Теплообменный аппарат воздушного охлаждения
Владельцы патента RU 2561799:
Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") (RU)
Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для нагрева, охлаждения жидкостей и газов. В теплообменном аппарате воздушного охлаждения, содержащем корпус, в котором размещены теплообменные трубы, объединенные коллекторами в секции, расположенные параллельно друг другу вдоль корпуса, часть теплообменных труб секции верхними концами соединена с раздающими коллекторами, а другая часть с собирающими коллекторами, причем секции установлены так, что коллектора смежных секций развернуты относительно друг друга на 180°, кроме того, аппарат снабжен каскадом распределительных коллекторов, расположенных над корпусом аппарата в два яруса и соединенных подводящими и отводящими трубами с соответствующими коллекторами секций, объединяя при этом секции в группы. Технический результат - повышение тепловой эффективности, обеспечение минимального гидравлического сопротивления по тракту охлаждающей воды, обеспечение компенсации тепловых расширений теплообменной поверхности относительно корпуса при достаточно высоких температурах охлаждаемого воздуха, обеспечение возможности глушения любой негерметичной секции теплообменника, снижение трудоемкости изготовления теплообменника. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для нагрева, охлаждения жидкостей и газов. Предлагаемый теплообменный аппарат (теплообменник) предназначен для нагревания протекающей внутри теплообменных труб жидкости в потоке горячих газов (воздуха).
Для нагрева или охлаждения жидких и газообразных продуктов применяются теплообменники различных типов и используются в различных отраслях промышленности. Используя газ, пар, воду при различных температурах можно нагревать или охлаждать теплоноситель до заданной температуры. Наиболее распространенным типом являются трубчатые теплообменники, которые состоят из трубчатых элементов, соединенных в одну проточную систему.
Известны трубчатые теплообменники, применяемые для охлаждения промышленных газов, выполненные из ряда вертикальных трубчатых элементов, расположенных в корпусе и объединенных в секции (См., например, авт. св. №105126 от 17.10.1952). Известные теплообменники имеют большие габариты, низкую производительность, неудобны и сложны в изготовлении и эксплуатации.
Известны трубчатые теплообменники, содержащие множество теплообменных трубчатых элементов, объединенных в секции (см., например, патент RU №2210045, опубл. 10.12.2003 г., кл. МПК F28F 9/00). В указанном теплообменнике трубчатые элементы образуют панели, установленные с просветом друг относительно друга. Трубчатые элементы закреплены на трубных досках, а между собой соединены с помощью дистанционирующих элементов. Теплообменник такой конструкции имеет большие габариты, неравномерное охлаждение. Секции работают параллельно, а это приводит к температурным пульсациям, неравномерности температур циркулирующих потоков, что снижает тепловую эффективность.
Известны многосекционные трубчатые теплообменники, содержащие теплообменные трубчатые элементы, на концах которых установлены коллекторы. Секции расположены параллельно друг другу и последовательно соединены с помощью трубчатого колена, (см., например, патент RU №2294503, опубл. 27.02.2007 г., кл. МПК F28D 7/16). Данный многосекционный теплообменник предназначен для нагревания протекающей внутри труб жидкости в потоке горячих газов и состоит из секций, включающих прямолинейные теплообменные трубы, на концах которых установлены коллекторы. Коллекторы соединены последовательно с помощью трубчатых колен.
Недостатком такой конструкции является неравномерность температурного поля циркулирующих теплоносителей, проблематичность компенсации тепловых расширений при достаточно высоких параметрах охлаждаемого газа и невозможность отключения секции теплообменника в случае ее разгерметизации.
По наибольшему числу общих признаков и достигаемому результату многосекционный теплообменник по патенту RU №2294503 выбираем за прототип.
Технической задачей является создание теплообменного аппарата, позволяющего обеспечить равномерность температурного поля циркулирующих теплоносителей и их воздействие на элементы конструкции аппарата.
Решение поставленной технической задачи дает возможность повысить тепловую эффективность теплообменника, надежность и ресурс.
Задача решается тем, что в теплообменном аппарате воздушного охлаждения, содержащем корпус, в котором размещены теплообменные трубы, объединенные коллекторами в секции, расположенные параллельно друг другу вдоль корпуса, часть теплообменник труб секции верхними концами объединена раздающими коллекторами, а другая часть собирающими коллекторами, причем секции установлены так, что коллектора смежных секций развернуты относительно друг друга на 180°, кроме того, аппарат снабжен каскадом распределительных коллекторов, расположенных в два яруса над корпусом аппарата и соединенных подводящими и отводящими трубами с соответствующими коллекторами секций. Между коллекторами соседних секции установлены разделительные перегородки, а в теплообменные трубы со стороны раздающих и собирающих коллекторов установлено дросселирующее устройство.
Корпус снабжен дренажным штуцером и выравнивающей решеткой, установленной со стороны входа воздуха.
Предложенная конструкция теплообменного аппарата позволяет выравнивать температурное поле циркулирующих теплоносителей, что приводит к повышению тепловой эффективности и выравнивает их воздействие на элементы конструкции аппарата в пределах секции, группы и аппарата в целом. Это осуществимо за счет объединения теплообменных труб внутри секции, расположения коллекторов смежных секций и объединения секций в группы.
Обеспечивается возможность отключения секций теплообменника в случае разгерметизации теплообменных трубок, а также упрощается процедура обнаружения течи и отключения негерметичных секций.
Суть технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен общий вид теплообменного аппарата;
на фиг. 2 изображен разрез А-А фиг. 1;
на фиг. 3 изображен выносной элемент Б фиг. 1;
на фиг. 4 изображен выносной элемент В фиг. 1.
