RU2523454C1

RU2523454C1 - Liquid-and-gas tube-and-shell heat exchanger with automatic control system for heat exchange process control

Info

Publication number: RU2523454C1
Application number: RU2013100549/06A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Михайлович Крохта; Алексей Борисович Иванников
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-07-20
Also published as: RU2013100549A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: automatic keeping of a heat carrier temperature inside a tube within the specified range is performed. A liquid-and-gas tube-and-shell heat exchanger with an automatic control system for the heat exchange process control comprises a casing from two concentrically set cylinders with heat exchanging tubes installed in-between, the upper part of the central tube is fitted with a gas damper with the output end of its axis being connected to a drive mechanism which is presented as a lever coupled with a heat controller by a rod.

EFFECT: development of design for a tube-and-shell liquid-and-gas heat exchanger with automatic control.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области теплообмена и может быть использовано преимущественно в области машиностроения для передачи теплоты от выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) к теплоносителю утилизационного контура и далее к теплоприемникам, установленным в основных системах, как стационарных, так и самоходных машин для поддержания в них оптимального теплового режима.The invention relates to the field of heat transfer and can be used mainly in the field of mechanical engineering for transferring heat from the exhaust gases of internal combustion engines (ICE) to the heat carrier of the recovery circuit and further to heat sinks installed in the main systems, both stationary and self-propelled machines to maintain them optimal thermal conditions.

Известно, что при эксплуатации машин в условиях низких температур окружающей среды понижается тепловой режим агрегатов моторно-трансмиссионной установки, возрастает вязкость масла, которая вызывает соответствующее повышение потерь мощности.It is known that during operation of machines at low ambient temperatures, the thermal regime of the units of the engine-transmission unit decreases, the viscosity of the oil increases, which causes a corresponding increase in power losses.

Например, по данным ряда исследователей, потери мощности в трансмиссии тракторов в зимний период эксплуатации могут достигать в первые минуты движения 80-90% от номинальной мощности, которую развивает двигатель. В итоге увеличивается износ и расход топлива, снижается производительность машины и увеличивается себестоимость производимой продукции. В то же время с отработавшими газами в окружающую среду выбрасывается до 30% теплоты сгоревшего в двигателе топлива.For example, according to a number of researchers, power losses in the transmission of tractors during the winter period of operation can reach 80-90% of the rated power that the engine develops in the first minutes of movement. As a result, wear and fuel consumption increase, machine performance decreases and the cost of production increases. At the same time, up to 30% of the heat of the fuel burned in the engine is emitted into the environment with exhaust gases.

В настоящее время практическое использование теплоты выхлопных газов ДВС нашло широкое применение в автономных теплоэнергетических установках. Эти установки вырабатывают электроэнергию и одновременно утилизируют теплоту выхлопных газов (Патент RU 2007606 С1, F02G 5/04; Патент RU 2162534 С1. F02G 5/02. 1/043. F02В 65/00). Утилизация теплоты в приведенных патентах осуществляется при помощи газожидкостных теплообменников. Циркулирующая в контурах теплообменников жидкость может использоваться для передачи теплоты по назначению.Currently, the practical use of the heat of exhaust gases from internal combustion engines has found wide application in autonomous heat power plants. These plants generate electricity and simultaneously utilize the heat of exhaust gases (Patent RU 2007606 C1, F02G 5/04; Patent RU 2162534 C1. F02G 5/02. 1/043. F02B 65/00). Heat recovery in the cited patents is carried out using gas-liquid heat exchangers. The fluid circulating in the heat exchanger circuits can be used to transfer heat to its intended purpose.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является кожухотрубный теплообменник (Патент RU 2395774 С1, F28D 7/00).The closest technical solution adopted for the prototype is a shell-and-tube heat exchanger (Patent RU 2395774 C1, F28D 7/00).

