RU2226663C2

RU2226663C2 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2226663C2
Application number: RU2002114237/06A
Authority: RU
Inventors: Д.Б. Бирюков; Н.Н. Трифонов; В.Д. Белоусов; В.А. Колтунов; Н.И. Мишустин; Ю.В. Кузьмин
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2004-04-10

Abstract

FIELD: heat power industry. SUBSTANCE: approach can find use in development of heat exchangers with tube plates utilized in various branches of industry. Proposed heat exchanger includes enclosure, branch pipes to supply and remove water and steam, perforated tube plate carrying heat exchange tubes and fitted with partition passing over diameter and dividing tube plate into parts. Partition comes in the form of stiffening rib placed on steam and/or water side which length exceeds diameter of perforation circumference, height is less than thickness of tube plate and thickness is equal to one fifth of thickness of tube plate as minimum. In addition stiffening rib is provided with holes. Partition can come in the form of several stiffening ribs. EFFECT: diminished thickness of tube plate, reduced usage of metal and labor input to its manufacture thanks to substantial decrease of total drilling length and number of holes for heat exchange tubes. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при проектировании теплообменников с трубными досками в других отраслях промышленности.The invention relates to the field of power engineering and can be used in the design of heat exchangers with tube plates in other industries.

Известны теплообменники, содержащие кожух и трубную густоперфорированную трубную доску с завальцованными в нее U-образными теплообменными трубками, причем трубная доска может быть расположена внизу или вверху аппарата, а сам аппарат выполнен вертикальным или горизонтальным (Марушкин В.М. "Подогреватели высокого давления паротурбинных установок ТЭС и АЭС". М.: 1985 г. "Теплообменное оборудование ПТУ". Отраслевой каталог 20-89-09. ЦНИИТЭИтяжмаш, М.: 1989 г.).Heat exchangers are known that comprise a casing and a densely perforated tube plate with U-shaped heat exchanger tubes rolled into it, the tube plate being located at the bottom or at the top of the apparatus, and the apparatus itself is vertical or horizontal (Marushkin V. M. “High-pressure heaters of steam turbine plants TES and NPP ". M.: 1985." Heat transfer equipment PTU ". Industry catalog 20-89-09. TSNIITEityazhmash, M .: 1989).

Недостатком известных теплообменников является относительно большая толщина трубных досок, пропорциональная квадрату ее диаметра, т.е. для аппаратов большого диаметра существенно повышаются металлоемкость трубной доски и трудозатраты при изготовлении за счет увеличения общей длины сверления большого количества отверстий под теплообменные трубки.A disadvantage of the known heat exchangers is the relatively large thickness of the tube plates, proportional to the square of its diameter, i.e. for large-diameter apparatuses, the metal consumption of the tube plate and labor costs in manufacturing are significantly increased by increasing the total drilling length of a large number of holes for heat transfer tubes.

Известен теплообменный аппарат, в котором трубная доска расположена внизу и выполнена в виде круглой перфорированной пластины (авт.свид. СССР №1714292, МПК F 28 F 9/02, опубликовано 23.02.92 г.).A heat exchanger is known in which the tube plate is located below and is made in the form of a round perforated plate (ed. Certificate of the USSR No. 1714292, IPC F 28 F 9/02, published February 23, 1992).

Недостатком известного решения является достаточно высокая толщина трубной доски и возможное накопление шлама внизу.A disadvantage of the known solution is the rather high thickness of the tube plate and the possible accumulation of sludge below.

Известен теплообменник, в котором для снижения толщины трубной доски в центральной части выполнен разъем, при этом трубная доска смещена относительно периферии по оси аппарата. Центральная и периферийная части трубной доски соединены между собой посредством цилиндрической обечайки (авт.свид. СССР №901796, МПК F 28 F 7/06, опубликовано 30.01.82 г.).A heat exchanger is known in which a connector is made in the central part to reduce the thickness of the tube plate, and the tube plate is offset relative to the periphery along the axis of the apparatus. The central and peripheral parts of the tube plate are interconnected by means of a cylindrical shell (ed. Certificate of the USSR No. 901796, IPC F 28 F 7/06, published January 30, 1992).

