Трубчатый теплообменник

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в области турбиностроения, а также в энергетике и двигателестроении для использования в составе осесимметричных конструкций, таких как авиационные газотурбинные двигатели и энергоустановки. В трубчатом теплообменнике матрица теплообменника без сварных или паяных соединений выполнена монолитной и представляет собой осесимметричную конструкцию из трубок, уложенных слоями в плоскостях, перпендикулярных оси матрицы, причем трубки, расположенные в соседних слоях, перекрещиваются, а концы трубок соединены с осевыми каналами, параллельными оси матрицы. Технический результат - повышение технологичности, надежности и эффективности теплообменника. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в области турбиностроения, а также в энергетике и двигателестроении для использования в составе осесимметричных конструкций, таких как авиационные газотурбинные двигатели и энергоустановки.

Известен кожухотрубный теплообменник (RU №2395774), содержащий кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы трапециевидной формы, коллекторы для подвода и отвода внутритрубной среды, патрубки и коллекторы для подвода и отвода межтрубной среды. Трубы закреплены в трубных решетках, например, сваркой.

Такая конструкция не обладает достаточной надежностью, поскольку трубы закреплены в трубных решетках, например, сваркой. Это неизбежно приводит к снижению прочности материалов самих труб и трубных решеток в зоне соединений, что, в свою очередь, приводит к снижению надежности теплообменника. Кроме того формирование трапециевидного сечения профиля трубы приводит к малому радиусу сопряжений поверхностей, образующих профиль трубы, а это - концентраторы напряжений, которые также снижают надежность.

Известен вертикальный кожухотрубный испаритель с перегревателем (RU №2451888), содержащий пучок внутренних теплообменных труб и установленных соосно с кольцевым сквозным зазором внешних труб, размещенный в цилиндрическом корпусе, имеющем нижний патрубок ввода теплоносителя и верхний патрубок вывода последнего, а также верхнюю и нижнюю решетки для крепления концов внутренних труб и решетку для крепления внешних труб, при этом цилиндрический корпус имеет крышку и днище с патрубками для подвода и отвода охлаждаемого теплоносителя.

Конструкция такого теплообменника обладает следующими недостатками: использование установленных соосно с кольцевым сквозным зазором внешних и внутренних труб не обеспечивает достаточно высокой надежности, поскольку требует обеспечения определенной величины этого зазора, а технология изготовления такого теплообменника вызывает сложности в плане обеспечения герметичности большого количества соединений труб с решетками.

Известен принятый за прототип теплообменник (RU №2152574), содержащий расположенный в кожухе пучок параллельных пространственно-спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, витки змеевиков которых заведены между витками смежных змеевиков.

К недостаткам этого теплообменника следует отнести необходимость соединения змеевиков с трубными решетками. Это неизбежно приводит к формированию концентраторов напряжений в этих местах, что снижает надежность конструкции, а наличие самих соединений определяет возможность негерметичности в них, что также снижает надежность теплообменника. Кроме того, необходимость обеспечения герметичности в этих соединениях при изготовлении существенно усложняет технологию изготовления этого теплообменника.

Технический результат, направленный на повышение технологичности, надежности и эффективности теплообменника, достигается за счет того, что предлагается трубчатый теплообменник, отличающийся тем, что матрица теплообменника без сварных или паяных соединений выполнена монолитной и представляет собой осесимметричную конструкцию из трубок, уложенных слоями в плоскостях, перпендикулярных оси матрицы, причем трубки, расположенные в соседних слоях перекрещиваются, а концы трубок соединены с осевыми каналами, параллельными оси матрицы.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

Фиг. 1 - общий вид матрицы трубчатого теплообменника,

Фиг. 2 - схема движения теплоносителей в матрице теплообменника,

где

1 - трубки матрицы теплообменника для теплоносителя;

2 - осевые каналы для входа или выхода теплоносителя;

3 - ось матрицы теплообменника.

