RU2601780C2

RU2601780C2 - Heat exchange element

Info

Publication number: RU2601780C2
Application number: RU2014146028/06A
Authority: RU
Inventors: Леон Гайкович Григорян; Юрий Иосифович Игнатенков; Дмитрий Александрович Крючков; Денис Геннадьевич Куршук
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Нефть и газ"
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-11-10
Also published as: RU2014146028A

Abstract

FIELD: heat exchange.

SUBSTANCE: invention is intended for heat exchange and can be used in heat exchangers. Inner space of heat exchange elements is organized so that pairs of stamped shaped plates forming channels for flow passage are equipped with conical or spherical ledges on facing surfaces, and structured by roller welding for lengthening the path of passing a product along the inner space, for this purpose, alternating longitudinal welded seams, organizing multipath flow movement and forming a curved channel are being welded.

EFFECT: technical result is wider range of technical equipment.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение предназначено для теплообмена и может быть использовано в теплообменных аппаратах.The invention is intended for heat transfer and can be used in heat exchangers.

Известен пакет пластин теплообменного аппарата, состоящий из пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде односторонних полых полусферических выступов одинаковой высоты. Выступы образуют между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего треугольника. Пластины собраны выступами в одну сторону и стянуты с упором выступов в плоские участки сопряженных пластин. Пластины образуют каналы высотой от 1 до 2 высот выступов (Барановский Н.Д. и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники, М., Машиностроение, 1973, стр. 78-81, 94, 147)A known package of plates of a heat exchanger, consisting of plates of mesh-flow type with intermittent turbulators in the form of one-sided hollow hemispherical protrusions of the same height. The protrusions form between the plates a grid of mutual supports with the structure of an equilateral triangle. The plates are assembled with protrusions in one direction and pulled together with the emphasis of the protrusions into the flat sections of the mating plates. The plates form channels with a height of 1 to 2 projection heights (Baranovsky ND and others. Plate and spiral heat exchangers, M., Mechanical Engineering, 1973, pp. 78-81, 94, 147)

Известен пакет пластин теплообменного аппарата из одинаковых пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов, образующих между пластинами сетку взаимных опор, стянутых в пакет по выступам вершина в вершину по патенту RU №2337295.A known package of plates of a heat exchanger from the same plates of the mesh-flow type with intermittent turbulators in the form of hollow bilateral protrusions, forming between the plates a grid of mutual supports, pulled together in the package along the protrusions apex to apex according to RU patent No. 2,337,295.

Все существующие пластинчатые теплообменные аппараты предполагают использование либо газа, либо жидкости в качестве теплового агента. Известны трубчатые аппараты водовоздушного охлаждения, где теплообмен интенсифицирован процессом постоянного испарения либо конденсации.All existing plate heat exchangers use either gas or liquid as a heat agent. Known tubular apparatus for water-air cooling, where heat transfer is intensified by the process of constant evaporation or condensation.

Известен теплообменник, содержащий установленные вертикально плоские решетки и размещенные между ними пары гофрированных пластин с конусными выступами, расположенными в шахматном порядке, обеспечивающими турбулизацию потока продукта и жесткость конструкции по АС SU №1084584, выбранный за прототип. Этот способ турбулизации потока показал свою высокую эффективность и был взят за основу при разработке конструкции пластинчатого теплообменного элемента.Known heat exchanger containing vertically mounted flat grids and placed between them a pair of corrugated plates with conical protrusions arranged in a checkerboard pattern, providing turbulization of the product flow and structural rigidity according to AC SU No. 1084584, selected for the prototype. This method of turbulizing the flow has shown its high efficiency and was taken as a basis when developing the design of the plate heat-exchange element.

Техническая задача, которую решает изобретение, - создание универсального автономного пластинчатого теплообменного элемента для системы водовоздушного охлаждения, с которым можно использовать в качестве хладагента как газы, так и жидкости, и газожидкостные смеси, в том числе водовоздушное охлаждение. Водовоздушное охлаждение при своей доступности и дешевизне может быть весьма эффективным при правильной организации технологического режима охлаждения. Поставленная задача решается тем, что в теплообменных элементах внутреннее пространство организовано так, что пары штампованных профильных пластин, образующих каналы для прохода потока снабжены на обращенных поверхностях конусными или сферическими выступами, и структурировано роликовой сваркой для удлинения пути прохождения продукта по внутреннему пространству, для чего выполняют чередующиеся продольные сварные швы, организующие многоходовое движение потока и образующие извилистый канал.The technical problem that the invention solves is the creation of a universal autonomous plate heat-exchange element for a water-air cooling system, with which both gases and liquids, and gas-liquid mixtures, including water-air cooling, can be used as a refrigerant. Water-cooling, with its availability and low cost, can be very effective with the proper organization of the technological mode of cooling. The problem is solved in that the internal space is arranged in such a way that the pairs of stamped profile plates forming the channels for the passage of flow are provided with conical or spherical protrusions on the turned surfaces, and is structured by roller welding to extend the path of the product through the internal space, for which alternating longitudinal welds that organize multi-way flow and form a winding channel.

