RU2319917C2

RU2319917C2 - Теплообменник

Info

Publication number: RU2319917C2
Application number: RU2006108525/06A
Authority: RU
Inventors: Башир И. МАСТЕР (US); Башир И. Мастер; Кришнан С. ЧУНАНГАД (US); Кришнан С. Чунангад; Венкатесваран ПУШПАНАТАН (US); Венкатесваран ПУШПАНАТАН
Original assignee: Абб Ламмус Глобал Инк.
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2008-03-20
Also published as: PT1668306E; CN2791574Y; US6827138B1; PL1965165T3; CN101598510B; CN1584482B; WO2005019758A1; PL1668306T3; CA2535395C; MXPA06001731A; CN1584482A; ATE527512T1; KR101016858B1; JP2007502963A; CA2535395A1; CN101598509B; EP1668306B1; PT1965165E; SI1668306T1; RU2006108525A

Abstract

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах кожухотрубного типа для улучшения теплопередачи. Задачей изобретения является создание теплообменника, обеспечивающего равномерную скорость течения среды, проходящей по винтовой траектории. Для решения поставленной задачи предложено в теплообменнике, содержащем кожух, выполненный для приема первой текучей среды, устанавливать под углом к продольной оси кожуха множество имеющих форму квадрантов отражательных перегородок для направления первого потока текучей среды в спиральную структуру с равномерной скоростью. При этом каждая перегородка имеет соответствующую пару противоположных сторон, выполненных плоскими или изогнутыми, и множество расположенных на расстоянии отверстий, через которые проходит множество проходящих по оси труб, через которые проходит вторая текучая среда. По второму варианту предложен теплообменник кожухотрубного типа, содержащий ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, пересекаемых связкой труб, несущих вторую текучую среду и выполненных так, чтобы направлять первую текучую среду по винтовой траектории поперек связки труб, и упрочняющий узел, выборочно соединяющий связку труб, несущих вторую текучую среду, чтобы минимизировать вибрацию и максимизировать их поддержку. По третьему варианту предложен теплообменник кожухотрубного типа, проходящий вдоль продольной оси, содержащий первый ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок и второй ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, образующих двойное винтовое устройство, пересекаемое связкой труб, несущих вторую текучую среду и расположенных под углом к продольной оси, чтобы направлять первую текучую среду в спиральную структуру по существу с равномерной скоростью. Такое выполнение теплообменников позволяет поддерживать равномерные скорости поперечного потока текучей среды. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Сущность изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится к теплообменнику, и более конкретно, но не исключительно, к кожухотрубному теплообменнику, сконструированному для обеспечения равномерной скорости потока текучей среды, проходящего по винтовой траектории, и максимизированной теплопередачи.

2. Сущность изобретения

Постоянная борьба за то, чтобы максимизировать производительность с помощью теплообменных и/или тепловыделяющих установок, главным образом является задачей для достижения следующего:

высокой эффективности теплопередачи;

низкого перепада давления;

улучшенных эксплуатационных качеств;

эффективной защиты от вибрации и

уменьшенных затрат на установку и обслуживание.

Независимо от того, предназначены ли они для морской, очистительной, электроэнергетической, нефтехимической или бумажной и пищевой промышленности, теплообменники часто являются основной частью для достижения вышеупомянутых задач. Известно и используется множество конфигураций теплообменников для различных применений. Одной из широко используемых конфигураций теплообменника является кожухотрубный теплообменник на фиг.1, содержащий цилиндрический кожух 10, включающий связку параллельных труб 12, которые проходят между двумя торцевыми пластинами 14 таким образом, что первая текучая среда 16 может проходить через трубы 12. Тем временем вторая текучая среда 18 проходит в пространство между двумя торцевыми пластинами и через него, чтобы входить в контакт с трубами. Для обеспечения улучшенного теплообмена между этими двумя текучими средами поток второй текучей среды 18 определяется промежуточными отражательными перегородками 20, образующими соответствующие проходы, которые выполнены так, что второй поток текучей среды изменяет свое направление при прохождении от одного прохода до следующего. Отражательные перегородки 20, сконструированные как уплотнительные кольца и диски, установлены перпендикулярно продольной оси 22 кожуха 10, чтобы обеспечить зигзагообразный поток 24 второй текучей среды 18.

