Труба теплообменника

Авторы патента:

F28D7/10 - с трубами, расположенными одна внутри другой, например концентрично

Владельцы патента RU 2537996:

Открытое акционерное общество "АКМЭ-инжиниринг" (RU)

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в теплообменниках ядерных энергетических установок с трубами Фильда в составе паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе (ЖМТ) в режиме переменных нагрузок. Труба теплообменника, содержащая внутреннюю и наружную теплообменные трубы, наружная теплообменная труба выполнена в два слоя, каждый из которых заглушен донышком, жестко соединенным с соответствующим слоем, причем внутренняя часть донышка соединена с внутренним слоем наружной трубы посредством пайки. Технический результат - упрощение технологии изготовления. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначен для использования в качестве модуля теплообменника ядерных энергетических установок с трубами Фильда в составе паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе (ЖМТ) в режиме переменных нагрузок.

Известен теплообменный элемент типа "труба в трубе" с переходником для сред, причем переходник выполнен в виде фасонной пробки, образующей с наружной трубой переточные окна для среды, протекающей в кольцевом пространстве между трубами, и имеющей осевой и радиальные каналы, подключенные к внутренней трубе и выведенные за пределы наружной трубы (см. авт.св. СССР № 399708, МПК F28D 7/10. 1973 г.).

Недостатком данной конструкции является выполнение наружной трубы однослойной, что затрудняет выполнение требований к устройствам, работающим в среде ЖМТ с наружной стороны трубы и с водой с внутренней стороны.

Известна труба теплообменника, содержащая внутреннюю опускную трубу и наружную теплообменную трубу, снабженную донышком (см. патент на полезную модель РФ №52627, МПК F28C 1/00 (2006.01), 2006 г.).

Данному устройству присущ тот же недостаток, что и описанному выше.

Известен теплообменник, содержащий соосно установленные одна в другой с кольцевым зазором наружную, среднюю, внутреннюю трубы, верхний и нижний переходники с переточными окнами. Окна верхнего переходника сообщены с кольцевым зазором между средней и внутренней трубами, а через окна нижнего переходника кольцевой зазор между наружной и средней трубами сообщен с внутренней трубой (см. патент РФ №2382970, МПК F28D 7/10 (2006.01), 2010 г.)

Недостатком данного устройства является сложность конструкции. Причем, судя по описанию, наличие средней трубы не направлено на решение задачи по разграничению контакта наружной трубы с разными средами.

Все описанные конструкции не решают вопроса долговечности работы теплообменника, выполненного по типу трубки Фильда, наружная труба которого контактирует с наружной стороны с ЖМТ, а с внутренней с водой. Каждая из сред предполагает особые требования к материалу, с которым вступает в контакт.

Известна труба Фильда, которая содержит внутреннюю и наружную теплообменные трубы, причем наружная теплообменная труба выполнена из двух слоев («Теплообменные аппараты ядерных энергетических установок» П.А. Андреев, Д.И. Гремилов, Е.Д. Федорович. // «Судостроение», Ленинград, 1969 г., стр.117, 119. Рис.102).

Недостатком этой конструкции является то, что наружная теплообменная труба, состоящая из двух слоев, глушится при помощи двух донышек. Донышки соединяются с каждым слоем наружной теплообменной трубы при помощи сварки, а всякое сварное соединение, как показывает практика, является элементом, снижающим надежность конструкции.

Известна труба теплообменника, содержащая внутреннюю и наружную теплообменные трубы, причем наружная теплообменная труба выполнена в два слоя, каждый из которых заглушен донышком. Донышко наружного слоя наружной теплообменной трубы снабжено выступом, на наружной стороне которого и на внутренней стороне внутреннего слоя наружной теплообменной трубы выполнена резьба. Уплотнение резьбового соединения и защита донышка с выступом от воздействия теплоносителя второго контура выполнены при помощи расплавленного металла (см. патент РФ на полезную модель №47503, МПК ⁷ F28D 1/00, 2005 г.).

Недостатком данного решения является повышенная металлоемкость и трудоемкость изготовления трубы теплообменника.

