ПЛАСТИНА ТЕПЛООБМЕННИКА СВАРНОГО ПЛАСТИНЧАТОГО

Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к теплотехнике и может быть применена в качестве элемента теплообменника сварного пластинчатого с цилиндрическим корпусом, используемого на промышленных объектах для подогрева или охлаждения жидких и(или) газообразных рабочих сред.
Уровень техники
Из уровня техники известны различные варианты исполнения пластины, множество которой собирается в пакет, являющийся функциональной частью теплообменника сварного пластинчатого с цилиндрическим корпусом. Пластина выполняется в форме круга. Профиль пластины выполняется в виде гофр, т.е. представляет собой структуру гребней и впадин, расположенных в чередующемся порядке, размещенных под определенным фиксированным углом к продольной центральной оси, проходящей через проточные отверстия. Пластина имеет как минимум пару проточных отверстий для обеспечения подвода и отвода внутрипакетного теплоносителя. Первая пластина и вторая пластина, идентичная первой, образуют пару пластин. Для этого вторая пластина должна быть перевернута, повернута на 180 градусов и наложена на первую пластину. Эти пластины соединяются в пару друг с другом сваркой по кромкам проточных отверстий внутрипакетного теплоносителя. Необходимое количество пар пластин, определяющееся по результатам теплогидравлического расчета, составляет пакет пластин. Для этого соседние пары пластин соединяются друг с другом сваркой по наружным кромкам пластин. Далее к первой и последней пластинам привариваются опорные диски, образуя герметичный пакет пластин, который затем встраивается в цилиндрический корпус теплообменника. В первом опорном диске выполнены проточные отверстия.
Таким образом, образуются параллельные каналы для протекания двух теплоносителей, обменивающихся тепловой энергией. Каналы с теплоносителями в пакете расположены поочередно. Внутрипакетный теплоноситель протекает внутри пакета в межпластинчатых каналах, образованных парами пластин. Внутрикорпусный теплоноситель протекает внутри корпуса теплообменника в межпластинчатых каналах.
Аналогом предлагаемой полезной модели можно считать пластину VAHTERUS OY, описанную в патенте WO 9945332 (А1) 1999-09-10, МПК F28D 9/00, МПК F28F 3/08. Задача патента заключалась в возможности изменения угла между гофрами пластины при одновременном удешевлении технологии ее изготовления. Достигалось это посредством доработки в пластине областей проточных отверстий. Доработка заключалась в создании по меньшей мере одного дополнительного места для пары проточных отверстий, выбор которой мог быть осуществлен после прессования пластины.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели можно считать пластину ALFA LAVAL CORP АВ, описанную в патенте WO 2012159882 (А1) 2012-11-29, МПК F28D 9/00, также опубликованную АЛЬФА ЛАВАЛЬ КОРПОРЕЙТ АБ в заявке RU 2013157563 А, 27.06.2015 Бюл. №18. Задача патента заключалась в создании более стойкого к напряжению теплообменника одновременно с сохранением теплопередачи на относительно высоком уровне. Достигалось это посредством доработки в пластине областей проточных отверстий. Доработка заключалась в уменьшении межцентрового расстояния проточных отверстий, т.е. близким расположением их друг к другу, кроме того, проточные отверстия снабжались блокираторами распределения внутрипакетного теплоносителя, позволяющими направлять его в застойные зоны.
Общие признаки конструкций перечисленных пластин и предлагаемой полезной модели следующие:
- форма пластины - круглая;
- наличие проточных отверстий;
- гофрированная теплообменная часть;
- гофры расположены под определенным фиксированным углом к продольной центральной оси пластины;
- наличие кромок проточных отверстий и наружных кромок, предназначенных для сварки пластин в пары.
