CS247940B1

CS247940B1 - Rotor heat exchanger

Info

Publication number: CS247940B1
Application number: CS284285A
Authority: CS
Inventors: Ulchar Mamedov; Valentin Sazykin; Paolo Straneo; Giuseppe Golla
Original assignee: Ulchar Mamedov; Valentin Sazykin; Paolo Straneo; Giuseppe Golla
Priority date: 1985-04-17
Filing date: 1985-04-17
Publication date: 1987-01-15

Abstract

Rotorový výměník tepla obsahuje uvnitř skříně /1/ koaxiálně uspořádaný rotor /2/, který s vnitřní plochou /4/ skříně /1/ vytváří dutý prostor /6/ pro průtok chladicího prostředku, stator /10/, který .vytváří s vnitřní plochou /11/ rotoru /2/ dutý prostor /13/ pro průtok, viskosní kapaliny, a má prstenec /17/. Prstenec /17/ tvoří s vnitřní plochou /20/ statoru /10/ dutý prostor /21/ pro průtok chladicího prostředku. Uvnitř dutého prostoru /13/ pro průtok viskózní kapaliny je uloženo lopatkové zařízení /24/, které obsahuje rám /25/. Rám /25/ obsahuje trubky /26/, které jsou spojeny s jeho základními deskami /27, 28/. K trubkám /26/ rámu /25/ jsou připojeny lopatky /32, 33/, z nichž jedny jsou v doteku s vnější plochou /12/ statoru, avšak jiné s vnitřní plochou /11/ rotoru /12/.The rotor heat exchanger comprises a coaxially arranged rotor /2/ inside the housing /1/, which together with the inner surface /4/ of the housing /1/ forms a hollow space /6/ for the flow of the coolant, a stator /10/ which together with the inner surface /11/ of the rotor /2/ forms a hollow space /13/ for the flow of the viscous liquid, and has a ring /17/. The ring /17/ forms with the inner surface /20/ of the stator /10/ a hollow space /21/ for the flow of the coolant. A blade device /24/ is placed inside the hollow space /13/ for the flow of the viscous liquid, which includes a frame /25/. The frame /25/ contains pipes /26/ which are connected to its base plates /27, 28/. Blades /32, 33/ are attached to the tubes /26/ of the frame /25/, some of which are in contact with the outer surface /12/ of the stator, but others with the inner surface /11/ of the rotor /12/.

Description

Vynález se vztahuje na výměník tepla, přesněji na rotorový výměník tepla.The invention relates to a heat exchanger, more specifically to a rotor heat exchanger.

Nejvýhodněji může být tento vynález použit k manipulaci s vazkými kapalinami, například roztoky polymerů při výrobě vysokomolekulárních látek, příkladně syntetických kaučuků.Most preferably, the present invention can be used to handle viscous liquids, for example, polymer solutions in the manufacture of high molecular weight materials, for example, synthetic rubbers.

Při zacházení s tuhými kapalinami je zintenzivnění výměny tepla závažný problém. Koeficienty prostupu tepla leží příliš nízko v důsledku obtížné záruky rychlostí proudění těchto kapalin, stejně jako pro velkou tloušťku mezní vrstvy vznikající na teplosměnných plochách.Intensifying heat exchange is a serious problem when handling solid liquids. The heat transfer coefficients are too low due to the difficulty of guaranteeing the flow rates of these liquids, as well as the large thickness of the boundary layer formed on the heat transfer surfaces.

Známý je rotorový výměník tepla, viz např. AO SSSR č. 1 064 735 ve třídě F28D 11/02, který tvoří rotor uspořádaný koaxiálně uvnitř skříně, vytvářející,s vnitřní plochou skříně dutý prostor pro průtok viskózní kapaliny, a prstenec se spirálovým žebrem, který je uspořádán podél podélné osy statoru a spolu s vnitřní plochou statoru tvoří dutý prostor pro průtok chladicího prostředku.Known is a rotor heat exchanger, see for example AO USSR No. 1 064 735 in class F28D 11/02, which forms a rotor arranged coaxially inside the housing, forming a hollow space for the flow of viscous liquid with the inner surface of the housing and a spiral rib ring, which is arranged along the longitudinal axis of the stator and together with the inner surface of the stator forms a hollow space for the coolant flow.