Кожухотрубный теплообменник содержит кожух из двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы с поперечным сечением трапециевидной формы. Трубы закреплены в решетках с расположением их торцов по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки. Теплообменник снабжен входным и выходным коллекторами для внутритрубной среды, а также входными и выходными патрубками для межтрубной среды.The shell-and-tube heat exchanger comprises a casing of two concentrically arranged cylinders, between which heat-exchange tubes with a trapezoidal cross-section are located. The pipes are fixed in gratings with the location of their ends along the radius around the inner cylinder, made in the form of a removable sleeve. The heat exchanger is equipped with inlet and outlet manifolds for the in-pipe medium, as well as inlet and outlet pipes for the annular medium.

Недостатком данной конструкции теплообменного аппарата является отсутствие возможности автоматического регулирования его теплопроизводительности в зависимости от уровня теплопотребления, что может привести к перегреву теплоносителя и выходу из строя теплообменника.The disadvantage of this design of the heat exchanger is the inability to automatically control its heat production depending on the level of heat consumption, which can lead to overheating of the coolant and failure of the heat exchanger.

Количество теплоты, которое необходимо дополнительно подвести к различным системам двигателя и трансмиссии машины в период прогрева, зависит от их теплового состояния, температуры окружающей среды и режима работы двигателя. Например, после пуска двигателя и во время его работы в холодное время года с целью сокращения времени прогрева и как, следствие, сокращения расхода топлива, повышения производительности машины и улучшения условий труда машиниста требуется большое количество теплоты, которую необходимо дополнительно подвести к системе охлаждения и системе смазки двигателя от постороннего источника. В качестве такого источника можно использовать теплоту выхлопных газов. Кроме того, теплоту выхлопных газов можно использовать для разогрева и дальнейшего поддержания теплового режима коробки передач и ведущих мостов машин, что позволит резко сократить потери мощности в них и снизить расход топлива двигателем.The amount of heat that needs to be additionally supplied to various engine systems and machine transmissions during the warm-up period depends on their thermal state, ambient temperature and engine operating mode. For example, after starting the engine and during its operation in the cold season, in order to reduce the warm-up time and, as a result, reduce fuel consumption, increase machine productivity and improve the working conditions of the driver, a large amount of heat is required, which must be additionally supplied to the cooling system and system engine lubrication from an external source. As such a source, the heat of the exhaust gas can be used. In addition, the heat of the exhaust gases can be used to warm up and further maintain the thermal regime of the gearbox and drive axles of the machines, which will dramatically reduce the power losses in them and reduce fuel consumption by the engine.

