PT817942E - Unidade permutadora de calor num tubo de escape dos gases queimados de uma caldeira - Google Patents

Description

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Descrição “Unidade permutadora de calor num tubo de escape dos gases queimados de uma caldeira” A presente invenção refere-se a uma unidade permutadora de calor para a recuperação de calor dos .gases dos fumos provenientes de uma caldeira cilíndrica.

Mais especificamente, a invenção refere-se a uma unidade permutadora de calor do tipo que compreende um tubo dos gases dos fumos, aberto nas duas extremidades, para montagem em posição vertical, numa câmara de pressão, situada por cima do dispositivo de combustão da caldeira, para formar um canal dos .gases dos fumos que se estende verticalmente através do mesmo, e um tubo permutador de calor, fechado nas duas extremidades, o qual é suportado concentricamente no interior do tubo dos gases dos fumos, numa extremidade, por meio de um tubo de entrada dobrado, que se estende de uma primeira abertura inferior, na parede periférica do tubo dos gases dos fumos, para uma abertura de entrada numa extremidade inferior que faz um bojo para fora, do tubo permutador de calor, e na outra extremidade por um tubo de saída rectilíneo, que se estende de uma abertura de saída, numa parte superior da parede periférica do tubo permutador de calor para uma segunda abertura superior, na parede periférica do tubo dos gases fumos, tendo o tubo de entrada uma primeira porção terminal horizontal rectilínea, por meio da qual está ligado ao tubo dos gases dos fumos, e uma segunda porção terminal rectilínea dirigida para cima, por meio da qual está ligado à parede terminal inferior do tubo permutador de calor, e também Uma porção curva intermédia, que une entre si as duas porções terminais.

Em unidades permutadoras de calor antes conhecidas, do tipo atrás descrito, a 2 porção curva do tubo de entrada tem sempre sido dobrada segundo um ângulo de 90°. Além disso, a outra porção de extremidade do tubo de entrada tem-se estendido estritamente na direcção vertical, no sentido da abertura de entrada, estando esta última disposta concentricamente, em relação com o eixo longitudinal central do tubo permutador do calor na parede extrema inferior do tubo permutador de calor. CJm inconveniente destas unidades permutadoras de calor tem sido a facilidade com que se verifica o aparecimento de fendas na soldadura entre o tubo de entrada e o tubo dos gases dos fumos. A razão para o aparecimento das fendas é que os gases dos fumos quentes produzidos no dispositivo de combustão da caldeira sujeitam o tubo permutador de calor a uma influência térmica consideravelmente maior que o tubo dos gases dos fumos, o que significa que, quando a caldeira está em funcionamento, o tubo permutador de calor sofre uma dilatação longitudinal consideravelmente maior que o tubo dos gases dos fumos. Isso é assim, particularmente quando, como é usualmente o caso, o tubo permutador de calor é provido de elementos exteriores para aumento da superfície, na forma de um grande número de pemos que ficam radialmente salientes do corpo tubular do tubo permutador de calor, por exemplo. Como o tubo de saída é normalmente consideravelmente mais curto que o tubo de entrada e também geralmente consideravelmente com um maior diâmetro, esta diferença na dilatação longitudinal entre o tubo permutador de calor e o tubo dos gases dos fumos dará origem a uma tensão mecânica consideravelmente mais elevada na junta entre o tubo de entrada dos gases dos fumos que na junta entre o tubo de saída e o tubo dos gases dos fumos. O risco de fendas, devidas à fadiga, que eventualmente aparecem é portanto muito maior na primeira junta que na última. 3 3

O objecto da invenção consiste em obter uma unidade permutadora de calor aperfeiçoada, do tipo descrito na introdução, com um risco reduzido de fendas, produzidas por fadiga, do tipo das referidas atrás, e tendo portanto uma duração maior em serviço, em comparação com as unidades permutadoras de calor conhecidas. A unidade permutadora de calor proposta de acordo com a invenção para este fim é caracterízada primariamente por o ângulo de curvatura da porção curva intermédia do tubo de entrada ser maior que 90° e por a outra porção de extremidade do tubo de entrada se estender, com uma inclinação determinada pelo referido ângulo de curvatura, no sentido do centro de curvatura de uma porção parcialmente esférica da parede terminal inferior do tubo permutador de calor, parede na qual a abertura de entrada está disposta excentricamente em relação ao eixo longitudinal do tubo permutador de calor.