Задача, решаемая изобретением, - упростить технологию изготовления при сохранении высокого качества изделия и сокращении трудоемкости процесса.

Поставленная задача решается за счет того, что в известной трубе теплообменника, содержащей внутреннюю и наружную теплообменные трубы, наружная теплообменная труба выполнена в два слоя, каждый из которых заглушен донышком, жестко соединенным с соответствующим слоем, в соответствии с изобретением внутренняя часть донышка соединена с внутренним слоем наружной трубы посредством пайки.

Внутренняя часть донышка выполнена в виде тонкостенного цилиндра со скругленным дном.

Внутренняя часть донышка выполнена удлиненной, так что открытый торец внутренней теплообменной трубы расположен внутри внутренней части донышка.

Расстояние между открытым торцом внутренней теплообменной трубы и скругленным дном внутренней части донышка выбирается в интервале от 10 до 40 мм.

Внешняя часть донышка открытым торцом контактирует с двумя слоями наружной теплообменной трубы и соединена с внешним слоем посредством сварки.

Труба теплообменника снабжена радиальными ребрами, расположенными в верхней части между внутренней и наружной теплообменными трубами.

Технический результат от использования всех существенных признаков изобретения заключается в упрощении технологии изготовления устройства при сохранении высокого качества изделия и сокращении трудоемкости процесса.

Предлагаемая конструкция трубы теплообменника с донышком, состоящим из двух частей, обеспечивает возможность паянного соединения внутренней части донышка с внутренним слоем биметаллической наружной трубы, что существенно упрощает процесс изготовления наружной трубы теплообменника, выполненного по типу трубы Фильда, а также позволяет реализовать одновременный процесс соединения внутренней части донышка с внутренним слоем биметаллической трубы для значительного числа наружных труб теплообменника (от единиц до нескольких сотен) без значительного увеличения затрат.

При этом пайкой обеспечивается надежное герметичное работоспособное соединение, теплообменные характеристики и стойкость наружной трубы теплообменника (включая донышко) в ТЖМТ и воде не изменяются по сравнению со сварным соединением.

Фиг.1 - продольный разрез трубы теплообменника.

Фиг.2 - вид сверху фиг.1.

Труба теплообменника, выполненного по типу трубы Фильда, содержит внутреннюю теплообменную трубу 1 и наружную теплообменную трубу 2 (см. фиг.1). Наружная теплообменная труба 2 выполнена биметаллической, состоящей из внешнего 3 и внутреннего 4 слоев, каждый из которых заглушен с одного конца донышком. Таким образом, донышко наружной трубы состоит из внутренней части 5 и внешней части 6 (см. фиг.1).

Внутренняя часть 5 донышка выполнена в виде тонкостенного цилиндра со скругленным дном 7. Внутренняя часть 5 донышка соединена со стороны своего открытого торца 8 с внутренним слоем 4 наружной теплообменной трубы 2 посредством пайки. Внутренняя часть 5 донышка выполнена удлиненной, так что нижний открытый торец 9 внутренней теплообменной трубы 1 расположен внутри внутренней части 5 донышка. Оптимальное расстояние между открытым торцом 9 внутренней теплообменной трубы 1 и скругленным дном 7 внутренней части 5 донышка определяется на основе экспериментов, исходя из требования полного удаления отложений с поверхности донышка и составляет от 10 до 40 мм.

Изменение расстояния от нижнего открытого торца внутренней теплообменной трубы 1 до скругленного дна 7 внутренней части 5 донышка в диапазоне от 10 до 40 мм не влияет на гидравлическое сопротивление модели.

Результаты экспериментов по исследованию процесса вымывания частиц накипи и кварцевого песка от 0,5 до 1,5 мм из внутренней части 5 донышка показали, что даже при максимальном расстоянии 40 мм от нижнего открытого торца 9 внутренней трубки 1 до внутренней части 5 донышка полный унос отложений с поверхности донышка происходит при расходе через модель, равном 0,16 м³/ч, то есть при расходе, много меньшем натурного (0,98 м³/ч). При уменьшении расстояния от внутренней трубки до донышка удаление отложений с поверхности донышка будет еще более быстрым.

