RU2157494C2

RU2157494C2 - Cellular heat exchanger

Info

Publication number: RU2157494C2
Application number: RU98109471A
Authority: RU
Inventors: С.А. Петриков; Н.Н. Хованов; А.П. Черный; Э.А. Цымбал; А.З. Шаткевич; А.А. Мишулин
Original assignee: Петриков Сергей Анатольевич
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2000-10-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; boiler building designing and making of water heating and steam boilers, economizers, air heaters, recuperators and other heat exchange equipment. SUBSTANCE: proposed cellular heat exchanger has tube bank with spiral multistart heat exchange surfaces fixed in tube plates. Ends of tubes are made in form of polyhedral surfaces, like rhomb or square, parallel to tube axis, mated surfaces forming tube plates. Diameter of circumference conventionally inscribed into tube plate cross section is either equal to or exceeds diameter of heat exchange spiral surface. EFFECT: increased heat transfer coefficient at high intensity turbulent mixing of heat carrier and heated medium. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области конструкций и технологии изготовления аппаратов для передачи теплоты от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой и может быть использовано в котлостроении при проектировании и изготовлении водогрейных и паровых котлов, экономайзеров, воздухоподогревателей, рекуператоров, регенераторов и др. теплообменных аппаратов общего машиностроения. The invention relates to the field of designs and manufacturing technology of apparatus for transferring heat from a medium with a higher temperature to a medium with a lower temperature and can be used in boiler construction for the design and manufacture of hot water and steam boilers, economizers, air heaters, recuperators, regenerators, and other heat exchangers apparatuses of general engineering.

Известны теплообменные аппараты, выполненные в виде параллельно расположенных и образующих секции труб, вваренных в верхние и нижние трубные доски. Поверхности теплообмена труб выполняют выпукло-вогнутыми спиральными поверхностями, обеспечивающими увеличение параметров теплообмена как за счет суммарной поверхности теплопередачи, так и за счет завихрения внутреннего и внешнего теплопотоков. Трубы в секциях размещают в шахматном порядке. Дымовые газы или вода (теплоноситель) проходят внутри труб сверху вниз, нагреваемое тело (вода или газы) движется между трубами, омывая их в продольном или поперечном направлении. (Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. Стройиздат. М., 1975 г., стр. 210-218. Справочник машиностроителя, под ред. Э.Сателя, М., Машиностроение, 1964, том 3, стр. 205-210 и том 5 кн. 2, стр. 746-759). Known heat exchangers made in the form of parallel arranged and forming sections of pipes welded into the upper and lower tube boards. The heat transfer surfaces of the pipes are made by convex-concave spiral surfaces, providing an increase in the heat transfer parameters both due to the total heat transfer surface and due to the swirl of the internal and external heat flows. Pipes in sections are staggered. Flue gases or water (coolant) pass inside the pipes from top to bottom, a heated body (water or gases) moves between the pipes, washing them in the longitudinal or transverse direction. (Panin V.I. Boiler installations of small and medium power. Stroyizdat. M., 1975, pp. 210-218. Handbook of machine builder, ed. E. Satel, M., Engineering, 1964, volume 3, p. 205-210 and vol. 5 book 2, pp. 746-759).

Недостатком известных теплообменных аппаратов, у которых конвективная поверхность выполнена в виде выпукло-вогнутых многозаходных спиральных поверхностей, является большая трудоемкость как сборки аппарата, так и сварочных операций по вварке цилиндрических концов труб в трубные доски из-за невозможности автоматизировать эти операции. Недостатком являются и повышенные межцентровые расстояния между трубами из-за перепада наружных диаметральных размеров концов труб и навитой поверхностью, что снижает эффект теплопередачи. A disadvantage of the known heat exchangers, in which the convective surface is made in the form of convex-concave multi-helical spiral surfaces, is the great complexity of both the assembly of the apparatus and the welding operations for welding the cylindrical ends of the pipes into tube boards due to the inability to automate these operations. The disadvantage is the increased center-to-center distance between the pipes due to the difference in the outer diametrical dimensions of the ends of the pipes and the wound surface, which reduces the effect of heat transfer.