Одним из недостатков является тот факт, что вторая текучая среда должна резко изменять направление своего потока несколько раз по длине кожуха. Это вызывает уменьшение динамического давления второй текучей среды и неравномерность скорости ее потока, что в комбинации неблагоприятно влияет на работу теплообменника.

Научная общественность долгое время признавала, что перпендикулярное положение отражательных перегородок относительно продольной оси кожуха в значительной степени влияет на относительно неэффективное соотношение интенсивности теплопередачи/перепада давления. Соседние отражательные перегородки, продолжающиеся параллельно друг другу и под прямым углом относительно продольной оси кожуха, определяют поперечную траекторию потока, отличающуюся несколькими крутыми поворотами между соседними каналами. Эффективность теплопередачи может быть улучшена посредством уменьшения расстояния или окна между отражательными перегородками. Однако уменьшение окна приводит к высокой скорости потока вдоль внешних краев отражательных перегородок, которые расположены рядом с кожухом, и к низкой скорости потока ближе к центру кожуха. Неравномерность распределения потока внутри каждого сегмента, определенного между соседними отражательными перегородками, вызывает многочисленные завихрения, области торможения, а также расширение/сужение отрезков трубы, которые уменьшают интенсивность конвекционной теплопередачи. Дополнительный фактор, способствующий уменьшенной интенсивности теплопередачи, относится к тому, что трубы, по которым проходит первая текучая среда, необходимо размещать на некотором радиальном расстоянии от кожуха. Соответственно, поперечный поток вокруг периферийно расположенных труб быстрее, чем вокруг труб, установленных по центру.

Таким образом, обычное устройство отражательной перегородки, как описано выше, приводит к обходному потоку, проходящему через зазоры между отражательной перегородкой и кожухом и между трубой и отражательными перегородками. Обходной поток уменьшает теплопередачу поперечного потока, в то время как неравномерное распределение потока, вызванное существенными изменениями скорости, увеличивает обратное течение и завихрения в мертвых зонах и, следовательно, более высокие интенсивности загрязнения в межтрубной зоне теплообменника. Такое неравномерное распределение потока приводит к высоким температурам и коррозии периферийных труб, вызывающим их быстрое старение и, как следствие, снижение их роли в процессе теплообмена. Поскольку конструкция теплообменника основана на равномерном вкладе каждой трубы всей связки в процесс теплообмена, те трубы, которые были повреждены, не смогут выполнять это требование и должны быть заменены. Затраты, связанные с такой заменой, являются высокими, приводя к чрезмерно высокой стоимости обслуживания такого теплообменника.

Кроме того, обычное устройство может вызывать потери из-за вибрации, индуцированной высокоскоростным потоком, поскольку длинные трубы, достигающие часто длины 24 футов, поддерживаются последовательностью отражательных перегородок, которые, чтобы решать проблему, связанную с неравномерной скоростью потока, расположены на существенном расстоянии друг от друга. В результате, риск высокого теплового градиента и вибрации из-за неравномерных поперечных потоков является существенным.

Таким образом, необходимо сконфигурировать узел отражательных перегородок для достижения следующих задач:

равномерности поперечного потока в кожухе, приводящей к улучшенной интенсивности конвекционного теплообмена;

стабильности и правильности фактического расположения множества отражательных перегородок относительно множества труб, поддерживаемых узлом отражательных перегородок или сеток; и

облегчения установки узла отражательных перегородок.

Сущность изобретения

Эти задачи достигаются тем, что теплообменник, содержащий кожух, имеющий продольную ось и выполненный для приема первой текучей среды, содержит множество имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, каждая из которых установлена в кожухе под углом к продольной оси для направления первого потока текучей среды в спиральную структуру через кожух, по существу, с равномерной скоростью.

