Теплообменный аппарат

Заявляемое устройство относится к области теплотехники, в частности, к рекуперативным теплообменным аппаратам.
Известен теплообменный аппарат (одноходовой), содержащий трубный пучок из закрепленных в трубных решетках теплопередающих трубок и расположенной в межтрубном пространстве пучка перегородки, вставленный в металлический корпус с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя трубной полости, расположенными на противоположных концах корпуса аппарата и с одним патрубком подвода и одним патрубком отвода теплоносителя межтрубной полости, расположенными на противоположных концах корпуса аппарата (П.А. Копачинский, В.П. Тараскин «Судовые охладители и подогреватели жидкостей», стр. 8, издательство «Судостроение», 1968 г., Ленинград).
Недостатком известного устройства являются повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное в значительной мере затеснением в районе входа среды межтрубной полости в корпус теплообменника и выхода из корпуса, что вызвано плотно расположенными теплопередающими трубками трубного пучка. Также недостатком известного устройства является повышенная вероятность обрыва трубок в этом районе из-за повышенной скорости набегания потока среды на крайние ряды трубок ввиду имеющегося затеснения, что вызывает вибрацию трубок и их последующее разрушение.
Известен теплообменный аппарат, выбранный в качестве прототипа (патент на полезную модель RU 182250, F28D 7/00), содержащий трубный пучок из закрепленных в трубных решетках теплопередающих трубок и расположенной в межтрубном пространстве пучка по крайней мере одной перегородки, причем в трубном пучке напротив по крайней мере одного патрубка межтрубной полости теплопередающие трубки в пучке отсутствуют. Этим создается разряжение в трубном пучке в непосредственной близости от входа среды межтрубного пространства в корпус или выхода из него за счет технологически максимально плотного расположения трубок в отдалении от входа или выхода среды, т.е. создается сечение трубного пучка с явно выраженной неравномерностью распределения теплопередающих трубок в районе входа среды межтрубного пространства в корпус или выхода из него, что позволяет снизить гидравлическое сопротивление входа и выхода и обеспечивает общее снижение гидравлического сопротивления по межтрубной полости. Это также позволяет снизить скорость набегающего потока среды межтрубного пространства на крайние ряды трубок (первые или последние соответственно на входе или выходе), что повышает надежность теплообменного аппарата.
Однако такое неравномерное по сечению трубного пучка расположение трубок отрицательно сказывается на тепловой эффективности теплообменного аппарата, т.к. в межтрубной полости создаются каналы, формирующие байпасные помимо теплопередающих трубок токи среды межтрубной полости.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности теплообменного аппарата при одновременном повышении показателей надежности и снижении его гидравлического сопротивления по межтрубной полости.
Поставленная задача решается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей трубной и межтрубной полостей и расположенный в нем трубный пучок из закрепленных в трубных решетках теплопередающих трубок с расположенной в межтрубном пространстве пучка по крайней мере одной перегородкой, причем в трубном пучке напротив по крайней мере одного патрубка межтрубной полости образовано разряжение, места для прохода трубок через перегородку смещены относительно мест закрепления трубок в трубных решетках с ликвидацией в месте расположения перегородки разряжения в трубном пучке, т.е. трубки изгибаются между трубной решеткой и перегородкой, т.к. оси мест для прохода трубок через перегородку не лежат на прямых, проходящих через оси закрепления соответствующих трубок в трубных решетках.
Места для прохода трубок через перегородку могут быть распределены равномерно по сечению трубного пучка, трубный пучок может содержать две или более перегородки.
Такое решение позволяет сохранить в сечении, перпендикулярном продольной оси теплообменного аппарата, в районе входа среды межтрубного пространства в корпус и выхода из него явно выраженную неравномерность расположения трубок в соответствии с их расположением в трубных решетках, т.е. организовать их разряжение вблизи входа или выхода среды, а в сечении в районе перегородки ликвидировать указанное разряжение, благодаря распределению трубок по сечению в соответствии с их расположением в перегородке. Ликвидация указанного разряжения обеспечивает рост теплоотдачи за счет исключения байпасных токов в межтрубной полости аппарата.
Расположение мест для прохода трубок через перегородку равномерно по сечению трубного пучка позволяет добиться одинакового обтекания средой межтрубного пространства всех трубок пучка, что обеспечивает достижение наибольшей эффективности теплоотдачи.
Наличие двух или более перегородок позволяет обеспечить переход от неравномерного распределения трубок в сечении пучка к их равномерному распределению как в районе входного, так и выходного патрубков, а также поддержание равномерного распределения на протяжении всей длины теплообменного аппарата.
На фиг. 1 схематически представлен заявляемый теплообменный аппарат. Поз. 1 - корпус, поз. 2 и поз. 3 - патрубки трубной полости, поз. 4 и поз. 5 патрубки межтрубной полости, поз. 6 - трубки трубного пучка, поз. 7 перегородки, поз. 8 обозначено разряженное пространство трубного пучка.
На фиг. 2 представлено сечение трубного пучка в районе патрубка входа или выхода среды межтрубной полости.
На фиг. 3 представлено сечение трубного пучка в районе расположения перегородки.
Теплообменный аппарат работает следующим образом. Среда трубной полости через патрубок 2 входит в трубки 6 трубного пучка и, пройдя по трубной полости, выходит из аппарата через патрубок 3. Среда межтрубной полости входит в межтрубную полость через патрубок 4 и, пройдя по межтрубной полости, выходит через патрубок 5. При входе теплоносителя межтрубной полости в корпус 1 аппарата теплоноситель попадает в разряженное пространство 8, где за счет изгиба теплопередающих трубок 6 создано разряжение в трубном пучке (аналогичная картина наблюдается при выходе теплоносителя межтрубной полости из корпуса). При этом после прохождения перегородки 7 среда межтрубной полости движется уже по равномерно заполненному теплопередающими трубками 6 сечению.
Использование заявляемого технического решения позволяет повысить надежность теплообменного аппарата, одновременно снизив его гидравлическое сопротивление.