Dando à porção curva do tubo de entrada um ângulo de curvatura superior a 90°, dá-se uma maior flexibilidade ao tubo de entrada. Do aumento do ângulo de curvatura resulta também um aumento do comprimento total do referido tubo, bem como um aumento do comprimento da porção curva do tubo, que é menos rígida que as partes rectilíneas do tubo, como consequência de ter uma espessura de parede menor e uma secção transversal um tanto ovalizada, provocada quando se dobra a referida porção. A orientação proposta para a outra porção terminal do tubo de entrada e a colocação proposta da abertura de entrada também asseguram que a abertura de entrada pode ser feita completamente circular e à porção terminal do tubo de entrada ligada a esta abertura pode dar-se uma superfície terminal circular perpendicular à sua direcção longitudinal. Isto impede portanto que a abertura de entrada da porção dobrada do tubo de entrada da superfície terminal, adjacente ao tubo de entrada, exija qualquer forma complicada especial, impedindo portanto assim também aumentos nos custos de fabrico da unidade permutadora de calor.

Verificou-se, por cálculo, que, mesmo com um ângulo de curvatura da porção dobrada do tubo de entrada apenas alguns graus maior que 90°C, se obtém um aumento significativo na resistência à fadiga dajunta entre o tubo de entrada e o tubo dos gases dos fumos. No entanto, de acordo com a invenção, o referido ângulo de curvatura deve ser de preferência pelo menos cerca de 100°.

Para garantir que a forma de realização da unidade permutadora de calor de acordo com a invenção não conduz a qualquer risco de um corte que apareça na extremidade inferior do tubo permutador de calor, que não possa ser eliminado através do tubo de entrada, o eixo longitudinal central do tubo permutador de calor deve de preferência estender-se através da parede extrema inferior do tubo permutador de calor, num ponto situado no interior do bordo periférico da abertura de entrada. ..

Descreve-se agora a invenção com mais pormenor, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, uma vista com corte parcial de uma caldeira cilíndrica provida de um certo número de unidades permutadoras de calor do tipo conhecido; A fig. 2, um corte longitudinal, numa escala maior, de uma das unidades permutadoras de calor conhecidas; A fig. 3, um corte transversal correspondente de uma unidade permutadora de calor de acordo com uma forma de realização da invenção, dada como exemplo; e A fig. 4, um corte longitudinal, mais ampliado, de uma parte da porção inferior de uma unidade permutadora de calor de acordo com a fig. 3.

Na fig. 1, uma caldeira cilíndrica com um desenho conhecido, está genericamente designada por (10). A caldeira tem um dispositivo de combustão (11), com uma câmara de pressão (12) situada em cima, que forma a câmara de água e vapor da caldeira. Na câmara de pressão (12) está colocada uma pluralidade de unidades permutadoras de calor, com a referência genérica (13), para recuperar calor dos gases dos fumos produzidos no dispositivo de combustão.

Cada uma das unidades permutadoras de calor (13) compreende um tubo (14) dos gases dos fumos, aberto nas duas extremidades, que está selado nas paredes terminais superior e inferior da câmara de pressão (12) e forma um canal que se estende verticalmente através da mesma, permitindo que os gases dos fumos sejam retirados do dispositivo de combustão (11) para uma saída dos gases dos fumos, colocada acima da câmara de pressão (12). Cada uma das unidades permutadoras de calor (13) compreende também um tubo permutador de calor, com a referência genérica (16), disposto também no interior do tubo dos gases dos fumos e que é formado por um corpo tubular (17), fechado nas duas extremidades, e um grande número de pemos (18) salientes radialmente, aplicados exteriormente no referido corpo para formar elementos para aumento da superfície exterior no corpo do tubo 07). O tubo permutador de calor (16) é suportado concentricamente no interior do tubo (14) dos gases dos fumos numa extremidade por um tubo de entrada (19) que, como melhor se vê na fig. 2, se estende de uma abertura inferior (20), na parede periférica do tubo dos gases dos fumos, para uma abertura de entrada (21), numa

parede extrema inferior que forma um bojo para fora (22) do tubo permutador de calor e estendendo-se na outra extremidade por um tubo de saída (23) que se estende de uma abertura de saída (24), numa parte superior da parede periférica do tubo permutador de calor para uma abertura superior (25), na parede periférica do tubo dos gases dos fumos. A construção e o funcionamento exactos da caldeira cilíndrica (10) podem ser de um tipo optativo conhecido, não sendo portanto necessária uma descrição pormenorizada. Será suficiente mencionar que, com o auxílio de meios, não representados, pode fazer-se circular água, de maneira contínua, através das passagens (26) situadas em tomo do dispositivo de combustão (11), com a finalidade de transferir calor do dispositivo de combustão para a água na câmara de pressão (12), através das paredes do dispositivo de combustão. Esta água também recebe calor dos gases dos fumos que passam através dos tubos (14) dos gases dos fumos, em ambos os casos como resultado da condução do calor através das paredes dos tubos dos gases de fumos e por meio dos tubos permutadores de calor (16), através dos quais circula permanentemente água. Como resultado do fornecimento de calor atrás mencionado, gera-se vapor na câmara de pressão (12), que pode ser retirado por meios adequados, não representados.

