ОПОРА ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ И КРЕПЕЖНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
SUPPORT OF HEAT-EXCHANGING TUBES AND FASTENING ASSEMBLY FOR TUBULAR HEAT-EXCHANGER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области теплообменников, которые используются для обмена тепловой энергией сред без их смешивания. В частности, изобретение относится к крупногабаритным теплообменникам трубчатого типа, содержащим опоры, позволяющие поддерживать трубный пучок, предназначенный для транспортирования среды. Изобретение относится, в частности, к опорам, например, кольцам, содержащим элементы, позволяющие крепить трубы трубчатых теплообменников.
Уровень техники
Существуют различные типы теплообменников, используемых в промышленности, при этом каждый из них предназначен для конкретных целей в зависимости от требуемого режима передачи тепла или использования специфических сред. Существуют пластинчатые, змеевиковые, блочные, оребренные и даже трубчатые теплообменники. По существующему уровню техники существуют и другие теплообменники.
Трубчатые теплообменники, в частности, высоко ценятся за их устойчивость к воздействию высоких давлений, возможность эксплуатации при различной мощности и широком диапазоне разницы температур. Они экономичны и компактны, и используются чаще всего для передачи тепла между двумя объемами воды или, в более общем смысле, между одним объемом жидкости или газа и другим объемом жидкости или газа.
Некоторые теплообменники содержат опоры, которые позволяют ограничить потери давления сред, циркулирующих в корпусе, а также могут обеспечивать сопротивление воздействию механических напряжений из-за вибраций конструкции, которые, главным образом, связаны с поступлением среды в корпус, оказывающей ударное воздействие на пучок, как правило, под прямыми углами.
Конструкция опор основана на сборке штанг, которые крепятся к кольцам, что позволяет крепить теплообменные трубы, в которых циркулирует среда. Обычно кольцо изготавливается по шаблону.
Пример теплообменника представлен на Фиг.1; похожий теплообменник описан в патенте US 2009/0200004, при этом круглые перегородки 8 позволяют крепить теплообменные трубы 9 вдоль теплообменника за счет отверстий, в которых проходят трубы 9.
Плиты 6, 7 расположены на расстоянии друг от друга в корпусе 10, образующем кожух теплообменника 1, и предназначены для крепления теплообменных труб 9 на концах корпуса по длине теплообменника 1. Трубы 9 параллельны друг другу и проходят через объем корпуса. Перегородки обеспечивают циркуляцию среды по траектории 11 в теплообменнике 1 от впускного штуцера 4 к выпускному штуцеру 5.
Впуск 2 обеспечивает циркуляцию первой среды в теплообменных трубах 9. Первая среда выходит через выпуск 3 на другом конце теплообменника 1.
Впуск 4 обеспечивает циркуляцию второй среды в корпусе. Вторая среда выходит из теплообменника через выпуск 5 на другом конце теплообменника 1.
Две среды обмениваются теплом посредством контакта между второй средой и теплообменными трубами.
Один из недостатков этой конструкции состоит в том, что она поглощает ударные нагрузки и вибрации в очень малом объеме, и зазор между трубами и перегородками, используемыми для крепления, является очень незначительным. Такая конструкция может разрушаться под воздействием высоких механических напряжений, если не предусматривается больше плит с отверстиями для поддержки труб, при этом такие плиты являются перегородками, обеспечивающими функцию опор. Однако такое решение ведет к утяжелению конструкции за счет увеличения количества компонентов и не позволяет задавать размеры теплообменника с учетом теплового воздействия и определять расстояние между перегородками, пригодное для соответствующего теплообменника.
Кроме того, другой недостаток состоит в том, что имеют место большие потери давления из-за течения среды в корпусе 10 и воздействия перегородок 8.
На Фиг.2 показан пример другого теплообменника 20 по существующему уровню техники. Теплообменник является трубчатым.
Кольца 25 расположены на расстоянии друг от друга в корпусе 21, образующем кожух теплообменника 20, для крепления всех труб вдоль теплообменника 20.
Штуцеры 22, 24 обеспечивают нагнетание среды, циркулирующей в корпусе.
