СЕКЦИОННЫЙ ЗМЕЕВИКОВЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к змеевиковым теплообменным аппаратам типа «труба в трубе» и может быть использована в энергетике, строительстве и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен секционный теплообменник, каждая секция которого состоит из кожуха с приваренными трубными решетками, в которых развальцованы трубы. Отдельные секции теплообменного аппарата соединены между собой «калачами» (см. П.И. Бажан, Г.Е. Кановец, В.М. Селиверстов «Справочник по теплообменным аппаратам» М.: Машиностроение 1989. - с. 55-60).
К недостаткам известного теплообменника относятся их высокая стоимость и большой расход металла на единицу площади поверхности теплообмена.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является змеевиковый теплообменник типа «труба в трубе», выполненный по винтовой спирали, внутренний элемент которого содержит пучок змеевиковых труб, между которыми установлены гибкие вставки, обеспечивающие постоянный шаг размещения змеевиковых труб в пучке (см. JP 2003156294 A, МПК F28D 7/02, F28D 7/10 от 30.05.2003)
Недостатком прототипа является невозможность обеспечения строгого постоянства шага размещения змеевиковых труб в пучке, а также сохранения постоянства радиального зазора от внутренней стенки внешнего корпуса змеевика до змеевиковых труб пучка.
Целью полезной модели является строгое постоянство шага размещения змеевиковых труб в пучке, в том числе и во время совместной гибки пучка змеевиковых труб и внешнего корпуса змеевика, а также возможность обеспечить высокие коэффициенты теплоотдачи по длине змеевиковых труб пучка, размещенном в межтрубном пространстве внешнего корпуса.
Отличительным признаком предлагаемого змеевикового теплообменника типа «труба в трубе» от указанного прототипа является то, что гибкие вставки выполнены из многозаходных пружин, дискретно расположенных по длине змеевиковых труб, снабженных кольцами.
На фиг. 1 представлен общий вид змеевикового теплообменника типа «труба в трубе», на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1 с изображением гибкой вставки, выполненной из многозаходной пружины, снабженной на конце кольцами с змеевиковыми трубами в пучке, на фиг. 3 - общий вид гибкой вставки, снабженной на концах кольцами.
Змеевиковый теплообменник, сконструирован по типу «труба в трубе» и выполнен по винтовой спирали внутренний теплообменный элемента 1 которого содержит пучок змеевиковых труб 2, концы которых установлены в трубных решетках 3. К трубным решеткам крепятся крышки 4 с патрубками 5 для ввода и вывода из змеевикового теплообменника нагреваемого теплоагента.
Постоянный шаг размещения змеевиковых труб в пучке обеспечивается гибкими вставками 6, выполненными из многозаходных пружин, дискретно расположенных по длине змеевиковых труб. По концам гибкие вставки из многозаходных пружин 7 жестко скреплены и снабжены на концах кольцами 8, в которые продеваются змеевиковые трубы пучка 2.
Пучок змеевиковых труб размещается во внешнем корпусе-змеевике 9, выполненный по винтовой спирали из трубы большего диаметра из расчета требуемого межтрубного пространства, где строго фиксируется вдоль центральной осевой линии внутреннего диаметра корпуса-змеевика 9.
Внешний змеевик 9 снабжен патрубками 10 для подвода и отвода из межтрубного пространства змеевика греющего теплоагента.
Змеевиковый теплообменник типа «труба в трубе» работает следующим образом.
В пучок змеевиковых труб 2 теплообменного элемента 1 подается вода, а в межтрубное пространство змеевикового теплообменника 9 в противоток - насыщенный водяной пар.
Пройдя проточную часть змеевикового аппарата, горячая вода через патрубок 5, а пар, в виде конденсата, из патрубка 10 выводится из аппарата.
При таком исполнении змеевикового теплообменника в трубное пространство пучка змеевиковых труб 2 подается большое количество нагреваемого теплоагента, причем скорости в змеевиковой трубе, смонтированной в пучке существенно меньше, чем при том же расходе в одной змеевиковой трубе (см. патент на полезную модель №171543. Бюл. №16).