Технической задачей, которая решается в заявляемом устройстве, является конструкция кожухотрубного газожидкостного теплообменника с автоматическим регулированием его теплопроизводительности в зависимости от потребляемого количества теплоты, которое необходимо подвести к тем или иным системам и узлам машины в разное время года и при различной степени загрузки двигателя. Поставленная задача решается тем, что в газожидкостном кожухотрубном теплообменнике с автоматической системой управления процессом теплообмена, содержащем кожух из двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы, которые закреплены в решетках с расположением торцов труб по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, кожух снабжен входным и выходным коллекторами для внутритрубной среды, при этом внешний цилиндр выполнен гофрированным и дополнительно оборудован внешней термоизоляционной оболочкой. Внутренний цилиндр представляет собой часть выхлопной трубы - центральной трубы, состоящей из двух частей верхней съемной и нижней несъемной. Причем несъемная часть приварена к крышке нижней трубной решетки теплообменника таким образом, что срез трубы находится выше поверхности нижней трубной решетки, а верхняя часть центральной трубы свободно надета на нижнюю часть центральной трубы и приварена к фланцу, который крепится к крышке верхней трубной решетки. В верхней части центральной трубы установлена газовая заслонка, выходной конец оси которой соединен с механизмом привода, представляющим собой рычаг, соединенный с терморегулятором при помощи тяги. Терморегулятор включает в себя термосиловой датчик, двуплечий рычаг, опору двуплечего рычага, пружину терморегулятора, регулировочный винт с контргайкой и крышку. Термосиловой датчик установлен таким образом, что его термочувствительный элемент находится во входном коллекторе и омывается поступающей в теплообменник межтрубной средой. Перед газовой заслонкой в верхней части центральной трубы просверлены отверстия, которые выполняют функцию патрубка подвода межтрубной среды. После газовой заслонки в верхней части центральной трубы также просверлены отверстия, которые выполняют функцию патрубка отвода межтрубной среды. Площадь отверстий перед газовой заслонкой больше на 10-15% площади поперечного сечения центральной трубы, площадь отверстий после газовой заслонки также больше на 10-15% площади поперечного сечения центральной трубы. Газовая заслонка установлена на минимально возможном расстоянии от терморегулятора, с учетом отверстий выполняющих функцию патрубка отвода межтрубной среды. Межтрубное пространство разделено перегородками, количество которых определяется производительностью и компоновочными размерами теплообменника. Перегородки и отверстия, выполняющие функцию подводящего и отводящего патрубков межтрубной среды, образуют охладительный контур межтрубной среды. Температура внутритрубной среды поддерживается на заданном уровне увеличением или уменьшением объема межтрубной среды, участвующей в теплообмене, при помощи изменения положения газовой заслонки посредством воздействия штока термосилового датчика терморегулятора через двуплечий рычаг на механизм привода.The technical problem that is solved in the claimed device is the design of a shell-and-tube gas-liquid heat exchanger with automatic regulation of its heat output depending on the consumed amount of heat, which must be brought to various systems and components of the machine at different times of the year and for different degrees of engine load. The problem is solved in that in a gas-liquid shell-and-tube heat exchanger with an automatic heat exchange process control system containing a casing of two concentrically arranged cylinders, between which heat-exchange pipes are located, which are fixed in gratings with the pipe ends located radially around the inner cylinder, the casing is equipped with an input and output collectors for the in-pipe medium, while the outer cylinder is corrugated and is additionally equipped with an external heat-insulating shell th. The inner cylinder is a part of the exhaust pipe - the central pipe, consisting of two parts of the upper removable and lower non-removable. Moreover, the non-removable part is welded to the cover of the lower tube sheet of the heat exchanger in such a way that the pipe section is higher than the surface of the lower tube sheet, and the upper part of the central pipe is freely put on the lower part of the central pipe and is welded to the flange that is attached to the cover of the upper tube sheet. A gas damper is installed in the upper part of the central pipe, the output end of the axis of which is connected to the drive mechanism, which is a lever connected to the thermostat by means of a traction. The temperature controller includes a thermal power sensor, a two-arm lever, a two-arm lever support, a temperature regulator spring, an adjusting screw with a lock nut, and a cover. The thermal power sensor is installed in such a way that its heat-sensitive element is located in the inlet manifold and is washed by the annular medium entering the heat exchanger. In front of the gas damper, holes were drilled in the upper part of the central pipe, which serve as a pipe for supplying the annular medium. After the gas damper, holes are also drilled in the upper part of the central pipe, which serve as a branch pipe for the annulus removal. The area of the holes in front of the gas damper is 10-15% more than the cross-sectional area of the central pipe, the area of the holes after the gas damper is also 10-15% more than the cross-sectional area of the central pipe. The gas damper is installed at the minimum possible distance from the thermostat, taking into account the openings that perform the function of the pipe branch of the annulus. The annular space is divided by partitions, the number of which is determined by the performance and layout dimensions of the heat exchanger. Partitions and openings that perform the function of inlet and outlet pipes of the annular medium form a cooling circuit of the annular medium. The temperature of the in-tube medium is maintained at a predetermined level by increasing or decreasing the volume of the annular medium participating in the heat exchange by changing the position of the gas damper by means of the influence of the thermoset temperature sensor rod through the two-arm lever on the drive mechanism.

