considerados.

O efeito desejado em um único estabilizador vertical 10 é, emparte, ilustrado na figura 2. O ar que sai na extremidade superior 30 é mos-trado entrando, em parte, pela seta 42. após engatar as aletas, este flui atra-vés deles e em direção à região considerada inferior, onde pode se misturarcom o ar que entra (seta 44), vindo da aleta inferior 10. Alguma parte da cor-rente de ar 42 continua paralela ao estabilizador vertical 10, conforme indi-cado pela seta 46. Eventualmente, uma parte da corrente 44 que se originaabaixo do estabilizador vertical 10 e partes da corrente 42 direcionadas a-baixo do estabilizador vertical 10 engatam as aletas no grupo 38 e voltampela parte de cima, acima do estabilizador vertical 10 (conforme indicadopela seta 48), agora em alinhamento geral com os tubos de resfriamento(não mostrado), na abertura 12-18. Enquanto é ilustrado um fluxo em tornodo establizador vertical 10 é ilustrado, os versados na técnica irão observarque há uma pluralidade de estabilizadores verticais como o 10 acima e abai-xo deste, cujo espaçamento pode ser otimizado para alterar a extremidadedo vão da extremidade das aletas dos estabilizadores verticais adjacentes,regulando, assim, a quantidade de corrente de ar que entra em um estabili-zador vertical particular, na direção da seta 44. Além disso, a largura da a-bertura definida por cada aleta, ou a largura de cada aleta pode ser variada,ou mantida constante. Adicionalmente, o fluxo através das aletas, a partir decima, representado pela seta 42, vai para baixo da aleta para causar um flu-xo turbulento com a corrente que está tentando passar sob as aletas no gru-po 36. Da mesma forma, qualquer fluxo representado pela seta 46 tem quese misturar com o fluxo que passa através das aletas no próximo estabiliza-dor acima do estabilizador 10. Em seguida, à medida que a zona 50 é cru-zada, a corrente 46 encontra a corrente 48 passando para cima, a partir daparte do estabilizador vertical inferior 10, para posterior mistura. Esses efei-tos são repetidos entre os pares de estabilizador vertical 10. Os espaçadores5, que se estendem da superfície do estabilizador vertical 10, para facilitar oespaçamento dos estabilizadores verticais, pode ser opcionalmente usadona zona 50, por exemplo (vide figura 1). Com relação à orientação da figura2, o primeiro grupo de aletas 36 têm uma inclinação positiva, enquanto que osegundo grupo de aletas 38 têm uma inclinação negativa, com o estabiliza-dor vertical 10 definindo o eixo X e com o eixo X estendendo-se através deum local entre os primeiro e segundo grupos de aletas.

As figuras 3 e 4 representam uma modalidade alternativa que,de muitos modos, é a mesma que as figuras 1 e 2. Uma diferença pode servista nos grupos 36 e 38. A começar da extremidade 30, os freios 52 e 54são lustrados como convergindo para longe da extremidade 30, criando, defato, aletas mais curtas, medidas em direção perpendicular ao ar de entrada,conforme indicado pela seta 42. No mesmo grupo 36, dois outros freios 56 e58 divergem na direção do ar de entrada mostrado pela seta 42. o grupo 38pode ter o mesmo tratamento, mas distante do grupo 36, devido ao Iayoutdos tubos de resfriamento. A utilização de larguras mais curtas de aletasdianteiras e traseira em um determinado grupo tende a tornar tais aletasmais rígidas e causa menos distorção quando submetidas às condições defluxo de ar. Uma alternativa é mostrada na figura 6, onde um freio 59 é ali-nhado com a direção de fluxo de ar e com o tubo no grupo atrás deste, pas-sando, por exemplo, através da abertura 16. O grupo 38 também pode terfreios, tais como 61, que se alinha com uma abertura tal como 22, que estáem frente ao mesmo. Na verdade, a variedade de configurações para osfreios, tal como a convergência e divergência e seus ângulos, são conside-rados. Além disso, a figura 4 mostra que as aberturas, tais como 12 e 20,têm flanges elevados 60 e 62. Os flanges 60 e 62 também atuam para man-ter uma distância predeterminada entre as aletas paralelas. Opcionalmente,os espaçadores 64 mostrados na figura 3, e dispostos entre fileiras de orifí-cios também podem ser usados para manter a distância de separação entreos estabilizadores verticais 10. Com referência à figura 5, uma seção atravésde uma abertura elevada 66 é mostrado. Esta tem um flange 68 espaçadode e geralmente paralelo ao plano do estabilizador vertical 10. Uma saliência70 está no, ou próximo ao, plano do estabilizador vertical 10 e impede a de-formação do estabilizador vertical 10 quando um tubo (não mostrado)é ex-pandido no contato de vedação com uma abertura, tal como 12.