Решетка образует внутреннюю сторону каждого кольца, обеспечивая поддержку участка усиления, используемого для крепления труб и сведения к минимуму боковых смещений теплообменных труб. Термин «внутренняя часть» означает пространство, ограничиваемое размерами кольца или его диаметром и его толщиной. Решетка обеспечивает легкое прохождение среды в корпусе, поскольку на каждом кольце имеется только один ряд труб из каждых двух, который крепится штангами. Это позволяет оставлять большое количество секций для прохождения жидкости и обеспечивает низкие потери напора.
На Фиг.2 показана опорная плита 23, крепящая трубы в плите с отверстиями. Устанавливаемые кольца обеспечивают усиление для поддержания устойчивого положения труб и поглощения вибраций. В другой возможной конфигурации (трубчатый теплообменник с прямыми трубами) предусмотрены две опорные плиты, которые крепят трубы в плите с отверстиями на концах. Кольца, расположенные между двумя плитами, обеспечивают усиление для поддержания устойчивого положения труб и поглощения вибраций.
Существует ряд возможных способов изготовления, но наиболее общий из них состоит в креплении каждой штанги кольца в предназначенных для этой цели отверстиях, используя шаблон, специально спроектированный и изготовленный для облегчения сборки кольца.
Для обеспечения правильно поддержки труб кольца требуются очень близко расположенные друг к другу кольца; для крепления трубы во всех направлениях под прямыми углами к ее оси требуются четыре кольца или три интервала.
На Фиг.2 показан вариант выполнения этой конструкции, в которой кольца расположены на расстоянии 158,5 мм друг от друга. Соответственно количество колец на устройство является значительным.
Кроме того, устройства по существующему уровню техники, в общем, имеют высокую стоимость изготовления из-за установки множества колец для крепления теплообменных труб, при этом возникают потери напора среды в корпусе.
Сущность изобретения
Опора по изобретению позволяет устранить все вышеуказанные недостатки или их часть.
В частности, опора по изобретению позволяет уменьшить потери напора сред, когда они протекают в корпусе, уменьшить массу теплообменника и усилить крепление теплообменных труб.
С этой целью по первому аспекту изобретения предлагается опора для трубного пучка теплообменника, образующая сетку в секущей плоскости; вышеуказанная опора содержит кольцо, и это кольцо содержит крепежные средства, позволяющие крепить соответственно с обеих сторон секущей плоскости кольца первый комплект штанг и второй комплект штанг; каждая из вышеуказанных штанг имеет форму, которая образует среднюю плоскость, при этом средние плоскости первого комплекта параллельны друг другу, и средние плоскости второго комплекта параллельны друг другу, и ориентация средних плоскостей первого комплекта и средних плоскостей второго комплекта образует первый угол больше нуля.
Такое устройство позволяет устранить все недостатки по существующему уровню техники или их часть в значительной мере по той причине, что оно предусматривает конструкцию теплообменника, имеющую, по меньшей мере, вдвое меньшее количество колец. Это также позволяет уменьшить потери напора внутри такого теплообменника, снабженного такими опорами.
Форма штанг является U-образной, другими словами, форма имеет центральный сегмент и два боковых сегмента, которые образуют U-образный профиль.
Преимущественно, первый угол и некоторое количество штанг каждого комплекта выбираются таким образом, чтобы образовать каркас, имеющий ячейки сетки, соответствующие сетке пучка.
Такая опора улучшает крепление теплообменных труб, поглощая в то же время любые вибрации. Такая опора также повышает устойчивость теплообменника и уменьшает его массу.
Первый угол практически равен 90° или 60°. Эти ориентации также оптимальным образом предотвращают поперечное перемещение теплообменных труб, когда они расположены в сетке, образованной комплектом штанг.
Сечение кольца является квадратным, и/или его боковые поверхности, по существу, являются плоскими. Это значительно облегчает установку штанг с обеих сторон кольца.
Штанги крепятся к кольцу по горячей посадке в отверстиях, предварительно выполненных в каждой из боковых поверхностей кольца, тем самым, образуя крепежные средства. Предпочтительно горячая посадка штанг может быть дополнена сваркой с каждой из боковых поверхностей кольца.
Кроме того, кольца могут привариваться без установки по горячей посадке. В этом случае крепежное средство образуется сварным швом.
По другому техническому аспекту штанги:
- изгибаются для получения U-образной формы, т.е. имеющей центральный сегмент и два боковых сегмента, которые образуют U-образный профиль; и/или
- образуются посредством сборки нескольких секций штанги для получения штанг, имеющих U-образную форму, другими словами, формы, имеющей центральный сегмент и два боковых сегмента, которые образуют U-образный профиль, и, предпочтительно три сегмента штанги, один для центрального сегмента и по одному сегменту для каждого из боковых сегментов.
