RU2306517C2

RU2306517C2 - Spiral heat exchanger

Info

Publication number: RU2306517C2
Application number: RU2005139081/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Георгиевич Шаламов (RU); Анатолий Георгиевич Шаламов; Сергей Борисович Строгальщиков (RU); Сергей Борисович Строгальщиков; Владимир Васильевич Ленчевский (RU); Владимир Васильевич Ленчевский; Александр Сергеевич Пинаев (RU); Александр Сергеевич Пинаев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "РИФИНГ"
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-09-20
Also published as: RU2005139081A

Abstract

FIELD: heat exchange apparatus for exchange of heat through walls; chemical, food-processing and oil-producing industries.

SUBSTANCE: proposed spiral heat exchanger has two slotted passages formed by sheets rolled in spiral for flow of heat-transfer agents, external and internal manifolds and end seals. Passages are provided with spacers in form of blisters stamped on surfaces of sheets and located in staggered order relative to blisters of other sheet. External manifolds are formed by one end of these sheets of them and internal manifolds are axially located one inside other and are welded together by means of tubes; second ends of sheets are welded to tube of larger diameter; walls of tubes have longitudinal slots-passages along generatrices for flow of heat-transfer agents.

EFFECT: simplified construction; facilitated procedure of manufacture; reduction of mass and outlays.

Description

Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов между двумя средами через стенку и может быть использовано в химической, пищевой и нефтеперерабатывающей отрасли промышленности.The invention relates to devices for conducting heat exchange processes between two media through a wall and can be used in the chemical, food and oil refining industries.

В различных отраслях промышленности широкое применение нашли теплообменники, служащие для передачи тепла от одной среды к другой через стенку из теплопроводного материала, разграничивающую эти среды. Среди них кожухотрубные, пластинчатые, спиральные, змеевиковые и т.п. теплообменники, которые отличаются конструктивным исполнением поверхности теплообмена (Россия, патенты №№2121122, МПК F28D 7/00; 2151991, МПК F28D 3/02; 2156423, МПК F28D 3/00, 2166716, МПК F28D 3/00).In various industries, heat exchangers are widely used, which serve to transfer heat from one medium to another through a wall of heat-conducting material that separates these media. Among them are shell-and-tube, lamellar, spiral, coil, etc. heat exchangers that differ in the design of the heat exchange surface (Russia, patents No. 2112122, IPC F28D 7/00; 2151991, IPC F28D 3/02; 2156423, IPC F28D 3/00, 2166716, IPC F28D 3/00).

Известен также спиральный теплообменник OOO «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ», содержащий цилиндрический корпус, в котором размещены теплообменные поверхности, формируемые из элементов, представляющих собой попарно сваренные по контуру спиралевидные стенки, образующие внутренний спиралевидный щелевой канал. Теплообменные элементы устанавливаются таким образом, что между ними образуется наружный спиралевидный щелевой канал. В сечении, перпендикулярном оси аппарата, спиралеобразные стенки формируют теплообменную поверхность по спирали Архимеда. Внутренние спиралевидные полости теплообменных элементов сообщаются коллекторами входа и выхода одной среды, а наружные - коллекторами входа и выхода другой среды (В.В.Буренин. Новые рекуперативные теплообменники для нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. «Нефтепереработка и нефтехимия», №3, 2005, стр.44-45).Also known is a spiral heat exchanger LLC FAST ENGINEERING, which contains a cylindrical body in which heat-exchange surfaces are formed, formed from elements that are spiral-shaped walls pairwise welded along the contour, forming an internal spiral-shaped slotted channel. The heat exchange elements are installed in such a way that between them an outer spiral slotted channel is formed. In a section perpendicular to the axis of the apparatus, spiral-shaped walls form a heat-exchange surface in a spiral of Archimedes. The internal spiral-shaped cavities of the heat-exchange elements are communicated by the input and output collectors of one medium, and the external spirals by the input and output collectors of another medium (V.V. Burenin. New recuperative heat exchangers for oil refining and petrochemical industries. "Oil Refining and Petrochemicals", No. 3, 2005, p. .44-45).

Прототипом заявляемого объекта изобретения является спиральный теплообменник, содержащий два щелевых канала для прохода теплоносителей, образованных двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовые уплотнения (П.Д.Лебедев. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. «Энергия». М., 1966, стр.16-17, рис.1-4).The prototype of the claimed object of the invention is a spiral heat exchanger containing two slotted channels for the passage of coolants formed by two sheets rolled into a spiral with elements of remote location, external and internal collectors and mechanical seals (PD Lebedev. Heat exchangers, drying and refrigeration units. "Energy ". M., 1966, pp. 16-17, Fig. 1-4).

