RU2232940C2

RU2232940C2 - Shell-and-tube heat exchanger

Info

Publication number: RU2232940C2
Application number: RU2002123063/06A
Authority: RU
Inventors: И.М. Паршков (RU); И.М. Паршков; И.Л. Васильев (RU); И.Л. Васильев
Original assignee: ЗАО "Управляющая компания "Промэнерго"
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-07-20

Abstract

FIELD: heat-exchange apparatuses, mainly water heaters; heat supply systems.

SUBSTANCE: heat exchanger has shell accommodating heat-transfer tubes, longitudinal and transverse partitions, tube sheets, tube space formed by the latter and shell, shell-mounted compensator, chamber used for feeding medium to tubes and discharging it therefrom provided with internal partition, as well as medium turning chamber, both chambers abutting against hinged tube sheets that form tube space together with tubes, and medium supply and discharge pipes communicating with tube space and medium supply chamber. Heat exchanger is made for organizing medium flow over tubes and tube space in two or four passes and for sectionalizing them. Longitudinal partition of shell is flat or cross-like in shape Transverse partitions and longitudinal one are provided with seals.

EFFECT: facilitated manufacture, enlarged functional capabilities, reduced size and metal input, enhanced operating effectiveness.

14 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к конструкциям теплообменных аппаратов, преимущественно водо-водяных подогревателей, и может быть использовано преимущественно в системах теплоснабжения.The invention relates to the field of energy, in particular, to the designs of heat exchangers, mainly water-to-water heaters, and can be used mainly in heat supply systems.

Известен теплообменник, содержащий корпус, в котором расположена внутренняя камера с находящимися в ней теплообменными трубами и поперечными перегородками между ними, патрубки подачи и отвода среды в корпус и камеру (RU №2122165, 1998).A known heat exchanger comprising a housing in which an inner chamber is located with heat exchange tubes and transverse partitions therebetween, nozzles for supplying and discharging a medium into the housing and chamber (RU No. 212165, 1998).

Из известных наиболее близким к предлагаемому является теплообменник, содержащий кожух с расположенными в нем теплообменными трубами, камеру подачи и отвода среды в трубы, камеру поворота среды и патрубки подачи и отвода среды в кожух и в камеры, поперечные перегородки между трубами, компенсатор на кожухе, причем движение теплоносителя по трубному и межтрубному пространствам организовано в 2 или 4 хода (В.А.Григорьев и др. Краткий справочник по теплообменным аппаратам. - М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1962, стр.82-83).Of the known closest to the proposed one is a heat exchanger containing a casing with heat exchange pipes located in it, a chamber for supplying and discharging the medium into the pipes, a chamber for turning the medium and pipes for supplying and discharging the medium into the casing and into the chambers, transverse partitions between the pipes, a compensator on the casing, moreover, the movement of the coolant along the pipe and annular spaces is organized in 2 or 4 turns (V. A. Grigoriev and others. A quick reference to heat exchangers. - M.-L.: State Energy Publishing House, 1962, p. 82-83).

Известные теплообменники недостаточно ремонтопригодны, не обеспечивают достаточной технологичности при изменении положения их продольной оси: горизонтальное положение - вертикальное положение, не исключают возможности обратного теплообмена при прямотоке, что значительно увеличивает габариты и металлоемкость из-за необходимости установки дополнительных секций.Known heat exchangers are not maintainable enough, do not provide sufficient adaptability when changing the position of their longitudinal axis: horizontal position - vertical position, do not exclude the possibility of reverse heat exchange during direct flow, which significantly increases the dimensions and metal consumption due to the need to install additional sections.

Задачей настоящего изобретения является повышение технологичности изготовления теплообменника при обеспечении универсальности его использования при изменении положения его продольной оси, а также снижение габаритов и металлоемкости при обеспечении заданной эффективности работы.The objective of the present invention is to increase the manufacturability of the manufacture of the heat exchanger while ensuring the versatility of its use when changing the position of its longitudinal axis, as well as reducing the dimensions and metal consumption while ensuring a given performance.

