CS269165B1 - Výměník tepla - Google Patents

Abstract

Výměník má mezitrubkový prostor rozdělen do víoe ohodů proatředniotvía nejméně jedné podélné přepážky, vytvořené jako dutá na obou koneioh otevřené těleso, umístěná eouoso v plášti výměníku v poloze, při níž proobásí přísnou přepážkou, umístěnou mssi vstupním a výstupním hrdlem mezitrubkového prostoru. Podélná přepážka má kupříkladu průřez kruhový, který je výrobně Jednodušší, anebo průřez ve tvaru mnohoúhelníku, který lépe vyhovuje geometrii trubkového svazku. Příčná přepážka je utěsněna vůči podélné přepážce i vůči pláiti výměníku. Spojení příčné přepážky s pláětěm výměníku je možno provést jako rozebíratelné nebo nerozvblratelné. V posledním případě lze v zájmu možného vyjmutí trubkového svazku z pláětě výměníku příčnou přepážku provést jako protipřírubu. Rozděleni trubkového prostoru do víoe ohodů zprostředkuje obdobně podélná přepážka či přepážky, umístěné v přední komoře, případně i sadní komoře výměníku. K podepření trubkového svazku a zajištěni protiproudého toku pracovního média slouží přepážky provedené s výhodou ve tvaru plynulé či přerušované žroubovicové plochy, sestavené se segmentů ve tvaru kruhových výsečí či částí Sroubovioové plochy. Jedny ze šroubovioovýoh přepážek jsou umístěny vždy uvnitř, kdežto ostatní žroubovicové přepážky jeou umístěny vně podélné přepážky

Description

Vynález se týká nepořádání víceohodého trubkového výměníku tepla, které umožňuje dokonalý protiproud obou pracovních médií ve všech Chodech výměníku. Předmětem vynálezu je zejména nepořádání, v němž jaou pro podepření trubkového svazku a vymezení průtočných kanálů v mezi trubkovém prostoru výměníku užity ěroubovicové přepážky.

U dosavadních konstrukcí vícechodých trubkových výměníků tepla se pro účel podepření trubkového svazku užívají převážně příčné segmentové či tyčové přepážky. Příčné segmentové přepážky se nadto podílejí i na vytvoření průtočných kanálů a určení jejich velikosti. Oba typy přepážek jsou obvykle doplněny podélnou rovinnou přepážkou, která mezi trubkový prostor dělí ve dvě stejné poloviny, tedy ve dva chody. Tímto způsobem je možno vytvořit dvouchodý protiproud/ výměník s vysokým stupněm vy* užití tepla, které lze v některých případech ještě dále zvýšit zvýšením počtu chodil v trubkovém prostoru.

Xejčastějšín společným problémem popsaných konstrukcí je utěsnění podélné přepážky v plášti výměníku, které je zvlášť aktuální při použití příčných segmentových přepážek, Jež vyvolávají vysokou tlakovou ztrátu a tím i zvýšené nebezpečí všech doprovodných negativních jevů, Jako Jsou zejména zkratové a obtokové proudy.

technické praxi se užívá řada způsobů utěsňování podélné rovinné přepážky. Jediným způsobem, který zabezpečuje opravdu dokonalé utěsnění, je však přivaření přepážky k plášti výměníku. Podstatnou nevýhodou tohoto dokonalého způsobu utěsnění nicméně Jo, že trubkový svazek není potom možno z výměníku vyjmout. Použití rovinných podélných přepážek vede nadto k nerovnoměrnému rozložení teplot v plášti výměníku, zejména v oblastech vstupu a výstupu pracovního média, a tím i k nárůstu teplotních napětí v plášti. Podobná situace nastává i v trubkách vícechodýeh trubkových svazků, kde vznikají napětí z teplotních rozdílů mezi skupinami trubek Jednotlivých Chodů, které často není možno vyloučit ani při použití plovoucí hlavy, lavic se tato teplotní napětí nedají ani exaktně vypočítat, takže v některých případech vedou k lomům či poruchám mechanická soudržnosti systému. '

