RU2052757C1

RU2052757C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2052757C1
Application number: RU94044476A
Authority: RU
Inventors: Алексей Иванович Худяков; Юрий Степанович Марков; Игорь Иосифович Гальперин
Original assignee: Алексей Иванович Худяков; Юрий Степанович Марков; Игорь Иосифович Гальперин
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-01-20
Also published as: RU94044476A

Abstract

FIELD: regenerators of gas-turbine engines. SUBSTANCE: heat exchanger has body 1 with inlet and outlet connections, distributing and collecting chambers for the first heat transfer medium. The body accommodates stack 8 of corrugated plates, lateral punches and openings, the plates are interconnected along periphery edges, rib and opening punches in pairs with formation of ducts for both heat transfer media limited by surfaces of mutually intersecting corrugations, lateral punches located in ducts, as well as feed and discharge headers for the second heat transfer medium. Installed in the chambers and stack 8 are deflectors 19 and separation walls 20 respectively, which jointly form successively connected heat exchanger sections with counterflow motion of heat exchange medium. Installed in stack 8 are additional separation walls 22 with by-pass ducts connecting the headers, and lateral punches are V-shaped, with the vertex facing up. Condensate traps can be secured on the body side wall. The inlet and outlet connections may be radially or tangentially secured on the side walls. Pipe connections may be also secured on the body end face walls. EFFECT: improved design. 6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к поверхностным газожидкостным или газовоздушным теплообменникам, например регенератором газотурбинных двигателей. The invention relates to surface gas-liquid or gas-air heat exchangers, for example, a regenerator of gas turbine engines.

Известны теплообменники, содержащие симметричный корпус с соосным входным и выходным патрубками, распределительной и сборной камерами, ограниченными плоскими торцевыми и цилиндрическими боковыми стенками и установленный в корпусе пакет, состоящий из пластин с выштамповками гофр, пластины соединены между собой попарно по периферийным кромкам с образованием каналов для обеих сред, ограниченных поверхностями из взаимно пересекающися гофр. Known heat exchangers containing a symmetrical housing with coaxial inlet and outlet pipes, distribution and prefabricated chambers bounded by flat end and cylindrical side walls and a package installed in the housing, consisting of plates with stamping corrugations, the plates are interconnected in pairs at peripheral edges with the formation of channels for both media bounded by surfaces of mutually intersecting corrugations.

Теплообменник наиболее близок данному изобретению по совокупности существенных признаков и принят в качестве прототипа. The heat exchanger is closest to this invention in terms of essential features and adopted as a prototype.

Описанный теплообменник недостаточно эффективен и степень регенерации тепла для его использования в газотурбинном двигателе недостаточна. The described heat exchanger is not efficient enough and the degree of heat recovery for its use in a gas turbine engine is insufficient.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка. Это решается тем, что коллекторы образованы выполненными в пластинах окнами с отбортовками, скрепленными попарно, при этом на пластинах выполнены поперечные выштамповки, образующие зигзагообразные каналы, на полость корпуса разделена посредством плоских стенок, установленных внутри пакета и плоских дефлекторов, расположенных в камерах, на последовательно сообщенные теплообменные секции с притовоточным движением теплоносителей. Внутри секций расположены дополнительные разделительные стенки, в которых выполнены перепускные каналы, сообщающие подводящий и отводящий коллекторы. Корпус расположен горизонтально, поперечные выштамповки расположены под одинаковым углом относительно вертикальной плоскости симметрии корпуса с образованием обращенных вершиной вверх V-образных каналов, при этом боковая стенка корпуса снабжена конденсатоотводчиком. Один из патрубков укреплен на боковой стенке корпуса тангенциально. Второй патрубок также укреплен на боковой стенке корпуса тангенциально, при этом оси патрубков расположены взаимно перпендикулярно, и пластины пакета имеют две прямолинейные параллельные периферийные кромки, расположенные под углом 45^о к осям патрубков. Ось по крайней мере одного патрубка расположена параллельно оси корпуса.The aim of the invention is to remedy this drawback. This is solved by the fact that the collectors are formed by flanged windows made in plates, fastened in pairs, while transverse stampings are formed on the plates, forming zigzag channels, into the body cavity is divided by flat walls installed inside the package and plane deflectors located in the chambers in series interconnected heat-exchange sections with flow-through movement of heat carriers. Inside the sections there are additional dividing walls, in which bypass channels are made, communicating inlet and outlet collectors. The casing is horizontal, the transverse vyshtampovki are located at the same angle relative to the vertical plane of symmetry of the casing with the formation of the V-channels facing upward, while the side wall of the casing is equipped with a steam trap. One of the nozzles is mounted tangentially on the side wall of the housing. The second nozzle is also mounted tangentially on the side wall of the housing, while the axis of the nozzles are mutually perpendicular, and the plate plates have two straight parallel peripheral edges located at an angle of 45 ^about to the axis of the nozzles. The axis of at least one nozzle is parallel to the axis of the housing.

