ПАКЕТ ПЛАСТИН ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
PACKAGE OF HEAT EXCHANGE DEVICE PLATES

Изобретение относится к теплотехнике, предназначено для использования в теплообменных аппаратах и может применяться в космической, авиационной, энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен пакет пластин теплообменного аппарата «Суперплейт», состоящий из пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде односторонних полых полусферических выступов одинаковой высоты. Выступы образуют между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего треугольника. Пакет набран из пластин двух исполнений, в которых выступы сопрягаемых пластин смещены в поперечном направлении на половину (шага) расстояния между выступами. Пластины собраны выступами в одну сторону и стянуты с упором выступов в плоские участки сопряженных пластин. Пластины образуют каналы высотой от 1 до 2 высот выступов (см. Барановский Н.Д. и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. - М.: Машиностроение. 1973, стр.79, 80, 81).
Этой конструкции присущи следующие недостатки:
- односторонние выступы изменяют скорости обоих теплоносителей в одном перпендикулярном пластинам направлении - в сферические полости выступов. При этом на поверхности пластин остается относительно глубокий ламинарный слой, снижающий интенсивность теплообмена;
- шаг выступов в продольном направлении больше шага выступов в поперечном направлении в √3 раза. Это определяет разное гидравлическое сопротивление канала в указанных направлениях и сопровождается снижением интенсивности теплообмена от оси к краям канала в связи со снижением скорости и турбулизации потока;
- пакет имеет недостаточную поперечную жесткость для работы с высокими давлениями теплоносителей. Односторонние выступы упираются в плоские податливые участки сопряженных пластин, что не позволяет достичь необходимой плотности контакта при стягивании пластин;
- два исполнения пластин повышают технологическую себестоимость пакета.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является пакет, собранный из одинаковых пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов, образующих между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего четырехугольника. Двусторонние выступы выполнены в форме полых усеченных конусов, а пластины собраны в пакет и стянуты по выступам вершина в вершину с образованием жесткой сотовой конструкции и каналов высотой от 2 до 4 высот выступов (см. патент РФ 2337295).
У прототипа шаг выступов в продольном направлении равен шагу выступов в поперечном направлении. Это определяет равное гидравлическое сопротивление канала в указанных направлениях и обеспечивает улучшение теплообмена, за счет выравнивания скоростей потока в сечении канала.
Основной недостаток прототипа - пакет имеет недостаточную поперечную жесткость для работы с большой разницей давлений теплоносителей. Наличие плоских участков между полыми двусторонними выступами приводит к деформации пластины, изменяя геометрию проточного тракта. Дефицит жесткости существенно и непредсказуемо влияет на теплогидравлические свойства пакета пластин, поскольку степень деформации зависит от величины давления.
Технический результат изобретения заключается в повышении жесткости входящих в пакет пластин, что позволяет увеличить давление теплоносителей или разницу давлений между ними. Кроме того, изобретение способствует увеличению теплообмена по сравнению с прототипом.
Указанные результаты достигаются следующим образом.
Пакет пластин теплообменного аппарата состоит из одинаковых пластин сетчато-поточного типа с турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов одинаковой высоты в форме усеченных конусов, по вершинам которых стянуты пластины, образующие между собой сетку взаимных опор с прямоугольной структурой и каналами теплоносителей между ними. Основания усеченных конусов выполнены в виде параллелограммов, стороны которых являются сторонами соседних оснований. Соседние выступы соединены седловидными перемычками, образующими ребра жесткости.
В изобретении отсутствуют прямые участки между полыми двусторонними выступами, что повышает жесткость конструкции, позволяет увеличить давление теплоносителей и разницу давлений между ними. Наличие седловидных перемычек увеличивает жесткость сотовой структуры.
Конструкция способна выдерживать стягивающие усилия, обеспечивающие необходимую плотность контакта пластин при высоких давлениях теплоносителей. Кроме того, она обеспечивает равномерное распределение потока по сечению канала, интенсивную турбулизацию теплоносителей, сокращение относительной глубины ламинарного слоя на поверхности пластин и, как следствие, интенсивный теплообмен.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен фрагмент пакета пластин теплообменного аппарата.
На фиг.2 изображена проекция на диагональную плоскость пакета пластин теплообменного аппарата.
Пакет пластин теплообменного аппарата состоит из одинаковых пластин 1 сетчато-поточного типа с турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов 2 в форме усеченных конусов одинаковой высоты, по вершинам которых стянуты пластины, образующие между собой сетку взаимных опор с прямоугольной структурой. Основания усеченных конусов выполнены в виде параллелограммов, стороны которых являются сторонами соседних оснований. Соседние выступы соединены седловидными перемычками 3.
Пакет пластин теплообменного аппарата работает следующим образом. Теплоносители пропускают через смежные каналы 4 пакета, набранного из пластин 1. Потоки теплоносителей турбулизируются двусторонними выступами 2, изменяют направление в плоскости пластин и перпендикулярно им - к противоположным полостям выступов, что сопровождается выравниванием скоростей по сечению канала и сокращением относительной глубины ламинарного слоя и, как следствие, обеспечивает интенсивный теплообмен. После прохождения пакета теплоносители отводятся из каналов.
Опытный образец, изготовленный в соответствии с заявленным изобретением, при испытании показал улучшенные технические характеристики по сравнению с прототипом.