КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области теплотехники, а именно к теплообменному оборудованию, и может использоваться в энергетической, химической, пищевой, жилищно-коммунальной и других отраслях промышленности.
Известен подогреватель кожухотрубный водо-водяной [ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели кожухотрубные водо-водяные систем теплоснабжения. Общие технические условия» С.4, 11; СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» М.: ОАО «ЦПП». - 1997 г. С. 38-42], состоящий из блок-секций, калачей соединительных, перехода, патрубка входа нагреваемой воды, патрубка выхода нагреваемой воды, патрубка входа греющей воды, патрубка выхода греющей воды. Внутри секции расположен блок опорных перегородок с теплообменными трубками, кольцо и пруток.
Недостатками известного подогревателя является низкая эффективность теплоотдачи из-за гладкой формы трубок, вследствие чего отсутствует вихреобразование потока нагреваемой жидкости, а также сравнительно высокое гидравлическое сопротивление из-за поперечных перегородок внутри корпуса.
Наиболее близким техническим решением к заявленному, принятому за прототип, является кожухотрубный теплообменный аппарат [Патент на полезную модель №149737 Российская Федерация, МПК F28D 7/00 Кожухотрубый теплообменный аппарат / Никулин Н.Ю., Кущев Л.А., Суслов Д.Ю., Уваров В.А., Феоктистов А.Ю.; заявитель и патентообладатель Белгород, госуд. технолог, ун-т им. В.Г. Шухова. - №2014134083/06; заявл. 19.08.14; опубл. 20.01.15, Бюл. №2. - 3 с.], содержащий корпус круглого сечения, на противоположных торцевых стенках которого расположены патрубок для подачи горячей жидкости и патрубок для отвода охлажденной жидкости. На боковой поверхности корпуса со стороны патрубка отвода охлажденной жидкости расположен патрубок для подачи нагреваемой жидкости, а со стороны патрубка подачи горячей жидкости расположен патрубок отвода нагретой жидкости, фланцевое соединение расположено на торцах корпуса между патрубками подачи горячей жидкости и отвода нагретой жидкости, а также между патрубками отвода охлажденной жидкости и подачи нагреваемой жидкости. В корпусе находятся поперечные перегородки, разделяющие греющий и нагреваемый контуры. Между этими перегородками продольно расположены теплообменные трубки греющего контура, оснащенные с двух сторон плавниковыми пластинами. При этом плавниковые пластины каждого ряда теплообменных трубок установлены радиально. На них расположены по обеим сторонам ребра криволинейного сечения, повторяющиеся с заданным шагом по длине.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность прототипа: корпус с патрубками подачи горячей и отвода нагретой жидкостей, на боковой поверхности корпуса со стороны патрубка отвода охлажденной жидкости расположен патрубок подачи нагреваемой жидкости, теплообменные трубки, расположенные в корпусе и оснащенные плавниковыми пластинами, по обеим сторонам которых расположены ребра криволинейного сечения.
Недостатками прототипа является низкая эффективность нагрева жидкости, находящейся в межтрубном пространстве, за счет неравномерности распределения этой жидкости при обтекании теплообменных трубок, а так же высокое гидравлическое сопротивление, обусловленное частой установкой ребер криволинейного сечения.
Полезная модель направлена на повышение эффективности нагрева жидкости за счет ее равномерного распределения в межтрубном пространстве.
Это достигается тем, что кожухотрубный теплообменный аппарат содержит с патрубками подачи горячей и отвода нагретой жидкостей корпус, на боковой поверхности которого со стороны патрубка отвода охлажденной жидкости расположен патрубок подачи нагреваемой жидкости, теплообменные трубки, расположенные в корпусе и оснащенные плавниковыми пластинами, по обеим сторонам которых расположены ребра криволинейного сечения. Теплообменные трубки расположены в шахматном порядке, плавниковые пластины одного ряда теплообменных трубок расположены параллельно плавниковым пластинам другого ряда теплообменных трубок, а ребра взаимно противоположных плавниковых пластин расположены в шахматном порядке.