Os versados na técnica irão observar que podem ser feitas mu-danças no processo de otimização. O que é otimizado é uma série de variá-veis referentes ao custo, queda de pressão e desempenho térmico. A uni-formização de padrões, tais como dimensões e ângulos da aleta reduzem ocusto. Portanto, a modalidade preferida enfatiza tais padrões. Na presenteinvenção, o padrão de mistura de corrente de ar na parte superior, inferior ede volta para a parte superior ajuda no desempenho térmico. A utilização deestabilizador vertical plano ajuda a reduzir o custo. A extensão do padrãopara as partes superior e inferior através de duas ou mais fileiras de tubotambém contribui para o desempenho térmico e reduz o custo. Os projetosdas figura 3 e 6 acrescentam resistência a algumas das aletas e reduzem adistorção causadas pela flexão ou vibração do fluxo de ar e, em algum pon-to, reduz a queda de ar.

Novamente, a descrição acima é ilustrativa de modalidades e-xemplificativas. Várias modificações podem ser feitas pelos versados na téc-nica, sem que se afastem da invenção, cujo escopo é determinado pelo es-copo das reivindicações abaixo.

Claims

1. Permutador térmico, compreendendo: uma pluralidade de fi-leiras de tubos que intersecta uma pluralidade de estabilizadores verticaissubstancialmente planos, tais estabilizadores verticais compreendendo umlado superior e inferior e um grupo a montante de aletas para receber, inici-almente, fluido a ser resfriado e uma grupo de aletas a jusante, adjacentes atal grupo de aletas a montante, tais aletas configuradas para direcionar fluidoda parte superior de um estabilizador vertical para a parte inferior de tal es-tabilizador vertical e de volta para a parte superior de tal estabilizador verticalquando o fluido passa ao longo de tal estabilizador vertical, pelo menos porduas fileiras de tubos.

2. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque a inclinação das aletas em tal grupo a montante tem uma inclinação ne-gativa de aletas em tal grupo a jusante.

3. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque pelo menos uma aleta em ambos os grupos estende-se acima de talparte superior e abaixo de tal parte inferior de tal estabilizador vertical.

4. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque todas as aletas em tal grupo a montante e a jusante estende-se em igualdistância de tal parte superior e inferior de tal estabilizador vertical.

5. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque tais aletas em tal grupo a montante estende-se apenas de tal parte su-perior de tal estabilizador vertical.

6. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque tais aletas em tal grupo a jusante estende-se apenas de tal parte inferiorde tal estabilizador vertical.

7. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque tais aletas são formadas integralmente a tal estabilizador vertical.

8. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque tais estabilizadores verticais compreendem aberturas elevadas para a-ceitar tais tubos e tais aletas adjacentes aos espaços de aberturas elevadasa uma distância predeterminada uma da outra.

9. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque pelo menos uma extremidade do plano de tais estabilizadores verticaisplanos para prover resistência a tal extremidade.

10. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 9, emque tal extremidade é corrugada.

11. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque pelo menos uma aleta em um grupo estende-se de tal parte superior einferior de tal estabilizador vertical.

12. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque todas as aletas em cada um dos grupos é paralela uma à outra.

13. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque pelo menos algumas de tais aletas em pelo menos um de tais gruposdefine pelo menos um freio dentro de pelo menos um grupo de uma plurali-dade de fileiras de aletas que forma tal grupo.

14. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 13, emque pelo menos um freio compreende uma pluralidade de freios que conver-gem quando o fluido entra em tal grupo e diverge quando o fluido sai de talgrupo.

15. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 1, emque tais grupos são espaçados em tal estabilizador vertical e dos espaçado-res para separar tais estabilizadores verticais são dispostos entre tais gru-pos.

16. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 8, emque tal abertura elevada define um flange substancialmente paralelo a talestabilizador vertical e uma saliência no ou adjacente ao plano de tal estabi-lizador vertical plano.

17. Permutador térmico, compreendendo uma pluralidade detubos; uma pluralidade de estabilizadores verticais planos tendo aberturaspara receber os tubos através daí, cada estabilizador vertical compreenden-do um primeiro grupo de aletas e um segundo grupo de aletas, em que asaletas do primeiro grupo apresentam uma de uma inclinação negativa oupositiva e as aletas do segundo grupo apresentam a outra inclinação negati-va ou positiva, as inclinações sendo feitas com relação ao estabilizador ver-tical.

18. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 17, emque cada aleta do primeiro grupo tem a mesma inclinação e cada aleta dosegundo grupo tem a mesma inclinação.

19. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 17, emque uma primeira fileira de tubos é distanciada com relação a uma segundafileira de tubos.

20. Permutador térmico, de acordo com a reivindicação 17, emque uma primeira fileira de tubos é alinhada com relação a uma segundafileira de tubos.