Недостатком указанных аналога и прототипа является неравномерное распределение внутрикорпусного теплоносителя при его течении в межпластинчатых каналах, суть которого становится понятной из следующих разъяснений. Внутрикорпусный теплоноситель входит в корпус теплообменника из входного патрубка, расположенного на его цилиндрической поверхности. Далее в корпусе он распределяется в межпластинчатых каналах, образованных зазорами между пластинами. По направлению течения внутрикорпусного теплоносителя расположена первая из двух область со сваренными по кромкам проточными отверстиями, являющаяся труднодоступной для течения. Внутрикорпусный теплоноситель начинает обтекать проточные отверстия по их периметру, но не доходит до участка, расположенного за ними на продольной центральной оси пластины. Этот участок является застойной зоной для описанных выше пластин. Возникает это из-за наличия на описанном участке сплошных гофр, протяженных от одного края пластины до другого, тем самым блокирующих течение внутрикорпусного теплоносителя, вследствие чего он не может полностью обтекать проточные отверстия, поэтому пропускает описанный участок пластин и далее распределяется по их гофрированным поверхностям.
Наличие указанной застойной зоны имеет следующие последствия, которые негативно сказываются на характеристиках теплообменника:
- уменьшается эффективность теплообмена между теплоносителями;
- в течение эксплуатации теплообменника начинают накапливаться отложения внутрикорпусного теплоносителя, постепенно закупоривающие межпластинчатые каналы.
Раскрытие сущности полезной модели
Задача предлагаемой полезной модели - конструирование пластины теплообменника сварного пластинчатого, обеспечивающей улучшенное распределение внутрикорпусного теплоносителя при его течении в межпластинчатых каналах.
Техническим результатом, который обеспечивает решение поставленной задачи, является устранение застойных зон при течении внутрикорпусного теплоносителя в межпластинчатых каналах.
Технический результат достигается тем, что профиль предлагаемой пластины теплообменника сварного пластинчатого представляет собой сочетание сплошных гофр, протяженных от одного края пластины до другого, и гофр, ограниченной протяженности, иначе сказать локальных, расположенных в областях проточных отверстий, где при течении внутрикорпусного теплоносителя в межпластинчатых каналах образуется застойная зона. Локальные гофры, имеющие зазоры между собой, набираются в ряды, разделяющие сплошные гофры. Протяженность локальных гофр является значительно меньшей, чем у сплошных гофр. Все зазоры, образованные между гофрами, способствуют улучшенному распределению внутрикорпусного теплоносителя при его течении в межпластинчатых каналах.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлены фронтальный вид пластины теплообменника сварного пластинчатого согласно полезной модели, выносной элемент А, поясняющий профиль пластины в областях проточных отверстий.
На фиг. 2 представлены сечения двух пластин, поясняющие форму межпластинчатых каналов для течения внутрикорпусного теплоносителя в областях проточных отверстий.
Со ссылкой на фиг. 1 показана пластина теплообменника сварного пластинчатого (1), состоящая из пары проточных отверстий (2), сплошных гофр (3), локальных гофр (4), кромок (5) проточных отверстий (2), наружных кромок (6), зазоров (7).
Осуществление полезной модели
Пластина теплообменника сварного пластинчатого (1) (фиг. 1) выполнена в форме круга. Пластина (1) содержит пару проточных отверстий (2), одно из которых предназначено для подвода внутрипакетного теплоносителя, другое - для его отвода, т.е. функциональное назначение которых зависит от схемы течения теплоносителей в теплообменнике и выбирается различным для каждого определенного случая. Проточные отверстия (2) выполнены на одной продольной центральной оси, на одинаковом расстоянии от центра пластины (1). Гофрированная теплообменная часть пластины (1) выполнена в виде сочетания сплошных (3) и локальных гофр (4), т.е. представляет собой структуру гребней и впадин, расположенных в чередующемся порядке, размещенных под определенным фиксированным углом к продольной центральной оси, проходящей через проточные отверстия (2). Сплошные гофры (3) расположены по всей поверхности пластины (1) от одного ее края до другого, прерываясь проточными отверстиями (2) и локальными гофрами (4). Локальные гофры (4) расположены в областях проточных отверстий (2), на одной продольной центральной оси и на одинаковом расстоянии от центра пластины (1). Локальные гофры (4), имеющие зазоры (7) между собой, набраны в ряды, разделяющие сплошные гофры (3). Между локальными (4) и сплошными гофрами (3) также выполнены зазоры (7). Количество локальных гофр (4) в одном ряду и количество рядов зависит от характеристик пластины (1), таких как диаметр пластины (1), диаметр проточных отверстий (2), угол между расположением сплошных гофр (3) и продольной центральной оси. Протяженность локальных гофр (4) является значительно меньшей, чем у сплошных гофр (3). Угол расположения локальных гофр (4) может как совпадать, так и не совпадать с углом расположения сплошных гофр (3). Локальные гофры (4) одного ряда расположены под одним углом. Угол расположения локальных гофр (4) в чередующихся рядах может как совпадать, так и не совпадать.