Внешняя часть 6 донышка своим открытым торцом 10 контактирует с двумя слоями наружной теплообменной трубы 2, внешним 3 и внутренним 4, и соединена с внешним 3 слоем посредством сварки.

Труба теплообменника снабжена радиальными ребрами 11, расположенными в верхней части между внутренней и наружной теплообменными трубами (см. фиг.2).

Труба теплообменника может быть изготовлена следующим образом:

Наружная труба 2 теплообменника выполнена биметаллической (внешний слой металла биметаллической трубки стоек в среде ТЖМТ, например, сталь ЭП302, внутренний - в воде, например сталь ЧС33) и заглушена донышком. Донышко выполнено составным из двух частей, при этом внешняя часть 6 (стойкая в среде ТЖМТ) соединена с внешним 3 слоем биметаллической наружной теплообменной трубы 2. В качестве соединения внешней 6 части донышка с внешним 3 слоем металла биметаллической трубки использована сварка. Внутренняя часть 5 донышка (стойкая в воде) соединена с внутренним 4 слоем наружной биметаллической теплообменной трубы 2.

В предлагаемой конструкции донышка использовано высокотемпературное паянное соединение внутренней части 5 донышка с внутренним 4 слоем наружной теплообменной биметаллической трубы 2 (толщина слоя припоя - около 0,25-0,5 мм). При этом пайкой обеспечивается надежное герметичное работоспособное соединение, теплообменные характеристики и стойкость наружной трубы теплообменника (включая донышко) в ТЖМТ и воде заметно не изменяются по сравнению со сварным соединением.

Труба теплообменника работает следующим образом.

Труба теплообменника с наружной стороны омывается жидкометаллическим теплоносителем, с внутренней стороны через канал 12 внутренней теплообменной трубы 1 поступает нагреваемая жидкость - вода. Движение потока воды в объеме внутренней части 5 донышка канала Фильда имеет сложный характер. Струя воды, выходящая из канала 12 внутренней теплообменной трубы 1, направлена вниз. Затем в тесном объеме внутренней части 5 донышка, она поворачивает на угол 180° и после этого поступает на вход кольцевого зазора 13 между внутренней 1 и наружной 2 теплообменными трубами, омывая внутренний слой 4 наружной трубы. За счет выполнения наружной теплообменной трубы 2 биметаллической, из двух слоев, обеспечивается контакт каждой среды с материалом, наиболее отвечающим требованиям по надежности и стойкости к воздействию данной среды. Материал внутренней 5 и наружной 6 частей донышка соответствует материалу соответствующего слоя биметаллической наружной теплообменной трубы 2.

Заявляемое устройство может быть изготовлено с использованием известных материалов и технологий на известном оборудовании.

1. Труба теплообменника, содержащая внутреннюю и наружную теплообменные трубы, наружная теплообменная труба выполнена в два слоя, каждый из которых заглушен донышком, жестко соединенным с соответствующим слоем, отличающаяся тем, что внутренняя часть донышка соединена с внутренним слоем наружной трубы посредством пайки.

2. Труба теплообменника по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя часть донышка выполнена в виде тонкостенного цилиндра со скругленным дном.

3. Труба теплообменника по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя часть донышка выполнена удлиненной, так что открытый конец внутренней теплообменной трубы расположен внутри внутренней части донышка.

4. Труба теплообменника по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между открытым торцом внутренней теплообменной трубы и скругленным дном внутренней части донышка выбирается в интервале от 10 до 40 мм.

5. Труба теплообменника по п.1, отличающаяся тем, что внешняя часть донышка открытым торцом контактирует с двумя слоями наружной теплообменной трубы и соединена с внешним слоем посредством сварки.

6. Труба теплообменника по п.1, отличающаяся тем, что снабжена радиальными ребрами, расположенными в верхней части между внутренней и наружной теплообменными трубами.

Изобретение относится к теплообменному устройству для сушки, нагревания или охлаждения порошкового и гранулярного материалов и к способу производства теплообменного устройства.

Теплообменный аппарат // 2498183

Изобретение относится к энергетике. Теплообменный аппарат содержит теплообменник с корпусом и цилиндрической оболочкой, образующими каналы, входной и выходной коллекторы, дополнительный теплообменник, расположенный последовательно с первым, содержащий входной и выходной коллекторы.

