ВОДОГРЕЙНЫЙ ВОДОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в водогрейных водотрубных котлах и отопительных системах.
Известен водогрейный водотрубный теплообменник по патенту на полезную модель РФ №34235, МПК 7 F24H 1/00, з. 24.07.2003 г., оп. 27.11.2003 г., принятый за прототип.
Водогрейный водотрубный теплообменник по прототипу содержит вертикальные передний и задний перепускные кольцевые коллекторы, выполненные из двух чашеобразных фланцев, разделенных на равные внутренние перепускные сектора радиальными поперечными перегородками. Горелка размещена на наружном фланце на оси теплообменника. Вокруг горелки рядами в шахматном порядке расположены прямолинейные теплообменные трубы с оребренными поверхностями, на образующих которых установлены металлические пластины с зазорами между ними вдоль оси теплообменника. Патрубки для отвода и подвода воды размещены соответственно вверху и внизу на наружном фланце переднего коллектора. Кольцевые коллекторы установлены так, что их внутренние перепускные сектора смещены по окружности друг относительно друга на 1/2 их площади.
Коллекторы с равным количеством радиальных поперечных перегородок, установленные со смещением по окружности друг относительно друга перепускных секторов на половину их площади, обеспечивают разделение входящего потока воды в заднем коллекторе на два потока. Поток воды, один раз поделенный на два расхода, проходит с ними через все трубы. При образовании накипи хотя бы в одной трубе все трубы этого потока будут находиться в ухудшенном
положении из-за сниженного расхода, что вызовет поверхностное кипение и дальнейшее образование накипеотложений в других трубах этого потока.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в создании конструкции, обеспечивающей снижение накипеобразований в теплообменных трубах.
Поставленная задача достигается тем, что водогрейный водотрубный теплообменник содержит вертикальные передний и задний перепускные кольцевые коллекторы, разделенные на внутренние перепускные сектора радиальными поперечными перегородками, центральную горелку, вокруг которой рядами в шахматном порядке расположены прямолинейные теплообменные трубы с оребренными поверхностями, на образующих которых установлены металлические пластины, и размещенные на переднем коллекторе патрубки для подвода и отвода воды. Новым является то, что количество радиальных поперечных перегородок переднего коллектора в два раза превышает количество радиальных поперечных перегородок заднего коллектора, а коллекторы расположены так, что в проекции нижний перепускной сектор заднего коллектора перекрывает нижний перепускной сектор и две половины соседних с ним секторов переднего коллектора. Это обеспечивает увеличение площади каждого перепускного сектора заднего коллектора по сравнению с площадью перепускного сектора переднего коллектора в два раза, что способствует лучшему смешиванию потока, поступающего по трубам из переднего коллектора.
В источниках патентной и научно-технической информации не обнаружена указанная выше совокупность существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию «новизна».
Устройство может быть изготовлено в условиях промышленного производства с использованием известных технологий из современных
материалов, что подтверждает соответствие полезной модели критерию «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется примером выполнения водогрейного водотрубного теплообменника с сопровождающими чертежами, на которых изображены:
фиг.1 - общий вид водогрейного водотрубного теплообменника;
фиг.2 - расположение теплообменных труб относительно горелки, разрез А-А на фиг.1;
фиг.3 - расположение перепускных секторов коллекторов, сечение Б-Б на фиг.1;
фиг.4 - циркуляционная система водогрейного водотрубного теплообменника.
Водогрейный водотрубный теплообменник имеет передний 1 и задний 2 перепускные кольцевые коллекторы, расположенные вертикально. Каждый коллектор выполнен из двух чашеобразных фланцев 3, 4 - передний и 5, 6 - задний коллектор. На наружном фланце 3 переднего коллектора установлены центральная горелка 7 и патрубки подвода 8 и отвода воды 9. Два ряда оребренных теплообменных труб 10 (по шестнадцать труб в каждом ряду) расположены в шахматном порядке вокруг горелки 7, а их концы входят в коллекторы 1 и 2. Фланцы 3 и 4 переднего коллектора имеют четыре радиально расположенные перегородки 11, образующие четыре перепускных сектора 12 с восемью теплообменными трубами в каждом. Фланцы 5 и 6 заднего коллектора имеют две радиально расположенные перегородки 13, образующие два перепускных сектора 14, каждый из которых содержит по шестнадцать теплообменных труб. Коллекторы установлены таким образом, что в проекции нижний перепускной сектор 14 заднего коллектора перекрывает нижний перепускной сектор 12 и две половины соседних с ним секторов переднего коллектора. С целью улучшения теплообмена на оребренных образующих поверхностях
теплообменных труб 10 установлены металлические пластины 15, между которыми вдоль оси теплообменника имеются зазоры для выхода отработанных газов.
Водогрейный водотрубный теплообменник работает следующим образом. Подающаяся через патрубок 8 подвода холодная вода поступает в нижний перепускной сектор 12 переднего коллектора 1 и по его восьми нижним теплообменным трубам 10 попадает в нижний перепускной сектор 14 заднего коллектора 2 с шестнадцатью теплообменными трубами (фиг.4). Независимо от гидравлических сопротивлений нижних восьми труб, которые могут быть различными в результате накипеотложений в них, весь поступающий поток воды сходится в объеме нижнего сектора 14 заднего коллектора, который в два раза превышает объем нижнего сектора 12 переднего коллектора. Далее поток воды распределяется по следующим восьми трубам и двумя параллельными потоками поступает снова в передний коллектор, в котором разворачивается и двумя параллельными потоками движется по следующим восьми трубам. В двукратно увеличенном объеме верхнего перепускного сектора заднего коллектора оба потока сходятся и распределяются между восемью верхними трубами, по которым нагретая вода поступает в верхний сектор переднего коллектора и через него в патрубок 9 отвода воды. Благодаря такому распределению потока воды в заднем коллекторе, все трубы теплообменника находятся в равных условиях по образованию накипи. Расход воды через каждую из восьми верхних и восьми нижних теплообменных труб определяется только ее гидравлическим сопротивлением и не зависит от гидравлических сопротивлений каналов до нее. Нагрев воды в процессе движения производится топочными газами горелки 7, поступающими в образованное конвективными поверхностями пространство внутри теплообменника, где газовоздушная смесь равномерно распределяется и сгорает вблизи теплообменных труб.