На фигуре 1 представлен общий вид теплообменного элемента, на фигуре 2 - профили в разрезе по линиям А-А, Б-Б и В-В.The figure 1 presents a General view of the heat exchange element, figure 2 - profiles in section along the lines aa, bb and bb.

Теплообменный элемент по изобретению состоит из двух отштампованных из листового металла пластин, условно на рисунке определяемых как верхняя 1 и нижняя 2, имеющих штуцера ввода и вывода потока 3, расположенные параллельно либо перпендикулярно направлению движения потока. Пластины попарно сварены по периметру и частично вдоль потока роликовой сваркой 4, число поперечных сварных швов образует число ходов продукта от 1 до 12. На фигуре 1 число ходов равно четырем. Внутренний трехмерный рельеф канала для продукта образован отштампованными усеченными конусами или полусферами, приваренными точечной сваркой вершинами ко второй пластине 5. Пластины совмещают между собой таким образом, чтобы выступы 6 одной пластины попадали между выступами второй пластины и сваривают между собой точечной сваркой в местах примыкания вершин конусов либо полусфер одной пластины к плоской поверхности второй пластины. Аналогично сваривают выступы второй пластины с плоской поверхностью первой пластины. Таким образом, между парой теплообменных пластин, сваренных между собой, образуется извилистый канал для потока, где в зависимости от скорости и вязкости жидкости обеспечивается спиралевидное движение, что приводит к снижению термического сопротивления пограничного слоя. Сочетание шахматного расположения выступов с размещением вершин в противоположные стороны обеспечивает движение жидкости по двум взаимодействующим плоскостям от стенки к стенке и по шахматному ряду, т.е. создает эффект винтового движения потока вдоль канала. Обеспечивая сильно развитое турбулентное движение по всему объему. Эти факторы позволяют постоянно многократно обновлять поверхность теплообмена, значительно увеличивая коэффициент теплоотдачи внутри канала.The heat exchange element according to the invention consists of two plates stamped from sheet metal, conventionally defined in the figure as upper 1 and lower 2, having flow inlet and outlet fittings 3 located parallel or perpendicular to the direction of flow. The plates are pairwise welded around the perimeter and partially along the flow by roller welding 4, the number of transverse welds forms the number of strokes of the product from 1 to 12. In figure 1, the number of strokes is four. The internal three-dimensional relief of the channel for the product is formed by stamped truncated cones or hemispheres, spot-welded vertices to the second plate 5. The plates are aligned so that the protrusions 6 of one plate fall between the protrusions of the second plate and are spot-welded to each other at the junctions of the cones or hemispheres of one plate to the flat surface of the second plate. The protrusions of the second plate are similarly welded to the flat surface of the first plate. Thus, between a pair of heat exchanger plates welded together, a winding flow channel is formed, where, depending on the speed and viscosity of the liquid, a spiral motion is provided, which leads to a decrease in the thermal resistance of the boundary layer. The combination of the staggered staggered arrangement of the protrusions with the vertices placed in opposite directions allows fluid to move along two interacting planes from wall to wall and along the checkerboard, i.e. creates the effect of screw movement of the flow along the channel. Providing highly developed turbulent movement throughout the volume. These factors allow you to constantly repeatedly update the heat transfer surface, significantly increasing the heat transfer coefficient inside the channel.

Известно, что в пластинчатых аппаратах гидравлическое сопротивление достигает значительных величин. Для снижения гидравлического сопротивления и увеличения прочности конструкции штамповку усеченных конусов либо полусфер производят с закруглениями радиусом R, которыми поверхность конических либо полусферических выступов сопрягается с плоскостью пластины, радиус R может быть в пределах 1÷4 мм. Закругления при штамповке усеченных конусов или полусфер приводит к снижению гидравлического сопротивления и снимает местные напряжения металла.It is known that in plate apparatus the hydraulic resistance reaches significant values. To reduce hydraulic resistance and increase the structural strength, truncated cones or hemispheres are stamped with roundings of radius R, which mate the surface of the conical or hemispherical protrusions with the plane of the plate, and the radius R can be in the range 1-4 mm. Rounding during stamping of truncated cones or hemispheres reduces hydraulic resistance and relieves local metal stresses.

