RU19702U1 - Трубчатый теплообменник - Google Patents

Abstract

1. Трубчатый теплообменник, содержащий корпус, патрубки подвода (отвода) внешнего теплоносителя, коллекторы подвода (отвода) внутреннего теплоносителя и трубную матрицу, состоящую, по меньшей мере, из двух кассет, содержащих панели, образованные изогнутыми трубками, причем каждая панель одной кассеты расположена в промежутке между панелями другой кассеты, отличающийся тем, что каждая трубка панели выполнена в виде плоского змеевика.2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что трубки имеют плоскоовальное поперечное сечение с расположением большей оси овала по ходу движения внешнего теплоносителя.3. Теплообменник по каждому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что панели смежных кассет разделены дистанционирующими элементами.

Description

Трубчатый теплообменник

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическому машиностроению, а также может быть использована в теплообменном оборудовании транспортной энергетики. .

В качестве теплообменников энергетических установок широко используют как пластинчатые, так и трубчатые конструкции теплообменных аппаратов (ТА). Первые отличает низкая металлоемкость, высокая компактность, малая инерционность, обеспечиваюп ;ая высокую маневренность энергетических установок на переменных режимах.

Однако они не термоэластичны, смена режима, особенно при пуске № останове, вызывает деформацию и коробление профильных пластин теплообменного аппарата из-за неравномерности их прогрева, появление термических напряжений, которые в совокупности с механическими способны вызвать трещины в узлах соединения деталей конструкции. Наличие треш;иншриводит к утечкам сжатого воздуха, падению мош;ности газотурбинного двигателя (ГТД) и экономической эффективности энергетической установки в целом. Как правило, высокотемпературные сварные или паяные пластинчатые ТА не ремонтопригодны. Они требуют замены, если утечки сжатого воздуха близки к 4% (Антуфьев В.М., Ламм Ю.А. Теплообменные аппараты новой конструкции для газотурбинных установок. Машгиз, М-Л.,1956, с. 10). Известно ( Грязнов Н.Д. и др. Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок. М., Машиностроение,

F28D 7/06

1985, с 55), что даже 1% утечек воздуха снижает мощность ГТД на 1% и увеличивает расход топлива на 2... 3 %.

Трубчатые ТА отличаются высокой надежностью, но имеют значительную массу и габариты (Арсеньев А.В. и др. Справочник. Стационарные ГТУ, 1989, с 300). Термоэластичность этой конструкции ТА обеспечивается многолинзовым компенсатором, размещенным на толстостенном корпусе теплообменника. Применение известных способов интенсификации теплообмена в трубном пространстве ТА улучшает его массогабаритные показатели лишь на 15-25% .(Калинин Э.К. и др. Интенсификация теплообмена в каналах. М., Машиностроение, 1972, с.220)

Использование обращенных схем ТА (газ - в межтрубном пространстве, воздух- в трубках) резко уменьшает их металлоемкость, т.к. снижается масса как корпуса, так и матрицы. Уменьшение массы корпуса связано с утонением его стенок из-за малого избыточного . давления находящегося в нем теплоносителя (газа). Снижение массы матрицы обусловлено уменьшением толпщны стенок воздушных коллекторов, диаметр которых значительно меньше диаметра корпуса кожухотрубного ТА, а также толщины стенок труб, диаметр которых может быть уменьшен в связи с повышением плотности движущейся в них среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является трубчатый теплообменник обращенной схемы с U-образными профильными трубами (патент РФ № 2154248 от 10.08.2000)

Трубчатый теплообменник содержит корпус, коллекторы подвода (отвода) внутреннего теплоносителя, патрубки подвода (отвода) внешнего теплоносителя и трубчатую матрицу, состоящую, по меньшей I мере, из двух кассет, включающих в себя панели, образованные изогнутыми U-образными трубками. Причем каждая панель одной кассеты размещена в промежутке между панелями другой. Трубки панелей имеют плоскоовальное поперечное сечение с расположением большой оси овала по ходу движения внешнего теплоносителя. Для обеспечения равномерности раздачи последнего и исключения вибрации труб в зазорах между панелями кассет размещены дистанционирующие элементы, оси которых расположены вдоль хода внешнего теплоносителя. . Вместе с тем применение труб U-образной формы, каждая из которых имеет разную длину, а значит и разное гидравлическое сопротивление (при одинаковом расходе, ) вызывает существенную неравномерность раздачи внутреннего теплоносителя. Так как при параллельном соединении труб обпщй перепад давления сохраняется неизменным (), то в- более короткие трубки с малым гидравлическим сопротивлением пойдет больший расход внутреннего теплоносителя, а в длинные - меньший ( Альтшуль А.Д. и др. Гидравлика и аэродинамика. М., Стройиздат, 1987, с.279, ф.6.22). Снижение расхода теплоносителя в этих трубах уменьшает коэффициент теплоотдачи в них и, как следствие, падает тепловая мощность ТА (Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М., Энергоиздат, 1981, с. 184-186, ф.8.5. 8.6, 8.10,8.11). Передаваемая в теплообменник тепловая мопщость зависит от среднеповерхностного температурного напора между средами, обменивающимися теплотой (Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М., Энергоиздат, 1981. с.382, ф.19.12). Температурный напор в теплообменнике тем больше, чем больше число перекрестных ходов в данном случае внутреннего теплоносителя (Кутателадзе С.С.,

Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. Госэнергоиздат, 1959, с.254,258,фЛ6-11).

