Система распределения потоков между параллельно включенными теплообменными аппаратами

Авторы патента:

F28F3/00 - Пластинчатые или профилированные элементы; комплекты из этих элементов (приспособленные для подвижных узлов теплообменных аппаратов F28F 5/00)

Владельцы патента RU 2575382:

Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") (RU)

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при разработке блоков пластинчато-ребристых теплообменников, применяемых в криогенных установках различного назначения. Система распределения каждого из теплообменивающихся потоков между параллельно включенными теплообменными аппаратами в блоках пластинчато-ребристых теплообменников, входящих в состав криогенных установок, выполнена в виде комбинации подводящих и отводящих трубопроводов теплоносителей к аппаратам, общих подводящих и отводящих коллекторов и отдельных подводящих и отводящих трубопроводов на каждый из аппаратов - ответвлений. Выравнивание распределения потоков между аппаратами осуществляется за счет подбора такого соотношения между относительными площадями ответвлений подводящих и отводящих частей коллекторов, коэффициентов сопротивлений подводящих и отводящих частей коллекторов, коэффициента расхода, совокупность которых обеспечивает неравномерность распределения потоков теплоносителей по отдельным аппаратам в блоках пластинчато-ребристых теплообменников не более 2%. Достигается обеспечение равномерного распределения всех теплообменнивающихся потоков между параллельно включенными теплообменниками в блоках пластинчато-ребристых теплообменников криогенных установок.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при разработке блоков пластинчато-ребристых теплообменников (ПРТ), применяемых в криогенных установках различного назначения.

Известен источник информации SU 1774143 A1, опубл. 07.11.1992, принят за прототип, из которого известна система распределения каждого из теплообменивающихся потоков между параллельно включенными теплообменными аппаратами, входящими в состав криогенной установки. Система выполнена в виде комбинации подводящих и отводящих трубопроводов теплоносителей к аппаратам, которая включает общие подводящие и отводящие коллекторы и отдельные подводящие и отводящие трубопроводы на каждый из аппаратов - ответвления. Регулирование поступления теплоносителя в отдельный ПРТ блока, функционирующий в составе криогенной воздухоразделительной установки, осуществляется посредством арматуры, установленной на коллекторе.

Такая система регулирования распределения потоков имеет ряд недостатков: необходимость установки соответствующей арматуры по каждому из теплообменивающихся потоков, что существенно усложняет конструкцию блока ПРТ и увеличивает его металлоемкость, получается недостаточная точность выравнивания распределения потоков, так как одновременно надо регулировать все потоки, поступающие в блок ПРТ.

Заявленное изобретение предлагает систему выравнивания распределения теплообменных потоков в блоках ПРТ криогенных установок, свободную от указанных выше недостатков.

Целью изобретения является упрощение конструкции блока ПРТ и снижение металлоемкости.

Технический результат изобретения - обеспечение равномерного распределения всех теплообменнивающихся потоков между параллельно включенными теплообменниками в блоках ПРТ криогенных установок

Современные криогенные газоразделительные и ожижительные установки средней и большой производительности комплектуются набором одинаковых параллельно работающих ПРТ, объединенных в отдельный блок аппаратов.

Блоки ПРТ, помимо параллельно работающих аппаратов, включают в себя также подводящие и отводящие коллекторы и подводящие и отводящие трубопроводы (ответвления) по каждому из аппаратов для каждого из теплообменивающихся потоков. Подводящие коллекторы и трубопроводы обеспечивают распределение потоков в блоках ПРТ между параллельно работающими аппаратами, а отводящие трубопроводы и коллекторы обратно объединяют распределенные потоки в общие после прохождения их через параллельно работающие теплообменники.

Поскольку коллекторы и трубопроводы имеют различные диаметры и длины, то для распределяемого между параллельными аппаратами теплообменного потока получаются разные величины гидравлических сопротивлений.

Из-за такого неравенства гидравлических сопротивлений не происходит равномерного распределения теплообменивающихся потоков между параллельно работающими аппаратами блока ПРТ, и теплообменники могут начать функционировать в условиях, значительно отличных от тех, на основании которых определялась величина теплообменной поверхности по каждому из потоков, что в результате приводит к снижению интегральных характеристик не только всего блока теплообменников, но и криогенной установки в целом.

Установлено, что верхняя граница неравномерности распределения расходов потоков между отдельными аппаратами в блоках ПРТ, которая еще не оказывает заметного отрицательного влияния на интегральные характеристики в блоках, не должна превышать 2% от номинального значения.