При этом угол установки перегородок отличается от прямого угла, каждая имеющая форму квадранта отражательная перегородка имеет соответствующую пару противоположных сторон, выполненных плоскими или изогнутыми, и множество расположенных на расстоянии отверстий, через которые проходит множество проходящих по оси труб, через которые проходит вторая текучая среда, в требуемом положении имеющих квадрантную форму отражательных перегородок. Противоположные стороны каждой имеющей форму квадранта отражательной перегородки определяют между ними эллиптический внешний край, обращенный к внутренней стороне кожуха и расположенный от нее на одинаковом радиальном расстоянии, тогда как первая текучая среда создает по существу равномерное давление вдоль противоположных сторон каждой имеющей форму квадранта отражательной перегородки, поскольку первая текучая среда проходит между эллиптическим внешним краем имеющих форму квадрантов отражательных перегородок и внутренней частью кожуха по существу с равномерной скоростью. Теплообменник может дополнительно содержать множество расположенных на расстоянии под углом уплотняющих полос, проходящих параллельно продольной оси кожуха, причем каждая уплотняющая полоса соединяет внешние края имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, чтобы гарантировать их требуемое положение, в котором отверстия соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок выровнены, чтобы минимизировать вибрацию, создаваемую трубами, подвергаемыми воздействию первой текучей среды потока. Каждая уплотняющая полоса представляет собой непрерывный пруток, имеющий многоугольное или кольцеобразное поперечное сечение и прикрепленный к торцевым областям внешних краев последовательных имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, расположенных параллельно друг другу в ряд. Теплообменник может дополнительно содержать множество проходящих по оси анкерных креплений, каждое из которых проходит через торцевые области внешних краев соответствующего ряда параллельных имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, и множество полос жесткости, соединяющих соседние анкерные крепления между торцевыми областями соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, чтобы гарантировать требуемое положение имеющих форму квадрантов отражательных перегородок и уменьшать вибрацию. Каждая полоса жесткости является пластиной, прикрепленной сверху соединенных анкерных креплений. Противоположные стороны каждой имеющей форму квадранта отражательной перегородки определяют между ними пару торцов, каждый из которых выполнен с рядом полуотверстий, причем полуотверстия соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок расположены так, чтобы зацеплять трубы, общие для соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, в их требуемом положении. Каждая имеющая форму квадранта отражательная перегородка имеет пару фланцев, сходящихся друг с другом от соответствующего внешнего края, который имеет расположенные на расстоянии торцевые участки, каждый из которых выступает на соответствующем одному из пары торцов и выполнен так, чтобы перекрывать участок соседней имеющей форму квадранта отражательной перегородки в требуемом положении имеющих форму квадрантов отражательных перегородок. Каждый торцевой участок обеспечен по меньшей мере одним из множества отверстий, выровненных с соответствующим отверстием участка соседней имеющей форму квадранта отражательной перегородки, в требуемом положении имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, причем отверстия, выполненные в участках соседних отражательных перегородок, пересекаются соответствующей трубой, чтобы гарантировать требуемое положение имеющих форму квадрантов отражательных перегородок. Множество имеющих форму квадрантов отражательных перегородок установлены под углом к продольной оси, чтобы определять первую спиральную структуру первого потока текучей среды, причем каждая имеет соответствующую пару торцов, сходящихся от внешнего края и образующих вершину, которая заканчивается на продольной оси кожуха. Каждая из вершин, имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, имеет соответствующую выемку, образованную для соответствия внешней поверхности центральной трубы, центрированной вдоль продольной оси кожуха. Теплообменник может дополнительно содержать другое множество имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, установленных в кожухе под углом, чтобы направлять первый поток текучей среды в спиральную структуру, причем теплообменник снабжен двойным винтовым устройством, уменьшающим бесподпорочные пролеты труб между последовательными имеющими форму квадрантов отражательными перегородками при обеспечении равномерной скорости первого потока текучей среды. При этом отверстие на вершине перегородки, пересекаемое центральной трубой, выполнено так, что перегородка поворачивается вокруг центральной трубы, центрированной относительно продольной оси, в требуемое положение.

По второму варианту поставленные задачи достигаются в теплообменнике кожухотрубного типа, содержащем ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, пересекаемых связкой труб, несущих вторую текучую среду, и выполненных так, чтобы направлять первую текучую среду по винтовой траектории поперек связки труб, и упрочняющий узел, выборочно соединяющий связку труб, несущих вторую текучую среду, чтобы минимизировать вибрацию и максимизировать их поддержку. При этом ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок образует частичный барьер для первой текучей среды, и каждая имеет внешний эллиптический край, чтобы обеспечивать равномерную скорость потока первой текучей среды через зазоры, образованные между эллиптическими краями и внутренней частью кожуха, а упрочняющий узел выполнен так, чтобы соединять внешние эллиптические края по меньшей мере двух соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок.