Сопоставление предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что заявленное решение отличается тем, что теплообменные трубки расположены в шахматном порядке, плавниковые пластины одного ряда теплообменных трубок расположены параллельно плавниковым пластинам другого ряда теплообменных трубок, а ребра взаимно противоположных плавниковых пластин расположены в шахматном порядке, и позволяет установить наличие отличительных от прототипа признаков.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию полезной модели «новизна».
Полезная модель поясняется графическим материалом. На фиг. 1 изображен продольный разрез кожухотрубного теплообменного аппарата, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - общий вид теплообменной трубки, на фиг. 4 - расположение ребер криволинейного сечения противоположных пластин.
Кожухотрубный теплообменный аппарат содержит корпус 1, на противоположных торцевых стенках которого расположены патрубок 2 подачи горячей жидкости и патрубок 3 отвода охлажденной жидкости. На боковой поверхности корпуса со стороны патрубка 3 расположен патрубок 4 подачи нагреваемой жидкости, а со стороны патрубка 2 расположен патрубок 5 отвода нагретой жидкости. Фланцевое соединение 6 расположено на боковой поверхности корпуса между патрубком 2 подачи горячей жидкости и патрубком 3 отвода нагретой жидкости, а также между патрубком 3 отвода охлажденной жидкости и патрубком 4 подачи нагреваемой жидкости. В корпусе расположены поперечные перегородки 7, разделяющие греющий и нагреваемый контуры. Между этими перегородками продольно и в шахматном порядке установлены, например, завальцованы в отверстиях перегородок, теплообменные трубки 8 греющего контура, оснащенные с двух сторон плавниковыми пластинами 9 (фиг. 2, 3). При этом плавниковые пластины одного ряда теплообменных трубок расположены параллельно плавниковым пластинам другого ряда теплообменных трубок. По обеим сторонам плавниковых пластин расположены ребра 10 криволинейного сечения (фиг. 3, 4). Причем ребра взаимно противоположных плавниковых пластин расположены в шахматном порядке.
Кожухотрубный теплообменный аппарат работает следующим образом.
Фланцевое соединение 6 позволяет производить разборку (сборку) аппарата, а также соединять несколько секций для увеличения тепловой мощности.
В патрубок 2 подается горячая жидкость из источника тепловой энергии (котельная, ТЭЦ, АЭС и др.), которая затем поступает в теплообменные трубки 8, нагревая их по всей длине. Проходя по трубкам, жидкость охлаждается и по окончанию процесса выводится через патрубок 3. Нагреваемая жидкость поступает в корпус 1 через патрубок 4, проходит, равномерно распределяясь, в межтрубном пространстве, находящемся между поперечными перегородками 7, омывая в продольном направлении теплообменные трубки 8 с пластинами 9, а в поперечном направлении - ребра 10, что позволяет создать дополнительную турбулизацию нагреваемой жидкости на пластинах. Затем нагретая жидкость отводится через патрубок 5 и подается потребителю тепловой энергии для дальнейшего использования в инженерных системах (отопление, горячее водоснабжение и др.).
Установка теплообменных трубок на взаимно противоположных плавниковых пластинах в шахматном порядке с расположением плавниковых пластин одного ряда теплообменных трубок параллельно плавниковым пластинам другого ряда трубок уменьшает площадь межтрубного пространства, увеличивает площадь теплообменной поверхности, сохранив при этом расход нагреваемой жидкости, и распределяет равномерно поток нагреваемой жидкости в межтрубном пространстве.
Расположение ребер криволинейного сечения в шахматном порядке на взаимно противоположных плавниковых пластинах позволяет создать турбулизацию нагреваемой жидкости, омывающей поверхность плавниковых пластин, равномерно распределив ее в межтрубном пространстве у пластин.
Таким образом, заявленная полезная модель повышает эффективность нагрева жидкости, а также обеспечивает более высокую производительность по целевому продукту (нагревание жидкости, например, воды), и снижает гидравлическое сопротивление аппарата.