Из литературы известно (см. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям», Идельчик И.Е., М.: «Машиностроение», 1975 г., с. 349), что степень равномерности распределения расходов потоков между параллельно работающими аппаратами напрямую зависит от величины, так называемой характеристики коллектора.

Для совместно работающих подводящих и отводящих коллекторов блока ПРТ криогенной установки значение характеристики коллектора (А) будет определяться из следующего выражения:

где k - поправочный коэффициент, учитывающий расхождение между расчетными формулами и экспериментальными данными, равный 2, 1;

- коэффициент сопротивления отводящего коллектора;

ξ_колл - коэффициент сопротивления подводящего коллектора;

- относительная площадь ответвлений на теплообменники блока для отводящего коллектора;

- относительная площадь ответвлений на теплообменники блока для подводящего коллектора;

- отношение плотностей потока;

µ - коэффициент расхода.

Определение значений коэффициентов сопротивлений коллекторов (ξ_колл), а также коэффициента расхода (µ) не представляет особых затруднений, и формулы для их расчета можно найти в соответствующей научно-технической литературе.

Величина относительного расхода потока в i-м ответвлении определяется по следующей формуле:

где - относительный расход потока в данном ответвлении;

$\bar{x}$ - относительное расстояние от оси n-го ответвления до оси (n-i)-го ответвления.

Для того чтобы степень неравномерности распределения общего теплообменного потока на каждый из параллельно включенных аппаратов блоков ПРТ не превышала оговоренных выше 2% (то есть значения вычисленные по формуле (2), не должны различаться более чем на 2%), необходимо, чтобы величина подкоренного выражения (1) была не больше чем 0,0262.

Поэтому после того, как определена теплообменная поверхность аппарата, на стадии дальнейшего проектирования блока ПРТ криогенной установки необходимо расчетным путем подобрать такие значения ξ_колл, µ, которые бы обеспечивали выполнение указанного условия.

Причем такой подбор надо выполнить для каждого из участвующего в теплообмене потока.

Таким образом, система распределения каждого из теплообменивающихся потоков между параллельно включенными теплообменными аппаратами в блоках пластинчато-ребристых теплообменников, входящих в состав криогенных установок, выполнена в виде комбинации подводящих и отводящих трубопроводов теплоносителей к аппаратам, общих подводящих и отводящих коллекторов и отдельных подводящих и отводящих трубопроводов на каждый из аппаратов - ответвлений. При этом выравнивание распределения потоков между аппаратами осуществляется за счет подбора такого соотношения между относительными площадями ответвлений подводящих и отводящих частей коллекторов, коэффициентов сопротивлений подводящих и отводящих частей коллекторов, коэффициента расхода, совокупность которых обеспечивает неравномерность распределения потоков теплоносителей по отдельным аппаратам в блоках ПРТ не более 2% и, таким образом, позволяет гарантировать работу каждого из аппаратов в режиме, близком к тому, по которому изначально определялись размеры теплообменной поверхности.

За счет того, что удается определить условия, которые позволяют создать практически одинаковые гидравлические сопротивления для параллельно работающих аппаратов блоков ПРТ на участках от распределения потоков до их обратного слияния, в итоге становится возможным обеспечить равномерное распределение потоков между всеми теплообменниками.

Работа системы распределения теплообменных потоков между параллельными соединенными аппаратами блоков ПРТ криогенных установок осуществляется следующим образом.

Каждый из участвующих в теплообмене потоков сначала поступает в свой собственный подводящий коллектор. Из этих подводящих коллекторов по ответвлениям, количество которых равно числу параллельно работающих теплообменников блока, теплообменивающиеся потоки практически равномерно распределяются между всеми теплообменниками.

Такая равномерность распределения достигается за счет того, что на стадии проектирования были рассчитаны и заданы режимные и конструктивные параметры, обеспечивающие эти условия по каждому из потоков.

После прохождения теплообменников равномерно распределенные части потоков поступают в ответвления своего собственного отводящего коллектора, количество ответвлений в которых равно числу параллельно работающих аппаратов. Из этих ответвлений распределенные части теплообменивающихся потоков поступают в отводящие коллекторы, где опять объединяются в общие потоки, и далее эти потоки выводятся из блока теплообменников.

Так как необходимая равномерность распределения достигается по каждому из теплообменивающихся потоков, то интегральные характеристики блоков ПРТ криогенных установок практически соответствуют расчетным, для которых определялись величины теплообменной поверхности по каждому из потоков.