По третьему варианту поставленные задачи достигаются в теплообменнике кожухотрубного типа, проходящем вдоль продольной оси, содержащем первый ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок и второй ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, образующих двойное винтовое устройство, пересекаемое связкой труб, несущих вторую текучую среду и расположенных под углом к продольной оси, чтобы направлять первую текучую среду в спиральную структуру по существу с равномерной скоростью. При этом каждая из имеющих форму квадрантов отражательных перегородок имеет внешний эллиптический периферийный край и два торца, сходящихся от эллиптической периферии друг к другу для образования вершины, имеющей просверленное под углом отверстие, для обеспечения углового расположения каждой из имеющих форму квадрантов отражательных перегородок относительно продольной оси требуемым последовательным образом до закрепления первого и второго рядов имеющих форму квадрантов отражательных перегородок друг относительно друга.

Одно из преимуществ конструкции по изобретению состоит в том, что расположенные под углом отражательные перегородки действуют в качестве направляющих лопастей для поперечного потока, который имеет по существу равномерную скорость вдоль противоположных сторон каждой отражательной перегородки, избегая таким образом обратного потока и завихрений.

Таким образом, вместо того, чтобы сжимать поперечный поток, как выполняют в описанной выше обычной конструкции, последовательность наклонных отражательных перегородок обеспечивает направление второй текучей среды по винтовой, более естественной траектории потока и тем самым по существу равномерную интенсивность потока и минимизацию утечек. Поскольку скорость потока по существу равномерная с обеих сторон от каждой отражательной перегородки, градиент давления в последнем является незначительным. Следовательно, нет никаких нежелательных утечек поперек или через отражательные перегородки, и поток, как теоретически предназначено, возникает главным образом вдоль поверхности отражательных перегородок, которые обращены к внутренней стенке кожуха и образуют пики винтовой траектории. Таким образом, хотя вторая текучая среда может проходить по всей длине кожуха быстрее или медленнее, в зависимости от угла отражательных перегородок относительно перпендикуляра к продольной оси кожуха, скорость потока остается постоянной.

Кроме того, поскольку энергия потока, используемая в расширении и сужении транспортирующих поток элементов, минимальна, потери давления являются просто частью потерь, наблюдаемых в обычно перегороженных теплообменниках. Таким образом, геометрия винтовой отражательной перегородки обеспечивает намного более высокое преобразование доступного перепада давления для передачи тепла.

В соответствии с одним вариантом изобретения, квадранты винтовой отражательной перегородки отражают сегменты эллиптических пластин. Конфигурация эллиптически образованных внешних поверхностей, граничащих с внутренней стеной кожуха, обеспечивает узкие зазоры между ними и, как следствие, минимизирует утечки, когда связка спиралевидно перегороженных труб вставлена в кожух.

Чтобы обеспечить требуемое расположение множества отражательных перегородок друг относительно друга и относительно связки труб, последовательно установленных через такие отражательные перегородки, изобретение обеспечивает образованные различным образом усиливающие элементы, соединяющие последовательность отражательных перегородок. В соответствии с одним вариантом осуществления, разделительные продольные уплотняющие полосы сваривают прихваточными швами с краями отражательных перегородок соседних отражательных перегородок. В качестве альтернативы, распорные полосы можно соединять анкерным креплением, образованным для закрепления расположенных на расстоянии отражательных перегородок. Наконец, противоположные радиальные торцы каждой отражательной перегородки могут иметь проходящий под углом фланец, в котором образованы отверстия, через которые проходят такие трубы, которые в противном случае были бы закреплены в открытых полуотверстиях, выполненных вдоль противоположных краев соседних отражательных перегородок.

Еще один дополнительный вариант изобретения обеспечивает винтовое устройство отражательных перегородок, образующих два ряда отражательных перегородок, которые образуют двойное винтовое устройство. Такое устройство особенно выгодно для упрочнения продольных пролетов труб, однако, не оказывая влияния на равномерную скорость потока.

Конструкция по изобретению одинаково выгодна для действующих заводов, а также для базисных применений. Для разработчика преимущество конструкции по изобретению состоит в том, что оно помогает увеличивать пропускную способность при снижении затрат на обслуживание. Действительно, процент труб, подлежащих замене из-за коррозии и механических повреждений, существенно уменьшается в результате устранения завихрений или обратного смешивания. Для базовых применений конструкция по изобретению помогает уменьшать пространство участка, цены на энергоносители и инвестиции.