Целью изобретения является улучшение технологичности конструкции теплообменника путем обеспечения возможности автоматизации как сборочных, так и сварочных операций, снижение металлоемкости за счет исключения из конструкции трубных досок, что в свою очередь обеспечивает увеличенный по сечению вход теплоносителя в трубы. The aim of the invention is to improve the manufacturability of the design of the heat exchanger by allowing automation of both assembly and welding operations, reducing metal consumption by eliminating tube plates from the design, which in turn provides an increased cross-section of the heat carrier entrance to the pipes.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном техническом решении сотового теплообменного аппарата, содержащего зафиксированные в трубных досках пучок труб со спиральными многозаходными поверхностями теплообмена, согласно изобретению концы теплообменных труб выполняют в виде параллельных оси трубы многогранных поверхностей, а именно ромба или квадрата, при примыкании которых друг к другу образуются трубные доски, причем диаметр условно вписанной в их поперечное сечение окружности равен или превышает наружный диаметр спиральной поверхности теплообмена. The essence of the invention lies in the fact that in the well-known technical solution of a cellular heat exchanger, containing a bundle of pipes with spiral multi-pass heat exchange surfaces fixed in the tube sheets, according to the invention, the ends of the heat transfer tubes are made in the form of parallel faces of the pipe axis of polyhedral surfaces, namely a rhombus or square, when adjoining of which tube boards are formed to each other, the diameter of a circumference conditionally inscribed in their cross section equal to or greater than the outer diameter of the spir the heat transfer surface.

Предложенное техническое решение обеспечивает устранение в конструкции теплообменного аппарата трубных досок; увеличенный сопловой вход теплоносителя; повышение надежности за счет равномерного теплового расширения по всему объему сотового пакета; снижение металлоемкости; возможность автоматизации технологических процессов сборки и последующей сварки пучка теплообменных труб по торцовой части сотового блока. The proposed technical solution ensures the elimination of tube plates in the design of the heat exchanger apparatus; increased nozzle inlet coolant; increased reliability due to uniform thermal expansion throughout the entire cellular package; decrease in metal consumption; the ability to automate assembly processes and subsequent welding of the heat exchange tube bundle along the end of the honeycomb block.

На фиг.1 представлены витые теплообменные трубы с концами, выполненными в виде параллельных оси трубы равносторонних многогранных поверхностей, где d - диаметр условно вписанной в многогранник окружности, D - наружный диаметр витой теплообменной трубы. При этом d≥D. На фиг. 2 - принципиальная схема сотового теплообменного аппарата (вид с торцовой части) с ромбическими поверхностями концов труб. На фиг. 3 - сотовый теплообменный аппарат с квадратными концами труб (вид с торца). Figure 1 shows the twisted heat transfer tubes with ends made in the form of pipes parallel to equilateral polyhedral surfaces, where d is the diameter of a circle conventionally inscribed in the polyhedron, D is the outer diameter of the twisted heat transfer tube. Moreover, d≥D. In FIG. 2 is a schematic diagram of a cellular heat exchanger (end view) with rhombic surfaces of pipe ends. In FIG. 3 - a cellular heat exchanger with square pipe ends (end view).

Применение теплообменных аппаратов, выполненных в виде сотовых пакетов из спиралеобразных теплообменных труб с равносторонними многогранными концами, обеспечивает ряд технических преимуществ по сравнению с известными техническими решениями. Во-первых, технология изготовления многогранных поверхностей упрощена, так как заготовка трубы с многозаходной спиральной поверхностью имеет цилиндрические раструбы. Во-вторых, формирование сотового пакета труб, исключающего конструктивно трубные доски, позволяет осуществить изготовление теплообменных аппаратов в широком диапазоне теплотехнических характеристик за счет простого варьирования числа теплообменных труб в сотовом блоке. В-третьих, возможность автоматизации процессов сотовой сборки труб и торцевой сварки концов труб, что обеспечивает существенное снижение трудоемкости изготовления теплообменников. The use of heat exchangers made in the form of honeycomb packages of spiral heat-exchange tubes with equilateral polyhedral ends provides a number of technical advantages compared with the known technical solutions. Firstly, the technology for manufacturing polyhedral surfaces is simplified, since the pipe blank with a multiple helical surface has cylindrical sockets. Secondly, the formation of a honeycomb pipe package that excludes structurally tubular boards allows the manufacture of heat exchangers in a wide range of thermal characteristics by simply varying the number of heat transfer pipes in the honeycomb block. Thirdly, the possibility of automating the processes of cellular assembly of pipes and butt welding of pipe ends, which provides a significant reduction in the complexity of manufacturing heat exchangers.

Технико-экономические показатели эффективности теплообменника с сотовым пакетом труб по предложенному техническому решению выражаются в повышении теплотехнических параметров теплообменных аппаратов, снижении трудоемкости изготовления, снижении металлоемкости, повышении их эксплуатационной надежности. The technical and economic indicators of the efficiency of a heat exchanger with a honeycomb pipe package according to the proposed technical solution are expressed in increasing the thermal parameters of heat exchangers, reducing the complexity of manufacturing, reducing metal consumption, increasing their operational reliability.

Claims

A honeycomb heat exchanger containing a tube bundle fixed in tube boards with spiral multi-pass heat exchange surfaces, characterized in that the ends of the tube heat exchangers are made in the form of polyhedral surfaces parallel to the tube axis, namely a rhombus or a square, with tube boards being formed adjacent to each other, moreover the diameter of the circumference arbitrarily inscribed in their cross section is equal to or greater than the outer diameter of the spiral heat exchange surface.