Пластина теплообменника сварного пластинчатого (1) имеет кромки (5) проточных отверстий (2) и наружные кромки (6) для сварки пластин (1) в пары. Первая пластина (1) и вторая пластина (1), идентичная первой, образуют пару пластин (1). Для этого вторая пластина (1) перевернута, повернута на 180 градусов и наложена на первую пластину (1). Эти пластины соединены в пару друг с другом сваркой по кромкам (5) проточных отверстий (2). Необходимое количество пар пластин (1), определенное по результатам теплогидравлического расчета, составляет пакет пластин (1). Для этого соседние пары, пластин (1) соединены друг с другом сваркой по наружным кромкам (6). Далее к первой и второй пластинам (1) приварены опорные диски, образуя герметичный пакет пластин (1), который затем встроен в цилиндрический корпус теплообменника сварного пластинчатого. В первом опорном диске выполнены проточные отверстия. Таким образом, образованы параллельные каналы для протекания двух теплоносителей, обменивающихся тепловой энергией. Каналы с теплоносителями в пакете расположены поочередно. Внутрипакетный теплоноситель протекает внутри пакета в межпластинчатых каналах, образованных парами пластин (1). Подвод и отвод внутрипакетного теплоносителя осуществлен через соответствующие проточные отверстия (2) в пластинах (1). Внутрикорпусный теплоноситель протекает внутри корпуса теплообменника в межпластинчатых каналах.
Теплообменник с пакетом, набранным из предлагаемых пластин теплообменника сварного пластинчатого (1) и установленным в его цилиндрическом корпусе, работает следующим образом.
Внутрипакетный и внутрикорпусный теплоносители проходят через чередующиеся межпластинчатые каналы, образованные пакетом пластин (1), установленным в цилиндрическом корпусе теплообменника сварного пластинчатого. Внутрипакетный теплоноситель поступает в межпластинчатые каналы через проточные отверстия (2) для подвода, распределяется по гофрированным поверхностям пластин (1) и выходит через проточные отверстия (2) для отвода. Внутрикорпусный теплоноситель входит в корпус теплообменника сварного пластинчатого из входного патрубка, расположенного на его цилиндрической поверхности. Далее в корпусе он распределяется в межпластинчатых каналах, образованных зазорами между пластинами (1). По направлению течения внутрикорпусного теплоносителя расположена первая из двух область со сваренными по кромкам (5) проточными отверстиями (2). Внутрикорпусный теплоноситель обтекает проточные отверстия (2) по всему их периметру, включая участок, расположенный за ними на продольной центральной оси пластины (1). На этом участке сплошные гофры (3) разделяются. В местах разделения размещены локальные гофры (4), имеющие зазоры (7) между собой. Между локальными (4) и сплошными гофрами (3) также выполнены зазоры (7). Все зазоры (7), образованные между гофрами, способствуют беспрепятственному течению внутрикорпусного теплоносителя в межпластинчатых каналах на описанном участке (фиг. 2), поэтому он полностью омывает проточные отверстия (2), огибая их. Таким образом достигается равномерное распределение внутрикорпусного теплоносителя по ширине пластины (1). Далее он распределяется по всем гофрированным поверхностям пластин (1), поступает в оставшуюся часть корпуса и выходит из выходного патрубка, расположенного на цилиндрической поверхности теплообменника сварного пластинчатого.
В результате применения пластины теплообменника сварного пластинчатого устранены застойные зоны при течении внутрикорпусного теплоносителя в межпластинчатых каналах, следовательно, увеличена эффективность теплообмена между теплоносителями и уменьшены накопления отложений внутрикорпусного теплоносителя в межпластинчатых каналах.
Изготовление пластины теплообменника сварного пластинчатого может быть осуществлено из известных металлов, сталей и сплавов, известными способами, например, штамповкой.