Uvedené nevýhody Jsou naproti tomu potlačeny u výměníku tepla podle vynálezu, který se skládá z trubkového svazku vymezujícího trubkový prostor, z pláště vymezujícího mezi trubkový prostor, z přední komory a zadní komory, upravených na protilehlých koncích výměníku, z prvního vstupního a prvního výstupního hrdla, navazujících na trubkový prostor, z druhého vstupního hrdla a druhého výstupního hrdla, navazujících na mezitrubkový prostor, a z opěrných elementů pro podepření trubkového svazku, jehož podstatou je, že mezitrubkový prostor Je rozdělen do ne Jméně dvou chodů prostřednictvím nejméně Jedné první podélné přepážky, vytvořené Jako duté, na obou svých koncích otevřené těleso, uložené souose v plášti v poloze, při níž prochází příčnou příčkou, umístěnou mezi druhým vstupním a výstupním hrdlem a spojenou hermeticky s pláštěm a první podélnou přepážkou, zatímco trubkový prostor výměníku je rozdělen do nejméně dvou chodů prostřednictvím nejméně jedné druhé podélné přepážky, vytvořené jako duté,, na obou svých koncích uzavřené těleso, uložené souose v přední komoře, případně i zadní komoře výměníku.

Přednost konstrukce výměníku tepla podle vynálezu tkví především v použití dutých přepážek, které zejména v mezi trubkovém prostoru způsobují rovnoměrné rozdělení teplot napříč i podél pláště, přičemž k bezprostředně nejvyššímu rozdílu teplot zde nedochází v podélném, ale příčném řezu, což je z pevnostních hledisek daleko přijatelnější. Navíc lze špičku teplotních rozdílů snížit vhodným nastavením vzájemné polohy hrdel.

trubkovém prostoru, vzhledem k rozdělení trubek do chodů na kruhová a mezikruhová pásma, dochází opit k pevnostně přijatelnějšími rozložení teplot po trubkovnicích, navíc napětí vyvolaná těmito teplotami lze již snadno exaktně vypočítat.

CS 269 165 Bl

Utěsnění příčné přepážky, jež doplňuje rozdílení do chodů v mezi trubkové· prostoru, je v daném připadl podstatně jednoduěěí než u původních konstrukcí a lze též použít k utěsnění podstatně většího počtu rozebíratelných variant. S výhodou lze použít i nerozebíratelného utěsnění přepážky, tj. při vaření přepážky k plášti, neboť i při této alternative je výměník možno provést jako rozebíratelný. Určitou nevýhodou tohoto provedení však je, že část svazku, v úseku od sevřené trubkovnice k příčné přepážce, nelze obnažit.

Bozdělení jednotlivých prostorů výměníku do Chodů podle vynálezu umožňuje rovněž umístit hrdla výměníku v libovolné poloze příslušného příčného řezu výměníkem s tin, že u komor lze a výhodou jedno s hrdal umístit do víka, reap, dna komory. V připadl lichého počtu ahodů lze tak: umístit obě hrdla.

Bozdělení mesitrubkového prostoru výměníků do dvou a více chodů ve smyslu vynálezu nebráni ani volbě typu přepážkového systému. V podstatě lze použit všechny známé přepážkové systémy, a výhodou však, pro jejich vynikající vlastnosti, tj. poměrně vysoký součinitel přestupu tepla a nízké tlakové ztráty, lze použit přepážky šroubovicové. Navíc je možno dokonce volit i kombinace přepážkových systémů, ukáže-li ae to pro funkci výměníku jako vhodné. Potom každý shod výměníku je svým způsoben samostatným výměníkem a Jako takový jej lze i navrhovat. Poměr průtočných průřezů jednotlivých chodů Je potom záležitosti ekonomickou. U dvouchodého uspořádáni lze například poměr těchto průtočných průřezů vyjádřit snadno poměrem průměru duté podélné přepážky a průměrem pláště výměníku, který v praxi může činit 0,5 až 0,9.

