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 многотрубчатый разборный теплообменник (см. а.с. №85159), состоящий из элементов с пучками труб, заключенных в кожухи для подогреваемой воды, вводного фланца для подачи теплой воды и выводного фланца для отвода остывшей воды, патрубков для подачи холодной и отвода подогретой воды. Элементы с пучками труб соединены между собой соединительными элементами дугообразной формы, выполненные с таким же расположением, числом и диаметром труб, как и в элементах с пучками труб. Концы труб соединительных и прямолинейных элементов жестко присоединены к фланцам, которые образуют вместе трубные решетки. Фланцевое соединение позволяет выполнять теплообменник разборным многосекционным. Для улучшения циркуляции теплоносителя секции дополнительно оснащены цилиндрами, расположенными перпендикулярно прямолинейным секциям.
Недостатками данного теплообменного аппарата является низкая эффективность теплоотдачи из-за гладкой формы теплообменных трубок, вследствие чего отсутствует вихреобразование потока нагреваемой жидкости.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является кожухотрубчатый теплообменник (см. а.с. №463849), содержащий кожух, патрубки для подвода горячей и отвода охлажденной жидкостей, расположенные на одной из торцевых крышек, нижний патрубок для подвода нагреваемой и верхний патрубок для отвода нагретой жидкостей, расположенные на кожухе теплообменника. В кожухе расположены трубки, центральный коллектор и поперечные перегородки, установленные через одну с зазором относительно кожуха и образующие отсеки. Центральный коллектор оснащен отверстиями для входа в него жидкости в одном отсеке и выхода - в другом. Трубки снабжены продольными плавниковыми ребрами (пластинами), установленными радиально.
Недостатками данного теплообменного аппарата является высокое гидравлическое сопротивление (высокие потери давления) за счет наличия поперечных перегородок и центрального коллектора в корпусе аппарата, а также низкая эффективность теплоотдачи.
Техническим результатом заявленного решения является повышение эффективности теплоотдачи за счет дополнительной турбулизации потока нагреваемой жидкости на теплообменных поверхностях аппарата, а также снижение гидравлического сопротивления.
Технический результат достигается тем, что кожухотрубный теплообменный аппарат содержит корпус с патрубками для подачи горячей и отвода нагретой жидкостей, патрубком подачи нагреваемой жидкости, расположенном на боковой поверхности корпуса со стороны патрубка отвода охлажденной жидкости, теплообменные трубки, расположенные в корпусе, оснащенные плавниковыми пластинами, установленными радиально. На пластинах расположены по обеим сторонам ребра криволинейного сечения.
Для обеспечения равномерного распределения тепловой энергии в корпусе патрубки подачи горячей и отвода охлажденной жидкостей расположены на противоположных торцевых стенках аппарата, патрубок отвода нагретой жидкости расположен на боковой поверхности корпуса со стороны патрубка подачи горячей жидкости.
Повышение эффективности теплоотдачи теплообменной поверхности аппарата достигается с помощью дополнительной турбулизации потока жидкости межтрубного пространства теплообменного аппарата за счет выполнения теплообменных трубок, размещенных в корпусе и оснащенных плавниковыми пластинами, установленными радиально, с расположенными на них по обеим сторонам ребрами криволинейного сечения, повторяющимися с заданным шагом по длине, который определяется расчетом, благодаря чему достигается сложное и перемежающее движение потока с разрушением пристенного пограничного слоя жидкости.
Расположение патрубков подачи горячей и отвода охлажденной жидкости на разных торцевых стенках корпуса обеспечивает равномерное распределение тепловой энергии в корпусе аппарата. Расположение на боковой поверхности корпуса патрубка подачи нагреваемой жидкости со стороны патрубка отвода охлажденной жидкости и патрубка отвода нагретой жидкости со стороны патрубка подачи горячей жидкости способствует более полному распределению нагреваемой жидкости в объеме теплообменного аппарата.
Сопоставление предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что заявленное решение отличается тем, что на пластинах расположены по обеим сторонам ребра криволинейного сечения, и позволяет установить наличие отличительных от прототипа признаков.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Кожухотрубный теплообменный аппарат поясняется графическим материалом. На фиг. 1 изображен продольный разрез кожухотрубного теплообменного аппарата, на фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1, на фиг. 3 - общий вид теплообменной трубки.
Кожухотрубный теплообменный аппарат содержит корпус 1, например, круглого сечения, на противоположных торцевых стенках которого расположены патрубок для подачи горячей жидкости 2 и патрубок для отвода охлажденной жидкости 3. На боковой поверхности корпуса теплообменного аппарата со стороны патрубка отвода охлажденной жидкости расположен патрубок для подачи нагреваемой жидкости 4, а со стороны патрубка подачи горячей жидкости расположен патрубок отвода нагретой жидкости 5, фланцевое соединение 6 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 теплообменного аппарата находятся поперечные перегородки 7, разделяющие греющий и нагреваемый контуры. Между этими перегородками продольно расположены теплообменные трубки 8 греющего контура, оснащенные с двух сторон плавниковыми пластинами 9 (фиг. 2). При этом плавниковые пластины каждого ряда теплообменных трубок установлены радиально. На них расположены по обеим сторонам ребра 10 криволинейного сечения, повторяющиеся с заданным шагом по длине, который определяется расчетом (фиг. 3).
Кожухотрубный теплообменный аппарат работает следующим образом.
В патрубок 2 подается горячая жидкость, например, жидкость из источника тепловой энергии, которая затем поступает в теплообменные трубки 8, нагревая их по всей длине. Оснащение трубок плавниковыми пластинами 9 с ребрами 10 криволинейного сечения позволяет увеличить теплообменную поверхность, а также создать дополнительную турбулизацию потока нагреваемой жидкости при омывании теплообменных поверхностей аппарата. Проходя по трубкам, жидкость охлаждается и по окончанию процесса выводится через патрубок 3. Нагреваемая жидкость поступает в корпус теплообменного аппарата 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 также в поперечном направлении - ребра 10, что позволяет создать дополнительную турбулизацию, а также повысить температуру нагреваемой жидкости. Затем нагретая жидкость отводится через патрубок 5 и подается потребителю тепловой энергии для дальнейшего использования в инженерных системах.
Фланцевое соединение 6 позволяет производить разборку (сборку) аппарата, а также соединять несколько секций для увеличения тепловой мощности.
Работая попарно, патрубок подачи горячей и патрубок отвода охлажденной жидкости, патрубок подачи нагреваемой и патрубок отвода нагретой жидкости обеспечивают равномерное распределение тепловой энергии и нагреваемой жидкости в корпусе аппарата.
Таким образом, заявленная полезная модель позволяет повысить эффективность теплоотдачи теплообменного аппарата, обеспечить более высокую производительность по целевому продукту (нагревание жидкости, например, воды) и снизить гидравлическое сопротивление.