Теплообменник кожухотрубчатый (варианты)
Владельцы патента RU 2323402:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)
Изобретение относится к области конструкций кожухотрубчатых теплообменников и может быть использовано при производстве компактных теплообменных аппаратов различного технического назначения. Технический результат изобретения: уменьшение габаритов кожухотрубчатого теплообменника, уменьшение расходов на монтаж и обслуживание, экономия производственных площадей. Сущность изобретения: теплообменник кожухотрубчатый, секция которого состоит из наружной трубы и внутренней трубы, трубных решеток, во внутренней трубе имеются прорези и в ее нижней части снаружи установлены перегородки, теплообменные элементы - трубки находятся в кольцевом канале между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы и внутри внутренней трубы, и имеются передняя камера и задняя камера с кольцевой вставкой, патрубки для подачи и отвода теплоносителей, при этом при соосном расположении наружной и внутренней труб секции соосно расположены и наружная труба задней камеры, и кольцевая вставка, а при несоосном расположении наружной и внутренней труб секции несоосно расположены наружная труба задней камеры и кольцевая вставка. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области конструкций кожухотрубчатых теплообменников и может быть использовано при производстве компактных теплообменных аппаратов различного технического назначения: в теплоэнергетике и электроэнергетике, в нефтеперерабатывающем, химическом и нефтехимическом производствах, в хладотехнике и т.д.
Известны конструкции кожухотрубчатых теплообменников из секций, соединенных калачами. Каждая секция состоит из наружной трубы и размещенных в ней теплообменных элементов в виде гладких или профилированных прямых трубок, установленных в трубных решетках, блока опорных перегородок и патрубков для подвода и отвода одной из теплообменивающихся сред (Подогреватели водоводяные систем теплоснабжения. ГОСТ 27590-88. М.: Изд-во стандартов, 1988. 21 с.; Аппараты теплообменные кожухотрубчатые стальные. Типы, основные параметры и размеры. ГОСТ 9929-82. М.: Изд-во Госкомитета СССР по стандартам. 1982. 5 с.).
Недостатками этих конструкций являются небольшая скорость течения теплоносителей, особенно в межтрубном пространстве, и вследствие этого низкий коэффициент теплопередачи между теплоносителями, большие площади теплообменной поверхности и большие габариты. Последнее увеличивает стоимость монтажных и ремонтных работ и приводит к увеличению размеров производственных площадей.
Известна конструкция кожухотрубчатого теплоообменника, в каждой из секций которого поверхность теплообмена набрана из элементов «труба в трубе». В каждом таком элементе один теплоноситель движения внутри трубы, а другой в межтрубном пространстве (Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В.М. Справочник по теплообменным аппаратам. М.: Машиностроение, 1989. С.46-47).
Недостатками этой конструкции являются большие габариты из-за значительного увеличения площади поперечного сечения теплообменника, в котором приходится размещать систему из элементов «труба в трубе».
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к заявленному являются кожухотрубчатые теплообменники типа «труба в трубе». Секция такого теплообменника состоит из наружной трубы, внутри которой находится теплообменный элемент в виде соосно расположенной внутренней трубы, установленной в трубных решетках. Первый теплоноситель движется в кольцевом канале, образованном внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы, а второй теплоноситель движется внутри внутренней трубы (Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В.М. Справочник по теплообменным аппаратам. М.: Машиностроение, 1989. С.55-58). Первый теплоноситель подается и отводится из секции через патрубки с фланцами, вваренные в наружную трубу. Второй теплоноситель подается и отводится через калачи, соединенные с трубными решетками секций.
Недостатками этой конструкции кожухотрубчатых теплообменников являются низкий коэффициент теплопередачи между теплоносителями, большое количество секций в теплообменнике, большие габариты, большие размеры производственной площади.
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение габаритов кожухотрубчатого теплообменника, уменьшение расходов на их монтаж и обслуживание, экономия производственных площадей.
Технический результат по первому варианту достигается тем, что в теплообменнике кожухотрубчатом, секция которого состоит из наружной трубы и внутренней трубы, трубных решеток, в отличие от прототипа во внутренней трубе имеются прорези и в ее нижней части снаружи установлены перегородки, теплообменные элементы - трубки находятся в кольцевом канале между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы и внутри внутренней трубы, и имеются передняя камера и задняя камера с кольцевой вставкой, патрубки для подачи и отвода теплоносителей, при этом наружная и внутренняя трубы секции, а также наружная труба задней камеры и кольцевая вставка в нее расположены соосно.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что в теплообменнике кожухотрубчатом, секция которого состоит из наружной трубы и внутренней трубы, трубных решеток, в отличие от прототипа во внутренней трубе имеются прорези и в ее нижней части снаружи установлены перегородки, теплообменные элементы - трубки находятся в кольцевом канале между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы и внутри внутренней трубы, и имеются передняя камера и задняя камера с кольцевой вставкой, патрубки для подачи и отвода теплоносителей, при этом наружная и внутренняя трубы секции, а также наружная труба задней камеры и кольцевая вставка в нее расположены несоосно.