Поэтому задачей изобретения является обеспечение улучшенного устройства отражательных перегородок в кожухотрубном теплообменнике, образованном так, чтобы минимизировать неравномерность скорости поперечного потока и максимизировать интенсивность теплообмена.

Еще одна дополнительная задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить квадрантную пластину отражательной перегородки, образованную так, чтобы минимизировать зазоры между устройством отражательных перегородок и внутренней стороной кожуха.

Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить последовательность квадрантных отражательных перегородок с упрочняющими устройствами, выполненными так, чтобы облегчать их вставку и обеспечивать требуемое положение труб в квадрантных отражательных перегородках.

Дополнительная задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить двойное винтовое устройство квадрантных отражательных перегородок, выполненное так, чтобы усиливать целостность связки относительно создаваемых потоком вибраций колебаний.

Еще одна дополнительная задача изобретения состоит в том, чтобы сконфигурировать квадрантные отражательные перегородки так, чтобы установка двойного винтового устройства была эффективной в работе.

Краткое описание чертежей

Вышеупомянутые и другие задачи, признаки и преимущества станут более очевидными из следующего описания, сопровождаемого чертежами, на которых:

на фиг.1 изображен схематичный вид распределения потока в обычном кожухотрубном теплообменнике;

на фиг.2 изображен схематичный вид в перспективе теплообменника согласно изобретению;

на фиг.3 изображен вид в перспективе экранирующей сетки;

на фиг.4 изображен изометрический вид четырехквадрантного узла отражательных перегородок;

на фиг.5 изображен вид одной отражательной перегородки, выполненной согласно изобретению;

на фиг.6 изображен вид сбоку теплообменника согласно изобретению на фиг.2, на котором показаны продольные уплотняющие полосы;

на фиг.7 изображен вертикальный вид теплообменника согласно изобретению, на котором показаны полосы жесткости;

на фиг.8 изображен вертикальный вид квадрантных отражательных перегородок согласно изобретению выполненных в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

на фиг.9 изображен схематичный вид двойной винтовой конфигурации спиралевидного устройства квадрантных отражательных перегородок согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

На фиг.2 показан спиралевидно перегороженный теплообменник 30, выполненный с множеством сегментных пластин 32 отражательных перегородок в форме квадрантов, каждая из которых расположена под углом λ относительно перпендикуляра N-N к продольной оси А-А кожуха 34. Отражательные квадрантные пластины 32 (далее упоминаемые как отражательные перегородки) таким образом направляют поперечный поток 36 межтрубной зоны теплообменника в спиральную структуру и в уменьшенные бесподпорочные пролеты труб между отражательными перегородками. Это приводит к действительному поперечному потоку в межтрубной зоне теплообменника с эффективным преобразованием доступного перепада давления для теплопередачи и уменьшенному риску благодаря минимизированной вибрации труб 40, по которым проходит другая текучая среда. Нет никаких мертвых зон вдоль поперечного потока 36 для загрязнения, и теряемая энергия завихрений или обратного смешивания по существу устранена. Хотя отражательные перегородки 32, как показано на чертежах, плоские, противоположные стороны каждой отражательной перегородки могут быть изогнуты, чтобы направлять поперечный поток 36 по спиралевидной структуре.