Příkladné provedení dvouchodého protiproudého trubkového výměníku tepla podle vynálezu Je schematicky znázorněno na výkresu, který představuje výměník v podélném řezu.

Výměník ve znázorněném provedení se skládá z přední komory 12, zadní komory 18 a trubkového svazku uloženého .v plášti £ válcového tvaru vně i uvnitř první podélné pře· pážky 2 válcového tvaru, uložené souose v plášti £. Trubkový svazek je na straně přední komory 12 zaústěn do pevné, sevřené trubkovnice 10 a na straně sadní komory 18 do plovoucí hlavy 11. Pracovní médium proudící trubkovým svazkem se přivádí prvním vstupním hrdlem 1,. umístěným ve víka 1£ přední komory 12, do prostora druhé podélné přepážky 2 válcového tvaru, uložené souose vzhledem k obvodové stěně 17 přední komory 12. Z tohoto prostoru se pracovní médium rozděluje do vnitřních trubek 12, které tvoři vnitřní Část trubkového svazku, oddělenou od vnější části první podélnou přepážkou 2* Vnitřní část trubkového svazku takto vytváří první ohod trubkového prostora, zatímco druhý Chod tvoří vnější trubky 2 trubkového svazku, uložené v prostoru aezi první podélnou přepážkou 2 * pláštěm £ výměníku. Pracovní médium proudící vnitřními trubkami 15 trubkového svasku vystupuje do prostora plovoucí hlavy H, kde mění směr toku a natéká do vnějších trubek 2 svazku. Vnějšími trubkami 2 postupuje v protiproudu do prstencového obvodového prostoru mesi druhou podélnou přepážkou £ a obvodovou stěnou 17 přední komory 12. Prstencový obvodový prostor opouští prvním výstupním hrdlem 2.

Druhé pracovní médiu· vstupuje do mezi trubkového prostoru výměníku druhým vstupním hrdlem 2 a prostorem mesi první podélnou přepážkou 2 * pláštěm $ výměníku postupuje sméren k sadní komoře 16. Zde opět mění svůj směr a prostorem první podélné přepážky 2 ^8e vrací směrem k sevřené pevné trubkovnici 12., kdy vystupuje do prostoru mezi pevnou trubkovnicí 10 ·> příčnou přepážkou J. Výměník opouští druhým výstupním hrdlem 2· Příčná přepážka 2 je utěsněna jak vůči první podélné přepážce 2, *** i »ůči plášti 8 výměníku a vůči sestupným trubkám 2 vnější části trubkového svazku, které příčnou přepážkou 2 procházejí. Vnější trubky 2 Jo možno vůči příčné přepážce 2 utěsnit nejlépe zaváloováním, popřípadě hydraulickým rozepnutím. Těsnost příčné přepážky 2 vůči první podélné přepážce 2 ^lze nejlépe zajistit přímým přivařením a vůči pláěti g výměníku buň vhodným obvodovým těsněním, anebo opět přivařením. V případě přivaření příčné přepážky 2 k plášti £ výměníku je možno vyjímatelnost trubkového svazku zaCS 269 165 Bl jistit tím, že se přírubový spoj mezi pláštěm £ * přední komorou 12 posune do místa příčné přepážky 2, tj. mezi druhá vstupní a druhé výstupní hrdlo Jal, popřípadě i do jiného místa, zvoleného s ohledem na konkrétní konstrukční provedení výměníku.