Устройство и работа предлагаемого изобретения поясняются следующими иллюстрациями:The device and operation of the invention are illustrated by the following illustrations:

- Фиг.1. Продольный разрез теплообменника.- Figure 1. Longitudinal section of the heat exchanger.

- Фиг.2. Вид А.- Figure 2. View A.

- Фиг.3. Теплообменник с закрытой газовой заслонкой.- Figure 3. Heat exchanger with closed gas damper.

- Фиг.4. Теплообменник с открытой газовой заслонкой.- Figure 4. Heat exchanger with open gas damper.

Предлагаемая конструкция газожидкостного кожухотрубного теплообменника с автоматической системой управления процессом теплообмена состоит из: кожуха 1; входного коллектора 2; выходного коллектора 3; теплообменных труб 4; верхней трубной решетки 5; нижней трубной решетки 6; тарельчатых крышек 7, 8; верхней части центральной трубы 9; нижней части центральной трубы 10; фланца 11; шпилек 12; гаек 13; прокладки металлоасбестовой 14; газовой заслонки 15; отверстий до заслонки 16; отверстий после заслонки 17; перегородок межтрубного пространства 18; винтов 19; оси заслонки 20; втулок 21; рычага 22; тяги 23; терморегулятора в сборе 24; термосилового датчика терморегулятора 25; двуплечего рычага терморегулятора 26; опоры двуплечего рычага терморегулятора 27; пружины терморегулятора 28; регулировочного винта терморегулятора 29; контргайки регулировочного винта терморегулятора 30; опоры пружины терморегулятора 31; крышки терморегулятора 32; термоизоляционной оболочки кожуха 33; патрубка подвода внутритрубной среды 34; патрубка отвода внутритрубной среды 35.The proposed design of a gas-liquid shell-and-tube heat exchanger with an automatic heat exchange process control system consists of: a casing 1; input collector 2; output manifold 3; heat exchange tubes 4; upper tube sheet 5; lower tube sheet 6; plate covers 7, 8; the upper part of the Central pipe 9; the bottom of the Central pipe 10; flange 11; hairpins 12; nuts 13; metal asbestos gaskets 14; gas damper 15; holes to shutter 16; the holes after the shutter 17; partitions of the annular space 18; screws 19; the axis of the shutter 20; bushings 21; lever 22; traction 23; temperature regulator assembly 24; thermoset sensor temperature controller 25; two shoulders of thermostat 26; support for the two shoulders of the thermostat 27; temperature regulator springs 28; the adjusting screw of the thermostat 29; locknuts of the adjusting screw of the thermostat 30; spring support thermostat 31; thermostat covers 32; thermal insulation shell casing 33; the inlet pipe supply pipe 34; inlet pipe outlet 35.

На фиг.3, 4 дополнительно изображены: вход в теплообменник жидкости - внутритрубной среды 36; выход из теплообменника жидкости 37; вход в теплообменник выхлопных газов двигателя - межтрубной среды 38; выброс выхлопных газов в атмосферу 39.Figure 3, 4 additionally shows: the entrance to the heat exchanger fluid - in-tube medium 36; exit from the heat exchanger fluid 37; the entrance to the heat exchanger of the exhaust gases of the engine - annular medium 38; exhaust emissions 39.

Кожух 1 теплообменника выполнен в виде гофрированного цилиндра и приварен к боковой поверхности входного 2 и выходного 3 коллекторов. Гофрированная форма кожуха необходима для компенсации увеличения линейных размеров теплообменных труб 4 при нагревании. Термоизоляционная оболочка кожуха 33 служит для уменьшения потерь теплоты и увеличения эффективности процесса теплообмена. Теплообменные трубы 4 приварены к трубным решеткам 5 и 6. Площадь поверхности теплообменных труб определяется расчетным путем по известным методикам с учетом мощности теплопотребителей.The casing 1 of the heat exchanger is made in the form of a corrugated cylinder and is welded to the side surface of the input 2 and output 3 collectors. The corrugated form of the casing is necessary to compensate for the increase in the linear dimensions of the heat exchange tubes 4 when heated. The heat-insulating shell of the casing 33 is used to reduce heat loss and increase the efficiency of the heat transfer process. Heat transfer pipes 4 are welded to the tube sheets 5 and 6. The surface area of the heat transfer pipes is determined by calculation by known methods, taking into account the power of heat consumers.