Теплообменный аппарат // 2486425

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано при проектировании теплообменных аппаратов в любой области машиностроения. .

Устройство теплообменной трубы с внутренним оребрением // 2479814

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при производстве оребренных труб для теплообменных аппаратов. .

Вихревой теплообменный элемент // 2456522

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках, применяемых в различных отраслях техники. .

Переходник // 2410621

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в переходниках теплообменного элемента типа «труба в трубе» при смене гидравлической схемы движения теплообменивающихся жидкостей в теплообменнике ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.

Переходник // 2410620

Способ изготовления тракта охлаждения теплонапряженных конструкций // 2404395

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно - к охлаждаемым конструкциям теплообменных аппаратов с большими удельными тепловыми потоками. .

Способ нагрева и/или испарения органической среды и теплообменный блок для извлечения теплоты от потока горячего газа // 2403522

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным блокам для извлечения теплоты от потока горячего газа. .

Переходник // 2396499

Изобретение относится к теплообменным устройствам и может быть использовано в качестве переходника теплообменного элемента типа «труба в трубе» при смене гидравлической схемы движения теплообменивающихся жидкостей в теплообменнике ядерной энергетической установки, работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.

Прямоточный теплообменный аппарат семенихина // 2546904

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в устройствах для осуществления взаимодействия двух теплоносителей без их непосредственного контакта, в частности в парогенераторах. Прямоточный теплообменный аппарат содержит корпус и концентрические трубные каналы, образованные цилиндром, изготовленным из прямых теплообменных элементов типа "труба в трубе", причем между наружной поверхностью и корпусом созданного цилиндра существует зазор, образующий канал греющей среды, соединенный последовательно с внутренней полостью цилиндра и с внутренним каналом элементов "труба в трубе", образующих цилиндр. Рабочая среда движется по кольцевому каналу элемента "труба в трубе". Технический результат: повышение объемной энергонапряженности теплообменника и упрощение его конструкции. 3 ил.

Горизонтальный газоохладитель-влагоотделитель // 2548290

Изобретение относится к области машиностроения, теплотехники, холодильной промышленности и компрессоростроения и может быть использовано в производстве бытовых, промышленных холодильников, конденсаторов, теплообменников и компрессоров. Изобретение состоит в том, что горизонтальный газоохладитель содержит трубы, заключенные в цилиндрические кожухи. При этом цилиндрические кожухи закреплены герметичными трубными решетками и охватываются с двух сторон обечайками, которые с двух противоположных сторон присоединены к тройнику. При этом с третьей стороны к тройнику присоединена емкость сбора конденсата, которая размещена внизу газоохладителя, а сам тройник снабжен патрубком выхода газа. Технический результат - обеспечение снижения содержания влаги в газе на выходе из газоохладителя. 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Теплообменник // 2548332

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коаксиально-вихревых теплообменниках различного назначения. В теплообменнике, содержащем коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры, гофры выполнены трапецеидальной формы, а в местах пересечения противоположно направленных спиральных гофр выполнены полусферические (чашеобразные) лунки, причем, по меньшей мере, две смежные в радиальном направлении трубы установлены таким образом, что их спиральные гофры образуют между собой замкнутые спиральные пересекающиеся каналы, имеющие в сечении форму неправильного шестигранника. Технический результат - увеличение мощности теплообменника за счет увеличения поверхности теплообмена при снижении габаритов теплообменника и повышения интенсивности теплообмена. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Теплообменник // 2569990

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов. Теплообменник содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для рабочего тела, подводящего и отводящего коллекторов с патрубками, теплообменные элементы, выполненные в виде двухслойных цилиндрических оболочек, соединенные между собой и корпусом при помощи пилонов, установленных на концах теплообменных элементов, при этом в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода рабочего тела, в варианте исполнения на наружной поверхности теплообменных элементов выполнены ребра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых и гидратных отложений в нефтяных скважинах // 2594910

