ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к области теплообменной техники и может быть использована в теплообменниках, предназначенных для различных отраслей народного хозяйства, в частности в теплообменниках, работающих на естественной циркуляции без использования насосного оборудования.
Известно и используется множество теплообменников, содержащих корпус, пучок прямых труб, закрепленных в трубных досках и направляющих (отражающих) перегородках. Одна теплообменная среда циркулирует внутри прямых труб, а другая в межтрубном пространстве. Направление течения теплообменной среды, циркулирующей в межтрубном пространстве, обеспечивается направляющими поверхностями отражающих перегородок, смещенных относительно друг друга по длине корпуса. Патент РФ №2153643, опубл. 27.07.2000, МПК F28F 9/22.
Недостатком теплообменников такого типа является то, что теплообменная среда, циркулирующая в межтрубном пространстве, несколько раз меняет направление движения при протекании по направляющим поверхностям перегородок, расположенных по длине корпуса. Это вызывает неравномерность скорости потока среды и распределения потока между соседними перегородками, а также приводит к уменьшению интенсивности теплопередачи и повышению гидравлического сопротивления, что в свою очередь негативно сказывается на работе теплообменника при естественной циркуляции, то есть в режиме без насоса. На поверхности направляющих перегородок и в местах снижения скорости течения среды накапливаются отложения в виде шлама.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является теплообменник по патенту РФ №2319917, опубл. 20.03.2008, МПК F28F 9/22, который выбираем за прототип.
Теплообменник по патенту №2319917, содержащий корпус (кожух), имеющий продольную ось, патрубки подвода и отвода первой текучей теплообменной среды, циркулирующей в межтрубном пространстве, патрубки подвода и отвода второй текучей теплообменной среды, циркулирующей внутри, проходящих по оси прямых труб. Трубы размещены в отверстиях отражающих перегородок, выполненных в виде квадрантов (сегментов), установленных под углом к продольной оси корпуса и смещенных относительно друг друга по длине корпуса.
Для того, чтобы гарантировать требуемое положение множества отражающих перегородок относительно друг друга и относительно труб, а также гарантировать уменьшение вибрации, создаваемой трубами под воздействием среды, внешние края перегородок соединены усиливающими элементами в виде уплотняющих пластин, стяжек, приваренных к краям соседних перегородок или соединенных анкерным креплением.
Такая конструкция теплообменника обеспечивает направление потока среды по винтовой более естественной траектории, обеспечивая равномерную скорость потока среды вдоль всей поверхности направляющей перегородки.
Однако, основная часть потока текучей среды перемещается по винтовой линии, но так как между направляющими перегородками по длине корпуса существует разрыв направляющей поверхности, то нельзя полностью исключить неконтролируемые перетечки среды и завихрения потока. Кроме того, наличие дополнительных крепежных элементов усложняет изготовление, сборку конструкции, снижает скорость потока и повышает перетечки между краями отражающих перегородок и корпуса.
Для исключения перетечек текучей среды между отражающими перегородками необходимо уменьшение расстояния между ними по длине корпуса. Этого можно добиться за счет увеличения числа перегородок, но возникает проблема дефицита пространства.
Технической задачей является создание теплообменника, обеспечивающего винтовую траекторию движения теплообменной среды по непрерывной направляющей поверхности, то есть исключающей разрывы между отражающими перегородками, с расширением функциональных возможностей при эксплуатации.
Техническим результатом решения поставленной задачи является более равномерное обтекание труб, исключение застойных зон и утечек среды в районе направляющих перегородок, исключение дополнительных элементов в виде уплотнительных пластин, возможность установки приборов для контроля параметров текучей среды и дросселирующих элементов.
Достигается технический результат за счет того, что в теплообменнике, содержащим корпус с патрубками подвода и отвода первой текучей среды, циркулирующей в межтрубном пространстве, и второй текучей среды, циркулирующей внутри пучка труб, закрепленных в трубных досках и проходящих через установленные в корпусе отражающие перегородки, направляющая поверхность отражательных перегородок выполнена без разрывов в виде сплошной винтовой поверхности, закрепленной на центральной трубе.
Кроме того, в полости центральной трубы могут быть установлены дросселирующие элементы или измерительные элементы.
Выполнение направляющей поверхности отражательных перегородок в виде сплошной винтовой поверхности исключает разрывы между перегородками, что позволяет обеспечить более равномерное обтекание труб.
Такое выполнение направляющей поверхности является более жестким, не требующим дополнительных элементов для крепления.
Установка центральной трубы позволяет расширить функциональные возможности за счет размещения в ее полости дросселирующих элементов и измерительных приборов.
Сущность полезной модели поясняется на чертеже, где показан общий вид теплообменника.
Теплообменник состоит из корпуса 1, имеющего крышку 2, днище 3, патрубки подвода 4 и отвода 5 первой текучей (охлаждаемой) среды, циркулирующей в межтрубном пространстве, патрубки подвода 6 и отвода 7 второй текучей (охлаждающей) среды, циркулирующей внутри пучка прямых теплообменных труб 8, закрепленных в трубных досках 9 и образующих пучок 10. В корпусе 1 размещена отражательная перегородка 11, выполненная в виде сплошной винтовой поверхности. Трубы 10, проходят через отверстия в перегородке 11. В корпусе 1 установлена центральная труба 12, на внешней стороне которой закреплена отражательная перегородка 11, а в полости могут быть размещены приборы (датчики) для измерения температуры среды, по показаниям которых можно установить изменение температуры среды по длине пучка труб 10. Возможна установка в полость центральной трубы дросселирующих элементов, позволяющих использовать центральную трубу как дополнительную теплообменную поверхность.
Работает теплообменник следующим образом. Первая текучая среда поступает через патрубок 4 в межтрубное пространство, опускается вниз по винтовой линии, охлаждаясь от второй среды, и отводится через патрубок 5. Вторая среда поступает через патрубок 6 в трубный пучок, поднимается по трубам вверх, нагревается и отводится через патрубок 7.
Предложенный теплообменник может быть использован в системах аварийного отвода тепла, работающих на естественной циркуляции без использования насосного оборудования.