Боковые сегменты предпочтительно механически обрабатываются или посредством точения перед гибкой или шлифованием или фрезерованием перед гибкой или после гибки. Следует отметить, что в общем случае, независимо от конструкции штанги, она может быть механически обработана. Например, штанга, имеющая цельную конструкцию и образованная посредством гибки, может быть механически обработана на боковых сегментах. Это является особым преимуществом в отношении уменьшения их толщин (или их диаметра) с целью обеспечения гибкости, если необходимо, и механическая обработка штанг выполняется перед их гибкой.
Такие отличительные характеристики, относящиеся к штангам, позволяют обеспечить гибкость вышеуказанных штанг, пригодную для наилучшего поглощения вибраций, но прежде всего, для уменьшения смещения труб относительно сетки до нуля и обеспечения плотного контакта.
Преимущественно центральная секция штанг является более жесткой, чем боковые секции вышеуказанных штанг. Это обеспечивает то, что гибкость труб в центре пучка является такой же, как и гибкость труб на краях пучка.
Кроме того, изобретение также относится к крепежному узлу, содержащему, по меньшей мере, две описываемые опоры, которые расположены на первом расстоянии друг от друга и ориентированы относительно друг друга под первым углом.
Опоры крепежного устройства установлены последовательно. Это обеспечивает получение оптимальной сетки штанг для размещения в ней теплообменных труб.
Кроме того, изобретение относится к теплообменнику, содержащему корпус, который содержит, по меньшей мере, один пучок теплообменных труб и, по меньшей мере, три опоры пучка теплообменных труб, образующих в секущей плоскости сетку, и вышеуказанная опора содержит кольцо, при этом кольцо содержит крепежные средства, позволяющие крепить соответственно с обеих сторон секущей плоскости кольца первый комплект штанг и второй комплект штанг; каждая из вышеуказанных штанг образует U-образный профиль и среднюю плоскость, при этом средние плоскости первого комплекта параллельны друг другу, и средние плоскости второго комплекта параллельны друг другу, и ориентация средних плоскостей первого комплекта и средних плоскостей второго комплекта образует первый угол больше нуля.
Такой теплообменник позволяет устранить все недостатки по существующему уровню техники или их часть в значительной мере по той причине, что он предусматривает, по меньшей мере, вдвое меньшее количество колец, чем предусмотрено по существующему уровню техники. Это также позволяет уменьшить потери напора внутри такого теплообменника, снабженного такими опорами.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные преимущества и характеристики изобретения будут представлены в приведенном ниже подробном описании со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1 - первый трубчатый теплообменник по существующему уровню техники;
Фиг.2 - второй трубчатый теплообменник с трубами по существующему уровню техники;
Фиг.3А, 3В, 3С и 3D - штанги, имеющие различные U-образные профили по изобретению;
Фиг.4 - трехмерное изображение кольца по изобретению, образующего опору для крепления крепежных штанг для прохождения теплообменных труб;
Фиг.5 - Фиг.5А и 5В - виды сбоку и спереди на опору по варианту выполнения, содержащую кольцо, к которому крепятся крепежные штанги для прохождения теплообменных труб.
Подробное описание варианта выполнения
Определения
Термин «кольцо» означает элемент, имеющий замкнутый контур определенной толщины и ограничивающий внутреннее пространство, которое открыто с обеих сторон замкнутого контура. В общем, закрытый контур имеет, по существу, круглый профиль, но может иметь различный профиль, например овальный, удлиненный и т.д.
Термин «корпус» означает кожух теплообменника, в который нагнетается среда для ее охлаждения или нагрева и который содержит кольца, описываемые в настоящем изобретении. В общем, корпус является цилиндрическим.
Выражение «теплообменник кожухотрубного типа» означает теплообменник, в котором, по меньшей мере, две среды обмениваются теплом, и одна среда циркулирует в корпусе, а вторая среда циркулирует по трубам. Поверхность труб служит для теплообмена между двумя средами.
Выражение «штанга U-образной формы» означает собранную или сложенную или изогнутую штангу, которая образует три сегмента, при этом каждый сегмент имеет соединение с другим сегментом, образуя угол менее 180°. На Фиг.3А, 3В 3С и 3D показаны примеры штанг, которые могут использоваться для поддержки.
