PL223582B1 - Rura opalanego wymiennika ciepła - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rura opalanego wymiennika ciepła. Przeznaczona jest ona zwłaszcza do wymienników zaopatrzonych w komorę spalania, z której gazy spalinowe przeprowadzane są rurami przechodzącymi przez komory wymiany ciepła z przepływającym przez nią czynnikiem, w szczególności wodą, przeznaczonym do ogrzania.

Znanych jest wiele rodzajów konstrukcji rur do wymienników ciepła, których kształty różnią się w zależności od konkretnego miejsca zastosowania, czynników obiegowych biorących udział w wymianie ciepła oraz szczegółowych wymagań i potrzeb.

Znana jest z europejskiego opisu zgłoszeniowego EP2384837 rura wymiennika ciepła, która ma niekołową część, w szczególności o przekroju prostokątnym. Rura ta jest pofałdowana na swej długości i/lub poprzecznie.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego opublikowanego pod nr EP2149770 znana jest konstrukcja rur umieszczonych wewnątrz walcowej obudowy wymiennika ciepła, z których każda ma zmieniający się przekrój ze spłaszczoną środkową częścią i końcami o przekroju kołowym.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego opublikowanego pod nr EP1429085 znany jest wymiennik ciepła, który zawiera w komorze wymiany ciepła szereg rur umieszczonych między przednią i tylną płytą. Każda z rur służących do wymiany ciepła między dwoma czynnikami jest częściowo zdeformowana, tzn. ma zdeformowane obszary o różnych od kołowego kształtach przekroju poprzecznego, Rury są rozmieszczone przylegająco do siebie i są w kontakcie ze sobą w określonych, dobranych punktach.

Rura opalanego wymiennika ciepła według wynalazku, mająca zmienny przekrój poprzeczny z przynajmniej jednym cylindrycznym końcem o przekroju kołowym przechodzącym w falistą spłas zczoną część środkową z dwoma zasadniczo równoległymi ścianami charakteryzuje się tym, że przejście między cylindrycznym końcem a falistą spłaszczoną częścią środkową ma kształt kulisty.

Falista spłaszczona część środkowa rury ma na swej długości zmienną długość fali, zmienną amplitudę fali i zmienną odległość między zasadniczo równoległymi ściankami.

Korzystnie długość fali i amplituda fali falistej spłaszczonej części środkowej oraz odległość między zasadniczo równoległymi ściankami zmniejsza się płynnie wzdłuż jej długości.

Przeciwległe ścianki falistej spłaszczonej części środkowej rury mają wzdłuż swojej długości wgłębienia tworzące skierowane do wewnątrz żebra.

W korzystnym wariancie rury każda z przeciwległych ścianek falistej spłaszczonej części śro dkowej ma po dwa żebra tworzące dwie usytuowane naprzeciw siebie pary żeber.

W szczególnie korzystnej postaci rury średnica jej cylindrycznych końców jest mniejsza od 50 mm, a grubość jej ścianek jest nie większa niż 1 mm.

Główną zaletą rozwiązania według wynalazku jest znaczne zwiększenie parametrów wytrzymałościowych rury w strefie zmiany kształtu jej przekroju poprzecznego.

Przykładowa realizacja rury opalanego wymiennika ciepła według wynalazku zilustrowana jest rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia przekrój części rury od strony pierwszego końca, fig. 2 - widok części rury od strony pierwszego końca, fig. 3 - przekrój rury w jej części środkowej, a fig. 4 kształt całej rury w widoku z boku.

Rura opalanego wymiennika ciepła w przykładowej realizacji składa się z trzech części: cylindrycznego pierwszego końca 1A o przekroju kołowym przechodzącego w falistą spłaszczoną część środkową 2, która z drugiej strony przechodzi w cylindryczny drugi koniec 1B. Obydwa przejścia 3 między cylindrycznymi końcami 1A, 1B a spłaszczoną częścią środkową 2 mają kształt kulisty. Spłaszczona część środkowa 2 rury ma dwie zasadniczo równoległe ścianki 4, z których każda ma na całej swej długości po dwa wgłębienia tworzące skierowane do wewnątrz żebra 5, przy czym żebra przeciwległych ścianek tworzą usytuowane naprzeciw siebie pary żeber, które nie stykają się ze sobą. W ten sposób w spłaszczonej części środkowej 2 rury odległość między jej równoległymi ściankami 4 w obrębie przeciwległych żeber 5 zmniejsza się do postaci szczeliny. Spłaszczona część środkowa 2 ukształtowana jest na swej długości w postaci fali, której długość L, tj. odległość między dwoma sąsiednimi grzbietami, zmniejsza się w kierunku od pierwszego końca 1A do drugiego końca 1B. Pomiędzy pierwszym końcem 1A a drugim końcem 1B zmniejsza się także amplituda fali H oraz odległość D między zasadniczo równoległymi ściankami 4.