Stejně tak obsahuje lopatkové zařízení, které je ve vnitřním prostoru dutého prostoru určeného pro průtok viskózních kapalin vzhledem k podélné ose statoru uspořádána volně otočně, a rám, který svými dvěma základními deskami svírá podélné elementy a má lopatky, které jsou připevněny k podélným elementům rámu, přičemž některé z nich jsou v kontaktu s vnitřní plochou rotoru, zatímco jiné s vnější plochou statoru.Likewise, it comprises a paddle device which is freely rotatable in the interior of the cavity for the flow of viscous liquids relative to the longitudinal axis of the stator, and a frame which grips the longitudinal elements with its two base plates and has vanes attached to the longitudinal elements of the frame, some of which are in contact with the inner surface of the rotor while others with the outer surface of the stator.

U tohoto rotorového výměníku tepla obsahuje lopatkové zařízení kloubové spoje, které jsou spojeny s lopatkami, zatímco podélné elementy jsou vytvořeny ve formě pásů, kterými jsou kloubové spoje spojeny.In this rotor heat exchanger, the blade device comprises hinges which are connected to the blades, while the longitudinal elements are formed in the form of strips by which the hinges are connected.

Avšak u tohoto rotorového výměníku tepla vede konstrukční vytvoření podélných elementů ve tvaru pásu k jejich deformaci v provozu, což snižuje spolehlivost tohoto tepelného výměníku. Kromě toho způsobuje tato deformace porušení těsnosti lopatek na příslušných povrchových plochách, což snižuje intenzitu výměny tepla, takže je opět funkční schopnost tohoto výměníku tepla změněna.However, in this rotor heat exchanger, the design of the longitudinal strip-shaped elements leads to their deformation in operation, which reduces the reliability of the heat exchanger. In addition, this deformation causes the blade to leak on the respective surfaces, which reduces the heat exchange rate, so that the functional capability of the heat exchanger is again changed.

Dále dochází při provozu tohoto rotorového výměníku tepla k tomu, že kloubové spoje v jeho lopatkovém zařízení se v průběhu zacházení s viskózními kapalinami zanesou nebo ucpou a ztratí na své pohyblivosti, což ruší schopnost otáčení lopatek, čímž je opět proces opotřebení lopatek urychlen, stejně jako spolehlivost a funkční schopnost tohoto výměníku tepla.Furthermore, in operation of this rotor heat exchanger, the articulated joints in its paddle device become clogged or clogged during the handling of viscous fluids and lose their mobility, thereby impairing the ability to rotate the blades, thereby again accelerating the blade wear process, as well as the reliability and performance of this heat exchanger.

Cílem předloženého vynálezu je vytvoření takového rotorového výměníku tepla, který by vykazoval zvýšenou provozní spolehlivost.It is an object of the present invention to provide such a rotor heat exchanger that exhibits increased operational reliability.

Dalším cílem tohoto vynálezu je zvýšení funkční schopnosti takovéhoto výměníku tepla. Předloženému vynálezu je také kladena úloha vytvořit rotorový výměník tepla, u něhož konstrukční vytvoření jeho lopatkového zařízení dovolí zvýšit spolehlivost a funkční schopnost takového tepelného výměníku.It is a further object of the present invention to increase the performance of such a heat exchanger. It is also an object of the present invention to provide a rotor heat exchanger in which the design of its blade arrangement allows to increase the reliability and performance of such a heat exchanger.