Vnější a vnitřní část trubkového svazku podepírají vnější a vnitřní ěroubovicové přepážky 13. 14. které jsou v mezitrubkovém prostoru výměníku uspořádány tak, že příslušné pracovní médium protéká mezitrubkovým prostorem stále ve stejném smyslu, a to i po přechodu z vnější části mezi trubkového prostoru do části vnitřní. Vnější i vnitřní šroubovioová přepážky 13. 14 se přitom skládají se segmentů ve tvaru rovinných ji tvarovaných kruhových výsečí, spojených navzájem plochými tyčemi, které vytvářejí přerušovanou ěroubovicovou plocha, přičemž smysl jejich stoupání je opačný, zatímco velikost stoupání může být stejná nebo odlišná. Ve znázorněném provedení vykazují vnitřní ěroubovioové přepážky 14. uložené v prostoru první podélné přepážky 5, větší stoupání než vnější šroubovicové přepážky 13. uložené ▼ prostoru mezi první podélnou přepážkou £ a pláštěm £ výměníku. Uspořádání js výhodné zejména pro jednorázové pracovní látky, zatímco při použití například dvoufázových látek se podle jejich charakteru volí někdy i shodné stoupání a v některých případech dokonce opačný poměr stoupání.

Podobně je možno také volit u segmentů vnějších i vnitřních šroubovicových přepážek 13. 14 shodný Si odlišný tvar. Kromě znázorněného provedení je zejména u vnějších šroubovicových přepážek 14 možno užít segmentů ve tvaru Sástí šroubovicové plochy o délce odpovídající polovině stoupání, popřípadě obecně segmenty vytvářející plynulou šroubovici. Uspořádání segaentů do plynulé Si vícechodé ěroubovice se volí se jména také v případech, kdy je třeba* důkladné podepření trubkového svazku. U velkoprůmirových výměníků je někdy účelné segaenty vnitřních šroubovicových přepážek 1£ navíc uchytit k neznázorněné ztředové trubce, která v tomto případě neplní funkci teplosměnné trubky» *1* slouží výhradně k upevnění segmentů.

První vstupní hrdlo J * první výstupní hrdlo 1 mezi trubkového prostoru mohou být v zásadě vzhledem k příčnému řezu výměníkem umístěna v libovolném místě po obvodu pláště £ výměníku. Vzhledem k projevujícímu se namáhání od tepelných napětí se však jako optimální jeví poloha, při níž jsou navzájem pootočena o 180°· Není však bezpodmínečně nutno volit tuto vzájemnou polohu, nebol ve srovnání se známými konstrukcemi neleží nebezpečné tepelné rozhraní v podélném, ale příčném řezu pláštěm £ výměníku. Podobně taká první vstupní hrdlo 1 trubkového prostoru, které je ve znázorněném provedení umístěno ve víku 16 přední komory 12. může být umístěno v kterémkoliv místě obvodové stěny X2 přední komory J2, optimální je však opět poloha, při níž první vstupní hrdlo X a první výstupní hrdlo 2 svírají navzájem úhel 180°. Toto provedení je nicméně poněkud komplikováno tím, že první vstupní hrdlo X je v tomto případě třeba zaústit i do druhé podélné přepážky £.

Obecně je možno uplatnit v rámci vynálezu i další obměny v provedení výměníku a jeho částí. Pro vytvoření'dalších Chodů výměníku je příkladně možno zvýšit počet vnitřních podélných přepážek. Podobně také je možno výrobně jednoduchý tvar přepážek v některých případech nahradit v souhlasu s geometrií trubek přepážkou, která má v řezu tvar víceúhelníku. Kombinace pevné sevřené trubkovnice s plovoucí hlavou, resp. s U-trubkami, které jsou vhodné zejména v případech velkých teplotních rozdílů mezi oběma pracovními médii, a to zvláště tehdy, jsou-li obě média silně znečistěná, takže je nutno trubkový svazek častěji vyjmout za účelem odstranění úsad z vnějšího i vnitřního povrchu trubek, je možno při použití relativně Čistých látek s menšími teplotními rozdíly nahradit kombinací dvou pevných trubkovnic. Stejného principu rozdělení trubkového i mezitrubkového prostoru výměníku lze však využít i u teplosměnných zařízení jiného typu, například u výměníků typu trubka v trubce, anebo u dalších trubkových aparátů, jako jsou vařáky, odparky a reaktory.