W przykładowym wariancie realizacji rura wykonana jest ze stali nierdzewnej i ma całkowitą długość ~1240 mm, a długość falowej spłaszczonej części środkowej ~1000 mm. Średnica S walcoPL 223 582 B1 wych końców 1A, 1B rury wynosi ~42 mm, a grubość jej ścianek ~1 mm. W falistej spłaszczonej części środkowej 2 rury długość fali L zmienia się od ~121 mm do 70,6 mm, amplituda fali H zmienia się od ~26 mm do ~19 mm, a odległość D między zasadniczo równoległymi ściankami 3 zmniejsza się od ~14 mm do ~9 mm.

W innych wariantach wykonania, w zależności od wymagań oraz konstrukcji wymiennika, w którym zastosowane są rury, szczegóły ich konstrukcji oraz poszczególne wymiary mogą się różnić. W konkretnych realizacjach równoległe ścianki boczne 4 spłaszczonej części środkowej 2 mogą mieć różną liczbę skierowanych do wnętrza żeber 5, albo mogą być ich pozbawione. Różna może też być liczba fal na długości spłaszczonej części środkowej 2, ich długość i amplituda. Dla konkretnych potrzeb rura może mieć tylko jedno przejście kuliste, tzn. jeden koniec o przekroju kołowym przechodzący w część spłaszczoną, co jednak oznacza osłabienie drugiego końca rury.

W znanych rurach przeznaczonych do przepływu gazów spalinowych w opalanych wymiennikach ciepła i mających zmieniający się kształt przekroju, przejście od przekroju kołowego do części spłaszczonej, z dwoma zasadniczo równoległymi ściankami, ma kształt lejkowego spłaszczenia, tzn. ścianki tego przejścia są płaskie. W rurze według wynalazku natomiast, przejście 3 między tymi dwoma różnymi przekrojami ma kształt kulisty, uzyskiwany w szczególności metodą hydroformowania. Kształt taki ma istotny wpływ na poprawę wytrzymałości, ponieważ przy bardzo wysokich ciśnieniac h zewnętrznych, na jakie w komorze wymiany ciepła wymiennika narażona jest rura, rozkład naprężeń na powierzchniach kołowo-symetrycznych jest równomierny. Zastosowanie takiego kształtu przejścia 3 zwiększa wytrzymałość rury w tym newralgicznym obszarze i pozwala na zmniejszenie grubości ścianek rur i ich średnicy, bez pogarszania parametrów pracy. Kulisty kształt przejścia między cylindryc znymi końcami a spłaszczoną częścią środkową powoduje poprawę wytrzymałości rury w tych miejscach. Zmienna amplituda i okres falistej środkowej części rury powoduje zawirowania przepływających przez nią spalin, co powoduje lepsze oddawanie ciepła do ścianek rury. W trakcie przepływu przez rurę, gorące spaliny mające na wejściu dużą objętość i prędkość przepływu, ochładzają się i zmniejszają objętość, co powoduje zmniejszenie prędkości. Dzięki stopniowemu zmniejszaniu się przekroju rury, wyrównywana jest prędkość przepływu spalin, w wyniku czego następuje wyrównywanie turbulencji i wymiany ciepła. Rura opalanego wymiennika ciepła według wynalazku ma w stosunku do znanych rozwiązań istotnie poprawione parametry wymiany ciepła.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Rura opalanego wymiennika ciepła mająca zmienny przekrój poprzeczny z przynajmniej jednym cylindrycznym końcem o przekroju kołowym przechodzącym w falistą spłaszczoną część środkową z dwoma zasadniczo równoległymi ścianami, znamienna tym, że przejście (3) między cylindrycznym końcem (1A, 1B) a falistą spłaszczoną częścią środkową (2) ma kształt kulisty.
2. 2. Rura według zastrz. 1, znamienna tym, że falista spłaszczona część środkowa (2) ma na swej długości zmienną długość fali (L), zmienną amplitudę fali (H) i zmienną odległość (D) między zasadniczo równoległymi ściankami (4).
3. 3. Rura według zastrz. 2, znamienna tym, że długość fali (L) i amplituda fali (H) falistej spłaszczonej części środkowej (2) oraz odległość (D) między zasadniczo równoległymi ściankami (4) zmniejsza się płynnie wzdłuż jej długości.
4. 4. Rura według zastrz. 3, znamienna tym, że przeciwległe ścianki (4) falistej spłaszczonej części środkowej (2) mają wzdłuż swojej długości wgłębienia tworzące skierowane do wewnątrz żebra (5).
5. 5. Rura według zastrz. 4, znamienna tym, że każda z przeciwległych ścianek (4) falistej spłaszczonej części środkowej (2) ma po dwa żebra (5) tworzące dwie usytuowane naprzeciw siebie pary żeber (5).
6. 6. Rura według zastrz. 1-5, znamienna tym, że średnica (S) cylindrycznych końców (1A, 1B) jest mniejsza od 50 mm, a grubość jej ścianek jest nie większa niż 1 mm.