Недостатками данного теплообменника являются технологические проблемы при изготовлении, снижении площади перфорации и уменьшении поверхности теплообмена, а также наличие двух кольцевых швов приварки центральной и периферийной частей трубной доски с цилиндрической обечайкой.The disadvantages of this heat exchanger are technological problems in manufacturing, reducing the perforation area and reducing the heat exchange surface, as well as the presence of two ring welds of the central and peripheral parts of the tube plate with a cylindrical shell.

Известен вертикальный парогенератор, включающий кожух, трубную доску, трубный пучок, патрубки подвода и отвода воды и пара и разделяющую перегородку (патент США №4633940, МПК F 28 F 9/00, опубликован 06.01.87 - прототип).Known vertical steam generator, comprising a casing, a tube board, a tube bundle, pipes for supplying and discharging water and steam and a dividing wall (US patent No. 4633940, IPC F 28 F 9/00, published 06.01.87 - prototype).

Недостатком известного устройства является то, что перегородка служит для организации движения нагреваемой среды в парогенераторе и не может нести перегрузку от давления греющей среды.A disadvantage of the known device is that the partition serves to organize the movement of the heated medium in the steam generator and cannot bear the overload from the pressure of the heating medium.

Заявляемое решение позволяет снизить толщину трубной доски и ее металлоемкость и уменьшить трудозатраты при изготовлении за счет существенного снижения общей длины сверления большого количества отверстий под теплообменные трубки.The claimed solution allows to reduce the thickness of the tube plate and its metal consumption and reduce labor costs in the manufacture by significantly reducing the total drilling length of a large number of holes for heat transfer tubes.

Предложен теплообменник, включающий кожух, патрубки подвода и отвода воды и пара, перфорированную трубную доску с закрепленными в ней теплообменными трубками и снабженную перегородкой, проходящей по диаметру и разделяющей трубную доску на части, при этом перегородка выполнена в виде ребра жесткости, расположенного с паровой и (или) водяной стороны, длина которого составляет не менее диаметра окружности перфорации, высота - не менее одной толщины трубной доски, а толщина - не менее одной пятой части толщины трубной доски. Кроме того, ребро жесткости с паровой стороны может быть снабжено отверстиями, а перегородка может быть выполнена в виде нескольких ребер жесткости.A heat exchanger is proposed, including a casing, water and steam inlet and outlet pipes, a perforated tube plate with heat exchanger tubes fixed therein and provided with a partition passing along the diameter and dividing the tube plate into parts, the partition being made in the form of a stiffener located with steam and (or) the water side, the length of which is not less than the diameter of the circumference of the perforation, the height is not less than one thickness of the tube plate, and the thickness is not less than one fifth of the thickness of the tube plate. In addition, the stiffener on the steam side can be provided with holes, and the partition can be made in the form of several stiffeners.

Изобретение иллюстрируется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

Теплообменник включает кожух 1, перфорированную трубную доску 2 с закрепленными в ней теплообменными трубками трубного пучка 3. Перегородка выполнена в виде ребра жесткости 4, расположенного с паровой части и (или) водяной стороны, проходящего по диаметру и разделяющего трубную доску 2 на части. Перегородка может быть выполнена в виде нескольких ребер жесткости. Длина ребра жесткости 4 составляет не менее диаметра описывающей окружности перфорации, высота - не менее одной толщины трубной доски 2, а толщина - не менее одной пятой части толщины трубной доски 2. Теплообменник включает также охладитель конденсата 5, патрубки подвода воды 6 и отвода воды 7, подвода пара 8, отвода конденсата греющего пара 9, направляющие перегородки 10. Ребро жесткости 4 с паровой стороны может быть снабжено отверстиями 11. При расположении ребра жесткости 4 в паровой части оно может быть частью узла организации охлаждения пара или (и) конденсата среды в межтрубном пространстве. При технологической необходимости или дополнительных особенностях конструкции теплообменника ребро жесткости 4 может быть расположено с водяной стороны и выполняет одновременно роль перегородки, разделяющей водяную камеру на "холодную" и "горячую" части.The heat exchanger includes a casing 1, a perforated tube plate 2 with heat exchanger tubes of the tube bundle 3 fixed therein. The partition is made in the form of a stiffener 4 located on the steam part and (or) water side, passing through the diameter and separating the tube plate 2 into parts. The partition can be made in the form of several stiffeners. The length of the stiffener 4 is not less than the diameter of the describing circumference of the perforation, the height is not less than one thickness of the tube plate 2, and the thickness is not less than one fifth of the thickness of the tube plate 2. The heat exchanger also includes a condensate cooler 5, water supply pipes 6 and water discharge 7 , steam supply 8, condensate drain heating steam 9, guiding partitions 10. The stiffener 4 on the steam side can be provided with holes 11. When the stiffener 4 is located in the steam part, it can be part of the steam cooling organization if (i) the condensate of the medium in the annulus. With technological need or additional design features of the heat exchanger, the stiffener 4 can be located on the water side and simultaneously serves as a partition separating the water chamber into the "cold" and "hot" parts.