Увеличение числа ходов в прототипе, имеющем U-образные трубы, сопряжено с пропорциональным увеличением числа и наиболее,

напряженных элементов теплообменных аппаратов - узлов крепления труб в трубных досках. Это значительно увеличивает трудоемкость

изготовления теплообменника, снижает надежность его работы, затрудняет диагностику и ремонт.:

Кроме того, дополнительные трубные доски и перепускные|

коллекторь для внутренней среды увеличивают массу, габариты и;

стоимость теплообменников..

Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения

равномерности раздачи внутреннего теплоносителя, надежности и|

снижения металлоемкости трубчатых теплообменников.

Указанный технический, результат достигается:,в.трубчатом . теплообменнике, содержащем корпус, патрубки подвода (отвода) внешнего теплоносителя, коллекторы подвода (Отвода) внутреннего.

теплоносителя и трубную матрицу, состоящую, по меньшей мере, из двух кассет, содержащих панели, образованные изогнутыми трубками, причем каждая панель одной кассеты расположена в промежутке между панелями другой кассеты, за счет того, что каждая трубка панели выполнена в виде плоского змеевида.

Трубки панели могут иметь плоскоовальное поперечное сечение с расположением большед оси овала по ходу движения внешнего теплоносителя.

Панели смежных кассет могут быть разделены дистанционирующими элементами.

предлагаемая полезная модель отличается от прототипа тем, что заявляемый трубчатый теплообменник содержит панели, в которых каждая трубка выполнена в виде плоского змеевика. Это дает возможность значительно сократить число наиболее напряженных

элементов теплообменника - узлов соединения труб с трубной доской и,|

тем самым, повысить его надежность.

При этом за счет уменьшения, по сравнению с прототипом, числа

коллекторов снижается металлоемкость теплообменника.;

Росту надежности и эффективности теплообменника способствуетj

выравнивание длины многократно изогнутых труб панелей. Это создаетj

условия для более равномерной раздачи внутреннего теплоносителя,ц

повышает средний коэффициент теплоотдачи во внутреннем тракте. Как

следствие, увеличиваются либо тепловая мощность (при неизменной

поверхности теплообмена), либо компактность трубчатого:|

теплообменника (при неизменной тепловойл 1ош;ности). . ...,:

На фиг.1 изображен вид сверху на трубчатый теплообменник соj

снятой обшивкой; на фиг.2-3 - вид на трубчатый теплообменник по:|

стрелкам А и Б; на фиг.4, 5 -кассеты из плоских змеевиков; на фиг.6 -

узел I, отражаюпщй зону гиба труб панели на фиг.4; на фиг.7 -;

поперечное сечение плоскоовальной трубки.

Трубчатый теплообменник (фиг.1, 2, 3) содержит корпус 1, приемный патрубок 2 подвода внешнего теплоносителя (например газа), выпускной патрубок 3 отвода внешнего теплоносителя и трубную матрицу 4, состояшую,-по меньшей мере, из двух кассет (фиг.4, 5), включаюших в себя раздаточные коллекторы 5 подвода внутреннего I J (фиг. 4, 5, 6). Трубки 8 могут иметь плоскоовальное поперечное сечение с расположением большой оси овала по ходу движения внешнего теплоносителя (фиг. 7). Каждая панель 7 одной кассеты расположена в промежутке между панелями другой кассеты и может быть отделена от нее дистанционирующими элементами 9. При работе теплообменника продукты сгорания (газы) поступают в приемный патрубок 2 корпуса 1 и движутся в прерывистых Шмелевых каналах между панелями 7 трубной матрицы 4, омывая внешнюю поверхность трубок 8, выполненных в виде плоских змеевиков, передают свою теплоту воздз ху, охлаждаются и удаляются через выпускной патрубок 3. Воздух направляется двумя потоками к раздаточным коллекторам 5 кассет, где распределяется по трубкам 8 панелей 7. Двигаясь по плоскоовальным каналам трубок 8, воздух воспринимает теплоту от газа, нагревается и поступает К:Сборным коллекторам 6 кассет, а затем отводится из теплообменника.

Claims (3)

1. Трубчатый теплообменник, содержащий корпус, патрубки подвода (отвода) внешнего теплоносителя, коллекторы подвода (отвода) внутреннего теплоносителя и трубную матрицу, состоящую, по меньшей мере, из двух кассет, содержащих панели, образованные изогнутыми трубками, причем каждая панель одной кассеты расположена в промежутке между панелями другой кассеты, отличающийся тем, что каждая трубка панели выполнена в виде плоского змеевика.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что трубки имеют плоскоовальное поперечное сечение с расположением большей оси овала по ходу движения внешнего теплоносителя.

3. Теплообменник по каждому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что панели смежных кассет разделены дистанционирующими элементами.