Конструкция матрицы теплообменника представляет собой осесимметричную пространственную матрицу из трубок 1, уложенных слоями в плоскостях, перпендикулярных оси матрицы, причем трубки 1, расположенные в соседних слоях, перекрещиваются. В конструкцию матрицы теплообменника включены каналы 2, параллельные оси матрицы, для подвода и отвода теплоносителя, который проходит по трубкам 1 матрицы теплообменника. Каналы 2 расположены по периферии (на большом радиусе) матрицы теплообменника и на малом радиусе (в прикорневой зоне) матрицы. Концы трубок 1 соединены (сообщаются) с осевыми каналами 2, параллельными оси матрицы.

Теплоноситель №1 через осевые каналы 2 (например, расположенные в зоне большого (периферийного) радиуса осесимметричной матрицы теплообменника) направляется по трубкам матрицы теплообменника 1. Теплоноситель №1 проходит по трубкам 2 и выходит через осевые каналы 2 (например, расположенные в зоне малого (прикорневого) радиуса осесимметричной матрицы теплообменника). Теплоноситель №2 направляется в радиальном направлении от корня к периферии (или от периферии к корню) вокруг трубок 1 через вихревую матрицу, образованную этими трубками. Теплоноситель №2 обтекает трубки 1 снаружи, не смешиваясь с Теплоносителем №1, который движется внутри этих трубок. При этом происходит теплообмен между Теплоносителями №1 и №2 через стенки трубок 1 и стенки осевых каналов 2. Таким образом, реализуется общая перекрестно-противоточная схема теплообмена.

Исключение из конструкции матрицы теплообменника элементов, необходимых для сварных или паяных соединений (отбортовки, разделки и т.п.), которые занимают значительную часть объема матрицы, позволяет избавиться от концентраторов напряжений, неизбежно появляющихся при использовании сварных или паяных соединений и более полно использовать объем. В освободившемся объеме размещены дополнительные поверхности теплообмена. Это повышает эффективность теплообменника в ограниченных габаритах.

Формирование монолитной матрицы теплообменника и исключение соединений элементов матрицы обеспечивает герметичность и также повышает надежность теплообменника.

Исполнение матрицы теплообменника в виде трубок, уложенных слоями в плоскостях, перпендикулярных оси матрицы, позволяет создать пространственную податливую конструкцию, которая, во-первых, способна компенсировать тепловые перемещения элементов из-за разницы температур, что, в свою очередь, позволяет существенно снизить тепловые напряжения и повысить за счет этого надежность теплообменника. Во-вторых, поскольку трубки, расположенные в соседних слоях, перекрещиваются, формируется вихревая матрица, которая позволяет интенсифицировать теплообмен, что повышает эффективность теплообменника. Кроме того, формирование монолитной матрицы (с использованием, например, процесса выборочной лазерной наплавки) позволяет изготовить трубки с интенсификаторами теплообмена, что также повышает эффективность теплообменника.

Использование одного технологического процесса (например, выборочной лазерной наплавки) взамен нескольких технологических процессов (в том числе исключения таких технологических процессов, как сварка и пайка), каждый из которых требует специального оборудования, отдельных производственных участков, производственных площадей, специально обученного персонала, существенно повышает технологичность предлагаемого теплообменника.

1. Трубчатый теплообменник, содержащий корпус, устройства для подвода и отвода теплоносителей и матрицу теплообменника, отличающийся тем, что матрица теплообменника без сварных или паяных соединений выполнена монолитной и представляет собой осесимметричную конструкцию из трубок, уложенных слоями в плоскостях, перпендикулярных оси матрицы, причем трубки, расположенные в соседних слоях, перекрещиваются, а концы трубок соединены с осевыми каналами, параллельными оси матрицы.

2. Трубчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что трубки выполнены с интенсификаторами теплообмена.



