RU2204773C2

RU2204773C2 - Tube-in-tube heat exchanger

Info

Publication number: RU2204773C2
Application number: RU2001100990/06A
Authority: RU
Inventors: В.С. Петровский; Б.Н. Извеков
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро химавтоматики
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: heat exchangers for power engineering and liquid-propellant rocket engines. SUBSTANCE: heat exchanger has internal and external cylindrical shells coaxially mounted in annular spaced relation to form spaces for working medium as well as discharge manifolds with branch pipes and additional shells that form additional spaces and are pylon-mounted in heat exchanger; pylons are provided with working medium inlet and outlet ducts; additional spaces are intercommunicating through holes provided in additional shell. EFFECT: enhanced capacity of heat exchanger without increasing its size. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным аппаратам (ТА) и может быть использовано в энергетической промышленности, в частности в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД). The invention relates to heat exchangers (TA) and can be used in the energy industry, in particular in liquid rocket engines (LRE).

Известна конструкция теплообменника, в полости которого для увеличения поверхности теплосъема установлены цилиндрические трубы, выполненные в виде свитой в пространственную спираль ленты, расположенные соосно с образованием кольцевых канавок, и два установленных навстречу друг другу торцевых коллектора (RU 2037118 C1, F 28 D 7/10, 1995). A known heat exchanger design, in the cavity of which cylindrical pipes are installed in the cavity to increase the heat removal surface, made in the form of a tape twisted into a spatial spiral, arranged coaxially with the formation of annular grooves, and two end collectors installed towards each other (RU 2037118 C1, F 28 D 7/10 , 1995).

Недостатком такого технического решения является то, что из-за большого загромождения тракта линии теплоносителя значительно увеличивается гидравлическое сопротивление линии и это приводит к снижению полезной мощности энергетической установки, в частности ЖРД. The disadvantage of this technical solution is that due to the large clutter of the path of the coolant line, the hydraulic resistance of the line significantly increases and this leads to a decrease in the useful power of the power plant, in particular the liquid propellant rocket engine.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является теплообменник, содержащий внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки, установленные коаксиально с кольцевым зазором, образующим полость для рабочего тела, подводящие и отводящие коллекторы с патрубками (SU 567071 A, F 28 D 7/10, 1977). Теплоноситель, протекающий по внутренней оболочке, нагревает или охлаждает рабочее тело, протекающее в кольцевом зазоре между оболочками. Closest to the technical nature of the present invention is a heat exchanger containing inner and outer cylindrical shells mounted coaxially with an annular gap forming a cavity for the working fluid, inlet and outlet manifolds with nozzles (SU 567071 A, F 28 D 7/10, 1977) . The coolant flowing through the inner shell heats or cools the working fluid flowing in the annular gap between the shells.

Основным недостатком данного устройства является то, что при повышении производительности ТА с увеличением поверхности теплосъема растут его габариты. Это особенно неприемлемо для ТА, используемых в конструкциях ЖРД, так как увеличиваются габариты и масса двигателя в целом. The main disadvantage of this device is that with an increase in the performance of a TA with an increase in the surface of a heat sink, its dimensions increase. This is especially unacceptable for SLTs used in LRE designs, as the overall dimensions and mass of the engine increase.

Задача изобретения - устранение указанных недостатков и повышение производительности ТА без увеличения его габаритов и снижение мощности энергетической установки. The objective of the invention is the elimination of these disadvantages and increase the performance of TA without increasing its dimensions and reducing the power of the power plant.

Поставленная задача достигается тем, что в ТА типа "труба в трубе", содержащем наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, установленные коаксиально с кольцевым зазором и образующие полость для рабочего тела, подводящие и отводящие коллекторы с патрубками, дополнительные оболочки, образующие дополнительные полости, согласно изобретению дополнительные оболочки установлены на пилонах, в которых выполнены каналы, подводящие и отводящие рабочее тело, а дополнительные полости соединены между собой с помощью отверстий в дополнительной оболочке. The task is achieved in that in the type of "pipe in pipe" containing the outer and inner cylindrical shells installed coaxially with an annular gap and forming a cavity for the working fluid, supply and discharge manifolds with nozzles, additional shells forming additional cavities, according to the invention additional shells are mounted on pylons, in which channels are introduced, leading and discharging the working fluid, and additional cavities are interconnected by holes in the additional a bore.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез ТА, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 по оболочкам теплообменника, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 по дополнительным оболочкам. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of a TA; FIG. 2 is a section AA in FIG. 1 along the shells of the heat exchanger, in FIG. 3 - section BB in FIG. 1 for additional shells.

Основными составляющими элементами предложенной конструкции ТА являются:
1 - наружная оболочка;
2 - внутренняя оболочка;
3 - подводящий коллектор;
4 - отводящий коллектор;
5 - подводящий патрубок;
6 - отводящий патрубок;
7 - пилон;
8 - пилон;
9 - корпус с пилонами;
10 - опорная решетка;
11 - внутренняя дополнительная оболочка;
12 - средняя дополнительная оболочка;
13 - наружная дополнительная оболочка;
14 - подводящий патрубок к дополнительным полостям;
15 - отводящий патрубок от дополнительных полостей;
а, б - отверстия в стенке средней дополнительной оболочки 12;
К - каналы на внутренней оболочке;
Л - каналы на наружной дополнительной оболочке;
М - каналы на внутренней дополнительной оболочке.The main components of the proposed design TA are:
1 - outer shell;
2 - inner shell;
3 - inlet collector;
4 - outlet collector;
5 - inlet pipe;
6 - outlet pipe;
7 - pylon;
8 - pylon;
9 - case with pylons;
10 - supporting grid;
11 - inner additional shell;
12 - middle additional shell;
13 - outer additional shell;
14 - inlet pipe to additional cavities;
15 - outlet pipe from additional cavities;
a, b - holes in the wall of the middle additional shell 12;
K - channels on the inner shell;
L - channels on the outer additional shell;
M - channels on the inner additional shell.