К верхней трубной решетке 5 и нижней решетке 6 приварены тарельчатой формы крышки 7 и 8 соответственно, в результате чего образуются входной 2 и выходной 3 коллекторы.Plate-shaped covers 7 and 8 are welded to the upper tube sheet 5 and the lower sheet 6, respectively, as a result of which input 2 and output 3 collectors are formed.

Теплообменник монтируется на участке выхлопной системы двигателя, желательно сразу после турбины, если она есть, или ближе к выхлопным отверстиям выхлопных коллекторов. Центральная труба теплообменника состоит из двух частей: верхней части 9 и нижней 10. Причем нижняя часть трубы 10 приваривается одновременно к крышке 8 и трубной решетке 6 выходного коллектора 3 так, чтобы срез трубы был выше поверхности нижней трубной решетки. Верхняя часть центральной трубы 9 свободно надевается на выступающую нижнюю часть трубы 10 и приваривается к фланцу 11, который крепится к крышке входного коллектора 2 с помощью шпилек 12 и гаек 13. С целью исключения утечек газов между фланцем и крышкой верхнего коллектора установлена металлоасбестовая прокладка 14.The heat exchanger is mounted on the site of the exhaust system of the engine, preferably immediately after the turbine, if any, or closer to the exhaust ports of the exhaust manifolds. The central pipe of the heat exchanger consists of two parts: the upper part 9 and the lower 10. Moreover, the lower part of the pipe 10 is simultaneously welded to the cover 8 and the tube sheet 6 of the output manifold 3 so that the pipe section is higher than the surface of the lower tube sheet. The upper part of the central pipe 9 is freely mounted on the protruding lower part of the pipe 10 and is welded to the flange 11, which is fastened to the cover of the inlet manifold 2 using studs 12 and nuts 13. In order to prevent gas leaks, a metal asbestos gasket 14 is installed between the flange and the cover of the upper manifold.

В верхней части центральной трубы установлена газовая заслонка 15, перед которой в трубе просверлены отверстия 16, а после - отверстия 17. Отверстия 16 выполняют функцию входного патрубка в межтрубное пространство, а отверстия 17 - функцию выходного патрубка из межтрубного пространства. Газовая заслонка устанавливается на минимально возможном расстоянии от терморегулятора 24, с учетом расстояния, необходимого на выполнение отверстий 17.In the upper part of the central pipe, a gas shutter 15 is installed, in front of which holes 16 are drilled in the pipe, and then holes 17. The holes 16 function as an inlet pipe into the annulus, and the holes 17 serve as the outlet pipe from the annular space. The gas damper is installed at the minimum possible distance from the thermostat 24, taking into account the distance required to make holes 17.

Суммарные площади отверстий 16 и 17 должны быть равными между собой, а величина каждой из площадей с учетом потерь на сопротивление, которое может создаваться газовой заслонкой и отверстиями, должна быть на 10-15% больше площади поперечного сечения центральной трубы. Межтрубное пространство разделено перегородками 18, образующими охладительный контур межтрубной среды с отверстиями 16 и 17. Количество перегородок 18 определяется производительностью и компоновочными размерами теплообменника.The total area of the holes 16 and 17 should be equal to each other, and the size of each of the areas, taking into account the loss of resistance that can be created by the gas damper and holes, should be 10-15% larger than the cross-sectional area of the central pipe. The annular space is divided by partitions 18, forming a cooling circuit of the annular medium with holes 16 and 17. The number of partitions 18 is determined by the capacity and layout dimensions of the heat exchanger.

