УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ В ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТАХ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для повышения эффективности теплообменного оборудования.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является устройство для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах, которое состоит из пульсационной камеры, гидроаккумулятора, генератора пневматических импульсов устанавливаемых на входе и выходе из теплообменника (одном из его контуров) для создания колебаний (пульсаций) потока теплоносителя, что в свою очередь в зависимости от частоты и пульсаций теплоносителя может привести к интенсификации теплообмена и очистки теплообменной поверхности, так же вместо генератора пульсаций может использоваться насос с трехходовым краном устанавливаемые последовательно на входе в теплообменник (см. патент ФРГ DE 10318528 A1, МПК F28F 13/10, опубликовано 11.11.2004).
Основным недостатком данного устройства является отсутствие дополнительного гидравлического сопротивления на выходе из теплообменника, понижающее эффективность колебаний теплоносителя в теплообменнике при подаче пульсаций в газовую подушку, поскольку поток жидкости, выталкиваемый газовой подушкой из пульсационной камеры (при подаче импульса в камеру) ввиду меньшего сопротивления, не возвращаясь в теплообменник, уходит в выходной трубопровод.
Кроме этого, недостатком известного устройства является низкая эффективность использования энергии жидкости, собираемой в гидроаккумуляторе, а также то, что с ростом избыточного давления в системе для генерации пульсаций (т.е. для сжатия газовой подушки) приходится затрачивать больше энергии для создания требуемой амплитуды колебаний жидкости, что также снижает эффективность колебаний теплоносителя.
Отсутствие упругого элемента в пульсационной камере и гидроаккумуляторе между газовой подушкой и теплоносителем, может привести к утечке рабочей жидкости в случае нарушения герметичности газовой подушки, что является недопустимым, если в роли теплоносителя выступает агрессивная среда.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности колебаний теплоносителя в теплообменнике за счет повышения гидравлического сопротивления на выходе из теплообменника и повышение эффективности использования энергии жидкости, собираемой в гидроаккумуляторе.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах, установленном на теплообменник и содержащем генератор пневматических импульсов, соединенный с пульсационной камерой, гидроаккумулятор, входные трубопроводы горячей и холодной среды, выходные трубопроводы горячей и холодной среды, при этом указанные трубопроводы соединены с теплообменником, пульсационная камера соединена с выходным трубопроводом холодной среды, а гидроаккумулятор соединен с входным трубопроводом холодной среды, согласно предлагаемой полезной модели, в пульсационную камеру дополнительно установлен упругий элемент в виде мембраны, в гидроаккумулятор между жидкостью и газовой подушкой дополнительно установлен упругий элемент в виде пружины и поршня, на выходных трубопроводах горячей и холодной среды установлены запорные устройства, а генератор пневматических импульсов представляет собой привод, имеющий пневмоцилиндр, соединенный с блоком управления, при этом шток пневмоцилиндра соединен с мембраной пульсационной камеры.
При этом в него введены два дополнительных трубопровода, причем первый дополнительный трубопровод соединен с пульсационной камерой и выходным трубопроводом горячей среды, а второй дополнительный трубопровод соединен с гидроаккумулятором и входным трубопроводом горячей среды.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен теплообменник с установленным на нем устройством для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах.
На чертеже имеются следующие обозначения:
1 - пульсационная камера;
2 - гидроаккумулятор;
3 - упругий элемент в виде мембраны;
4 - запорное устройство;
5 - поршень;
6 - пружина;
7 - теплообменник;
8 - блок управления;
9 - пневмоцилиндр;
10 - выходной трубопровод горячей среды;
11 - выходной трубопровод холодной среды;
12 - первый дополнительный трубопровод;
13 - второй дополнительный трубопровод;
14 - входной трубопровод горячей среды;
15 - входной трубопровод холодной среды.
На теплообменник 7 устанавливается предлагаемое устройство для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах, изменяющее периодически его скорость и позволяющее задавать различную частоту и амплитуду пульсаций.
Устройство для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах содержит генератор пневматических импульсов, соединенный с пульсационной камерой 1, гидроаккумулятор 2, входные трубопроводы 14 и 15, соответственно, горячей и холодной среды, выходные трубопроводы 10 и 11, соответственно, горячей и холодной среды, при этом указанные трубопроводы 14, 15, 10, 11 соединены с теплообменником 7, пульсационная камера 1 соединена с выходным трубопроводом 11 холодной среды, а гидроаккумулятор 2 соединен с входным трубопроводом 15 холодной среды.
Отличием предлагаемого устройства для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах является то, что в пульсационную камеру 1 дополнительно установлен упругий элемент в виде мембраны 3, в гидроаккумулятор 2 между жидкостью и газовой подушкой дополнительно установлен упругий элемент в виде пружины 6 и поршня 5, на выходных трубопроводах 10 и 11, соответственно, горячей и холодной среды установлены запорные устройства 4, а генератор пневматических импульсов представляет собой привод, имеющий пневмоцилиндр 9, соединенный с блоком управления 8, при этом шток пневмоцилиндра 9 соединен с мембраной 3 пульсационной камеры.
При этом в него введены два дополнительных трубопровода 12 и 13, причем первый дополнительный трубопровод 12 соединен с пульсационной камерой 1 и выходным трубопроводом 10 горячей среды, а второй дополнительный трубопровод 13 соединен с гидроаккумулятором 2 и входным трубопроводом 14 горячей среды.
Устройство для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах работает следующим образом.
Горячая среда (теплоноситель) циркулирует по входному трубопроводу 14 горячей среды через трубное пространство теплообменника 7, где охлаждается, отдавая часть тепла холодной среде, и выходит через выходной трубопровод 10 горячей среды.
Холодная среда циркулирует по входному трубопроводу 15 холодной среды через межтрубное пространство теплообменника 7, где нагревается и забирает часть тепла от горячей среды, при этом подвергается воздействию пульсаций, создаваемых устройством для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах, что позволяет повысить теплообмен, и выходит через выходной трубопровод 11 холодной среды.
Пневмоцилиндр 9 с блоком управления 8, задает циклическое возвратно-поступательное движение мембране 3 по выбранному алгоритму, в результате чего теплоноситель в пучке труб теплообменника периодически меняет свое направление и начинает заполнять гидроаккумулятор 2, который служит для осуществления обратного хода теплоносителя и аккумулирования гидравлической энергии жидкости. При этом энергия жидкости, накопленная в гидроаккумуляторе 2, через упругий элемент, состоящий из поршня 5 и пружины 6, воздействует на поток теплоносителя межтрубного пространства теплообменника 7, ускоряя его течение. Запорное устройство 4 создает дополнительные гидравлические сопротивления теплоносителю на выходе из теплообменника 7, что повышает эффективность колебаний теплоносителя.
Воздействию пульсаций может подвергаться либо горячая, либо холодная среда или же оба теплоносителя сразу, так как первый дополнительный трубопровод 12 соединен с пульсационной камерой 1 и выходным трубопроводом 10 горячей среды, а второй дополнительный трубопровод 13 соединен с гидроаккумулятором 2 и входным трубопроводом 14 горячей среды.
Устройство для создания пульсаций теплоносителей в теплообменных аппаратах может устанавливаться на различное теплообменное оборудование (кожухотрубные, пластинчатые, теплообменники типа труба в трубе).
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволит повысить колебания теплоносителя в теплообменнике, что приведет к повышению эффективности теплообменного оборудования, увеличит срок службы и снизит эксплуатационные и капитальные затраты.