Поставленная задача решается тем, что кожухотрубный теплообменник содержит кожух с расположенными в нем теплообменными трубами, поперечными и продольной перегородками, трубные доски, образующие с кожухом межтрубное пространство, компенсатор, выполненный на кожухе, имеющую внутреннюю перегородку камеру подачи среды в трубы и отвода из них и камеру поворота среды, примыкающие к трубным доскам, образующие с трубами трубное пространство и выполненные шарнирно открывающими, и патрубки подачи и отвода среды в межтрубное пространство и камеру подачи среды, причем теплообменник выполнен с возможностью организации движения сред по трубному и межтрубному пространствам в 2 или 4 хода и секционирования, продольная перегородка кожуха выполнена плоской или крестообразной, а поперечные и продольная перегородки кожуха снабжены уплотнениями.The problem is solved in that the shell-and-tube heat exchanger comprises a casing with heat exchange tubes located therein, transverse and longitudinal partitions, tube boards forming an annular space with the casing, a compensator made on the casing having an internal baffle and a medium supply chamber to and from the pipes and a medium rotation chamber adjacent to the tube plates, forming a tube space with pipes and hingedly opening, and nozzles for supplying and discharging the medium into the annulus and the chamber in feed medium, wherein the heat exchanger is made with the possibility of movement of the media on the tube and in the space between the tubes 2 or 4 stroke and sectioning, the longitudinal baffle casing is flat or cruciform, and the transverse and longitudinal partitions the casing are sealed.

Поставленная задача решается также тем, что для организации движения среды по трубному пространству в 2 хода внутренняя перегородка камеры подачи среды может быть выполнена плоской.The problem is also solved by the fact that for organizing the movement of the medium through the pipe space in 2 turns, the internal partition of the medium supply chamber can be made flat.

Поставленная задача решается также тем, что для организации движения среды по трубному пространству в 4 хода внутренняя перегородка камеры подачи среды может быть выполнена Т-образной, а камера поворота среды снабжена внутренней плоской перегородкой.The problem is also solved by the fact that for organizing the movement of the medium through the pipe space in 4 turns, the internal partition of the medium supply chamber can be made T-shaped, and the medium rotation chamber is equipped with an internal flat partition.

Поставленная задача решается также тем, что уплотнения поперечных и продольной перегородок кожуха могут быть выполнены сваркой или тонкими пластинами или в виде пазов с уплотнениями.The problem is also solved by the fact that the seals of the transverse and longitudinal partitions of the casing can be made by welding or thin plates or in the form of grooves with seals.

Поставленная задача решается также тем, что на патрубке подачи среды в межтрубное пространство может быть установлен расширитель.The problem is also solved by the fact that an expander can be installed on the medium supply pipe to the annulus.

Поставленная задача решается также тем, что на патрубке отвода среды из межтрубного пространства может быть установлено суживающее устройство.The problem is also solved by the fact that on the pipe of the medium from the annular space can be installed narrowing device.

Поставленная задача решается также тем, что теплообменник может быть выполнен горизонтальным или вертикальным.The problem is also solved by the fact that the heat exchanger can be made horizontal or vertical.

Поставленная задача решается также тем, что компенсатор кожуха может быть выполнен линзовым.The problem is also solved by the fact that the compensator casing can be made lens.

Поставленная задача решается также тем, что теплообменные трубы могут быть выполнены из латуни или нержавеющей стали.The problem is also solved by the fact that the heat transfer pipes can be made of brass or stainless steel.

Поставленная задача решается также тем, что трубы могут быть выполнены гладкими или профилированными.The problem is also solved by the fact that the pipes can be made smooth or profiled.

Поставленная задача решается также тем, что кожух может иметь наружный диаметр D, равный 300-1200 мм.The problem is also solved by the fact that the casing may have an outer diameter D of 300-1200 mm.