На фиг. 1 представлен разрез теплообменника; на фиг. 2 разрез теплообменника по А 0 0'Б; на фиг. 3 сечение пакета по В В; на фиг. 4, 5, 6 варианты крепления патрубков. In FIG. 1 shows a section through a heat exchanger; in FIG. 2 section of the heat exchanger along A 0 0'B; in FIG. 3 section of a package on In In; in FIG. 4, 5, 6 mounting options for nozzles.

Теплообменник имеет корпус с боковой 1, торцевыми 2 и 3 стенками, входным 4 и выходным 5 патрубками, распределительной 6 и сборной 7 камерами для первого теплоносителя. В корпусе теплообменника установлен пакет 8, состоящий из пластин 9 с выштамповками гофр, поперечных выштамповок 11 и окон 12 с образованием каналов 13 и 14 для обоих теплоносителей, которые ограничены поверхностями из взаимнопересекающихся гофр и поперечных выштамповок, расположенных в каналах 13 и 14 для первого и второго теплоносителей. Окна 12 в сборе образуют подводящий 15, отводящий 16 и соосные с ними промежуточные 17 коллекторы для второго теплоносителя. Пластины 9 пакета 8 соединены между собой сваркой или пайкой попарно по кромкам 18 периферийных выштамповок, а также по выштамповкам окон 12. В распределительной 6 и сборной 7 камерах установлены дефлекторы 19, а в пакет 8 разделительные стенки 20, которые совместно образуют последовательно соединенные теплообменные секции 21 с противоточным движением теплоносителей. Кроме того, в пакете 9 могут быть установлены дополнительные разделительные стенки 22 с выполненными в них перепускными каналами 23, соединяющими коллекторы 15, 16 и 17. Поперечные выштамповки 11 могут быть выполнены с симметричным наклоном относительно вертикальной плоскости, как показано на фиг. 2. При этом выштамповки 1 образуют обращенные вершиной вверх V-образные каналы 24. На боковой стенке 1 корпуса теплообменника установлены конденсатоотводчики 25. The heat exchanger has a housing with side 1, end 2 and 3 walls, inlet 4 and outlet 5 pipes, distribution 6 and prefabricated 7 chambers for the first coolant. A package 8 is installed in the heat exchanger body, consisting of plates 9 with stamping corrugations, transverse stampings 11 and windows 12 with the formation of channels 13 and 14 for both heat carriers, which are limited by surfaces of mutually intersecting corrugations and transverse stampings located in channels 13 and 14 for the first and second coolant. The windows 12 in the assembly form the inlet 15, the outlet 16 and the intermediate collectors 17 coaxial with them for the second heat carrier. The plates 9 of the package 8 are connected by welding or soldering in pairs along the edges 18 of the peripheral stampings, as well as on the stampings of the windows 12. Deflectors 19 are installed in the distribution chamber 6 and assembly 7, and the separation walls 20 are installed in the package 8, which together form series-connected heat exchange sections 21 with countercurrent flow of heat carriers. In addition, additional dividing walls 22 can be installed in package 9 with bypass channels 23 made therein, connecting collectors 15, 16, and 17. Cross stampings 11 can be made with a symmetrical inclination relative to the vertical plane, as shown in FIG. 2. In this case, the stampings 1 form upward-looking V-shaped channels 24. On the side wall 1 of the heat exchanger body, steam traps 25 are installed.

Один из патрубков, например выходной патрубок 5, может быть укреплен на боковой стенке 1 тангенциально (см. фиг. 4) при радиальном положении другого патрубка 4. Как показано на фиг. 5, оба патрубка 4 и 5 могут быть установлены тангенциально на стенке 1 с взаимно перпеникулярным положением осей. При этом пакет 8 наклонен к патрубкам 4 и 5 под углом 45^о. Один из патрубков (на фиг. 6 это патрубок 5) может быть укреплен и на торцовой стенке корпуса теплообменника.One of the nozzles, for example, the outlet nozzle 5, can be mounted tangentially on the side wall 1 (see FIG. 4) with the radial position of the other nozzle 4. As shown in FIG. 5, both nozzles 4 and 5 can be mounted tangentially on the wall 1 with a mutually perpendicular position of the axes. When this package 8 is inclined to the nozzles 4 and 5 at an angle of 45 ^about . One of the nozzles (in FIG. 6 this is nozzle 5) can also be mounted on the end wall of the heat exchanger housing.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