Газовая заслонка 15 с помощью винтов 19 или заклепок крепится к оси заслонки 20. Ось вращается во втулках 21, которые приварены к верхней части центральной трубы 9. Выходной конец оси 20 соединяется с механизмом привода газовой заслонки 15. Механизм привода представляет собой рычаг 22, к которому крепится тяга 23. Тяга 23 проходит через кольцевую щель между входным коллектором и центральной трубой, а далее через отверстие во фланце 11 в терморегулятор 24.The gas damper 15 is attached to the axis of the damper 20 with screws 19 or rivets 20. The axis rotates in the bushings 21, which are welded to the top of the central pipe 9. The output end of the axis 20 is connected to the drive mechanism of the gas damper 15. The drive mechanism is a lever 22, to to which the rod 23 is attached. The rod 23 passes through the annular gap between the inlet manifold and the central pipe, and then through the hole in the flange 11 to the temperature controller 24.

Терморегулятор 24 включает в себя термосиловой датчик 25, например термосиловой датчик ТД-2, который имеет полный вылет штока 8-10 мм при температуре 85-90°С, двуплечий рычаг 26, опору 27, пружину 28, регулировочный винт 29 с контргайкой 30 и крышку 32.The temperature controller 24 includes a thermal power sensor 25, for example, a TD-2 thermal power sensor, which has a full stem extension of 8-10 mm at a temperature of 85-90 ° C, a two-arm lever 26, a support 27, a spring 28, an adjustment screw 29 with a lock nut 30, and cover 32.

Термосиловой датчик 25 установлен во входном коллекторе 2 так, что его чувствительный элемент омывается межтрубной средой (далее жидкость), поступающей от теплопотребителей. Уплотнение термосилового датчика 25 осуществляется с помощью уплотнительного кольца. К крышке входного коллектора 2 термосиловой датчик 25 прижимается фланцем 11. Шток термосилового датчика 25 выходит в корпус терморегулятора 24 через отверстие во фланце 11. Двуплечий рычаг 26 закрепляется на опоре 27 в виде коромысла. В нижнюю правую часть двуплечего рычага 26 упирается шток термосилового датчика 25. К правой верхней части двуплечего рычага 26 приварена опора 31 для фиксации пружины 28. К левой части двуплечего рычага 26 крепится тяга 23 механизма привода газовой заслонки 15.Thermal power sensor 25 is installed in the input manifold 2 so that its sensitive element is washed by the annular medium (hereinafter liquid) coming from heat consumers. The sealing of the thermosensor sensor 25 is carried out using an o-ring. The thermopower sensor 25 is pressed against the cover of the inlet manifold 2 by the flange 11. The stem of the thermopower sensor 25 enters the thermostat housing 24 through the hole in the flange 11. The two-arm lever 26 is fixed to the support 27 in the form of a rocker arm. The rod of the thermal power sensor 25 abuts against the lower right part of the two-shouldered lever 26. A support 31 is welded to the upper right part of the two-shouldered lever 26 to fix the spring 28. A rod 23 of the gas shutter 15 drive mechanism is attached to the left side of the two-shouldered lever 26.

Терморегулятор 24 закрывается крышкой 32, в которой установлен регулировочный винт 29 с контргайкой 30 и пружиной 28.The temperature controller 24 is closed by a cover 32, in which an adjusting screw 29 with a lock nut 30 and a spring 28 is installed.

Теплообменник помимо основного предназначения может исполнять роль глушителя.In addition to the main purpose, the heat exchanger can play the role of a silencer.

Теплообменник является многоходовым и работает по традиционной противоточной схеме.The heat exchanger is multi-way and works according to the traditional counter-current scheme.

