RU2395774C1

RU2395774C1 - Shell-and-tube heat exchanger

Info

Publication number: RU2395774C1
Application number: RU2009113279/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Михайлов (RU); Владимир Викторович Михайлов
Original assignee: Владимир Викторович Михайлов
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-07-27

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: invention includes shell made of two concentrically located cylinders between which there located are heat exchange tubes with cross section of trapezoidal shape. Tubes are fixed in grids with location of tube ends along the radius of internal cylinder made in the form of detachable sleeve. Shell is equipped with inlet and outlet headers for in-tube medium and inlet and outlet connection pipes and headers for inter-tube medium.

EFFECT: improved operating conditions and maintenance conditions without decreasing heat exchange efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и предназначено для применения в любых областях техники для подогрева или охлаждения газообразных сред, в том числе для подогрева воздуха газотурбинной установки (ГТУ) или для нагревания воды в потоке горячих газов ГТУ или двигателя внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to heat engineering and is intended for use in any technical field for heating or cooling gaseous media, including for heating air in a gas turbine installation (GTU) or for heating water in a hot gas stream of a gas turbine or internal combustion engine (ICE).

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух, в котором размещен пучок теплообменных труб с охлаждающими ребрами, закрепленный концами труб в трубных решетках, межтрубное пространство разделено поперечными перегородками, образующими с патрубками подвода и отвода межтрубной среды охладительный контур, и коллекторы подвода и отвода межтрубной среды, присоединенные к фланцам кожуха с обеих сторон теплообменника (см. патент РФ № 2238501 от 2003.04.22). Недостатком конструкции является невозможность установки ее на валу ГТУ или ДВС.A shell-and-tube heat exchanger is known, comprising a casing in which a bundle of heat-exchange tubes with cooling fins is placed, fixed by the ends of the tubes in the tube sheets, the annular space is divided by transverse partitions, forming a cooling circuit with the inlet and outlet pipes of the annular medium, and the inlet and outlet manifold collectors connected to the flanges of the casing on both sides of the heat exchanger (see RF patent No. 2238501 from 2003.04.22). The disadvantage of the design is the inability to install it on the shaft of a gas turbine or internal combustion engine.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, с патрубками для подвода и отвода теплоносителей, размещенные в кожухе трубы в виде незамкнутых колец, на концах которых установлено, как минимум, по две пары коллекторов: входной, выходной, перепускной и перегородки, установленные в кожухе с образованием лабиринта (см. патент РФ № 2294502, публ. 2007.02.27).The closest set of essential features is a shell-and-tube heat exchanger containing a casing made in the form of two concentrically arranged cylinders, with nozzles for supplying and discharging coolants, located in the casing of the pipe in the form of open rings, at the ends of which at least two pairs of collectors are installed : inlet, outlet, bypass and partitions installed in the casing with the formation of the maze (see RF patent No. 2294502, publ. 2007.02.27).

Известный теплообменник имеет малые габариты, эффективный теплообмен, а форма кожуха с осевым отверстием позволяет использовать конструкцию в сочетании с ДВС или ГТУ. Однако сложная форма теплообменных труб затрудняет его эксплуатацию и техническое обслуживание. Это объясняется сложной разборкой и сборкой, а для химической промывки нужны дорогие промывочные растворы и специальные, как правило, фирменные устройства.The known heat exchanger has small dimensions, efficient heat transfer, and the shape of the casing with an axial hole allows you to use the design in combination with an internal combustion engine or gas turbine. However, the complex shape of the heat transfer tubes makes it difficult to operate and maintain. This is due to complex disassembly and assembly, and chemical washing requires expensive washing solutions and special, usually branded devices.

Поставлена задача - улучшить условия эксплуатации и технического обслуживания, не снижая эффективности теплообмена.The task is to improve operating and maintenance conditions without compromising heat transfer efficiency.