Недостатком прототипа является сложность конструкции, нетехнологичность изготовления теплообменника, а также повышенная масса, обусловленная наличием сложных узлов герметизации, а следовательно, и высокая стоимость изготовления.The disadvantage of the prototype is the complexity of the design, low-tech manufacturing of the heat exchanger, as well as the increased weight due to the presence of complex sealing units, and therefore, the high cost of manufacture.

Задачами изобретения являются упрощение конструкции и технологии изготовления теплообменника, а также уменьшение его массы и сокращение затрат на изготовление.The objectives of the invention are to simplify the design and manufacturing technology of the heat exchanger, as well as reducing its mass and reducing manufacturing costs.

Поставленная задача решается тем, что в спиральном теплообменнике, содержащем щелевые каналы для прохода теплоносителей, образованные двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовые уплотнения, элементы дистанционного расположения выполнены в виде выштампованных на поверхности листов пуклевок, расположенных в шахматном порядке, при этом пуклевки одного листа смещены относительно пуклевок другого листа, внешние коллекторы образованы одним из концов этих листов, а внутренние - аксиально размещенными одна в другой и сваренными между собой трубами, причем к трубе большего диаметра приварены вторые концы листов, а в стенках труб вдоль образующих выполнены продольные пазы - каналы для прохода теплоносителей.The problem is solved in that in a spiral heat exchanger containing slotted channels for coolant passage, formed by two sheets rolled into a spiral with elements of remote arrangement, external and internal collectors and mechanical seals, elements of remote arrangement are made in the form of stampings stamped on the surface of sheets located in in a checkerboard pattern, while the windings of one sheet are offset relative to the windings of the other sheet, external collectors are formed at one end of these sheets and the internal ones are axially placed one in the other and welded together, and the second ends of the sheets are welded to the pipe of a larger diameter, and longitudinal grooves are made in the walls of the pipes along the generators — channels for the passage of coolants.

Кроме того, диаметр большой трубы и геометрические параметры пуклевок спирального теплообменника связаны соотношением:In addition, the diameter of the large pipe and the geometric parameters of the bullets of the spiral heat exchanger are related by the ratio:

где

Where

D - наружный диаметр большой трубы;D is the outer diameter of the large pipe;

d - диаметр пуклевок;d is the diameter of the beetles;

h - высота пуклевок;h is the height of the beetles;

l - шаг пуклевок.l is the pitch of the beetles.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид заявляемого устройства, на фиг.2 - сечение АА на фиг.1, на фиг.3 - выносной элемент Б на фиг.2, на фиг.4 - выносной элемент Г на фиг.1, на фиг.5 - вид В на фиг.4, на фиг.6 - сечение ЕЕ на фиг.4.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the inventive device, figure 2 is a section AA in figure 1, figure 3 is a remote element B in figure 2, figure 4 is a remote element G on figure 1, figure 5 is a view In figure 4, figure 6 is a section of it in figure 4.

Спиральный теплообменник включает теплообменные поверхности, сформированные из свернутых в спираль листов 1 и 2 с пуклевками 3 ( на листе 1) и 4 (на листе 2), между которыми образованы спиралевидные щелевые каналы 5 и 6 для прохода теплоносителей, внешние 7 и 8 и внутренние 9 и 10 коллекторы, а также узлы герметизации 11.The spiral heat exchanger includes heat exchange surfaces formed from sheets of coils 1 and 2 rolled into a spiral with beadlets 3 (on sheet 1) and 4 (on sheet 2), between which helical slotted channels 5 and 6 are formed for the passage of coolants, external 7 and 8 and internal 9 and 10 collectors, as well as sealing units 11.

Внешние коллекторы 7 и 8 образованы свернутыми в короба концами листов 1 и 2, а внутренние коллекторы 9 и 10 - трубами 12 и 13 разных диаметров, которые аксиально расположены одна в другой и сварены между собой вдоль образующей, являющейся общей для обеих труб. Вдоль линии сварки труб 12 и 13 сделаны продольные пазы 14. Кроме того, в трубе 13 выполнен второй ряд продольных пазов 15. К трубе 13 приварены вторые концы листов 1 и 2, охватывающие продольные пазы 14 и 15. Через пазы 14 щелевой канал 5 сообщается с полостью коллектора 9, обеспечивая поток одного теплоносителя по стрелке 16, а через пазы 15 щелевой канал 6 сообщается с полостью коллектора 10, обеспечивая поток другого теплоносителя по стрелке 17.The external collectors 7 and 8 are formed by the ends of sheets 1 and 2 folded into the ducts, and the internal collectors 9 and 10 are formed by pipes 12 and 13 of different diameters, which are axially arranged one into another and are welded together along a generatrix that is common to both pipes. Longitudinal grooves 14 are made along the welding line of pipes 12 and 13. In addition, a second row of longitudinal grooves 15 is made in pipe 13. Second ends of sheets 1 and 2 are welded to pipe 13, covering longitudinal grooves 14 and 15. Through grooves 14, slot channel 5 is connected with the cavity of the collector 9, providing a flow of one coolant in the direction of the arrow 16, and through the slots 15, the slotted channel 6 communicates with the cavity of the collector 10, providing the flow of another coolant in the direction of the arrow 17.