Как показано на фиг.3 и 4, отражательная экранирующая сетка 26, которая является комбинацией последовательных отражательных перегородок или квадрантных пластин 32, расположенных под углом λ и соединенных множеством анкерных креплений 28, служит в качестве опоры для множества труб 40 и в качестве спиралевидной направляющей для поперечного потока 36. Предпочтительно, экранирующая сетка имеет центральную трубу 38 (фиг.4), поддерживающую каждую отражательную перегородку в соответствующем требуемом угловом положении, которое обеспечивается выравниванием между отверстиями 50 последовательных отражательных перегородок 32, которое является необходимым для эффективной установки множества труб 40 в кожухе. Чтобы обеспечить надлежащее угловое положение отражательных перегородок 32 и, таким образом, конструктивную точность экранирующей сетки 26, в вершине каждой отражательной перегородки может быть просверлена выемка 42 под определенным углом, образованная так, чтобы отражательные перегородки 32 обеспечивали неизменным угол λ при перемещении по центральной трубе 38.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения, устанавливая продольные уплотняющие полосы 44 между отражательными перегородками 32, как показано на фиг.3 и 6, дополнительно увеличивают точность экранирующей сетки 26. Геометрия отражательных перегородок 32 сконфигурирована так, что имеет угловые вершины 48 периферийных краев 46 отражательных перегородок 32 напротив друг друга. Если отражательные перегородки остаются бесподпорочными, тогда минимальные конструктивные ошибки и распределение нагрузки потока могут вызвать нецентрированность отверстий 50 труб последовательных отражательных перегородок. Соединение этих бесподпорочных торцевых областей 48 уплотняющими полосами 44, каждая из которых связывает соответствующий ряд параллельных отражательных перегородок, улучшает выравнивание между отверстиями 50 труб и, при обеспечении требуемого положения отражательных перегородок, обеспечивает эффективную установку труб 40.

Уплотняющие полосы 44 обеспечивают простую, эффективную и рентабельную конструкцию, гарантирующую надлежащее положение соседних отражательных перегородок и надежное крепление труб, общих для этих отражательных перегородок. Предпочтительно, уплотняющие полосы 44 расположены внутри зазора между внешними краями 46 (фиг.4, 5) отражательных перегородок и внутренней частью кожуха, чтобы избежать влияния поперечного потока, и могут быть по-разному выполнены, включая многоугольную или кольцеобразную форму. Каждая уплотняющая полоса 44 проходит по всей длине экранирующей сетки 26 и сварена точечной сваркой или сварена прихваточными швами с угловыми вершинами 48.

В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.7, требуемый зазор между соседними отражательными перегородками может быть получен посредством обеспечения распорных полос или пластин 56 жесткости поперек анкерных креплений 28, каждую из которых прикрепляют к соответствующей одной из соседних отражательных перегородок 32, как лучше видно на фиг.3. Это упрочняющее устройство также является частично необходимым, как вариант осуществления, раскрытый непосредственно выше, и обеспечивает требуемое выравнивание между отверстиями 50 труб отражательных перегородок 32. Дополнительное преимущество обеспечивается установкой пластин 56 жесткости для надежного зацепления труб 80, общих для соседних отражательных перегородок 32 (фиг.3 и 9). Полукруглые выемки 52 (фиг.4, 5), выполненные вдоль торцов 54 соседних отражательных перегородок, зацепляют общие трубы 80 с противоположных сторон. Будучи упрочненными посредством пластин 56, отражательные перегородки 32 закреплены под углом друг к другу так, что выемки 52, выполненные в соседних отражательных перегородках, надежно зацепляют трубы 80 между ними.

В соответствии с еще одним дополнительным альтернативным вариантом осуществления упрочняющего элемента согласно изобретению торцевые области 49 соседних отражательных перегородок 32 могут быть связаны общим рядом или рядами труб, как показано на фиг.8. Более конкретно, торцевая область 49 отражательной перегородки 32 выполнена как выступающая или продолжающаяся секция 58, имеющая по меньшей мере одно отверстие 60. Перекрытые секции 58 соседних отражательных перегородок расположены так, что отверстия 60 выравниваются друг относительно друга и пересекаются трубой (трубами) 50. Этот вариант осуществления является особенно выгодным, поскольку нет необходимости в дополнительных упрочняющих элементах для соседних отражательных перегородок, которые, если их используют, как показано на фиг.6 и 7, увеличивают затраты на изготовление, установку и обслуживание.

Согласно конструктивным особенностям кожухотрубной конфигурации теплообменника, каждая отражательная перегородка 32 расположена на радиальном расстоянии от внутренней стенки 62 кожуха 34 (фиг.2). Обычно отражательная пластина имеет периферийный край, образованный по дуге окружности кожуха. Расположение кольцеобразных отражательных перегородок под углом λ обязательно обеспечивает неравномерный зазор между кольцеобразной внутренней стеной 62 кожуха и внешним периферийным краем отражательной перегородки, если последний был выполнен дополнительным к внутренней стенке 62. Следовательно, скорость поперечного потока в неравномерном зазоре может быть также неравномерной. Это можно устранить с помощью отражательных перегородок, как показано на фиг.4 и 5, каждая из которых имеет внешний периферийный край 46, выполненный как сегмент эллиптической поверхности, который, когда отражательные перегородки 32 расположены под углом λ, расположен на одинаковом расстоянии от внутренней стенки 62 кожуха.