Теплообменник содержит наружную 1 и внутреннюю 2 оболочки, установленные коаксиально с зазором. На наружной поверхности внутренней оболочки 2 выполнены каналы К. Оболочки соединены между собой пайкой и образуют полость для рабочего тела. На наружной оболочке 1 выполнены подводящий 3 и отводящий 4 коллекторы с патрубками 5 и 6 соответственно. The heat exchanger contains an outer 1 and an inner 2 shell installed coaxially with a gap. On the outer surface of the inner shell 2, channels K are made. The shells are interconnected by soldering and form a cavity for the working fluid. On the outer shell 1 there are made supply 3 and discharge 4 collectors with pipes 5 and 6, respectively.

В полости внутренней оболочки 2 теплообменника на пилонах 7, 8 корпуса 9 и опорной решетке 10 установлены дополнительные оболочки 11, 12, 13, соединенные между собой пайкой и образующие полости с каналами М, Л. In the cavity of the inner shell 2 of the heat exchanger on the pylons 7, 8 of the housing 9 and the support grid 10, additional shells 11, 12, 13 are installed, interconnected by soldering and forming cavities with channels M, L.

Полости с каналами М, Л соединены между собой с помощью отверстий "а", "б", выполненных в стенке средней дополнительной оболочки 12. Cavities with channels M, L are interconnected using holes "a", "b", made in the wall of the middle additional shell 12.

Корпус 9 с пилонами крепится к наружной оболочке 1. На корпусе 9 в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода рабочего тела с подводящим 14 и отводящим 15 патрубками. Подводящие патрубки 5, 14 и отводящие 6, 15 соединены между собой. The casing 9 with pylons is attached to the outer shell 1. On the casing 9 in the pylons channels are made for the inlet and outlet of the working fluid with inlet 14 and outlet 15 nozzles. The inlet pipes 5, 14 and the outlet 6, 15 are interconnected.

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

Греющий или охлаждающий теплоноситель подается в полость теплообменника и омывает оболочки 2, 11 и 13, которые являются теплообменными элементами и выполнены из материала, обладающего повышенной теплопроводностью. A heating or cooling coolant is fed into the cavity of the heat exchanger and washes the shells 2, 11 and 13, which are heat exchange elements and are made of a material with high thermal conductivity.

Рабочее тело разделяется на два потока. The working fluid is divided into two streams.

Первый поток через подводящий патрубок 5 поступает в коллектор 3 и далее в каналы К, выполненные на наружной поверхности внутренней оболочки 2. Проходя по каналам, рабочее тело нагревается или охлаждается и через отводящий коллектор 4 и патрубок 6 выходит из теплообменника. The first stream through the inlet pipe 5 enters the manifold 3 and then into the channels K made on the outer surface of the inner shell 2. Passing through the channels, the working fluid is heated or cooled and through the outlet manifold 4 and the pipe 6 exits the heat exchanger.

Второй поток рабочего тела через подводящий патрубок 14, канал в пилоне 8 корпуса 9 и отверстия "а" в стенке средней дополнительной оболочки 12 поступает в каналы М, выполненные на наружной поверхности внутренней дополнительной оболочки 11. Проходя по каналам, рабочее тело нагревается или охлаждается и через отверстия "б" в стенке оболочки 12 поступает в каналы Л, выполненные на внутренней поверхности наружной дополнительной оболочки 13, где происходит дальнейший теплообмен с теплоносителем, после чего второй поток через канал в пилоне 7 и отводящий патрубок 15 выходит из теплообменника и смешивается с первым потоком. The second flow of the working fluid through the inlet pipe 14, the channel in the pylon 8 of the housing 9 and the holes "a" in the wall of the middle additional shell 12 enters the channels M made on the outer surface of the inner additional shell 11. Passing through the channels, the working fluid is heated or cooled, and through holes "b" in the wall of the shell 12 enters the channels A made on the inner surface of the outer additional shell 13, where further heat exchange with the coolant takes place, after which the second stream through the channel in the pylon 7 and the outlet supply pipe 15 exits the heat exchanger and mixed with the first stream.

Использование изобретения позволит интенсифицировать процесс теплообмена за счет более развитой поверхности теплообменных элементов и повысить производительность ТА без увеличения его габаритов. The use of the invention will allow to intensify the heat transfer process due to the more developed surface of the heat exchange elements and increase the performance of the TA without increasing its dimensions.

Claims

A pipe-in-pipe type heat exchanger comprising inner and outer cylindrical shells installed coaxially with an annular gap and forming a cavity for the working fluid, supply and exhaust manifolds with nozzles and additional shells forming additional cavities, characterized in that the additional shells are installed in the heat exchanger on pylons in which the channels for supplying and discharging the working fluid are made, and additional cavities are interconnected by holes in the additional shell.