Пуклевки 3 и 4 на листах 1 и 2 выштампованы в шахматном порядке, причем пуклевки одного листа смещены относительно пуклевок другого листа. Они обеспечивают дистанционное расположение листов 1 и 2 относительно друг друга, стабильные размеры щелевых каналов 5 и 6 и повышенную жесткость конструкции. Для обеспечения гарантированного щелевого зазора Δ между листом 1 и стенкой 13 большой трубы 10 диаметр D этой трубы и геометрические параметры пуклевок связаны сотношением:Puklevki 3 and 4 on sheets 1 and 2 are stamped in a checkerboard pattern, and the puklevki of one sheet are offset relative to the puklevki of another sheet. They provide a remote arrangement of sheets 1 and 2 relative to each other, stable dimensions of the slotted channels 5 and 6 and increased structural rigidity. To ensure a guaranteed gap Δ between the sheet 1 and the wall 13 of the large pipe 10, the diameter D of this pipe and the geometric parameters of the markings are related by the ratio:

где

Where

d - диаметр пуклевок;d is the diameter of the beetles;

h - высота пуклевок;h is the height of the beetles;

l - шаг пуклевок.l is the pitch of the beetles.

Узлы герметизации 11 выполнены сварными со стороны торцов теплообменника, при этом в зонах сварки между листами 1 и 2 помещены подкладки из металлического прутка или проволоки 18.The sealing nodes 11 are made welded from the ends of the heat exchanger, while in the welding zones between sheets 1 and 2 placed linings of a metal bar or wire 18.

Изготавливают теплообменник на вальцово-гибочном станке, используя специальное приспособление.A heat exchanger is made on a roll-bending machine using a special device.

Работает спиральный теплообменник следующим образом. В штуцеры 19 и 20 коллекторов 7 и 8 противотоком подаются соответственно холодный и горячий теплоносители. Горячий теплоноситель охлаждается и, пройдя коллектор 9, выходит далее через штуцер 21 из теплообменного аппарата. Холодный теплоноситель выходит из теплообменного аппарата через штуцер 22 в нагретом состоянии.The spiral heat exchanger operates as follows. Cold and hot heat carriers, respectively, are fed into the unions 19 and 20 of the collectors 7 and 8 countercurrently. The hot heat carrier is cooled and, having passed the collector 9, then leaves through the fitting 21 from the heat exchanger. Cold coolant exits the heat exchanger through the nozzle 22 in a heated state.

Выполнение спирального теплообменника в соответствии с изобретением позволяет упростить его конструкцию и технологию изготовления, а также снизить вес, сократить материальные затраты и стоимость.The implementation of the spiral heat exchanger in accordance with the invention allows to simplify its design and manufacturing technology, as well as reduce weight, reduce material costs and cost.

На предприятии изготовлен и испытан с положительным результатом опытный образец предложенного спирального теплообменника для охлаждения молока.At the enterprise, a prototype of the proposed spiral heat exchanger for milk cooling was manufactured and tested with a positive result.

Claims

1. A spiral heat exchanger containing slotted channels for the passage of coolants, formed by two sheets rolled into a spiral with elements of remote arrangement, external and internal collectors and a mechanical seal, characterized in that the elements of remote arrangement are made in the form of stamped stamped sheets on the surface located in a checkerboard the order, while the markings of one sheet are offset relative to the marks of another sheet, the external collectors are formed at one of the ends of these sheets, and the internal ialno arranged one inside the other and welded to each other pipes, wherein a pipe of larger diameter second ends welded sheets, and the tube walls along the generatrices formed longitudinal grooves - channels for coolant flow.

2. The spiral heat exchanger according to claim 1, characterized in that the diameter of the large pipe and the geometric parameters of the beetles are related by the ratio

Where

D is the outer diameter of the large pipe;

d is the diameter of the beetles;

h is the height of the beetles;

l is the pitch of the beetles.