Como pode ver-se na fig. 2, o tubo de entrada (19) na unidade permutadora de calor conhecida tem uma primeira porção extrema (19A) horizontal, rectilínea, por meio da qual está ligada ao tubo (14) dos gases dos fumos, e uma segunda porção terminal (I9B), dirigida para cima, rectilínea, por meio da qual está ligada à parede terminal inferior (22) do tubo permutador de calor (16), e também uma porção (19C) curva, intermédia, que une as duas porções terminais (I9A) e (19B). O ângulo da dobra da porção curva (19C) é exactamente 90° e a outra porção terminal (19B) estende-se numa direcção estritamente vertical e concentricamente em relação ao eixo longitudinal central do tubo permutador de calor (16). A unidade permutadora de calor de acordo com a invenção, ilustrada nas fig. 3 e 4, difere da unidade permutadora de calor ilustrada na fig. 2 apenas no que respeita à forma do tubo de entrada (19) e à colocação da abertura de entrada (21) que com ele comunica, na parede extrema inferior (22) do tubo permutador de calor.

Enquanto que a porção curva do tubo de entrada, na unidade permutadora de calor de acordo com a fig. 2, é dobrada segundo um ângulo exactamente igual a 90°, a porção dobrada (19C) do tubo de entrada (19), na unidade permutadora de calor de acordo com a invenção ilustrada nas fig. 3 e 4, é dobrada segundo um ângulo α maior que 90°, na forma de realização representada, igual a 101°.

Além disso, a porção terminal (19B) rectilínea e dirigida para cima, do tubo de entrada (19) de acordo com as fig. 3 e 4, estende-se com uma inclinação determinada pelo ângulo de curvatura a, no sentido do centro de curvatura da porção parcialmente esférica, designada por (C) na fig. 4 da parede terminal inferior (22) do tubo permutador de calor (16) na qual está colocada a abertura de entrada (21). O eixo longitudinal da porção terminal rectilínea (19B) forma assim um ângulo β com o eixo longitudinal central do tubo permutador de calor (16). A abertura de entrada (21) fica assim disposta de maneira excêntrica na parede (22), em relação ao eixo central longitudinal do tubo permutador de calor (16). O ângulo β tem um valor correspondente ao valor do ângulo α menos 90°. Na forma de realização da invenção representada o ângulo β é portanto de 11 °. 8

Para garantir que o tubo permutador de calor (16) pode ser drenado através do tubo de entrada (19) quando se retira de serviço a caldeira, a posição da abertura de entrada (21) é escolhida de modo que o eixo central longitudinal do tubo permutador de calor se estenda através da parede (22), num ponto situado no interior do bordo periférico da abertura (21).

Lisboa, 12 de Junho de 2000

Claims (3)

1. Reivindicações 1. Unidade permutadora de calor, para a recuperação de calor dos gases dos fumos provenientes de uma caldeira cilíndrica, compreendendo o referido permutador de calor um tubo dos fumos dos gases, aberto nas duas extremidades, para montar em posição vertical numa câmara de pressão, situada por cima do dispositivo de combustão da caldeira, para formar um canal para os gases dos fumos que se estende verticalmente através da mesma, e um tubo permutador de calor que tem paredes de topo e que é suportado concentricamente no interior do tubo dos gases dos fumos numa extremidade, por um tubo de entrada curvado, que se estende de uma primeira abertura inferior na parede periférica do tubo de gases dos fumos para uma abertura de entrada numa parede de topo inferior que faz bojo para fora, do tubo permutador de calor, e na outra extremidade por um tubo de saída rectilíneo, que se estende de uma abertura de saída numa parte superior da parede periférica do tubo permutador de calor para uma segunda abertura, superior, na parede periférica do tubo dos gases dos fumos, tendo o tubo de entrada uma primeira porção terminal horizontal, rectilínea, por meio da qual está ligada ao tubo dos gases dos fumos, e uma segunda porção terminal, rectilínea, dirigida para cima, por meio da qual está ligada à parede de topo inferior do tubo permutador de calor, e também uma porção intermédia curva, que une as referidas duas porções terminais entre si, caracterizada por o ângulo de curvatura da porção curva intermédia do tubo de entrada ser maior que 90° e por a segunda porção terminal do tubo de entrada se estender com uma inclinação determinada pelo referido ângulo de curvatura, no sentido do centro de curvatura de uma porção parcialmente esférica da parede de topo inferior do tubo permutador de calor, parede essa na qual a abertura de entrada está disposta I 2 I 2

   excentricamente em relação ao eixo central longitudinal do tubo permutador de calor.
2. 2. Unidade permutadora de calor de acordo com a reivindicação 1, caractenzada por o referido ângulo de curvatura ser pelo menos aproximadamente igual a 100°.
3. 3. Unidade permutadora de calor de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada por o eixo central longitudinal do tubo permutador de calor se estender através da parte de topo inferior do tubo permutador de calor num ponto situado no interior do bordo periférico da abertura de entrada. Lisboa, 12 de Junho de 2000