 

Похожие патенты:

Техническое решение относится к области теплотехники, а именно к аппаратам, преимущественно большого диаметра и/или большой единичной мощности для осуществления теплообмена жидких и газообразных сред, и может быть использовано в технологических процессах в различных областях народного хозяйства, в том числе нефтеперерабатывающей и нефтехимической.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Предложен кожухотрубчатый теплообменный аппарат с трубным пучком, размещенным в кожухе, в котором в зазоре между трубным пучком и кожухом аппарата расположен наполнитель, выполненный из чередующихся слоев объемной сетки и малопроницаемого материала или из нескольких слоев гофрированного листового материала.

Теплообменный аппарат, изготовленный с использованием аддитивных технологий (3D печати), содержит корпус, патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред, теплопередающий блок с продольно ориентированными и имеющими общие стенки каналами, причем на каждом конце теплопередающего блока каналы одной среды выступают относительно торцов каналов другой среды, при этом концы выступающих каналов являются частями трубных решеток, которые вместе со смежными им торцами каналов образуют полости.

Теплообменный аппарат, изготовленный с использованием аддитивных технологий (3D печати), содержит корпус, патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред, теплопередающий блок с продольно ориентированными и имеющими общие стенки каналами, причем на каждом конце теплопередающего блока каналы одной среды выступают относительно торцов каналов другой среды, при этом концы выступающих каналов являются частями трубных решеток, которые вместе со смежными им торцами каналов образуют полости.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в кожухотрубных теплообменных аппаратах для регенерации тепла. В кожухотрубном теплообменнике, в котором в пространстве кожуха расположен пакет труб из нескольких труб с, по меньшей мере, одной трубной решёткой, который вовне ограничивается поверхностью кожуха и имеет проходящую по центру в пространстве кожуха продольную ось, причём расположение труб в пакете труб определяет трубный отражатель, который имеет свободный от труб внутренний канал вокруг продольной оси и свободный от труб внешний канал между внешней кромкой пакета труб и поверхностью кожуха, трубный отражатель между внутренним и внешним каналами имеет, по меньшей мере, одну соединительную зону, через которую в процессе эксплуатации кожухотрубного теплообменника текучая среда входит в пространство кожуха и/или выходит из пространства кожуха.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках. Кожухотрубный теплообменник (1) содержит кожух, в пространстве (3) которого расположен пакет (2) труб из нескольких труб (20, 22, 27) с по меньшей мере одной трубной решёткой (25, 26), причём кожухотрубный теплообменник (1) вовне ограничивается поверхностью (31) кожуха и имеет проходящую по центру в пространстве кожуха продольную ось (33), вокруг которой образован свободный от труб внутренний канал (21), и причём с внутренней стороны смежно поверхности (31) кожуха образован свободный от труб внешний канал (23), причём пакет (2) труб между внутренним каналом (21) и внешним каналом (23) включает в себя по меньшей мере два компонента (50, 51, 52, 53, 54) пакета труб, которые отличаются по количеству труб на поверхности, и/или по внешнему диаметру труб, и/или по зазору между трубами, при этом компоненты пакета труб имеют поперечное сечение в форме круглого кольца и в пространстве кожуха в направлении перпендикулярно продольной оси расположены последовательно, причем по меньшей мере два компонента (50, 51, 52, 53, 54) пакета труб соединены друг с другом с возможностью разъёма.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках. Кожухотрубный теплообменник (1) содержит кожух, в пространстве (3) которого расположен пакет (2) труб из нескольких труб (20, 22, 27) с по меньшей мере одной трубной решёткой (25, 26), причём кожухотрубный теплообменник (1) вовне ограничивается поверхностью (31) кожуха и имеет проходящую по центру в пространстве кожуха продольную ось (33), вокруг которой образован свободный от труб внутренний канал (21), и причём с внутренней стороны смежно поверхности (31) кожуха образован свободный от труб внешний канал (23), причём пакет (2) труб между внутренним каналом (21) и внешним каналом (23) включает в себя по меньшей мере два компонента (50, 51, 52, 53, 54) пакета труб, которые отличаются по количеству труб на поверхности, и/или по внешнему диаметру труб, и/или по зазору между трубами, при этом компоненты пакета труб имеют поперечное сечение в форме круглого кольца и в пространстве кожуха в направлении перпендикулярно продольной оси расположены последовательно, причем по меньшей мере два компонента (50, 51, 52, 53, 54) пакета труб соединены друг с другом с возможностью разъёма.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для изготовления теплообменников, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания транспортных средств.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов. Теплообменник содержит корпус, в котором выполнены цилиндрические каналы одного из теплоносителей, расположенные по вершинам и сторонам правильных шестиугольников, при этом каждый канал другого теплоносителя образован тремя поверхностями, эквидистантными внутренним поверхностям соседних цилиндрических каналов, внутренние днища, закрепленные на торцах корпуса и на наружных поверхностях которых установлены коллекторы, наружные днища, закрепленные на торцах внутренних днищ, причем полости одного из теплоносителей, образованные наружными и внутренними днищами, соединены с цилиндрическими каналами с помощью трубок.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов. Теплообменник содержит корпус, в котором выполнены цилиндрические каналы одного из теплоносителей, расположенные по вершинам и сторонам правильных шестиугольников, при этом каждый канал другого теплоносителя образован тремя поверхностями, эквидистантными внутренним поверхностям соседних цилиндрических каналов, внутренние днища, закрепленные на торцах корпуса и на наружных поверхностях которых установлены коллекторы, наружные днища, закрепленные на торцах внутренних днищ, причем полости одного из теплоносителей, образованные наружными и внутренними днищами, соединены с цилиндрическими каналами с помощью трубок.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в рекуперативных теплообменных аппаратах. В противоточном рекуператоре для высокоэффективного теплообмена, состоящем из внутренней(-их) и внешней труб произвольной формы сечения, находящихся одна(-и) в другой, а также подводящих и отводящих коллекторов к ним для горячего и холодного теплоносителей, трубы состоят из теплопроводящих трубных отрезков и расположенных между ними теплоизолирующих прокладок, препятствующих распространению тепла вдоль труб, причем его внешняя труба либо дополнительно теплоизолирована снаружи, либо полностью выполнена из теплоизолирующего материала.