Технический результат связан с выполнением теплообменных труб трапециевидного сечения и закреплением их в трубных решетках так, что торцы труб расположены по радиусу вокруг съемной втулки, являющейся внутренним цилиндром кожуха. После того, как раскрыт наружный цилиндр кожуха (возможно выполнение его разъемным) и из середины вынута съемная втулка, появляется свободный доступ ко всем трубам 4 и межтрубному пространству, что удобно для его чистки движениями от периферии к центру. Облегчается также ремонт или замена отдельных труб. Эффективность теплообмена регулируется количеством труб. Благодаря тому, что сечение труб и межтрубного пространства одинаково трапециевидное, упрощается расчет теплообменных процессов.The technical result is associated with the implementation of the heat exchange tubes of a trapezoidal section and fixing them in the tube sheets so that the ends of the pipes are radially around the removable sleeve, which is the inner cylinder of the casing. After the outer cylinder of the casing is opened (it can be detachable) and a removable sleeve is removed from the middle, free access to all pipes 4 and the annulus appears, which is convenient for cleaning it by movements from the periphery to the center. Repair or replacement of individual pipes is also facilitated. Heat transfer efficiency is controlled by the number of pipes. Due to the fact that the cross section of the pipes and the annular space is equally trapezoidal, the calculation of heat transfer processes is simplified.

Поставленная задача достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащем кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы, коллекторы для подвода и отвода внутритрубной среды, патрубки и коллекторы для подвода и отвода межтрубной среды, согласно изобретению, теплообменные трубы выполнены с поперечным сечением трапециевидной формы и закреплены в трубных решетках с расположением труб по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки.The problem is achieved in that in a shell-and-tube heat exchanger containing a casing made in the form of two concentrically arranged cylinders, between which are heat-exchange pipes, manifolds for supplying and discharging an in-pipe medium, pipes and collectors for supplying and discharging an annular medium, according to the invention, heat-exchanging pipes made with a trapezoidal cross-section and fixed in tube sheets with the radius of the pipes around the inner cylinder, made in the form of a removable sleeve .

На фиг.1 показан продольный разрез теплообменника.Figure 1 shows a longitudinal section of a heat exchanger.

На фиг.2 показан вид А-А с изображением выходной трубной решетки.Figure 2 shows a view aa with the image of the output tube sheet.

На фиг.3 показан вид В - клиновой запор трубной решетки с кожухом.Figure 3 shows a view In - wedge closure of the tube sheet with a casing.