Система распределения каждого из теплообменивающихся потоков между параллельно включенными теплообменными аппаратами в блоках пластинчато-ребристых теплообменников, входящих в состав криогенных установок, выполнена в виде комбинации подводящих и отводящих трубопроводов теплоносителей к аппаратам, общих подводящих и отводящих коллекторов и отдельных подводящих и отводящих трубопроводов на каждый из аппаратов - ответвлений, отличающаяся тем, что выравнивание распределения потоков между аппаратами осуществляется за счет подбора такого соотношения между относительными площадями ответвлений подводящих и отводящих частей коллекторов, коэффициентов сопротивлений подводящих и отводящих частей коллекторов, коэффициента расхода, совокупность которых обеспечивает неравномерность распределения потоков теплоносителей по отдельным аппаратам в блоках пластинчато-ребристых теплообменников не более 2%.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а конкретно к теплоэнергетическим установкам, используемым для помещений, зданий, сооружений, а также в различных промышленных газотурбинных установках.

Способ изготовления гофрированного листа для теплообменника из композиционных материалов // 2562274

Изобретение относится к производству гофрированных листов из композиционных материалов для высокотемпературных теплообменников перекрестного типа, используемых в авиационной и ракетно-космической технике, дизельных двигателях, бойлерах и т.д.

Теплообменник с двусторонним рисунком углублений // 2561356

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Теплообменник содержит множество пластин, каждая из которых содержит множество углублений, при этом углубления содержат вершины и основания, вершины, по меньшей мере, одной пластины теплообменника соединены с основаниями смежной пластины теплообменника и, по меньшей мере, часть углублений соединена с, по меньшей мере, одним смежным углублением посредством участка стенки.

Охлаждающий модуль и способ изготовления // 2559214

Изобретение относится к способу изготовления охлаждающего модуля (10) в виде корпуса с внутренним пространством (24) для размещения батарейных ячеек (22), причем корпус имеет между впускной и выпускной зонами один или несколько параллельных друг другу охлаждающих каналов (20) и выполняется, по меньшей мере, частично из одного или нескольких отрезков полого профиля (30).

Пластинчатый теплообменник и теплонасосное устройство // 2554706

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Пластинчатый теплообменник включает в себя стопу из множества пластин, каждая из которых имеет вход и выход для текучей среды.

Наборный пластинчатый теплообменник // 2540030

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Наборный пластинчатый теплообменник содержит множество наборных коллекторов.

Пакет пластин теплообменного аппарата // 2529288

Изобретение относится к теплотехнике, предназначено для использования в теплообменных аппаратах и может применяться в космической, авиационной, энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Теплообменник, теплообменная пластина и способ изготовления теплообменника // 2527776

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчато-трубчатых теплообменниках. В теплообменнике, содержащем ряд пар теплообменных пластин, изготовленных из металлического листа, имеющего трехмерную систематизированную структуру, причем внутри ряда указанных пар образован первый проточный канал, а между указанными парами образован второй проточный канал, при этом каждая пластина имеет, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, в каждой указанной теплообменной пластине выполнено по меньшей мере одно вспомогательное отверстие, имеющее выступающую кромку, образующую отбортовку, вставляемую в соответствующее вспомогательное отверстие соседней теплообменной пластины.

Теплообменник, теплообменная пластина и способ изготовления теплообменника // 2523080

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчато-трубчатых теплообменниках. В теплообменнике, содержащем ряд пар теплообменных пластин, изготовленных из металлического листа, имеющего трехмерную систематизированную структуру, причем внутри ряда указанных пар образован первый проточный канал, а между указанными парами образован второй проточный канал, при этом каждая пластина имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие, сквозное отверстие окружено язычками, вырезанными в его зоне и отогнутыми наружу, причем язычки одной пластины введены в сквозное отверстие соседней пластины.

Пластинчатый теплообменник с компланарными каналами // 2516743

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в рекуперативных теплообменниках. Теплообменник содержит послойно расположенные гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются, причем гофры выполнены переменной ширины по шагу через одну, поочередно двух размеров, образующих площади проходных сечений для воздуха FB и для газа FГ в соотношении между собой, определяемым по формуле , где рB - давление воздуха в тракте теплообменника рГ - давление газа в тракте теплообменника ΔрВ - потери давления воздуха в тракте теплообменника ΔpГ - потери давления газа в тракте теплообменника tB - температура воздуха в тракте теплообменника tГ - температура газа в тракте теплообменника Технический результат - оптимизация габаритов пластинчатых теплообменников с компланарными каналами.