Термин «перегородка» означает устройство, позволяющее изменять направление среды. В области теплообменников термин «перегородка» используется часто. По существующему уровню техники перегородки также используются для крепления труб.
Опора теплообменных труб по изобретению позволяет уменьшить количество колец теплообменника и в то же время повысить гибкость процесса монтажа теплообменника. Кроме того, опора по изобретению позволяет улучшить крепление теплообменных труб при одновременном поглощении вибраций. Опора по изобретению позволяет увеличить устойчивость теплообменника и уменьшить его массу.
На Фиг.4 показана опора 400 для использования с так называемым «кожухотрубным» теплообменником круглой формы и содержащая кольцо 40, имеющее круглый профиль, первый комплект 41 штанг 410 и второй комплект 42 штанг 420. Штанги 410, 420 двух комплектов 41, 42 крепятся к кольцу 40 с противоположных сторон на фланцах кольца 40, которые соответственно представляют собой первую и вторую боковые поверхности 401, 402 кольца 40 и ограничивают толщину кольца.
Для упрощения все штанги 410, 420 каждого комплекта не показаны.
По вариантам выполнения кольцо 40 может иметь сечение параллелепипеда, например прямоугольник или квадрат, или даже круглое сечение.
Далее в описании предпочтительный вариант выполнения базируется на кольце 40 квадратного сечения, на котором первая и вторая боковые поверхности 401, 402 кольца 40, по существу, являются плоскими и расположены на расстоянии друг от друга, равном толщине кольца 40.
Для удобства изготовления и увеличения до максимума цилиндрической поверхности теплообменника в отношении количества труб, образующих поддерживаемый трубный пучок, каждая из штанг 410, 420 имеет форму, которая образует среднюю плоскость, при этом форма штанг является здесь, по существу, U-образной формой.
U-образная форма может быть получена посредством гибки, складывания или сборки трех частей штанги. Кроме того, U-образная форма может быть описана, как содержащая центральный сегмент с двумя концами и два боковых сегмента с двумя концами, при этом каждый из боковых сегментов крепится одним из своих концом к концу центрального сегмента.
В варианте выполнения из Фиг.4 первый комплект 41 штанг 410 имеет некоторое количество штанг 410, параллельных друг другу, и каждая из штанг 410 образует U-образный элемент, каждый конец которого крепится к первой боковой поверхности кольца 40, и концы штанг U-образной формы соответствуют двум концам боковых сегментов.
Второй комплект 42 штанг 420 имеет такие же характеристики, как и первый комплект, за тем исключением, что штанги 420 крепятся ко второй боковой поверхности 402 кольца 40.
Кроме того, средние плоскости первого комплекта 41 параллельны друг другу, и средние плоскости второго комплекта 42 также параллельны друг другу, при этом ориентация средних плоскостей первого комплекта 41 и средних плоскостей второго комплекта 42 образует угол α больше нуля.
В этом варианте выполнения первый и второй комплекты 41, 42 штанг 410, 420 ориентированы относительно друг друга под первым углом, равным 90°, как показано на Фиг.4.
На этой фигуре ось (О, х) соответствует оси, вдоль которой будут расположены трубы трубного пучка теплообменника, так, чтобы они были параллельны вышеуказанной оси (О, х).
Пусть (О, y, z) будет секущей плоскостью, расположенной под прямым углом к оси (О, х) и имеющей в качестве нулевой точки центр кольца, так чтобы кольцо, по существу, было соосно с осью (О, х), при этом система координат также образует ортогональный трехгранник.
Пусть (О', y', z') будет первой ортогональной системой координат, образующей первую плоскость, расположенную под прямым углом к оси (О, х), и содержащей, по существу, центральные сегменты каждой штанги 410 первого комплекта 41 штанг 410; вышеуказанная первая плоскость расположена на расстоянии от секущей плоскости, и это расстояние равно длине, которая является длиной сегмента [О, О'], и О' имеет координаты (х1, 0, 0) в системе (0, х, y, z) координат.
Средние плоскости первого комплекта 41 параллельны друг другу, параллельны плоскости (О', х, z') и ортогональны секущей плоскости (О, y, z).
Пусть (О”, y”, z”) будет второй ортогональной системой координат, образующей вторую плоскость, расположенную под прямым углом к оси (О, х), и содержащей, по существу, центральные сегменты каждой штанги 420 второго комплекта 42 штанг 420; вышеуказанная вторая плоскость расположена на расстоянии от секущей плоскости, и это расстояние равно длине, которая является длиной сегмента [О”, О], и О” имеет координаты (х2, 0, 0) в системе (0, х, y, z) координат.
Средние плоскости второго комплекта 42 параллельны друг другу, параллельны плоскости (О”, х, y”) и ортогональны секущей плоскости (О, y, z).
Термин «по существу» в выражении «плоскость, содержащая, по существу, центральные сегменты штанг» означает, что центральные сегменты штанг U-образной формы не всегда бывают прямолинейными, и необходимо принимать во внимание промежуточную плоскость, содержащую, по существу, большинство центральных сегментов штанг.
Следует обратить внимание, что первая и вторая плоскости находятся на расстоянии друг от друга, и это расстояние [О', О”] равно сумме толщины кольца 40 и длин боковых сегментов штанг 410 первого комплекта 41 и штанг 420 второго комплекта 42. Как первая, так и вторая плоскости расположены под прямым углом к оси (О, х), и длины штанг 410 первого комплекта 41 равны друг другу, и длина штанг 410 равна длине штанг 420 второго комплекта 42.
Такая ориентация первого и второго комплектов относительно друг друга под первым углом, равным 90°, позволяет предотвратить перемещение труб теплообменника, по меньшей мере, в одном направлении каждой оси, параллельной осям (О, y) и (О, z) плоскости (О, y, z), соответственно, в первой плоскости и второй плоскости. Другими словами, показанная ориентация позволяет предотвратить перемещение труб теплообменника, по меньшей мере, по оси (О', y') и оси (О”, z”).
Фактически, если рассматривать первый комплект 41 штанг 410, расположенных, например, вертикально, т.е. по оси, параллельной оси (О, z), каждая штанга 410 имеет абсциссу по оси (О', y'). Если рассматривать две последовательно расположенные штанги первого комплекта 41, их абсциссы будут обозначены как y'1 и y'2.
Если рассматривать второй комплект 42 штанг 420, они расположены горизонтально, поскольку они образуют угол 90° со штангами 410 первого комплекта 41, и расположены по оси, параллельной оси (О, y). Каждая штанга 420 имеет ординату по оси (О”, z”). Если рассматривать две последовательно расположенные штанги второго комплекта 42, их ординаты будут обозначены соответственно как z”1 и z”2.
С помощью ортогональной проекции первой системы (О', y', z') координат и второй системы (О”, y”, z”) координат на секущую плоскость (О, y, z) штанги образуют каркас, в котором две последовательно расположенные штанги первого комплекта 41 имеют абсциссы, обозначенные как y1 и y2, и в котором две последовательно расположенные штанги второго комплекта 42 имеют ординаты, обозначенные как z1 и z2.
В этом примере труба теплообменника моделируется с помощью, по существу, цилиндрической структуры, имеющей ось вращения, параллельную оси (О, х). Такая труба, проходящая между двумя параллельными штангами первого комплекта 41 и двумя параллельными штангами второго комплекта 42, была бы расположена между абсциссами y'1 и y'2 в первой системе (О', y', z') координат и была бы расположена между ординатами z1 и z2 во второй системе (О”, y”, z”) координат.
По этой причине такая труба проходит через каркас, образованный штангами в секущей плоскости, по схеме каркаса, которая здесь является прямоугольной, с помощью первого угла, равного 90°, при этом труба расположена между абсциссами y1 и y2 и между ординатами z1, z2.
Комплект труб образует трубный пучок теплообменника, при этом вышеуказанный комплект образует в секущей плоскости сетку.
На этой фигуре не показан способ, согласно которому в случае, когда две опоры 400 по изобретению имеют общую ось (Ох), являются соосными и расположены на первом расстоянии друг от друга, труба может быть прикреплена, по меньшей мере, по одной оси, параллельной одной из осей (Oz) или (Oy), в любой плоскости, расположенной под прямым углом к оси (Ох).
Кроме того, когда три опоры 400 по изобретению имеют одну и ту же ось (Ох) и когда первая и вторая опоры расположены на первом расстоянии друг от друга, вторая и третья опора расположены на втором расстоянии друг от друга, труба может быть прикреплена, по меньшей мере, по двум осям, параллельным осям (Oz) и (Oy) в любой плоскости, расположенной под прямым углом к оси (Ох).
В практическом варианте выполнения первое и второе расстояния могут быть выбраны равными.
Таким образом, только три опоры по изобретению позволяют получить сборочный узел для крепления труб, по меньшей мере, по двум осям, параллельным осям (Oz) и (Oy) плоскости (О, y, z).
Изобретение позволяет уменьшить количество колец теплообменника, поддерживающих трубный пучок теплообменника.
На практике для обеспечения шести точек контакта для каждой трубы, дающих возможность крепления трубы в теплообменнике, требуются только три кольца. Следует отметить, что в случае, когда труба может иметь только четыре точки контакта со штангами опор, трубы все же могут поворачиваться. В такой конфигурации достаточно иметь две опоры, при этом каждая из труб имеет две точки контакта на опору. Соответственно для обеспечения полного направления труб необходимо иметь шесть точек контакта труб со штангами опор, другими словами, по меньшей мере, три точки контакта в каждой плоскости.
Что касается изготовления штанг, они могут, например, привариваться на боковых поверхностях кольца или даже устанавливаться по горячей посадке в отверстия таких же диаметров на боковых поверхностях кольца.
По другому варианту выполнения штанги могут крепиться к внутренней стенке кольца.
На Фиг.5А и 5В показаны схематичные изображения кольца спереди и сбоку. Трубы 50 теплообменника показаны на Фиг.5В. Они поддерживаются штангами 410, 420 первого и второго комплектов 41, 42 штанг 410 и 420, которые образуют трехмерную решетку кольца, показанную на виде спереди в форме каркаса. Таким образом, каркас является решеткой, показанной на виде спереди, и имеет в этом варианте выполнения сетку квадратов. На виде сбоку показан комплект горизонтальных штанг 42 с одной стороны кольца и комплект вертикальных штанг 41 с другой стороны кольца. Для упрощения фигур показаны не все штанги. Линии 51 обозначают каждое пространство, образуемое каркасом, куда может быть вставлена теплообменная труба теплообменника, которая закрепляется в теплообменнике; эти пространства ограничиваются ячейками сетки вышеуказанного каркаса.
По другому варианту выполнения ячейки сетки каркаса могут быть треугольными, и первый комплект штанг будет образовывать со вторым комплектом штанг угол 60°. Таким образом, другая опора, которая является соосной и расположена на первом расстоянии и ориентирована относительно первой опоры, например под углом 60°, могла бы поддерживать теплообменные трубы, по меньшей мере, по одной оси, параллельной одной из осей (Oz) или (Oy), в любой плоскости, расположенной под прямым углом к оси (Ох).
Точно также третья опора, расположенная после первых двух опор и повернутая в другую сторону на 60° относительно второй опоры, могла бы удерживать теплообменные трубы, по меньшей мере, по двум осям, параллельным осям (Oz) и (Oy), в любой плоскости, расположенной под прямым углом к оси (Ох).
Такая конфигурация штанг могла бы обеспечивать определение каркаса с ячейками сетки, при этом через одну и ту же ячейку могли бы проходить одна или несколько труб трубного пучка.
Во всех вариантах выполнения каркасы и следовательно расположение штанг предназначены для обеспечения прохождения среды в корпус с минимальными потерями напора и надлежащим креплением теплообменных штанг.
В предпочтительном варианте выполнения штанги одного и того же комплекта штанг расположены попарно на расстоянии, по существу, равном двукратному шагу, определяемому теплообменными трубами, при этом шаг определяется как расстояние между осями двух смежных теплообменных труб. В случае, когда теплообменные трубы являются цилиндрическими, эти оси являются осями вращения вышеуказанных цилиндрических форм. Таким образом, каркас, образованный штангами, особо пригоден для сетки, образованной в секущей плоскости трубным пучком.
Преимущественно шаг теплообменных труб, по существу, равен 1,25 диаметра теплообменных труб, и этот коэффициент 1,25 может регулироваться в зависимости от используемых материалов. На практике и преимущественно этот коэффициент, по существу, составляет 1,05-3, что зависит от используемых материалов, а также от рабочего давления теплообменника, производственных средств, диаметра теплообменных труб и выбора размеров с учетом воздействия тепла.
Форма каркаса определяется таким образом, чтобы обеспечивалось прохождение трубы, для чего размер сечения трубы, т.е. ее диаметр, когда труба имеет круглое сечение, был меньше наибольшего расстояния, определяемого ячейкой сетки каркаса. Разница между этим диаметром и этим наибольшим расстоянием образует зазор. Вышеуказанный зазор рассчитывается таким образом, чтобы оптимизировать потери напора среды и обеспечить оптимальное крепление труб в корпусе с помощью опоры посредством конфигурации опор, в частности формы ячеек сетки каркаса, образованного штангами.
Изобретение позволяет уменьшить количество колец, необходимых для теплообменника. Соответственно это позволяет:
- уменьшить массу устройства;
- уменьшить количество сварных швов, особенно сварных швов колец на направляющих для вставления;
- уменьшить продолжительность изготовления, особенно в отношении механической обработки. Таким образом, упрощается изготовление.
В общем, существенная задача, в отношении трубчатых теплообменников, которые содержат опоры для трубного пучка, состоит в том, чтобы обеспечить плотный контакт между теплообменными трубами и крепежными штангами с целью сведения к минимуму зазора между штангой и трубой, в то же время, обеспечивая гибкость для поглощения вибраций конструкции.
Такая гибкость, несмотря на то, что это не является необходимым для крепления штанг, становится существенной, когда требуется уменьшить зазор до нуля для получения плотного контакта. На практике плотный контакт возможен только в случае, если один из двух компонентов, находящихся в контакте, труба или штанга, подогнан к другому, соответственно штанге или трубе, что обеспечивает гибкость. Другими словами, поскольку теоретический зазор, равный нулю, не существует, необходимо обеспечить деформацию компонентов, когда они приходят в контакт друг с другом.
Гибкость штанг обеспечивается за счет длины каждой боковой стороны U-образной штанги, соответствующей наименьшей длине, которая связывает кольцо с остальной частью штанги. Такое расположение двух комплектов и такая конфигурация штанг позволяют обеспечить гибкость установки, в то же время, обеспечивая крепление труб за счет улучшенного контакта между трубами и штангами.
Кроме того, в предпочтительном варианте выполнения боковые сегменты U-образной штанги могут быть механически обработаны или посредством точения перед гибкой, или шлифованием, или фрезерованием перед гибкой или после гибки. Это позволяет обеспечить требуемый уровень гибкости для крепления ряда труб.
Кроме того, U-образная форма может быть получена за счет использования некоторого количества собранных штанг, предпочтительно трех, одна из которых является центральным сегментом и две - боковыми сегментами. Это позволяет получать различную гибкость по краям U-образных штанг, например используя штанги меньшего диаметра.
Кроме того, предпочтительно обеспечить максимально возможную жесткость центрального сегмента, в частности, когда боковые сегменты являются гибкими. На практике при условии, что боковые сегменты штанг U-образной формы являются гибкими, настоятельно рекомендуется, чтобы центральные сегменты оставались жесткими для обеспечения одинаковой гибкости труб в центре трубного пучка и по краям трубного пучка.
За счет деформирования штанги обеспечивают плотный контакт труб, и обеспечивается больший допуск на позиционирование штанг и труб.
Кроме того, упрощается изготовление участков врезки в корпусе между двумя кольцами. Участки врезки представляют собой штуцеры, которые позволяют нагнетать и обрабатывать среду в теплообменнике между впуском и выпуском.
Кроме того, штанги могут устанавливаться по горячей посадке и/или привариваться к кольцам с помощью отверстий в боковых поверхностях вышеуказанных колец. В этом случае отпадает необходимость в использовании шаблонов для расположения штанг. Это решение является выгодным и обеспечивает экономию на шаблоне. На практике для расположения штанг требуется только просверлить отверстия.
Опоры теплообменных труб по изобретению позволяют уменьшить массу конструкции теплообменника и повысить ее механическую прочность для лучшего противодействия ударным нагрузкам и вибрациям.
Штанги могут изготавливаться из нержавеющей стали, из стали, графита или, в более общем смысле, из металла.
И, наконец, решение по изобретению способствует теплообмену посредством уменьшения потерь напора сред, которые обмениваются теплом. В случае использования такой опоры трубного пучка выигрыш в напоре будет соответствовать уровню потерь напора на кольце.