При расположении трубной доски в верхней части теплообменного аппарата, трубного пучка внизу - ребро жесткости 4 является свободным узлом теплообменника и может быть использовано для крепления направляющих перегородок 10 и других элементов конструкции аппарата.When the tube plate is located in the upper part of the heat exchanger, the tube bundle below the stiffener 4 is a free unit of the heat exchanger and can be used to attach the guide walls 10 and other structural elements of the apparatus.

Выбор длины ребра жесткости не менее диаметра окружности перфорации обусловлен тем, что ребро жесткости укрепляет ослабленную отверстиями перфорированную часть.The choice of the length of the stiffeners not less than the diameter of the circumference of the perforation is due to the fact that the stiffener reinforces the perforated part weakened by the holes.

Высота ребра жесткости - не менее одной толщины трубной доски определяется эффективностью снижения толщины, условиями и технологией изготовления трубной доски и ребра жесткости.The height of the stiffening ribs - at least one thickness of the tube plate is determined by the effectiveness of reducing the thickness, conditions and manufacturing technology of the tube plate and ribs.

Толщина ребра жесткости - не менее одной пятой части толщины трубной доски выбирается из тех соображений, что именно эти габариты обеспечивают ребру жесткость и укрепляющую способность трубной доски.The thickness of the stiffening rib - at least one fifth of the thickness of the tube plate is selected from the considerations that it is these dimensions that provide the rib rigidity and strengthening ability of the tube plate.

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

Среда трубного пространства по патрубку 6 поступает под давлением в трубки 3, проходя по которым обменивается теплом со средой межтрубного пространства, поступающей в теплообменник через патрубок 8 между перегородками 10. При этом вследствие разности давлений сред возникает перепад давления на трубной доске 2, который вызывает в ней напряжение, максимальное значение которого пропорционально диаметру трубной доски 2. Поскольку трубная доска 2 снабжена диаметральным ребром жесткости 4 и разделяется им на два сектора раствором 180 градусов, то максимум напряжений смещается из центра трубной доски в некоторые срединные точки перфорированной области каждого сектора и при этом снижается по абсолютной величине. За счет этого удается снизить толщину трубной доски 2.The medium of the pipe space through the pipe 6 enters under pressure 3 into the pipes 3, passing through which it exchanges heat with the annular medium entering the heat exchanger through the pipe 8 between the partitions 10. In this case, due to the difference in the pressure of the media, a pressure differential occurs on the pipe plate 2, which causes voltage, the maximum value of which is proportional to the diameter of the tube plate 2. Since the tube plate 2 is equipped with a diametral stiffener 4 and is divided into two sectors by a solution of 180 degrees, then the maximum stress is shifted from the center of the tube plate to some midpoints of the perforated region of each sector and at the same time decreases in absolute value. Due to this, it is possible to reduce the thickness of the tube plate 2.

Claims

1. A heat exchanger comprising a casing, nozzles for supplying and discharging water and steam, a perforated tube plate with heat exchanger tubes fixed therein and provided with a partition passing along the diameter and dividing the tube board into parts, characterized in that the partition is made in the form of a stiffener located on the steam and (or) water side, the length of which is not less than the diameter of the perforation circle, the height is not less than one thickness of the tube plate, and the thickness is not less than one fifth of the tube plate thickness.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the stiffener on the steam side is provided with holes.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the partition is made in the form of several stiffeners.