Высокоэффективное извлекающее тепло вентиляционное устройство // 2596291

Извлекающая энергию система, имеющая устройство, которое обеспечивает теплообмен и влагообмен между проходящими через него воздушными потоками, причем данное устройство имеет две или более многослойные композитные конструкции, где многослойную композитную конструкцию составляют пористая жесткая или полужесткая структура, имеющая множество отверстий, проходящих от первой поверхности до второй поверхности, которая может быть гофрированной, и полимерная пленка, содержащая сульфонированный блок-сополимер, прикрепленная, по меньшей мере, к одной из первой и второй поверхностей структуры и покрывающая вышеупомянутое множество отверстий. 4 н. и 34 з.п. ф-лы, 19 ил., 1 табл.

Теплообменная поверхность // 2610636

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в различных теплообменных аппаратах. Теплообменная поверхность, содержащая расположенные в коридорном или шахматном порядке, параллельными рядами основные «безотрывные» выемки, при этом выемки в плане выполнены диффузорной формы по направлению движения основного потока теплоносителя со скругленными внутренними углами, донная часть выемок в плоскости их меридионального сечения образована двумя плавно соединяющимися между собой входным и выходным участками, входной участок имеет диффузорную форму и соединен скруглением с входной кромкой выемки по ее периметру, а выходной участок - конфузорной формы соединен скруглением с выходной кромкой выемки по ее периметру. Кроме того, между основными «безотрывными» выемками расположены дополнительные «безотрывные» или «отрывные» выемки различной формы. Технический результат – уменьшение габаритов теплообменного устройства и повышение эффективности системы охлаждения. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Панель холодильника-излучателя // 2610732

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам теплообмена. Панель холодильника-излучателя содержит теплоизлучающую пластину из композиционного материала и металлические трубки для теплоносителя, размещенные между теплоизлучающей пластиной и накладками из композиционного материала. Каждая накладка соединена с пластиной и содержит участок, форма которого соответствует форме металлической трубки. В теплоизлучающей пластине выполнены цилиндрические канавки, с размещенными в них металлическими трубками для теплоносителя. Накладки и теплоизлучающая пластина выполнены из углерод-углеродного композиционного материала. Теплоизлучающая пластина имеет расположенные между трубками отверстия, содержащие натянутые углеродные волокна с теплопроводностью более 300 Вт/м⋅К. Изобретение может быть использовано в конструкциях спутников и энергетических установок. Техническим результатом изобретения является снижение массы панели холодильника-излучателя при увеличении эффективного сброса тепла. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Пластинчатый теплообменник // 2612880

Изобретение относится к пластинчатому теплообменнику со сложенными пластинами, имеющими углубления, образующие контактные поверхности между пластинами. Для получения оптимального баланса между прочностью и условиями потока углубления расположены в виде матричной структуры с расстоянием Х1 между центрами углублений в смежных рядах и с расстоянием Х2 между центрами углублений в смежных столбцах, при этом углубления имеют окружность С и С/Х1 находится в диапазоне от 1,03 до 2,3. Технический результат – повышение интенсификации теплообмена. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 24 ил.

Теплообменная пластина для пластинчатого теплообменника и пластинчатый теплообменник, снабженный указанной теплообменной пластиной // 2648172

Теплообменная пластина для пластинчатого теплообменника и пластинчатый теплообменник, снабженный указанной теплообменной пластиной. Теплообменная пластина содержит: отверстие (11), применяемое для образования торцевого отверстия; множество выступов (12), расположенных вокруг по меньшей мере части отверстия (11) вдоль круговой линии вокруг отверстия (11), причем множество выступов (12) проходят в направлении одной стороны плоскости (15) пластины; промежуточные части (16), расположенные между по меньшей мере двумя смежными выступами (12), причем промежуточные части (16) расположены на одной стороне плоскости (15) пластины и на заданном расстоянии от плоскости (15) пластины. Расстояние от верхних частей выступов (12) до плоскости пластины больше расстояния от самых нижних точек промежуточных частей (16) до плоскости пластины. Теплообменная пластина и пластинчатый теплообменник согласно настоящему изобретению снабжены относительно небольшим торцевым отверстием и могут обеспечивать лучшее распределение текучей среды между теплообменными каналами для текучей среды даже в случае применения углекислого газа в качестве хладагента. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 16 ил.