Диаметр выступов у основания, D - в диапазоне 10÷25 мм, диаметр выступов в месте соприкосновения с противоположной пластиной d<D. Выступы выполняют две функции - турбулизации потока и придания жесткости и прочности конструкции за счет множественной точечной сварки. Отношение шага в поперечном направлении l₁ к диаметру основания выступа D находится в диапазоне от 1 до 1,5.The diameter of the protrusions at the base, D is in the range of 10 ÷ 25 mm, the diameter of the protrusions at the point of contact with the opposite plate is d <D. The protrusions perform two functions - turbulization of the flow and imparting rigidity and strength to the structure due to multiple spot welding. The ratio of the pitch in the transverse direction l ₁ to the diameter of the base of the protrusion D is in the range from 1 to 1.5.

Соотношение шагов выступов l₂ и l₁ в продольном по отношению к потоку и поперечном направлении l₂:l₁=1,75÷3, а отношение размеров канала L:H и/или А:Н находится в диапазоне 1:1,5. Многоходовое движение по каналу, образованному сварными швами 4, исключает образование застойных или не охваченных потоком зон.The ratio of the steps of the protrusions l ₂ and l ₁ in the longitudinal relative to the flow and transverse direction l ₂ : l ₁ = 1.75 ÷ 3, and the ratio of the channel sizes L: H and / or A: H is in the range 1: 1.5 . Multi-way movement along the channel formed by the welds 4, eliminates the formation of stagnant or not covered by the flow zones.

Этот канал имеет входное и выходное отверстия для потока, снабженные штуцерами 3, которые могут располагаться как горизонтально, так и вертикально, параллельно либо перпендикулярно движению потока. (фиг. 1)This channel has an inlet and outlet for the flow, equipped with fittings 3, which can be located either horizontally or vertically, parallel to or perpendicular to the flow. (Fig. 1)

Теплообменный элемент предназначен для работы как в одиночку, так и в пакете, состоящем из группы теплообменных элементов.The heat exchange element is designed to work both alone and in a package consisting of a group of heat exchange elements.

Теплообменные элементы по изобретению укладываются в емкость пакетами без стяжки, на расстоянии, обеспечивающем проход хладагента по внешней стороне теплообменной пластины. По внешней стороне пластин возможно охлаждение как газовое, жидкостное, так и организованным водовоздушным потоком с элементами разбрызгивания и постоянного испарения воды, что интенсифицирует теплообмен.The heat transfer elements according to the invention are stacked in bags without a screed at a distance that allows the passage of refrigerant on the outside of the heat transfer plate. On the outside of the plates, it is possible to cool both gas, liquid, and organized water-air flow with elements of spraying and constant evaporation of water, which intensifies heat transfer.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении интенсивности теплообмена в 2-5 раз по сравнению с аналогами и прототипом.The technical result from the use of the invention is to increase the intensity of heat transfer by 2-5 times in comparison with analogues and prototype.

Дополнительными преимуществами теплообменного элемента по изобретению является возможность индивидуального отключения или замены одного из элементов без демонтажа всего пакета, что упрощает и удешевляет профилактику и ремонт теплообменников, содержащих теплообменные элементы по изобретению.Additional advantages of the heat exchange element according to the invention is the ability to individually turn off or replace one of the elements without dismantling the entire package, which simplifies and reduces the cost of prevention and repair of heat exchangers containing heat exchange elements according to the invention.

Claims

A heat exchange element having a product inlet and outlet fitting located parallel or perpendicular to the direction of flow, consisting of two plates with stamped conical or spherical protrusions located on surfaces facing each other and welded together at the tops of the protrusions by spot welding and roller welding along external contour with alternating seams, organizing multi-way flow movement, and longitudinal welds form a winding channel with the number of strokes from 1 to 12, and point welds connect the tops of stamped conical or spherical protrusions with the opposite plane of the plate, at the base, the protrusions are mated to the plane of the plate with radii from 1 to 4 mm, have a base diameter of 10 to 25 mm and the ratio of the steps of the protrusions in longitudinal with respect to the flow and transverse directions in the range from 1.5 to 2, the ratio of the sizes L: H and / or A: H in the range from 1 to 1.5, the ratio of the step in the transverse direction to the diameter of the base of the protrusion is in the range from 1 to 1.5, and the ratio of steps protrusions in the longitudinal section relative to the flow and transverse directions in the range from 1.75 to 3.