Поставленная задача решается также тем, что поперечные перегородки могут быть расположены в кожухе с шагом от 0,05 D до 1000 мм.The problem is also solved by the fact that the transverse partitions can be located in the casing with a step from 0.05 D to 1000 mm.

Поставленная задача решается также тем, что патрубки подачи и отвода среды в межтрубное пространство и камеру подачи среды могут иметь наружный диаметр, равный 0,15-0,45D.The problem is also solved by the fact that the nozzles for supplying and discharging the medium into the annular space and the medium supply chamber can have an outer diameter equal to 0.15-0.45D.

Поставленная задача решается также тем, что длина теплообменных труб в пучке может составлять 1-2,5 м.The problem is also solved by the fact that the length of the heat transfer tubes in the bundle can be 1-2.5 m.

На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого теплообменника.Figure 1 presents a longitudinal section of the proposed heat exchanger.

На фиг.2 - разрез А-А фиг.1 с продольной перегородкой, выполненной плоской.Figure 2 is a section aa of figure 1 with a longitudinal partition made flat.

На фиг.3 - разрез А-А фиг.1 с продольной перегородкой, выполненной крестообразной.Figure 3 is a section aa of figure 1 with a longitudinal partition made crosswise.

На фиг.4 - разрез Б-Б фиг.1 с внутренней плоской перегородкой камеры подачи среды.In Fig.4 is a section bB of Fig.1 with an internal flat partition of the medium supply chamber.

На фиг.5 - разрез В-В фиг.1.Figure 5 is a section bb In figure 1.

На фиг.6 - разрез Б-Б фиг.1 с внутренней Т-образной перегородкой камеры подачи среды.In Fig.6 is a section bB of Fig.1 with an internal T-shaped partition of the medium supply chamber.

На фиг.7 - разрез В-В фиг.1 с внутренней плоской перегородкой камеры поворота среды.In Fig.7 is a section bb In Fig.1 with an internal flat partition of the chamber of rotation of the medium.

На фиг.8 - разрез А-А фиг.1 с расширителем.In Fig.8 is a section aa of Fig.1 with an expander.

На фиг.9 - вид Г фиг.8 с расширителем.Figure 9 is a view G of figure 8 with an expander.

На фиг.10 - местный разрез Д с уплотнениями продольной перегородки.Figure 10 is a local section D with seals of the longitudinal walls.

Описываемый кожухотрубный теплообменник (фиг.1) содержит кожух 1 с расположенными в нем теплообменными трубами 2, поперечными и продольной перегородками 3, 4, трубные доски 5, 6, образующие с кожухом 1 межтрубное пространство 7, компенсатор 8, выполненный на кожухе 1, имеющую внутреннюю перегородку 9 камеру 10 подачи среды в трубы 2 и отвода из них и камеру 11 поворота среды, примыкающие к трубным доскам 5, 6, образующие с трубами 2 трубное пространство 12 и выполненные открывающими на шарнирах 13, и патрубки подачи 14, 15 и отвода 16, 17 среды в межтрубное пространство 7 и камеру 10 подачи среды. Теплообменник выполнен с возможностью организации движения сред по трубному 12 и межтрубному 7 пространствам в 2 или 4 хода и секционирования. Продольная перегородка 4 кожуха 1 выполнена плоской (фиг.2) или крестообразной (фиг.3). Поперечные и продольная перегородки 3, 4 кожуха 1 снабжены уплотнениями 18. Для организации движения среды по трубному пространству 12 в 2 хода (фиг.4, 5) внутренняя перегородка 9 камеры 10 подачи среды может быть выполнена плоской. Для организации движения среды по трубному пространству 12 в 4 хода (фиг.6, 7) внутренняя перегородка 9 камеры 10 подачи среды может быть выполнена Т-образной, а камера 11 поворота среды снабжена внутренней плоской перегородкой 19.The described shell-and-tube heat exchanger (Fig. 1) contains a casing 1 with heat exchange tubes 2 located therein, transverse and longitudinal partitions 3, 4, tube boards 5, 6, forming an annular space 7 with the casing 1, a compensator 8, made on the casing 1, having the inner partition 9 of the chamber 10 of the medium into the pipes 2 and the outlet of them and the chamber 11 of the medium rotation adjacent to the pipe boards 5, 6, forming the pipe space 12 with the pipes 2 and made opening on hinges 13, and the supply pipes 14, 15 and the outlet 16, 17 medium in annulus 7 of the space 10 and the medium supply chamber. The heat exchanger is configured to organize the movement of media through the pipe 12 and annular 7 spaces in 2 or 4 strokes and sectioning. The longitudinal partition 4 of the casing 1 is made flat (figure 2) or cruciform (figure 3). The transverse and longitudinal partitions 3, 4 of the casing 1 are equipped with seals 18. To organize the movement of the medium through the pipe space 12 in 2 strokes (Figs. 4, 5), the inner partition 9 of the medium supply chamber 10 can be made flat. To organize the movement of the medium through the pipe space 12 in 4 strokes (6, 7), the inner partition 9 of the medium supply chamber 10 can be made T-shaped, and the medium rotation chamber 11 is equipped with an internal flat partition 19.