Способ определения жесткости теплообменника (1) с пучком труб, который включает трубу-сердечник (2) и змеевиковые трубы (3), навитые вокруг трубы-сердечника (2) с образованием пучка труб, причем змеевиковые трубы (3) навиты в несколько слоев (5, 6) змеевика и при соответствующем угле (α) навивки слоя вокруг трубы-сердечника (2), включающий следующие стадии: определение геометрического параметра прочности соответствующего слоя (5) змеевика, где геометрический параметр прочности включает отношение площади (Аr) поперечного сечения змеевиковой трубы к площади (Ар) поперечного сечения ячейки, где площадь (Ар) поперечного сечения ячейки получена из осевого расстояния (Т) змеевиковых труб (3) и внешнего диаметра (da) змеевиковых труб (3); корректировка отношения площадей с помощью поправочного коэффициента с целью учета ориентации змеевиковых труб (3) соответствующего слоя змеевика относительно силы тяжести (Fg), действующей на змеевиковые трубы; и определение жесткости соответствующего слоя (5) змеевика в зависимости от скорректированного отношения площадей и модуля упругости материала змеевиковой трубы.

Изобретение относится к области теплообменного оборудования, используемого в различных отраслях промышленности, в частности к змеевиковым теплообменникам, которые могут быть применены в системах аварийного расхолаживания ядерных энергетических установок.

Описан теплообменник, содержащий сосуд для холодильного агента, при этом указанный сосуд имеет камеру, ограниченную поверхностью стенок сосуда, а также содержит впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанную внутреннюю камеру и из нее.