В исходном состоянии, после запуска холодного двигателя, шток термосилового датчика 25 втянут в его корпус. Правая часть двуплечего рычага 26 с помощью пружины 28 прижата к торцу штока термосилового датчика 25. Газовая заслонка 15 находится в положении «закрыто» (фиг.3). Выхлопные газы, не имея возможности двигаться через центральную трубу теплообменника, проходят через отверстия 16 верхней части центральной трубы и попадают в первый ход межтрубного пространства, ограниченного нижней трубной решеткой 6 и перегородкой 18. Далее выхлопные газы меняют направление движения на противоположное и попадают в следующий ход межтрубного пространства, ограниченный только перегородками 18, а затем снова меняют направление движения и так по всем ходам межтрубного пространства теплообменника. Достигнув последнего хода межтрубного пространства, ограниченного верхней трубной решеткой 5 и последней перегородкой 18, выхлопные газы через отверстия 17 попадают обратно в центральную трубу и далее через выхлопную систему выбрасываются в окружающую среду. В ходе движения выхлопных газов через межтрубное пространство осуществляется теплопередача от выхлопных газов к жидкости, циркулирующей в теплообменных трубах. Циркулирующая в теплообменнике жидкость нагревается и далее теплота, аккумулируемая жидкостью, подается непосредственно к теплоприемникам (например, установленным в системе жидкостного охлаждения и в системе смазки двигателя, в коробке передач, в ведущих мостах и т.п.).In the initial state, after starting a cold engine, the stem of the thermal sensor 25 is retracted into its body. The right side of the two shoulders of the lever 26 with the help of a spring 28 is pressed against the end of the stem of the thermal power sensor 25. The gas shutter 15 is in the closed position (figure 3). The exhaust gases, unable to move through the central pipe of the heat exchanger, pass through the holes 16 of the upper part of the central pipe and fall into the first stroke of the annulus defined by the lower tube sheet 6 and the baffle 18. Next, the exhaust gases change the direction of movement to the opposite and fall into the next stroke annular space, limited only by partitions 18, and then again change the direction of movement and so on all the passages of the annular space of the heat exchanger. Having reached the last stroke of the annulus, limited by the upper tube sheet 5 and the last baffle 18, the exhaust gases through the openings 17 fall back into the central pipe and are then released into the environment through the exhaust system. During the movement of exhaust gases through the annulus, heat is transferred from the exhaust gases to the fluid circulating in the heat exchange tubes. The liquid circulating in the heat exchanger is heated and then the heat accumulated by the liquid is supplied directly to the heat sinks (for example, installed in the liquid cooling system and in the engine lubrication system, in the gearbox, in drive axles, etc.).

При достижении во входном коллекторе 2 температуры жидкости 70-75°С шток датчика 25, преодолевая сопротивление пружины 28, начинает перемещаться вверх, воздействует на плечо рычага 26 и через тягу 23 на рычаг 22 и ось 20 газовой заслонки 15. Газовая заслонка 15 начинает открываться. При этом одновременно часть выхлопных газов поступает в межтрубное пространство теплообменника, а часть через центральную трубу и далее через выхлопную систему выбрасывается в атмосферу. При достижении заданной температуры (85-90°С) заслонка открывается полностью. В этом случае выхлопные газы выбрасываются в атмосферу, минуя межтрубное пространство теплообменника. Теплопередача прекращается (фиг.4).When the temperature of the liquid in the inlet manifold 2 reaches 70-75 ° C, the sensor rod 25, overcoming the resistance of the spring 28, begins to move upward, acts on the shoulder of the lever 26 and through the rod 23 on the lever 22 and the axis 20 of the gas damper 15. The gas damper 15 begins to open . At the same time, part of the exhaust gas enters the annulus of the heat exchanger, and part through the central pipe and further through the exhaust system is emitted into the atmosphere. At achievement of the set temperature (85-90 ° C) the gate opens completely. In this case, exhaust gases are emitted into the atmosphere, bypassing the annular space of the heat exchanger. Heat transfer stops (figure 4).

