ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к теплообменному оборудованию, а именно к кожухотрубным теплообменным аппаратам, и может использоваться в устройствах подогрева или охлаждения среды в теплоэнергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, в энергетической, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известен подогреватель сетевой воды по патенту РФ №2098732, опубл. 10.12.1997 г., в котором пучки трубок первого хода размещены в центре трубной системы, а соответствующая этому пучку трубок центральная часть нижней трубной доски соединена с периферийной частью посредством упругого элемента, основной деталью которого является трубчатое кольцо, имеющее вдоль образующей прорезь. В результате, в трубках первого и второго ходов, имеющих различные температурные удлинения, которые компенсируются упругим элементом, снижаются напряжения, являющиеся причиной разрыва трубок и разуплотнения вальцовочных соединений трубок с досками.
Недостатком известного устройства является большие габариты подогревателя и высокие эксплуатационные расходы на содержание его, а также невысокий коэффициент теплопередачи.
Известны конструкции подогревателей водоводяных систем теплоснабжения, представленные в ГОСТ 27590-80 и ГОСТ 9929-82 «Аппараты теплообменные кожухотрубчатые стальные, основные параметры и размеры».
Наиболее близкими по технической сущности и выбранными в качестве прототипа, являются конструкции секционных теплообменников, описанные в учебнике для техникумов «Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий» под ред. Б.Н.Голубкова, изд. «Энергия» 1979 г, стр.16-18. Секционные теплообменники представляют собой разновидности трубчатых аппаратов, состоят из нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых представляет собой кожухотрубный теплообменник с малым числом труб и кожухом небольшого диаметра.
Недостатками известных конструкций являются низкий коэффициент теплопередачи ввиду низких скоростей течения сред, большие габаритные размеры, громоздкость конструкции, высокие эксплуатационные затраты на обслуживание.
Задачей полезной модели является уменьшение габаритных размеров и повышение эффективности использования теплообменника за счет повышения коэффициента теплопередачи.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении эффективности трансформации тепловой энергии.
Поставленная задача достигается тем, что теплообменник содержит корпус с патрубками подвода и отвода греющей среды, размещенную в корпусе трубную систему, включающую трубные доски с отверстиями для пучков трубок. Корпус выполнен в форме параллелепипеда, внутреннее межтрубное пространство которого разделено на секции с проемами, расположенными в конце секции по ходу потока среды, на торцевой части корпуса установлены трубные доски, к которым присоединены распределительные водяные камеры с перегородками, распределяющие поток трубного пространства по секциям, и патрубками подвода и отвода нагреваемой среды.
Конструкция теплообменника в разрезе показана на чертеже.
Теплообменник состоит из корпуса 1, в котором расположены теплообменные трубки 2. Корпус 1 разделен межсекционными перегородками 3 на секции I, II, III. Межсекционная перегородка 3 имеет проемы 4, через которые происходит перетекание среды. Трубные доски 5 расположены на торцевой части корпуса 1 и закрыты коллекторными камерами 6 и 6а. Внутри коллекторных камер 6, 6а установлена перегородка 7, позволяющая перераспределить поток среды, протекающий по трубному пространству. Подвод и отвод среды по межтрубному пространству осуществляется через патрубки 8 и 9. В межтрубное пространство среда подводится и отводится через патрубки 10 и 11. Уплотнитель 12 предназначен для создания герметичности соединения коллекторных камер 6 и 6а с трубной доской 5.
Теплообменник работает следующим образом.
Греющая среда через патрубок 8 поступает в верхнюю коллекторную камеру 6 и протекает по трубкам 2 секции I и попадает в коллекторную камеру 6а. В коллекторной камере 6а поток среды опускается до уровня трубной доски 5 секции II. Через трубки 2 этой секции среда поступает в коллекторную камеру 6, и перетекает в III-ю секцию теплообменника. Через патрубок 9 среда покидает теплообменник.
Нагреваемая среда поступает в межтрубное пространство теплообменника через патрубок 11 секции III. Среда, протекая по межтрубному пространству секции III через проем 4, поступает в выше расположенную секцию II. Из секции II среда поднимается по межтрубному пространству в секцию I, омывая теплообменные трубки 2, и вытекает через патрубок 10.
Экспериментальный образец теплообменника прошел испытания в режиме двухступенчатого нагрева системы горячего водоснабжения. Габаритные размеры теплообменника составили 160×500×1200 мм, в нем размещено 312 трубок ⌀ 12 мм, вес составил 200 кг, расчетная тепловая нагрузка 0,48 Гкал/час.
В таблице приведены характеристики известных конструкций теплообменников и заявляемой.
Из таблицы наглядно видно, что заявляемая конструкция теплообменника имеет меньший вес и габаритные параметры.
Конструктивное исполнение теплообменника обладает основной особенностью - прямоугольная конструкция трубной доски, а не традиционно круглая. Форма квадрата позволяет выполнить трубный пучок более компактным.
Традиционная система подготовки горячей воды состоит из двух ступеней нагрева, т.е. из нескольких ступеней индивидуальных теплообменников, предлагаемая конструкция объединяет обе ступени нагрева, т.е. несколько теплообменников расположены в едином корпусе. Такая компоновка позволяет достичь минимальных габаритов и простоты обслуживания.
Использование предлагаемой конструкции теплообменника позволит снизить металлоемкость и уменьшить габаритные размеры по сравнению с известными по теплопроизводительности кожухотрубчатыми теплообменниками, а также снизить тепловые потери при эксплуатации.
Теплообменник
Таблица
Модель теплообменника
Поверхность нагрева м<sup>2</sup>
Отношение поверхности нагрева к весу теплообменника м<sup>2</sup>/м<sup>3</sup>
Общий вес теплообменника кг
ВП-12
12
78
322
ОСТ 34-588-68
2 ступени
ВВПИ
12
79,4
218
500.00.10
2 ступени
Заявляемая конструкция теплообменника
12
115
180