Уплотнения поперечных и продольной перегородок 3, 4 кожуха 1 могут быть выполнены сваркой или тонкими пластинами 20 (фиг.10) или в виде пазов с уплотнениями (не показано). На патрубке 14 подачи среды в межтрубное пространство 7 может быть установлен расширитель 21. На патрубке 16 отвода среды из межтрубного пространства 7 может быть установлено суживающее устройство 22. Теплообменник может быть выполнен горизонтальным или вертикальным. Компенсатор 8 кожуха 1 может быть выполнен линзовым. Теплообменные трубы 2 могут быть выполнены из латуни или нержавеющей стали. Трубы 2 могут быть выполнены гладкими или профилированными. Кожух 1 может иметь наружный диаметр D, равный 300-1200 мм. Поперечные перегородки 2 могут быть расположены в кожухе 1 с шагом L от 0,05 D до 1000 мм. Патрубки подачи 14, 15 и отвода 16, 17 среды в межтрубное пространство 7 и камеру 10 подачи среды могут иметь наружный диаметр, равный 0,15-0,45D. Длина теплообменных труб 2 в пучке может составлять 1-2,5 м.The seals of the transverse and longitudinal partitions 3, 4 of the casing 1 can be made by welding or thin plates 20 (figure 10) or in the form of grooves with seals (not shown). An expander 21 can be installed on the medium supply pipe 14 to the annulus 7. A restriction device 22 can be installed on the medium discharge pipe 16 from the annulus 7. The heat exchanger can be made horizontal or vertical. The compensator 8 of the casing 1 can be made lens. Heat exchange tubes 2 can be made of brass or stainless steel. Pipes 2 can be made smooth or profiled. The casing 1 may have an outer diameter D of 300-1200 mm. The transverse partitions 2 can be located in the casing 1 with a step L from 0.05 D to 1000 mm The nozzles for supplying 14, 15 and outlet 16, 17 of the medium into the annulus 7 and the medium supply chamber 10 may have an outer diameter of 0.15-0.45D. The length of the heat transfer tubes 2 in the bundle may be 1-2.5 m.

Предлагаемый теплообменник является универсальным по подводу-отводу теплоносителей в межтрубное пространство 7 и камеру 10 подачи и отвода среды и работает следующим образом.The proposed heat exchanger is universal in the supply and removal of coolants in the annular space 7 and the chamber 10 of the supply and removal of the medium and works as follows.