На фиг.9 изображено устройство 90 двойной винтовой отражательной перегородки, выполненное в соответствии с изобретением. Благодаря увеличению числа отражательных перегородок 32, бесподпорочные пролеты труб 40 (фиг.3) уменьшены наполовину, при этом, однако, не оказывая влияния на скорость поперечного потока, которая остается по существу равномерной.

Увеличение числа отражательных перегородок 32 представляет собой проблему расположения соседних отражательных перегородок в экранирующей сетке 26, вызванную дефицитом пространства. Как показано на фиг.4 и 9, каждая из отражательных перегородок 94 и 94' первой винтовой линии 96 и второй винтовой линии 98 соответственно имеет отверстие 100, просверленное под требуемым углом λ и с таким размером, чтобы окружать и скользить по центральной трубе 38 (фиг.4). Соответственно, поворачивая эти отражательные перегородки относительно центральной трубы 38, обеспечивают их требуемые угловые положения и, когда положение установлено, диаметрально противоположные отражательные перегородки 92' и 92, каждая из которых образована с вырезанной вершиной 42 (фиг.4), можно легко сдвигать вдоль центральной трубы 38, чтобы избегать взаимного влияния с вершинами отражательных перегородок 94 и 94'.

Следует понимать, что можно выполнять различные модификации раскрытых здесь вариантов осуществления. Поэтому приведенное выше описание не следует рассматривать как ограничивающее, а просто как примерное описание предпочтительных вариантов осуществления. Специалисты в данной области техники могут обеспечивать другие модификации в пределах объема и сущности прилагаемой формулы изобретения.

Claims

1. Теплообменник, содержащий кожух, имеющий продольную ось и выполненный для приема первой текучей среды, и множество имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, каждая из которых установлена в кожухе под углом к продольной оси для направления первого потока текучей среды в спиральную структуру через кожух, по существу, с равномерной скоростью.

2. Теплообменник по п.1, в котором угол отличается от прямого угла.

3. Теплообменник по п.1, в котором каждая имеющая форму квадранта отражательная перегородка имеет соответствующую пару противоположных сторон, выполненных плоскими или изогнутыми, и множество расположенных на расстоянии отверстий, через которые проходит множество проходящих по оси труб, через которое проходит вторая текучая среда, в требуемом положении имеющих квадрантную форму отражательных перегородок.

4. Теплообменник по п.3, в котором противоположные стороны каждой имеющей форму квадранта отражательной перегородки определяют между ними эллиптический внешний край, обращенный к внутренней стороне кожуха и расположенный от нее на одинаковом радиальном расстоянии, тогда как первая текучая среда создает, по существу, равномерное давление вдоль противоположных сторон каждой имеющей форму квадранта отражательной перегородки, поскольку первая текучая среда проходит между эллиптическим внешним краем имеющих форму квадрантов отражательных перегородок и внутренней частью кожуха, по существу, с равномерной скоростью.

5. Теплообменник по п.4, дополнительно содержащий множество расположенных на расстоянии под углом уплотняющих полос, проходящих параллельно продольной оси кожуха, причем каждая уплотняющая полоса соединяет внешние края имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, чтобы гарантировать их требуемое положение, в котором отверстия соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок выровнены, и чтобы минимизировать вибрацию, создаваемую трубами, подвергаемыми воздействию первой текучей среды потока.

6. Теплообменник по п.5, в котором каждая уплотняющая полоса представляет собой непрерывный пруток, имеющий многоугольное или кольцеобразное поперечное сечение и прикрепленный к торцевым областям внешних краев последовательных имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, расположенных параллельно друг другу в ряд.

7. Теплообменник по п.4, дополнительно содержащий множество проходящих по оси анкерных креплений, каждое из которых проходит через торцевые области внешних краев соответствующего ряда параллельных имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, и множество полос жесткости, соединяющих соседние анкерные крепления между торцевыми областями соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, чтобы гарантировать требуемое положение имеющих форму квадрантов отражательных перегородок и уменьшать вибрацию.

8. Теплообменник по п.7, в котором каждая полоса жесткости является пластиной, прикрепленной сверху соединенных анкерных креплений.