Первый теплоноситель, например отработавший в турбине газ, если теплообменник используется в качестве регенератора газотурбинного двигателя, поступает во входной патрубок 4, затем в распределительную камеру 6, проходит по каналам 13 пакета 8 между пластинами 9, последовательно протекая в секциях 21, образованных дефлекторами 19 и стенками 20. Отдав свою теплоту второму теплоносителю, например воздуху, поступающему в камеру сгорания, газ поступает в сборную камеру 7 и удаляется через выходной патрубок 5. Второй теплоноситель поступает в подводящий коллектор 15, протекает по каналам 14, промежуточным коллекторам 17 и отводится через коллектор 16, нагретый первым теплоносителем через стенки пластин 9. При этом поперечные выштамповки 11 образуют зигзагообразное течение теплоносителя, что повышает эффективность теплообмена. В качестве теплоносителей могут применяться любые газообразные или жидкие среды. Применение разделительных стенок 20 и дефлекторов 19 обеспечивает противоточное движение теплоносителей в последовательно соединенных секциях 21, что значительно увеличивает эффективность теплообмена по сравнению с прототипом. К еще большему повышению эффективности приводит применение дополнительных разделительных стенок 22 с перепускными каналами 23. Перепуск второго теплоносителя по каналам 23 обеспечивает многократное противоточное течение теплоносителей в пределах одной секции 21, как показано на фиг. 1. Если имеется опасность выпадения конденсата в проточной части теплообменника, поперечные выштамповки целесообразно выполнять так, как показано на фиг. 2. В этом случае конденсат стекает по каналам 24 на внутреннюю поверхность стенки 1 и удаляется через конденсатоотводчики 25. Варианты выполнения теплообменника, показанные на фиг. 4, 5 и 6, могут отказаться целесообразными в различных компоновочных решениях системы, в которой работает теплообменник. The first heat carrier, for example, the gas exhausted in the turbine, if the heat exchanger is used as a regenerator of a gas turbine engine, enters the inlet pipe 4, then into the distribution chamber 6, passes through the channels 13 of the package 8 between the plates 9, flowing sequentially in the sections 21 formed by the deflectors 19 and the walls 20. Having given its heat to the second heat carrier, for example, air entering the combustion chamber, the gas enters the collection chamber 7 and is removed through the outlet pipe 5. The second heat carrier enters the supply The collector 15 flows through the channels 14, to the intermediate collectors 17 and is discharged through the collector 16, heated by the first coolant through the walls of the plates 9. In this case, the transverse stampings 11 form a zigzag coolant flow, which increases the heat transfer efficiency. As a heat carrier, any gaseous or liquid medium can be used. The use of dividing walls 20 and deflectors 19 provides countercurrent movement of coolants in series-connected sections 21, which significantly increases the efficiency of heat transfer compared to the prototype. The use of additional dividing walls 22 with bypass channels 23. leads to a further increase in efficiency. Bypassing the second coolant through the channels 23 provides multiple countercurrent flow of coolants within one section 21, as shown in FIG. 1. If there is a risk of condensation in the flow part of the heat exchanger, it is advisable to carry out transverse stampings as shown in FIG. 2. In this case, the condensate flows down the channels 24 to the inner surface of the wall 1 and is removed through the steam traps 25. The heat exchanger embodiments shown in FIG. 4, 5 and 6, may be unreasonable in various layout solutions of the system in which the heat exchanger operates.

Claims

1. HEAT EXCHANGER, comprising a housing and a package of corrugated plates pairwise interconnected along the peripheral edges of the plates, as well as inlet and outlet pipes, a collection and distribution chamber for the first heat carrier, and supply and exhaust manifolds for the second heat carrier, characterized in that the collectors are formed in the plates with flanged windows fastened in pairs, while the plates are made of transverse stampings forming zigzag channels, and the body cavity is divided by flat tenok mounted inside a package and flat baffles arranged in the chambers on the heat exchange section sequentially communicated with countercurrent heat transfer movement.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that additional dividing walls are located inside the sections, in which bypass channels are made communicating inlet and outlet collectors.

3. The heat exchanger according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the casing is horizontal and the transverse punchings are located at the same angle relative to the vertical plane of symmetry of the casing with the formation of V-shaped channels facing upward, while the side wall of the casing is equipped with a steam trap.

4. The heat exchanger according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that one of the nozzles is mounted tangentially on the side wall.

5. The heat exchanger according to paragraphs. 1 to 4, characterized in that the second nozzle is also mounted tangentially on the side wall of the housing, while the axis of the nozzles are mutually perpendicular, and the plate of the package have two parallel straight peripheral edges located at an angle of 45 ^o to the axis of the nozzles.

6. The heat exchanger according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that the axis of at least one nozzle is parallel to the axis of the housing.