Существо конструкции кожухотрубчатого теплообменника поясняется чертежами. На фиг.1 и фиг.2 схематически изображен продольный разрез секции кожухотрубчатого теплообменника (первый и второй варианты). Секция кожухотрубчатого теплообменника на фиг.1 и фиг.2 содержит наружную трубу 1 и внутреннюю трубу 2 с прорезями 3 в ее верхней и средней частях по периметру, перегородки 4 снаружи трубы 2 в ее нижней части, теплообменные элементы 5 в кольцевом канале между трубами 1 и 2 и теплообменные элементы 6 внутри трубы 2, установленные в трубных решетках 7. К секции присоединены передняя камера 8 и задняя камера с наружной трубой 9 и с кольцевой вставкой в виде трубы 10. Секция снабжена патрубками 11, 12, 13 для первого теплоносителя, а задняя камера снабжена патрубками 14, 15 и 16 для второго теплоносителя.
Конструкции кожухотрубчатых теплообменников на фиг.1 и фиг.2 отличаются друг от друга лишь тем, что на фиг.1 внутренняя труба 2 секции и вставка 10 задней камеры расположены соосно наружной трубе 1 секции и наружной трубе 9 задней камеры соответственно. А на фиг.2 внутренняя труба 2 секции и вставка 10 задней камеры расположены несоосно наружной трубе 1 секции и наружной трубе 9 задней камеры соответственно.
Работает предлагаемый кожухотрубчатый теплообменник следующим образом.
Первый теплоноситель подается через вваренный в наружную трубу 1 патрубок 11 с фланцем в кольцевой канал между внутренней поверхностью наружной трубы 1 и наружной поверхностью внутренней трубы 2 и при своем движении слева направо омывает теплообменные элементы 5, находящиеся внутри кольцевого канала и установленные в трубных решетках 7.
Затем через прорези 3 первый теплоноситель поступает внутрь внутренней трубы 2 и при своем движении справа налево омывает снаружи теплообменные элементы 6, находящиеся внутри внутренней трубы 2 и установленные в трубных решетках 7. Перегородки 4 в нижней части трубы 2 препятствуют прохождению первого теплоносителя в прорези 3, минуя теплообменные элементы 5. Первый теплоноситель выходит через патрубок 13, вваренный в наружную трубу 1 и во внутреннюю трубу 2, в патрубок 12, приваренный к наружной поверхности наружной трубы 1.
Второй теплоноситель подается через патрубок 14 с фланцем, вваренный в наружную трубу 9 задней камеры, в кольцевой канал между наружной трубой 9 задней камеры и находящейся в ней кольцевой вставкой 10 и движется справа налево внутри теплообменных элементов 5, находящихся в кольцевом канале между трубами 1 и 2. Из этих теплообменных элементов второй теплоноситель вытекает в переднюю камеру 8 и, двигаясь слева направо внутри теплообменных элементов 6, находящихся внутри внутренней трубы 2, отводится внутрь кольцевой вставки 10 задней камеры и из нее через патрубок 15, вваренный в трубу 9 и в кольцевую вставку 10 задней камеры, в патрубок 16, приваренный к наружной поверхности наружной трубы 9 задней камеры.
Затем первый и второй теплоносители из первого кожухотрубного теплообменника при необходимости подаются к присоединенному к нему второму теплообменнику и т.д.
В каждой секции достигается значительная скорость движения теплообменивающихся сред, что обеспечивает большое значение коэффициента теплопередачи между ними. Кроме того, из-за отсутствия калачей предлагаемое изобретение дает уменьшение габаритов кожухотрубчатых теплообменников и расходов на их монтаж и обслуживание, а также экономию производственных площадей.
1. Теплообменник кожухотрубчатый, секция которого состоит из наружной трубы и внутренней трубы, трубных решеток, отличающийся тем, что во внутренней трубе имеются прорези и в ее нижней части снаружи установлены перегородки, теплообменные элементы - трубки находятся в кольцевом канале между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы и внутри внутренней трубы, и имеются передняя камера и задняя камера с кольцевой вставкой, патрубки для подачи и отвода теплоносителей, при этом наружная и внутренняя трубы секции, а также наружная труба задней камеры и кольцевая вставка в нее расположены соосно.
2. Теплообменник кожухотрубчатый, секция которого состоит из наружной трубы и внутренней трубы, трубных решеток, отличающийся тем, что во внутренней трубе имеются прорези и в ее нижней части снаружи установлены перегородки, теплообменные элементы - трубки находятся в кольцевом канале между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы и внутри внутренней трубы, и имеются передняя камера и задняя камера с кольцевой вставкой, патрубки для подачи и отвода теплоносителей, при этом наружная и внутренняя трубы секции, а также наружная труба задней камеры и кольцевая вставка в нее расположены несоосно.