To se dosáhne tím, že v rotorovém výměníku tepla jsou uvnitř skříně koaxiálně uspořádány rotor, který s vnitřní plochou skříně tvoří dutý prostor pro průtok chladicího prostředku, stator, který s vnitřní plochou rotoru vytváří dutý prostor pro průtok viskózní kapaliny, a prstenec se spirálovým žebrem, který je uspořádán podél podélné osy statoru a spolu s vnitřní plochou statoru vytváří dutý prostor pro průtok chladicího prostředku, a obsahuje také lopatkové zařízení, které je ve vnitřním prostoru dutého prostoru určeného pro průtok viskózní kapaliny uspořádáno vzhledem k podélné ose statoru volně otočně, a rám, který má svými dvěma základními deskami spojené podélné elementy, stejně jako lopatky, které jsou uloženy na podélných elementech rámu, přičemž některé z nich se stýkají s vnitřní plochou rotoru, avšak jiné s vnější plochou statoru, a podstatou vynálezu je, že podélné elementy rámu v lopatkovém zařízení jsou vytvořeny jako trubky.This is achieved in that in the rotor heat exchanger a coaxial rotor is arranged inside the housing, which forms a hollow space for the coolant flow with the inner surface of the housing, a stator which creates a hollow space for the viscous liquid flow with the inner surface of the rotor, and a helical ring which is arranged along the longitudinal axis of the stator and together with the inner surface of the stator forms a hollow space for the coolant flow, and also comprises a paddle device which is freely rotatable relative to the longitudinal axis of the stator in the inner space of the hollow space a frame having longitudinal elements connected by its two base plates, as well as vanes mounted on the longitudinal elements of the frame, some of which are in contact with the inner surface of the rotor but others with the outer surface of the stator; the frame elements in a paddle apparatus are formed as tubes.

2479 402479 40

Lopatkové zařízení rotorového výměníku tepla podle vynálezu obsahuje výhodně přídavné čepy, z nichž každý je spojen s jednou stávající trubkou rámu a příslušnými lopatkami.The rotor heat exchanger blade apparatus of the invention preferably comprises additional pins, each of which is connected to one existing frame tube and respective vanes.

Doporučuje se, aby lopatkové zařízení rotorového výměníku tepla podle vynálezu obsahovalo přídavné tyče podle počtu dvojic čepů, z nichž každá je prostrčena vrtáním vytvořeným v příslušné trubce rámu a na jejichž koncích jsou pevně uloženy čepy, z nichž jeden je vsazen ve vrtání lopatky, která se dotýká vnitřní plochy rotoru, avšak druhý je vsazen do vrtání lopatky, která se dotýká vnější plochy statoru.It is recommended that the rotor heat exchanger blade apparatus according to the invention comprise additional bars according to the number of pairs of pins, each of which is inserted through a bore formed in the respective frame tube and at whose ends are fixed pins, one of which is embedded in the bore of the blade. it touches the inner surface of the rotor, but the other is embedded in the bore of the blade that contacts the outer surface of the stator.

Výhodně obsahuje lopatkové zařízení rotorového výměníku tepla podle vynálezu navíc alespoň jeden kroužek, který je uspořádán rovnoběžně se základními deskami rámu a se kterým jsou trubky rámu pevně spojeny.Advantageously, the rotor heat exchanger vane apparatus according to the invention further comprises at least one ring which is arranged parallel to the base plates of the frame and to which the frame tubes are fixedly connected.

Předložený vynález dovoluje snížit při zvýšených zatíženích a vibracích zdeformování konstrukce rotorového výměníku tepla, což vede ke zvýšení jeho spolehlivosti.The present invention makes it possible to reduce the deformation of the rotor heat exchanger structure at increased loads and vibrations, which leads to an increase in its reliability.

Kromě toho umožňuje předložený vynález zvýšit rychlost pohybu viskózní kapaliny a snížit usazeniny pevných klesajících látek z této kapaliny, což zvyšuje intenzitu výměny tepla a zlepšuje tak funkční schopnost rotorového výměníku tepla.In addition, the present invention makes it possible to increase the velocity of movement of a viscous liquid and to reduce deposits of solid sinking therefrom, which increases the intensity of heat exchange and thus improves the performance of the rotor heat exchanger.

V následující části bude vynález blíže objasněn na popisu jednoho konkrétního příkladu provedení výměníku za pomoci přiložených výkresů, na nichž představuje:In the following, the invention will be explained in more detail by way of a description of one specific embodiment of the exchanger with reference to the accompanying drawings, in which:

obr. 1 rotorový výměník tepla podle vynálezu v podélném řezu se zjednodušením polovin trubek s lopatkami zakreslenými v rovině příčného řezu, obr. 2 řez podle čáry II-II z obr. 1 a obr. 3 detail A z obr. 2.1 shows a longitudinal section of the rotor heat exchanger according to the invention, simplifying the pipe halves with the blades drawn in the cross-sectional plane; FIG. 2 shows a section along line II-II in FIG. 1 and FIG. 3 detail A of FIG.

