ОДНОПОТОЧНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ЗМЕЕВИК
SINGLE-FLOW TUBULAR COIL

Изобретение относится к конструкции трубчатых поверхностей теплопередачи теплообменных устройств для текучих сред под давлением и может быть использовано в нефтяной, химической и других отраслях техники, в частности в нагревателях нефти и нефтяной эмульсии.
Известны однопоточные трубчатые змеевики [1, 2], в которых трубы-шпильки соединены приварными крутоизогнутыми двойниками. Минимальное расстояние между осями соседних труб в ряду змеевиков ограничено величиной 1,75d, где d - наружный диаметр труб. Данное обстоятельство сдерживает увеличение площади поверхности труб змеевиков в единице занимаемого ими объема, а также способствует достижению высокой компактности теплообменных устройств.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является однопоточный трубчатый змеевик, содержащий ряд прямых труб и соединительные элементы на концах труб [3] - прототип.
В известном устройстве, с целью достижения наименьшего расстояния между трубами, они соединены двойником и двумя отводами. Конструкция обеспечивает любое малое расстояние между трубами в плоскости ряда труб. Недостатком змеевика является усложнение конструкции. Наличие дополнительных двух отводов между соседними трубами увеличивает число соединительных сварных швов, что снижает надежность змеевика и повышает его стоимость. Значительно увеличивается габаритный размер ряда труб в направлении, перпендикулярном плоскости ряда.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении конструкции, уменьшении габаритов змеевика, повышении площади поверхности труб в габаритном объеме змеевика.
Сущность изобретения заключается в том, что в однопоточном трубчатом змеевике, содержащем ряд прямых труб и соединительные элементы на концах труб, соединительный элемент состоит из трубы с отверстиями по ее образующей для ввода в них прямых труб, число отверстий равно числу труб в ряду, в диаметральных плоскостях соединительного элемента установлены диски, образующие со стенкой соединительного элемента отсеки, через которые соединяются полости попарно расположенных труб ряда.
В отличие от известного устройства выполнение соединительного элемента из трубы с отверстиями по ее образующей для ввода в них прямых труб и размещение в диаметральных плоскостях соединительного элемента дисков, образующих со стенкой соединительного элемента отсеки, через которые соединяются полости попарно расположенных труб ряда, позволяет использовать в змеевике, независимо от числа прямых труб в нем, только два соединительных элемента - по одному элементу на противоположных сторонах змеевика. Конструкция змеевика получается значительно проще и технологичнее в изготовлении. Расстояние между трубами может быть уменьшено до минимальных величин, позволяющих обеспечить положение качественного сварного шва в месте стыка прямых труб ряда с соединительным элементом. Это дает возможность уменьшить габариты змеевика и повысить площадь поверхности труб в габаритном объеме змеевика. Диски крепятся в соединительном элементе с помощью сварных заклепок, либо с помощью одного или нескольких стержней, прошивающих диски в осевом направлении. Стержни с дисками крепятся между собой сваркой, концы стержней в концевых участках соединительного элемента закрепляются на его стенках также сваркой.
Возможные кольцевые зазоры между дисками и стенкой соединительного элемента могут приводить к осевым перетокам жидкости из одного отсека в другой, соседний. Однако из-за низкой разности давлений в соседних отсеках, равной потере давления потока в одной петле змеевика, осевые перетоки будут малы и в большинстве нагревательных устройств они не имеют сколь-нибудь существенного значения для работы устройства.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".
Известные технические решения [1, 2] имеют более сложную конструкцию. Это, а также наличие большого числа сварочных швов, обусловливает технологическую сложность изготовления и пониженную надежность.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".
На фиг.1 приведен разрез предлагаемого однопоточного трубчатого змеевика; на фиг.2 - часть соединительного элемента.
Однопоточный трубчатый змеевик содержит ряд прямых труб 1 и соединительные элементы 2 с отверстиями 3 по образующим. В соединительных элементах 2 размещены диски 4. Диски 4 со стенками соединительного элемента 2 образуют отсеки 5, через которые соединяются полости двух рядом расположенных труб 1 ряда.
Концы труб 1 соединяются с элементами 2 сваркой по линиям стыка. В конструкции змеевика минимизировано количество сварных швов и используются стандартные и унифицированные изделия.
Однопоточный трубчатый змеевик работает следующим образом. При подаче, например, слева в соединительный элемент 2 поток жидкости поворачивает на 90° и входит в первую прямую трубу ряда. На выходе из трубы поток поворачивает в отсеке 5 на 180° и входит в следующую прямую трубу ряда. Далее поток последовательно проходит через все отсеки 5 в соединительных элементах 2 и трубах 1 ряда и выходит из змеевика справа.
Преимуществами предлагаемого однопоточного трубчатого змеевика являются:
- конструктивная простота и более простая технология изготовления;
- большая площадь поверхности труб, приходящаяся на единицу объема змеевика.
Источники информации
1. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1987. с.13÷16.
2. Патент РФ №2256846 С1, М. кл. 22В 7/00. Бюл. №20 от 20.07.2005.
3. Авторское свидетельство СССР №454405, М. кл. F26в 5/10, C10g 9/20. Бюл. №47 от 25.12.1974.