Это снижает гидравлическое сопротивление движению жидкости в проточной части пучка змеевиковых труб 2. Кроме того, такая компоновка змеевиковых труб существенно увеличивает площадь поверхности нагрева и производительность змеевикового теплообменника при меньших габаритных размерах аппарата.
Принципиальной особенностью предлагаемого змеевикового теплообменника типа «труба в трубе», выполненного по винтовой спирали, является строгое постоянство шага размещения змеевиковых труб в пучке, что обеспечивается гибкими вставками 6, выполненными из многозаходных пружин 7, дискретно расположенных по длине змеевиковых труб, снабженных на концах кольцами 8, а пучок змеевиковых труб строго фиксируется вдоль центральной винтовой линии внутреннего диаметра корпуса-змеевика 9, выполненного по винтовой спирали.
Предлагаемый вариант компоновки труб в пучке 2 и пучка труб относительно корпуса 9 (постоянство шага размещения труб в пучке и зазора крайнего ряда труб относительно внутреннего диаметра корпуса) обеспечивает равенство скоростей нагревающей среды по сечению межтрубного пространства, что гарантирует оптимальное значение критерия Рейнольдса в каждом сечении межтрубного пространства, а следовательно высокие значения коэффициентов теплоотдачи от пара к внешней стенке змеевиковых труб, а также оптимальное значение коэффициентов теплоотдачи от внутренней стенки змеевиковых труб 2 в ядро потока нагреваемого теплоагента (воды). При этом коэффициент теплоотдачи в предлагаемом змеевиковом теплообменнике возрастает в 2…3 раза по сравнению с прототипом.
Следует отметить, что исполнение вставок 6 в виде многозаходных пружин 7, дискретно расположенных по длине змеевиковых труб, снабженных на концах кольцами 8, позволяет укладывать трубы в пучок в количестве расчетной области поверхности нагрева. Кроме того, вставка 6, выполненная в виде многозаходной пружины 7, растягиваясь и сгибаясь позволяет совместно изгибать пучок змеевиковых труб 2 и внешний корпус 9 с наперед заданным радиусом изгиба.
Сборка змеевикового теплообменника типа «труба в трубе» может быть выполнена двумя способами. В первом случае трубы пучка 2 гнутся по винтовой спирали независимо друг от друга, затем стягиваются гибкими вставками 6, выполненными в виде многозаходной пружины 7, дискретно располагаясь по длине змеевиковых труб, и с помощью колец 8 на концах пружины строго фиксируются с заданным шагом на пучке змеевиковых труб. В завершении сборки монтируется корпус-змеевик 9, выполненный из термостойкого гибкого полимерного материала. Последней стадией сборки является установка змеевиковых труб в трубных решетках, где осуществляется процесс сварки труб к трубным решеткам. Во втором случае пучок труб 2, стянутый гибкими вставками 6, монтируются во внешнем стальном корпусе 9. В межтрубное пространство корпуса 9 засыпается песок, который плотно утрамбовывается на вибростенде. Далее на трубогибочном станке происходит совместная гибка пучка змеевиковых труб 2 и внешнего корпуса-змеевика 9. После завершения гибки песок удаляется из межтрубного пространства. Змеевиковые теплообменники предлагаемой конструкции применимы при больших разностях температур между пучком змеевиковых труб 2 и внешним корпусом змеевика, поскольку за счет своей формы и наличия гибких вставок обеспечивают компенсацию температурных напряжений между трубами пучка змеевиковых труб, а также между внешним корпусом и пучком змеевиковых труб.
Если требуется дальнейшее увеличение поверхности и производительности змеевикового теплообменника, он может быть смонтирован в виде ряда модулей, выполненных из нескольких змеевиковых теплообменников типа «труба в трубе» или аппаратов, установленных друг в друге с образованием «елки».