Rotorový výměník tepla obsahuje skříň £ ve tvaru prstence válcové formy, ve které je koaxiálně uspořádán rotor £, který je rovněž vytvořen jako prstenec a je podepřen v ložiskách £. Vnitřní plocha _4 skříně £ a vnější plocha £ rotoru £ vytvářejí dutý prostor £ pro průtok chladicího prostředku, například proudu vody.The rotor heat exchanger comprises a housing 8 in the form of a ring of a cylindrical mold in which a rotor 6 is also arranged coaxially, which is also designed as a ring and is supported in bearings 6. The inner surface 4 of the housing 4 and the outer surface 4 of the rotor 4 form a hollow space 4 for the flow of a coolant, for example a water jet.

Ke skříni 1 jsou upevněny hrdlo T_ pro přívod vody do dutého prostoru £ a hrdlo £ pro odtok spotřebované vody z dutého prostoru £. K rotoru £ je pevně přichycen hnací kotouč £. Podle podélné osy rotoru £ je koaxiálně uspořádán stator 10.Connected to the housing 1 are a neck 7 for supplying water to the hollow space 6 and a neck 6 for draining the consumed water from the hollow space 6. The drive disk 6 is firmly attached to the rotor 6. A stator 10 is coaxially arranged along the longitudinal axis of the rotor.

Vnitřní plocha 11 rotoru £ a vnější plocha 12 statoru 10 tvoří dutý prostor 13 pro průtok viskózní kapaliny, například roztoku butadien-kaučuku v benzolu. Ke skříni £ jsou připevněny hrdlo 14 pro přívod roztoku butadien-kaučuku v benzolu a hrdlo 15 pro odvádění hotového výrobku.The inner surface 11 of the rotor 6 and the outer surface 12 of the stator 10 form a hollow space 13 for the flow of a viscous liquid, for example a solution of butadiene rubber in benzene. Attached to the housing 4 are a neck 14 for supplying a solution of butadiene rubber in benzene and a neck 15 for discharging the finished product.

Ložiska £ mají izolační příložky 16. Podle podélné osy statoru 10 je uspořádán prstenec 17, který na své vnější ploše vykazuje šroubové žebro ££. Vnější plocha 18 a vnitřní plocha 20 statoru 10 vytvářejí dutý prostor £1 pro průtok chladicího prostředku, například vody.The bearings 8 have insulating shims 16. According to the longitudinal axis of the stator 10, a ring 17 is provided which has a helical rib 60 on its outer surface. The outer surface 18 and the inner surface 20 of the stator 10 form a hollow space 41 for the flow of a coolant such as water.

V prstenci 17 je podél jeho podélné osy upevněna trubka 22 pro přívod vody k dutému prostoru 21. Ke statoru 10 je upevněno hrdlo 23 pro odvod vody z dutého prostoru 21.In the ring 17, along its longitudinal axis, a pipe 22 for supplying water to the cavity 21 is fastened. A neck 23 for draining water from the cavity 21 is fastened to the stator 10.

V dutém prostoru 13 je uloženo lopatkové zařízení 24. Lopatkové zařízení 24 obsahuje rám 25, který má tři podélné elementy, které jsou provedeny ve formě trubek 26, jejichž jedny konce jsou upevněny k jedné základní desce 27, avšak jejich druhé konce jsou upevněny k další základní desce 28.A vane device 24 is disposed in the cavity 13. The vane device 24 comprises a frame 25 having three longitudinal elements, which are in the form of tubes 26, one end of which is fixed to one base plate 27, but the other ends are fixed to the other. motherboard 28.