При организации циркуляции рабочей среды по трубному пространству 12 в 2 хода среда по патрубку 15 поступает в камеру 10 подачи и отвода среды, в которой расположена плоская перегородка 9 (фиг.4), разделяющая камеру 10 на две части и направляющая подаваемую среду в половину труб 2. Проходя по трубам 2, среда попадает в камеру 11 поворота среды (фиг.5), где происходит поворот среды во вторую половину трубного пучка, двигаясь по которому наверх, среда попадает обратно в камеру 10 и отводится через патрубок 17. При организации циркуляции рабочей среды по трубному пространству 12 в 4 хода среда по патрубку 15 поступает в камеру 10 подачи и отвода среды, в которой расположена Т-образная перегородка 9, и направляется в четверть труб 2. Проходя по трубам 2, среда попадает в камеру 11 поворота среды, в которой расположена плоская перегородка 19 и где происходит поворот среды во вторую четверть трубного пучка, проходя по которому, среда попадает снова в камеру 10 подачи и вывода среды. Поступающая в камеру 10 среда поворачивается в третью четверть труб 2 и направляется вниз по трубам 2 в камеру 11, где также поворачивается уже в четвертую четверть пучка труб 2, проходя по которым, снова попадает в камеру 10 и отводится через патрубок 17. При организации циркуляции рабочей среды по межтрубному пространству 7 в 2 хода (фиг.2) среда по патрубку 14 поступает в межтрубное пространство 7 и, огибая поперечные перегородки 3, движется вдоль плоской продольной перегородки 4 по половине межтрубного пространства 7. В пространстве 7 между перегородкой 4 и трубной доской 6 происходит поворот среды во вторую половину межтрубного пространства 7. Огибая поперечные перегородки 3, среда движется вдоль плоской продольной перегородки 4 по второй половине межтрубного пространства 7. По патрубку 16 среда отводится из межтрубного пространства 7. При организации циркуляции рабочей среды по межтрубному пространству 7 в 4 хода (фиг.3) среда по патрубку 14 поступает в межтрубное пространство 7 и, огибая поперечные перегородки 3, движется вдоль крестообразной продольной перегородки 4 по четверти межтрубного пространства 7.When organizing the circulation of the working medium through the pipe space 12 in 2 turns, the medium through the pipe 15 enters the chamber 10 for supplying and discharging the medium, in which there is a flat partition 9 (Fig. 4), dividing the chamber 10 into two parts and directing the feed medium into half the pipes 2. Passing through pipes 2, the medium enters the medium rotation chamber 11 (Fig. 5), where the medium rotates into the second half of the tube bundle, moving upward, the medium enters the chamber 10 and is discharged through the pipe 17. When organizing the circulation working environment for tr In the 12-way space 12, the medium through the pipe 15 enters the medium supply and discharge chamber 10, in which the T-shaped partition 9 is located, and is sent to the quarter of the pipes 2. Passing through the pipes 2, the medium enters the medium turning chamber 11, in which a flat partition 19 is located and where the medium rotates into the second quarter of the tube bundle, passing through which the medium enters again into the medium supply and output chamber 10. The medium entering the chamber 10 rotates into the third quarter of the pipes 2 and goes down the pipes 2 into the chamber 11, where it also turns already into the fourth quarter of the tube bundle 2, passing through which again enters the chamber 10 and is discharged through the pipe 17. When organizing the circulation the working medium through the annulus 7 in 2 turns (Fig. 2), the medium through the nozzle 14 enters the annulus 7 and, enveloping the transverse partitions 3, moves along a flat longitudinal partition 4 along half of the annulus 7. In the space 7 between the burnout By means of cradle 4 and tube plate 6, the medium rotates into the second half of the annular space 7. Bending around the transverse partitions 3, the medium moves along a flat longitudinal partition 4 along the second half of the annular space 7. The medium is discharged from the annular space through the pipe 16. When organizing the circulation of the working medium along the annulus 7 in 4 strokes (Fig. 3), the medium through the nozzle 14 enters the annulus 7 and, enveloping the transverse partitions 3, moves along the cross-shaped longitudinal partition 4 along the quarter inter space 7.