Теплообменный аппарат, изготовленный с использованием аддитивных технологий (3D печати), содержит корпус, патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред, теплопередающий блок с продольно ориентированными и имеющими общие стенки каналами, причем на каждом конце теплопередающего блока каналы одной среды выступают относительно торцов каналов другой среды, при этом концы выступающих каналов являются частями трубных решеток, которые вместе со смежными им торцами каналов образуют полости.

Раскрыт сосуд для размещения холодильного агента, содержащий внутреннюю стенку и внешнюю стенку, выполненные концентрическими и образующие внутреннее пространство, ограниченное внутренней стенкой и внешней стенкой; впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанное внутреннее пространство и из него; трубку в указанном внутреннем пространстве, совершающую витки вокруг внутренней стенки; впускную трубку, соединенную с возможностью перетекания жидкости с указанным внутренним пространством и выполненную с возможностью протекания холодильного агента через указанную впускную трубку во внутреннее пространство; выпускную трубку, соединенную с возможностью перетекания жидкости с указанным внутренним пространством и выполненную с возможностью протекания холодильного агента из внутреннего пространства в указанную выпускную трубку; компрессор (527), смонтированный для получения холодильного агента из указанной выпускной трубки и сжатия холодильного агента; и конденсатор (523), смонтированный для получения сжатого холодильного агента из указанного компрессора для конденсирования холодильного агента и направления указанного сжатого холодильного агента в указанную впускную трубку.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках. Кожухотрубный теплообменник (1) содержит кожух, в пространстве (3) которого расположен пакет (2) труб из нескольких труб (20, 22, 27) с по меньшей мере одной трубной решёткой (25, 26), причём кожухотрубный теплообменник (1) вовне ограничивается поверхностью (31) кожуха и имеет проходящую по центру в пространстве кожуха продольную ось (33), вокруг которой образован свободный от труб внутренний канал (21), и причём с внутренней стороны смежно поверхности (31) кожуха образован свободный от труб внешний канал (23), причём пакет (2) труб между внутренним каналом (21) и внешним каналом (23) включает в себя по меньшей мере два компонента (50, 51, 52, 53, 54) пакета труб, которые отличаются по количеству труб на поверхности, и/или по внешнему диаметру труб, и/или по зазору между трубами, при этом компоненты пакета труб имеют поперечное сечение в форме круглого кольца и в пространстве кожуха в направлении перпендикулярно продольной оси расположены последовательно, причем по меньшей мере два компонента (50, 51, 52, 53, 54) пакета труб соединены друг с другом с возможностью разъёма.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменниках отопительных котлов. Изобретение заключается в выполнении элемента (24) для сужения поперечного сечения в виде трубчатой вставки, выполненной по типу сопла, которая вдвинута в наружную трубу (10) в ее втором продольном участке (23).

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в конструкциях емкостных рекуперативных теплообменных аппаратов поверхностного типа – преимущественно водоводяных подогревателей в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Холодильная установка содержит компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль и теплообменник. Последний содержит сосуд для холодильного агента, содержащий внутреннее пространство, ограниченное замкнутой поверхностью стенок сосуда, а также содержащий впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента во внутреннее пространство и наружу через стенку сосуда.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в области турбиностроения, а также в энергетике и двигателестроении для использования в составе осесимметричных конструкций, таких как авиационные газотурбинные двигатели и энергоустановки. В трубчатом теплообменнике матрица теплообменника без сварных или паяных соединений выполнена монолитной и представляет собой осесимметричную конструкцию из трубок, уложенных слоями в плоскостях, перпендикулярных оси матрицы, причем трубки, расположенные в соседних слоях, перекрещиваются, а концы трубок соединены с осевыми каналами, параллельными оси матрицы. Технический результат - повышение технологичности, надежности и эффективности теплообменника. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх