ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах регенерации турбоустановок атомных и тепловых электростанций.
Известен теплообменник, содержащий канал, образованный, по меньшей мере, одной стенкой, и установленные в нем теплообменные трубчатые ширмы, каждая из которых выполнена, по меньшей мере, из двух поперечных и одного поворотного участков, первые из которых установлены один над другим с образованием полости, а поворотный участок ширмы имеет внутренние и наружные трубы, расположенные соответственно со стороны полости и стенки канала, и между поворотными участками ширм размещены вытеснительные элементы, скрепленные с корпусом и выполненные с общим поперечным сечением, увеличивающимся в направлении от полости к стенке канала (US 4667733, F28F 9/00, 26.05.1987).
В известном теплообменнике внутренние трубы поворотного участка ширмы имеют гидравлическое сопротивление больше, чем гидравлическое сопротивление его наружных труб, так как внутренние трубы имеют больше, чем наружные трубы, суммарное количество поперечно омываемых частей. Это могло бы привести к тому, что наружные трубы омывались бы с большей, чем внутренние трубы, скоростью теплоносителя. В результате, внутренние трубы работали бы с ухудшенным теплообменом, а наружные - с повышенной вибрацией. В известном теплообменнике для выравнивания гидравлического сопротивления в поворотных участках ширм устанавливают вытеснительные элементы.
Недостатком такого теплообменника является сложность монтажных работ, так как приходится ширмы в пучок собирать внутри корпуса и каждую ширму монтировать в корпусе после крепления вытеснительных элементов предыдущей ширмы.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является теплообменник, содержащий канал, образованный, по меньшей мере, одной стенкой, и установленные в нем теплообменные трубчатые ширмы, каждая из которых выполнена, по меньшей мере, из двух поперечных и одного поворотного участков, первые из которых установлены один над другим с образованием полости, а поворотный участок ширмы имеет внутренние и наружные трубы, расположенные соответственно со стороны полости и стенки канала и снабженные дистанционирующими планками, расположенными по обе стороны от труб и скрепленными между собой в зонах между наружными трубами стягивающими элементами (RU 2341749, F28D 7/00, 20.12.2008).
В таком теплообменнике облегчен монтаж, так как ширмы в пучок вместе с дистанционирующими планками собирают за пределами корпуса, а в корпусе монтируют уже собранный пучок.
Однако в прототипе в поворотном участке внутренние трубы имеют гидравлическое сопротивление больше, чем гидравлическое сопротивление наружных труб, что приводит к повышенным скоростям теплоносителя и соответственно к повышенной вибрационной опасности наружных труб, пониженным скоростям теплоносителя и к ухудшенному теплообмену во внутренних трубах поворотного участка ширмы.
Таким образом, недостатками прототипа являются повышенные вибрации и ухудшенный теплообмен в пучке ширм.
Технической задачей изобретения является снижение вибраций и интенсификация теплообмена в пучке ширм.
Техническая задача решается в теплообменнике, содержащем канал, образованный, по меньшей мере, одной стенкой, и установленные в нем теплообменные трубчатые ширмы, каждая из которых выполнена, по меньшей мере, из двух поперечных и одного поворотного участков, первые из которых установлены один над другим с образованием полости, а поворотный участок ширмы имеет внутренние и наружные трубы, расположенные соответственно со стороны полости и стенки канала и снабженные дистанционирующими планками, расположенными по обе стороны от труб и скрепленными между собой в зонах между наружными трубами стягивающими элементами, причем в поворотном участке ширмы обе дистанционирующие планки в зонах между наружными трубами и, по меньшей мере, одна дистанционирующая планка в зонах между внутренними трубами выполнены с дистанционирующими гофрами, а стягивающие элементы расположены в гофрах дистанционирующих планок.
Кроме того, в поворотном участке ширмы, по меньшей мере, одна дистанционирующая планка в зоне расположения наружных труб может быть выполнена с частями, вырубленными по неполному периметру и отогнутыми в сторону смежной ширмы пучка.
Выполнение обеих дистанционирующих планок в зонах между наружными трубами и, по меньшей мере, одной дистанционирующей планки в зонах между внутренними трубами с дистанционирующими гофрами, а также расположение стягивающих элементов в гофрах дистанционирующих планок не только снижает вибрации в наружных трубах за счет дополнительного дистанционирования этих труб гофрами пластин, но также повышает их гидравлическое сопротивление. Это приводит к перераспределению теплоносителя в пользу внутренних труб, где за счет повышения скорости теплоносителя улучшается теплообмен.
Поставленная техническая задача будет решаться еще лучше, если в поворотном участке ширмы, по меньшей мере, одна дистанционирующая планка в зоне расположения наружных труб будет выполнена с частями, вырубленными по неполному периметру и отогнутыми в сторону смежной ширмы пучка.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид теплообменника; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Теплообменник содержит канал 1, образованный стенками 2 и 3, и установленные в канале 1 теплообменные трубчатые ширмы 4, каждая из которых выполнена, по меньшей мере, из двух поперечных участков 5 и одного поворотного участка 6.
Канал 1 предназначен для прохода теплоносителя межтрубного пространства, он может быть образован одной стенкой, например стенкой короба. На чертеже показан вариант, когда канал 1 образован двумя стенками 2 и 3, соответственно внутреннего и наружного кожухов, охватывающих трубчатые ширмы 4.
Каждая ширма 4, как минимум, может иметь два поперечных участка 5 и один поворотный участок 6. На чертеже показан вариант, когда каждая ширма имеет четыре поперечных участка 5 и три поворотных участка 6.
Поперечные участки 5 ширмы 4 установлены один над другим с образованием полости 7, а поворотный участок 6 этой ширмы 4 имеет внутренние трубы 8 и наружные трубы 9, расположенные соответственно со стороны полости 7 и стенки 2(3) канала 1. На фиг.2 и 3 условно показаны четыре трубы 8 и семь труб 9.
Трубы 8 и 9 снабжены дистанционирующими планками 10 и 11, расположенными по обе стороны от труб 8 и 9. Обе дистанционирующие планки 10 и 11 в зонах между наружными трубами 9 и, по меньшей мере, одна дистанционирующая планка 11 в зонах между внутренними трубами 8 выполнены с дистанционирующими гофрами 12. Дистанционирующие планки 10 и 11 в зонах между наружными трубами 9 скреплены между собой стягивающими элементами, которые выполнены в виде скоб или заклепок 13 и расположены в гофрах 12 дистанционирующих планок 10 и 11.
В поворотном участке 6 ширмы 4, по меньшей мере, одна дистанционирующая планка 11 в зоне расположения наружных труб 9 выполнена с частями 14, вырубленными по неполному периметру и отогнутыми в сторону смежной ширмы 4.
Ширмы 4 вместе со стенками 2 и 3 монтируются в корпусе 15 и подключаются трубным пространством к камерам 16 и 17 центрального коллектора для подвода и отвода теплоносителя трубного пространства. В верхней части корпуса 15 закреплен патрубок 18 для подвода теплоносителя межтрубного пространства. В нижней части корпус 15 имеет патрубок 19 для отвода этого теплоносителя.
Теплообменник работает следующим образом.
Теплоноситель межтрубного пространства в канале 1 омывает трубчатые ширмы 4 снаружи и обменивается теплом с теплоносителем трубного пространства ширм 4, который подается в теплообменник через камеру 16 и выводится из теплообменника через камеру 17 центрального коллектора. Теплоноситель межтрубного пространства омывает ширмы 4 с равномерной скоростью, обеспечивающей в них пониженные вибрации и интенсивный теплообмен.