9. Теплообменник по п.7, в котором противоположные стороны каждой имеющей форму квадранта отражательной перегородки определяют между ними пару торцов, каждый из которых выполнен с рядом полуотверстий, причем полуотверстия соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок расположены так, чтобы зацеплять трубы, общие для соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, в их требуемом положении.

10. Теплообменник по п.4, в котором каждая имеющая форму квадранта отражательная перегородка имеет пару фланцев, сходящихся друг с другом от соответствующего внешнего края, который имеет расположенные на расстоянии торцевые участки, каждый из которых выступает над соответствующим одним из пары торцов и выполнен так, чтобы перекрывать участок соседней имеющей форму квадранта отражательной перегородки в требуемом положении имеющих форму квадрантов отражательных перегородок.

11. Теплообменник по п.10, в котором каждый торцевой участок обеспечен по меньшей мере одним из множества отверстий, выровненных с соответствующим отверстием участка соседней имеющей форму квадранта отражательной перегородки в требуемом положении имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, причем отверстия, выполненные в участках соседних отражательных перегородок, пересекаются соответствующей трубой, чтобы гарантировать требуемое положение имеющих форму квадрантов отражательных перегородок.

12. Теплообменник по п.4, в котором множество имеющих форму квадрантов отражательных перегородок установлены под углом к продольной оси, чтобы определять первую спиральную структуру первого потока текучей среды, причем каждая имеет соответствующую пару торцов, сходящихся от внешнего края и образующих вершину, которая заканчивается на продольной оси кожуха.

13. Теплообменник по п.12, в котором каждая из вершин имеющих форму квадрантов отражательных перегородок имеет соответствующую выемку, образованную для соответствия внешней поверхности центральной трубы, центрированной вдоль продольной оси кожуха.

14. Теплообменник по п.12, дополнительно содержащий другое множество имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, установленных в кожухе под углом, чтобы направлять первый поток текучей среды в спиральную структуру, причем теплообменник снабжен двойным винтовым устройством, уменьшающим бесподпорочные пролеты труб между последовательными имеющими форму квадрантов отражательными перегородками при обеспечении равномерной скорости первого потока текучей среды.

15. Теплообменник по п.14, в котором по меньшей мере часть другого множества каждой из имеющих форму квадрантов отражательных перегородок имеет соответствующую вершину, имеющую соответствующее отверстие, пересекаемое центральной трубой и выполненное так, что имеющая форму квадранта отражательная перегородка поворачивается вокруг центральной трубы, центрированной относительно продольной оси, в требуемое положение.

16. Теплообменник кожухотрубного типа, содержащий ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, пересекаемых связкой труб, несущих вторую текучую среду, и выполненных так, чтобы направлять первую текучую среду по винтовой траектории поперек связки труб, и упрочняющий узел, выборочно соединяющий связку труб, несущих вторую текучую среду, чтобы минимизировать вибрацию и максимизировать их поддержку.

17. Теплообменник по п.16, в котором ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок образует частичный барьер для первой текучей среды и каждая имеет внешний эллиптический край, чтобы обеспечивать равномерную скорость потока первой текучей среды через зазоры, образованные между эллиптическими краями и внутренней частью кожуха.

18. Теплообменник по п.16, в котором упрочняющий узел выполнен так, чтобы соединять внешние эллиптические края по меньшей мере двух соседних имеющих форму квадрантов отражательных перегородок.

19. Теплообменник кожухотрубного типа, проходящий вдоль продольной оси, содержащий первый ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок и второй ряд имеющих форму квадрантов отражательных перегородок, образующих двойное винтовое устройство, пересекаемое связкой труб, несущих вторую текучую среду и расположенных под углом к продольной оси, чтобы направлять первую текучую среду в спиральную структуру, по существу, с равномерной скоростью.

20. Теплообменник по п.19, в котором каждая из имеющих форму квадрантов отражательных перегородок имеет внешний эллиптический периферийный край и два торца, сходящихся от эллиптической периферии друг к другу для образования вершины, имеющей просверленное под углом отверстие, для обеспечения углового расположения каждой из имеющих форму квадрантов отражательных перегородок относительно продольной оси требуемым последовательным образом до закрепления первого и второго рядов имеющих форму квадрантов отражательных перегородок друг относительно друга.