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для нагревания высоковязкой и парафинистой нефти непосредственно в скважине. Устройство для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых и гидратных отложений в нефтяных скважинах содержит теплогенератор, соединенный с помощью всасывающего и напорного трубопровода циркуляционного насоса со скважинным подогревателем, который является составной частью насосно-компрессорной трубы. При этом подогреватель представляет собой корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для греющего теплоносителя, подводящего и отводящего коллектора с патрубками, во внутренней полости которого установлен дополнительный теплообменный элемент. Дополнительный теплообменный элемент выполнен в виде двух цилиндрических оболочек, установленных коаксиально и соединенных между собой. При этом на концах дополнительного теплообменного элемента расположены пилоны, в которых выполнены каналы для подвода и отвода греющего теплоносителя. Техническим результатом является повышение эффективности добычи высоковязкой и парафинистой нефти. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Скважинный подогреватель // 2594911

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для нагревания высоковязкой и парафинистой нефти непосредственно в скважине. Скважинный подогреватель содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для греющего теплоносителя, подводящего и отводящего коллектора с патрубками. Кроме того, нагреватель содержит дополнительный теплообменный элемент, выполненный в виде двух цилиндрических оболочек, установленных коаксиально и соединенных между собой. При этом дополнительный теплообменный элемент установлен в корпусе на пилонах, расположенных на концах дополнительного теплообменного элемента. Причем в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода греющего теплоносителя. Техническим результатом является повышение эффективности добычи высоковязкой и парафинистой нефти. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Система подогрева агрегатов механической трансмиссии транспортного средства // 2595205

Изобретение относится к устройству для тепловой подготовки и поддержания теплового режима коробки перемены передач (КПП) и редукторов ведущих мостов. Система подогрева включает теплоизолированный глушитель-рекуператор, выполненный в виде теплообменника типа «труба в трубе». на внутренней трубе глушителя-рекуператора имеются отверстия для прохождения отработавших газов с внешней стороны вовнутрь трубы. В глушителе-рекуператоре также установлены трубки теплопередачи, закрепленные между собой торцевыми фланцами при помощи сварного соединения так, что образованные полости между фланцами обоих сторон глушителя-рекуператора соединяют между собой внутренние полости трубок теплопередачи, теплообменники КПП и ведущих мостов, соединенных параллельно. Теплообменник КПП установлен на внутренней стороне стенки КПП, и его форма аналогична форме стенки, а теплообменники ведущих мостов установлены на наружной части картеров главных передач и выполнены аналогично их форме. Достигается повышение эффективности тепловой подготовки и поддержание теплового режима агрегатов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Вихревой теплообменный элемент // 2615878

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках, применяемых в различных областях техники. Вихревой теплообменный элемент содержит соосно расположенные одна в другой теплообменные цилиндрические трубы большего диаметра и внутреннюю трубу с цилиндрическими поверхностями, при этом труба большего диаметра разделена на участки, внутри каждой из труб установлены, по крайней мере, два завихрителя одинакового или разного типов, при этом каждый завихритель выполнен в виде суживающегося сопла, а внутренняя поверхность его покрыта нанообразной стеклоподобной пленкой из оксида тантала. Технический результат – устранение налипания загрязнений на внутренней поверхности завихрителей. 4 ил.

Матрица пластинчатого теплообменника // 2620886

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании и модернизации пластинчатых теплообменников. Матрица пластинчатого теплообменника цилиндрической формы представляет собой систему продольных концентрических кольцевых каналов прямоугольного сечения, образованных чередующимися в радиальном направлении гладкими и расположенными между ними с плотным термическим контактом дистанционирующими пластинами-турбулизаторами с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами с шахматной схемой расположения. При этом один из теплоносителей проходит в осевом направлении в открытых с торцевых сторон матрицы каналах, другой теплоноситель проходит в окружном направлении в замкнутых кольцевых однотипных каналах. В этих условиях обеспечивается надлежащая жесткость матрицы, а также повышение тепловой эффективности поверхности и улучшение массогабаритных показателей теплообменника. 5 ил.

Теплообменный аппарат // 2621194

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным аппаратам. Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса. Технический результат – интенсификация теплообмена. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.