Vrtáními provedenými v trubkách 26 jsou provlečeny tyče 29, na jejichž koncích jsou upevněny čepy £0, ££. K čepům 30 jsou připojeny lopatky 32, které jsou v doteku s vnější plochou 12 statoru £0. · ·Rods 29 are threaded through the bores 26 in the tubes 26, the ends of which are fitted with pins 40, 60. Attached to the pins 30 are blades 32 that are in contact with the outer surface 12 of the stator 40. · ·

K čepům 3] jsou připevněny lopatky 33, které se stýkají s vnitřní plochou '11 rotoru 2.The blades 33 are attached to the pins 3, which contact the inner surface 11 of the rotor 2.

Na lopatkách 32 , 33 jsou upevněny jedny konce příslušných přítlačných prvků' 34, 35 prostřednictvím odpovídajících kolíků 36 , 37.One end of the respective thrust elements 34, 35 is fixed to the blades 32, 33 by means of corresponding pins 36, 37.

Další konce prvků 34, 35 jsou upevněny na příslušných koncích kolíkového šroubu 38, který je provlečen vrtáními v trubce 26.The other ends of the elements 34, 35 are secured to respective ends of the pin bolt 38 which is threaded through the bores in the tube 26.

Rám 25 obsahuje kruh 39, který í^e vytvořen ze tří obloukových desek JO, které jsou připevněny ke stěnám trubky 26 v jedné a téže výšce rovnoběžně k základním deskám 27, '28.The frame 25 comprises a ring 39, which, ^e formed from three arcuate plates JO which are attached to the walls of tube 26 in the same height parallel to the base plates 27, '28.

Rotorový výměník tepla pracuje následujícím způsobem. Jeden proud vody je přiváděn přes hrdlo 2 do dutého prostoru 6_, zatímco spotřebovaný proud vody je odváděn z dutého prostoru 6. přes hrdlo J3. Druhý proud vody je přiváděn přes trubku 22 do dutého prostoru 21, zatímco proud použité vody je z dutého prostoru 21 odváděn přes hrdlo 23.The rotor heat exchanger operates as follows. One water stream is fed through the neck 2 into the hollow space 6, while the consumed water stream is discharged from the hollow space 6 through the neck 13. A second stream of water is fed through the tube 22 to the cavity 21, while the stream of used water is discharged from the cavity 21 through the neck 23.

Přitom prochází proud vody přes povrchovou plochu šroubového žebra 19 a dostává tak potřebnou rychlost. Roztok butadien-kaučuku v benzolu se přivádí do dutého prostoru 13 přes hrdlo 14. Hotový produkt se odvádí přes hrdlo 15.In this case, the water stream passes over the surface of the screw rib 19 and thus receives the required speed. A solution of butadiene rubber in benzene is introduced into the cavity 13 through the neck 14. The finished product is discharged through the neck 15.

Při oběhu rotoru 2. prostřednictvím hnacího kotouče 9. se díky momentu otáčení, který vzniká při spolupůsobení lopatek 33 s vnitřní plochou 11 rotoru 2., dostává lopatkové zařízení 24 rovněž do pohybu.When the rotor 2 is circulated by means of the drive disk 9, the blade device 24 also moves due to the rotational torque generated by the interaction of the blades 33 with the inner surface 11 of the rotor 2. As shown in FIG.

Proti tomuto kroutícímu momentu působí brzdicí moment lopatkového zařízení 24 díky společnému působení lopatek 32 s vnější plochou 12 statoru 10.This torque is counteracted by the braking torque of the blade device 24 due to the interaction of the blades 32 with the outer surface 12 of the stator 10.

Ke zmíněnému kroutícímu momentu se přičítá brzdicí moment, který v důsledku odporu roztoku butadien-kaučuku v benzolu vzniká proti otáčení lopatkového zařízení. Podle toho je úhlová rychlost lopatkového zařízení 24 značně menší než úhlová rychlost rotoru 2_.To the said torque is added the braking torque which, due to the resistance of the solution of butadiene rubber in benzene, arises against the rotation of the blade device. Accordingly, the angular velocity of the paddle device 24 is considerably less than the angular velocity of the rotor 2.

S přihlédnutím k reltlvně nízkému dutému prostoru 13 zajištují turbulence a makrovíry vznikající spolupůsobením lopatek 32 a 33 vždy s rotorem 2. a statorem 10 vysoké součinitele přestupu tepla ve vztahu k povrchovým plochám rotoru 2 a statoru 10.Taking into account the relatively low hollow space 13, the turbulence and macrovirals produced by the action of the blades 32 and 33 always ensure high heat transfer coefficients relative to the surfaces of the rotor 2 and the stator 10.