В пространстве 7 между перегородкой 4 и трубной доской 6 происходит поворот среды во вторую четверть межтрубного пространства 7. Огибая поперечные перегородки 3, среда движется вдоль крестообразной продольной перегородки 4 по второй четверти межтрубного пространства 7. В пространстве 7 между перегородкой 4 и трубной доской 5 происходит поворот среды в третью четверть межтрубного пространства 7. Огибая поперечные перегородки 3, среда движется вдоль крестообразной продольной перегородки 4 по третьей четверти межтрубного пространства 7. В пространстве 7 между перегородкой 4 и трубной доской 6 происходит поворот среды в четвертую четверть межтрубного пространства 7. Огибая поперечные перегородки 3, среда движется вдоль крестообразной продольной перегородки 4 по четвертой четверти межтрубного пространства 7. По патрубку 16 среда отводится из межтрубного пространства 7.In the space 7 between the partition 4 and the tube plate 6, the medium rotates into the second quarter of the annular space 7. Rounding the transverse partitions 3, the medium moves along the crosswise longitudinal partition 4 along the second quarter of the annulus 7. In the space 7 between the partition 4 and the tube plate 5, turning the medium into the third quarter of the annulus 7. Bending around the transverse partitions 3, the medium moves along the crosswise longitudinal partition 4 along the third quarter of the annulus 7. In 7 of the space between the partition 4 and the tubesheet medium 6 occurs twist in the fourth quarter of the annulus 7. Skirting transverse partition 3, the medium moves along the cruciform longitudinal partitions 4 on the fourth quarter of the annulus 7. By Wednesday nozzle 16 is withdrawn from the annulus 7.

Таким образом, повышение эффективности теплообмена в ламинарном режиме позволило укоротить длину трубок, что значительно снизило массу теплообменника. Ремонтопригодность обеспечивается использованием прямых трубок и камеры 11 для поворота потока (организации ходов), а шарнирное открывание камер 10, 11 упростило ремонтные работы.Thus, increasing the efficiency of heat transfer in laminar mode made it possible to shorten the length of the tubes, which significantly reduced the mass of the heat exchanger. Maintainability is ensured by the use of straight tubes and the chamber 11 for turning the flow (organization of moves), and the hinged opening of the chambers 10, 11 simplified the repair work.

Claims

1. Shell-and-tube heat exchanger, comprising a casing with heat exchange tubes located therein, transverse and longitudinal partitions, tube boards forming an annular space with the casing, a compensator made on the casing, having an inner baffle chamber for supplying and discharging the medium into the pipes and a medium rotation chamber adjacent to the tube boards, forming a tube space with pipes and hingedly opening, and nozzles for supplying and discharging the medium into the annulus and the chamber for supplying the medium, moreover, heat exchange The nickname is configured to organize the movement of media through the pipe and annular spaces in 2 or 4 strokes and sections, the longitudinal partition of the casing is made flat or cross-shaped, and the transverse and longitudinal partitions of the casing are equipped with seals.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the inner partition of the medium supply chamber is made flat.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the internal partition of the medium supply chamber is T-shaped, and the medium rotation chamber is provided with an internal flat partition.

4. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the seals of the transverse and longitudinal partitions of the casing are made by welding, or thin plates, or in the form of grooves with seals.

5. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an expander is installed on the medium supply pipe to the annulus.

6. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a restriction device is installed on the medium outlet pipe from the annulus.

7. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is made horizontal or vertical.

8. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the casing compensator is made lens.

9. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the heat exchange tubes are made of brass or stainless steel.

10. The heat exchanger according to claim 9, characterized in that the pipes are made smooth or profiled.

11. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the casing has an outer diameter D of 300-1200 mm.

12. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the transverse partitions are located in the casing with a step of 0.05D to 1000 mm.

13. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the nozzles for supplying and discharging the medium into the annular space and the medium supply chamber have an outer diameter equal to 0.15D-0.45D.

14. The heat exchanger according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the length of the heat transfer tubes in the bundle is 1-2.5 m.