С понижением температуры жидкости ниже заданных значений шток термосилового датчика 25 начинает перемещаться вниз, одновременно с этим пружина 28 воздействует на плечо рычага 26 и через тягу 23 на ось 20 газовой заслонки 15. Газовая заслонка 15 начинает закрываться. Выхлопные газы снова начинают поступать в межтрубное пространство, теплопередача возобновляется. Таким образом, осуществляется автоматическое поддержание температуры внутритрубной среды в заданных пределах.As the temperature of the liquid drops below the set values, the stem of the thermal power sensor 25 begins to move downward, at the same time the spring 28 acts on the arm of the lever 26 and through the rod 23 on the axis 20 of the gas shutter 15. The gas shutter 15 starts to close. Exhaust gases again begin to flow into the annulus, and heat transfer resumes. Thus, the temperature of the in-pipe medium is automatically maintained within the specified limits.

При необходимости разобрать теплообменник отворачивают гайки 13, с помощью которых фланец 11 крепится к входному коллектору 2. Снимают фланец вместе с верхней частью центральной трубы 9, газовой заслонкой 15 с механизмом привода и терморегулятором 24. В результате появляется возможность свободного доступа к межтрубному пространству, что удобно для его обслуживания и ремонта. Кроме того, такая конструкция обеспечивает доступ к газовой заслонке 15, рычагу 22, тяге 23 и термосиловому датчику 25.If necessary, disassemble the heat exchanger, unscrew the nuts 13, with which the flange 11 is attached to the inlet manifold 2. Remove the flange together with the upper part of the central pipe 9, the gas shutter 15 with the drive mechanism and thermostat 24. As a result, there is a possibility of free access to the annular space, which convenient for its maintenance and repair. In addition, this design provides access to the gas damper 15, the lever 22, the thrust 23 and the thermal power sensor 25.

Claims

A gas-liquid shell-and-tube heat exchanger with an automatic heat exchange process control system, comprising a casing of two concentrically arranged cylinders, between which heat-exchange pipes are located, which are fixed in gratings with the ends of the pipes arranged radially around the inner cylinder, the casing is equipped with inlet and outlet manifolds for the in-tube medium, characterized in that the outer cylinder is corrugated and is additionally equipped with an external heat-insulating shell, the inner cylinder is It is a part of the exhaust pipe - the central pipe, which consists of two parts of the upper removable and lower non-removable, and the non-removable is welded to the cover of the lower tube of the heat exchanger so that the pipe section is above the surface of the lower tube and the upper part of the central pipe is freely put on the lower part of the central pipe and welded to the flange, which is attached to the cover of the upper tube sheet, a gas shutter is installed in the upper part of the central pipe, the output end of the axis of which is connected to the mechanism ohm of the drive, which is a lever connected to the thermostat by means of a traction, the thermostat includes a thermal power sensor, a two-shoulder lever, a support for the two shoulders of the lever, a temperature regulator spring, an adjusting screw with a lock nut and a cover, and a thermal power sensor is installed so that its thermosensitive element is in the inlet manifold and is washed by the annulus entering the heat exchanger; holes are drilled in front of the gas damper in the upper part of the central pipe, which perform the function of patrol As for supplying the annular medium, after the gas damper, holes were also drilled in the upper part of the central pipe, which act as a nozzle for removing the annular medium, the area of the holes in front of the gas damper is 10-15% more than the cross-sectional area of the central pipe, the area of the holes after the gas damper is also larger 10-15% of the cross-sectional area of the central pipe, the gas damper is installed at the minimum possible distance from the thermostat, taking into account the holes that perform the function of the pipe branch pipe the medium, the annular space is divided by partitions, the number of which is determined by the performance and layout dimensions of the heat exchanger, the partitions and openings, which serve as the inlet and outlet pipes of the annular medium, form a cooling circuit of the annular medium, the temperature of the annular medium is maintained at a predetermined level by increasing or decreasing the volume of the annular medium involved in heat transfer, by changing the position of the gas damper through the influence of the thermosilo rod th thermostat sensor through the double-arm lever in the drive mechanism.