Přitom podmiňuje rychlost proudění charakteristická pro trubky 26 rámu 25 pouze nepatrný odpor proti pohybu roztoku a přispívá zároveň k dicílení maximální tuhosti při působení radiálních a tangenciálních zatížení, která jsou lopatkami 32 , 33 vytvářena současně.In this case, the flow velocity characteristic of the tubes 26 of the frame 25 determines only a slight resistance to the movement of the solution and at the same time contributes to the maximum stiffness under the effect of the radial and tangential loads generated by the blades 32, 33 simultaneously.

Upevnění těchto lopatek 32, 33 k trubkám 26 prostřednictvím čepů 30, 31, které zasahují do vrtání lopatek 32, 33, nabízí lopatkám možnost nepatrného natočení, které je dostatečně velké pro kompenzaci případné ovality povrchových ploch 11, 12 a snížení opotřebení lopatek 32, 33, což zvyšuje spolehlivost rotorového výměníku tepla.The attachment of these blades 32, 33 to the tubes 26 by means of pins 30, 31 that interfere with the bore of the blades 32, 33 offers the blades a slight rotation that is large enough to compensate for the possible ovality of surface surfaces 11, 12 and reduce blade wear. , which increases the reliability of the rotor heat exchanger.

Taková konstrukce upevnění lopatek dovoluje dále lopatkám 32, 33 zachovat si svoji pohyblivost i při značných usazeninách pevných látek na povrchových plochách 11, 12 jak rotoru 2. tak i statoru 10.Such a blade attachment structure further allows the blades 32, 33 to retain their mobility even with considerable solids deposits on the surfaces 11, 12 of both the rotor 2 and the stator 10.

Při větších zatíženích, vibracích a usazeninách pevných podílů zajištují tyče 29 ze své strany spolehlivost a funkční schopnost lopatkového zařízení 24.For higher loads, vibrations and deposits of solids, the rods 29 ensure the reliability and performance of the paddle device 24.

Předložený vynález dovoluje dosáhnout vysokého hydrodynamického stavu rotorového výměníku tepia, což zajištuje vysoký součinitel prostupu tepla.The present invention makes it possible to achieve a high hydrodynamic state of the rotor heat exchanger, which ensures a high heat transfer coefficient.

Claims

A rotor heat exchanger having a coaxially arranged rotor inside the housing, which forms a hollow space for the coolant flow with the inner surface of the housing, a stator which forms a hollow space for the flow of viscous liquid with the inner surface of the rotor, and a helical rib ring arranged along the longitudinal axis of the stator and with the inner surface of the stator forming a hollow space for the coolant flow, and comprising a paddle arrangement which is arranged within the hollow space for flowing viscous fluid freely rotatable relative to the longitudinal axis of the stator; two base plates, and having vanes mounted on the longitudinal elements of the frame, some of which are in contact with the outer surface of the stator but others with the inner surface of the rotor, characterized in that the longitudinal elements of the frame (25) in the paddle device (24) are designed as tubes (26),

Rotor heat exchanger according to claim 1, characterized in that the blade device (24) additionally comprises pins (30, 31), each of which is connected to a respective tube (26) of the frame (25) and respective blades (32, 33). /.

Rotor heat exchanger according to claim 2, characterized in that the blade device (24) comprises rods (29) according to the number of pairs of pins (30, 31), each of which are guided by bores formed in the respective tube (26) of the frame (25). and at whose ends the pins (30, 31) are fixedly fixed, of which the pin (30) is received in the bore of the vane (32) which contacts the outer surface (12) of the stator (10) while the pin (31) is is mounted in the bore of the blade (33) which is in contact with the inner surface (22) of the rotor (2).

Rotor heat exchanger according to claim 1, characterized in that the vane device (24) additionally comprises at least one ring (39) which is arranged parallel to the base plates (27, 28) of the frame (25) with which the tubes (1) are. 26 / frame / 25 / connected firmly.