Теплообменный аппарат состоит из теплообменных труб 1, образующих теплообменную поверхность и размещенных в корпусе 2, имеющем патрубок 3 входа горячего воздуха и патрубок 4 выхода охлажденного воздуха. Теплообменные трубы 1 объединены коллекторами 5, 6 и 7 в секции, которые установлены вдоль корпуса параллельно друг другу. Верхние концы части теплообменных труб 1 в пределах секции закреплены в коллекторе 5, а другой части в коллекторе 6. Нижние концы теплообменных труб 1 закреплены в промежуточном коллекторе 7. Для одной (первой) секции коллектор 5 является раздающим, а коллектор 6 собирающим. Смежные секции установлены так, что коллектора развернуты относительно друг друга на 180°. Следовательно, для теплообменных труб 1 смежной секции коллектор 6 будет являться раздающим, а коллектор 5 собирающим, то есть напротив собирающего коллектора 6 секции будут расположены раздающие коллектора 5 смежных секций.
Над корпусом 2 аппарата в два яруса расположены распределительные коллектора 8 первого яруса и коллектора 9 второго яруса, которые соединены подводящими трубами 10 и отводящими трубами 11 с соответствующими коллекторами 5 и 6 теплообменных секций, образуя при этом группы секций. Первая группа секций соединена подводящими трубами 10 с распределительным коллектором 8 и отводящими трубами 11 с распределительным коллектором 9, который является собирающим для первой группы секций и раздающим для второй группы секций и далее с чередованием групп.
То есть, распределительные коллектора 8 и 9 установлены так, что образован каскад раздающих и собирающих коллекторов, объединяющих теплообменные секции в группы секций параллельно-последовательно, обеспечивая необходимое число последовательных ходов охлаждающего теплоносителя (воды). Количество параллельно-последовательно объединенных секций выбирается в зависимости от требуемых параметров циркулирующих теплоносителей.
Между коллекторами 5, 6, 7 соседних секций установлены перегородки 12 для исключения байпасных протечек воздуха мимо теплообменной поверхности.
В теплообменные трубы 1 в районе раздающих 5 и собирающих 6 коллекторов секций установлено дросселирующее устройство 13 для исключения коллекторного эффекта за счет равномерной раздачи охлаждаемой воды по теплообменным трубам.
Со стороны входа воздуха в аппарате установлена решетка 14, выравнивающая поле скоростей воздуха на входе в теплообменную поверхность.
В нижней части корпус 2 снабжен дренажным штуцером 15, обеспечивающим отвод охлаждающего теплоносителя (воды) в случае разгерметизации теплообменных труб 1 и исключения попадания его в воздушный контур.
Теплообменная поверхность размещена в потоке горячего воздуха, который поступает через патрубок 3 в межтрубное пространство теплообменной поверхности и охлажденный выходит через патрубок 4.
Охлаждающий теплоноситель (вода) поступает во входной коллектор 8 каскада распределительных коллекторов 8 и 9. По подводящим трубам 10 поступает в раздающие коллектора 5 и теплообменные трубы 1 первой группы секций, нагревается и через коллектор 7, собирающие коллектора 6 по отводящим трубам 11 поступает в распределительный коллектор 9 каскада. Далее осуществляется параллельно последовательная циркуляция теплоносителя по теплообменным трубам 1 следующих групп секций и отводится через выходной коллектор 8 каскада.
Выполнение теплообменного аппарата предложенным образом позволяет:
- повысить тепловую эффективность теплообменника за счет выравнивания теплового потока по поперечному сечению теплообменника;
- обеспечить мощность теплообменника путем набора необходимого количества секций, то есть реализовать мощностной ряд однотипных теплообменников с использованием в составе теплообменной поверхности одной элементной базы;
- обеспечить минимальное гидравлическое сопротивление по тракту охлаждающей воды;
- обеспечить компенсацию тепловых расширений теплообменной поверхности относительно корпуса при достаточно высоких температурах охлаждаемого воздуха, за счет подводящих и отводящих труб секций к распределительным коллекторам, расположенным над корпусом теплообменника;
- обеспечить возможность глушения любой негерметичной секции теплообменника за счет возможности отсечения подводящих и отводящих труб к каждой секции;
- минимизировать трудоемкость изготовления теплообменника, за счет возможности изготовления однотипных унифицированных секций в условиях поточного серийного производства с максимальной механизацией и автоматизацией процессов выполнения отдельных деталей, их сборки и контроля.
1. Теплообменный аппарат воздушного охлаждения, содержащий корпус, в котором размещены теплообменные трубы, объединенные коллекторами в секции, расположенные параллельно друг другу вдоль корпуса, отличающийся тем, что часть теплообменных труб секции верхними концами соединена с раздающими коллекторами, а другая часть с собирающими коллекторами, причем секции установлены так, что коллектора смежных секций развернуты относительно друг друга на 180°, кроме того, аппарат снабжен каскадом распределительных коллекторов, расположенных над корпусом аппарата в два яруса и соединенных подводящими и отводящими трубами с соответствующими коллекторами секций, объединяя при этом секции в группы.
2. Теплообменный аппарат воздушного охлаждения по п. 1, отличающейся тем, что между коллекторами соседних секции установлены разделительные перегородки.
3. Теплообменный аппарат воздушного охлаждения по п. 1, отличающейся тем, что в теплообменные трубы со стороны раздающих и собирающих коллекторов установлено дросселирующее устройство.
4. Теплообменный аппарат воздушного охлаждения по п. 1, отличающейся тем, что в корпусе со стороны входа воздуха установлена выравнивающая решетка.
5. Теплообменный аппарат воздушного охлаждения по п. 1, отличающейся тем, что корпус снабжен дренажным штуцером.