Claims (14)

PfiB Dl Ž T VYNÁLEZU

1. Výměník tepla, složený s trubkového svazku vymezujícího trubkový prostor, z pláště vymezujícího mozitrubkový prostor, z přední komory * zadní komory, upravených na protilehlých koncích výměníku, z prvního vstupního a prvního výstupního hrdla, navazujících na trubkový prostor, z druhého vstupního hrdla a druhého výstupního hrdla, navazujících na mesitrubkový prostor a z opěrných elementů pro podepření trubkového svazku, vyznačující se tím, že mesitrubkový prostor je rozdělen do nejméně dvou chodů prostřednictvím nejméně jedné první podélné přepážky (5), vytvořené jako duté, na obou koncích otevřené těleso, uložené souose v plášti (8) v poloze, při níž prochází příčnou příčkou (7), umístěnou mezi druhým vstupním a výstupním hrdlem (3, 4) a spojenou hermeticky s pláštěm (8) a první podélnou přepážkou (5), zatímco trubkový prostor výméníku je rozdělen do nejméně dvou chodů prostřednictvím nejméně jedné druhé podélné přepážky (6), vytvořené jako duté, na obou svých koncích uzavřené těleso, uložené souose v přední komoře (12), případně i sadní komoře (18) výměníku*

2. Výměník podle bodu*l, vyznačující se tím, že první enebo druhá podélná přepážka (5, 6) má kruhový průřez.

3. Výměník podle bodu 1, vyznačující se tím, že první anebo druhá podélná přepážka (6) má průřez ve tvaru mnohoúhelníku.

4. Výměník podle bodu 1 až 3, vyznačující se tím, že počet prvních podélných přepážek (5) v mezi trubkové* prostoru je o jednu menší než počet chodů ▼ tomto prostoru.

5. Výměník podle bodu 1 až 4, vyznačující se tím, že příčná přepážka (7) je vůči plášti (8) utěsněna rozebíratelně, například pružný* kovový* těsnění*.

6. Výměník podle bodu 1 až 4, vyznačující se tin, že příčná přepážka (7) je vůči plášti (8) utěsněna ne rozebírá tělně, například svare*·

7· Výměník podle bodu 6, vysračující se tím, že příčná přepážka. (7) tvoří současně protipřírubu ke zbývající částí, pláště (8).

8. Výměník podle bodu 1 až 7„ vyznačující se ti*, že první vstupní nebo první výstupní hrdlo (1, 2) je umístěno v»> víku (16) přsdní komory (12).

9» Výměník podle bodu 1 ai 7_S> vyznačující ee tím, že první vstupní hrdlo (1) a první výstupní hrdlo (2) jsou umíntěna v obvodové stěně (17) přední komory (12), například v protilehlé poloze.

10. Výměník podle bodu 1 až 9» vyznačující se tím, že n dvouchodého výměníku činí průměr první podélné přepážky (5) 0,5 až 0,9 průměru pláště (8).

11. Výměník podle bodu 1 až 10, vyznačující se tím, že opěrné elementy pro podepřeni trubkového svazku jsou upraveny vně i uvnitř první podélné přepážky (5).

12. Výměník podle bodu 11, vyimačující se tím, že opěrné elementy jsou vytvořeny jako tyčové přepážky.

13. Výměník podle bodu 11, vymačující se tím, že opěrné elementy jsou vytvořeny Jako segmentové přepážky.

14. Výměník podle bodu 11, vymačující se tím, že opěrné elementy jsou vytvořeny jako vnější a vnitřní šroubovicová přepážky (13, 14), ktoré jsou vytvořeny jako přerušovaná nebo plynulá šroubovicová plocha, složená ze segmentů ve tvaru kruhových výsečí, případně částí šroubovicová plochy.