Кожухотрубный теплообменник по фиг.1, 2 содержит кожух 1, выполненный из двух концентрично расположенных цилиндров: внешнего 2 и внутреннего в виде съемной втулки 3. Между цилиндрами 2, 3 расположены теплообменные трубы 4, которые в сечении имеют трапециевидную форму. Торцы труб 4 жестко закреплены в решетках 5, 6, например, сваркой, так, что торцы труб расположены по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки 3. Изготавливать трубы 4 можно из штампованных пластин с отбортовками вовнуть с последующей сваркой их периферийных кромок. Или вальцеванием заготовок трубы с приданием им трапециевидного профиля. Или сгибанием пластины посередине с отбортовкой по краям и соединением отбортовок одним сварочным швом. Так как межтрубное пространство между смежными трубами также имеет трапециевидную форму, это позволяет задавать, в зависимости от необходимости, соотношение площади сечения труб 4 и межтрубного пространства 1:1 или иное. Внутритрубная среда подается в трубы 4 через входной 7 и выходной 8 коллекторы. Крышка коллектора 7 соединена с цилиндром 2 фланцевыми соединениями. Межтрубная среда подается через входной патрубок 9 в коллектор 10 и выпускается в атмосферу через коллектор 11 и выходной патрубок 12. Коллектор 10 образован частью цилиндра 2 и периферийной частью решетки 5, соединенной фланцевыми соединениями с цилиндром 2 и крышкой выходного коллектора 8. Решетка 6 соединена с цилиндром 2 клиновым запором, как показано на фиг.3. Размер решетки 6 задается внутренним диаметром цилиндра 2. Съемная втулка 3 сопрягается с трубной решеткой 5, как показано на фиг.1, а с трубной решеткой 6 соединена гайкой 13.The shell-and-tube heat exchanger according to FIGS. 1, 2 comprises a casing 1 made of two concentric cylinders: external 2 and internal in the form of a removable sleeve 3. Between the cylinders 2, 3 there are heat-exchange pipes 4, which are trapezoidal in cross-section. The ends of the pipes 4 are rigidly fixed in the gratings 5, 6, for example, by welding, so that the ends of the pipes are located around the radius around the inner cylinder, made in the form of a removable sleeve 3. To produce pipes 4 can be twisted from stamped plates with flanges with subsequent welding of their peripheral edges . Or rolling blanks of the pipe with giving them a trapezoidal profile. Or bending the plate in the middle with flanging at the edges and connecting flanges with one weld. Since the annular space between adjacent pipes also has a trapezoidal shape, this allows you to set, depending on the need, the ratio of the cross-sectional area of the pipes 4 and the annular space 1: 1 or otherwise. The in-pipe medium is supplied to the pipes 4 through the input 7 and output 8 collectors. The collector cover 7 is connected to the cylinder 2 by flange connections. The annular medium is supplied through the inlet pipe 9 to the manifold 10 and is released into the atmosphere through the manifold 11 and the outlet pipe 12. The manifold 10 is formed by a part of the cylinder 2 and a peripheral part of the grill 5 connected by flange connections to the cylinder 2 and the cover of the output manifold 8. The grill 6 is connected to cylinder 2 with wedge constipation, as shown in FIG. The size of the grate 6 is determined by the inner diameter of the cylinder 2. The removable sleeve 3 is mated to the tube sheet 5, as shown in figure 1, and is connected to the tube sheet 6 by a nut 13.

Работает заявляемый теплообменник по традиционной противоточной схеме. При необходимости разобрать теплообменник раскручивают фланцевые соединения, извлекают решетки 5,6 вместе с закрепленными теплообменными трубами 4. Далее раскручивается гайка 13 и из середины вынимается съемная втулка 3. Возможно выполнение цилиндра 2 кожуха разъемным вдоль оси. В этом случае для разборки достаточно извлечь втулку 3. В результате появляется свободный доступ ко всем трубам 4 и межтрубному пространству, что удобно для его чистки движениями от периферии к центру. Облегчается также ремонт или замена отдельных труб. Сборка теплообменника осуществляется в обратной последовательности. Кроме того, благодаря радиальному расположению трапециевидного сечения труб и такого же профиля межтрубного сечения, упрощается расчет теплообменных процессов для достижения наиболее эффективного коэффициента теплопередачи. Теплообмен не хуже, чем в прототипе, достигается регулированием количества труб 4.The inventive heat exchanger works according to a traditional countercurrent circuit. If it is necessary to disassemble the heat exchanger, unscrew the flange connections, remove the grilles 5,6 together with the fixed heat exchange tubes 4. Next, the nut 13 is untwisted and the removable sleeve 3 is removed from the middle. It is possible to make the cylinder 2 of the casing detachable along the axis. In this case, to disassemble it is enough to remove the sleeve 3. As a result, free access to all pipes 4 and the annular space appears, which is convenient for cleaning it by movements from the periphery to the center. Repair or replacement of individual pipes is also facilitated. The heat exchanger is assembled in the reverse order. In addition, due to the radial arrangement of the trapezoidal section of the pipes and the same cross-sectional profile, the calculation of heat transfer processes is simplified to achieve the most effective heat transfer coefficient. Heat transfer is not worse than in the prototype, achieved by controlling the number of pipes 4.

Claims

A shell-and-tube heat exchanger comprising a casing made in the form of two concentrically arranged cylinders, between which heat-exchange pipes, manifolds for supplying and discharging the in-pipe medium, pipes and collectors for supplying and discharging the annular medium, characterized in that the heat-exchanging pipes are made with a trapezoidal cross-section and fixed in tube sheets with the location of the ends of the pipes along the radius around the inner cylinder, made in the form of a removable sleeve.