КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
SHELL-AND-TUBE HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплотехнике и предназначено для применения в любых областях техники для подогрева или охлаждения газообразных сред, в том числе для подогрева воздуха газотурбинной установки (ГТУ) или для нагревания воды в потоке горячих газов ГТУ или двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух, в котором размещен пучок теплообменных труб с охлаждающими ребрами, закрепленный концами труб в трубных решетках, межтрубное пространство разделено поперечными перегородками, образующими с патрубками подвода и отвода межтрубной среды охладительный контур, и коллекторы подвода и отвода межтрубной среды, присоединенные к фланцам кожуха с обеих сторон теплообменника (см. патент РФ № 2238501 от 2003.04.22). Недостатком конструкции является невозможность установки ее на валу ГТУ или ДВС.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, с патрубками для подвода и отвода теплоносителей, размещенные в кожухе трубы в виде незамкнутых колец, на концах которых установлено, как минимум, по две пары коллекторов: входной, выходной, перепускной и перегородки, установленные в кожухе с образованием лабиринта (см. патент РФ № 2294502, публ. 2007.02.27).
Известный теплообменник имеет малые габариты, эффективный теплообмен, а форма кожуха с осевым отверстием позволяет использовать конструкцию в сочетании с ДВС или ГТУ. Однако сложная форма теплообменных труб затрудняет его эксплуатацию и техническое обслуживание. Это объясняется сложной разборкой и сборкой, а для химической промывки нужны дорогие промывочные растворы и специальные, как правило, фирменные устройства.
Поставлена задача - улучшить условия эксплуатации и технического обслуживания, не снижая эффективности теплообмена.
Технический результат связан с выполнением теплообменных труб трапециевидного сечения и закреплением их в трубных решетках так, что торцы труб расположены по радиусу вокруг съемной втулки, являющейся внутренним цилиндром кожуха. После того, как раскрыт наружный цилиндр кожуха (возможно выполнение его разъемным) и из середины вынута съемная втулка, появляется свободный доступ ко всем трубам 4 и межтрубному пространству, что удобно для его чистки движениями от периферии к центру. Облегчается также ремонт или замена отдельных труб. Эффективность теплообмена регулируется количеством труб. Благодаря тому, что сечение труб и межтрубного пространства одинаково трапециевидное, упрощается расчет теплообменных процессов.
Поставленная задача достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащем кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы, коллекторы для подвода и отвода внутритрубной среды, патрубки и коллекторы для подвода и отвода межтрубной среды, согласно изобретению, теплообменные трубы выполнены с поперечным сечением трапециевидной формы и закреплены в трубных решетках с расположением труб по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки.
На фиг.1 показан продольный разрез теплообменника.
На фиг.2 показан вид А-А с изображением выходной трубной решетки.
На фиг.3 показан вид В - клиновой запор трубной решетки с кожухом.
Кожухотрубный теплообменник по фиг.1, 2 содержит кожух 1, выполненный из двух концентрично расположенных цилиндров: внешнего 2 и внутреннего в виде съемной втулки 3. Между цилиндрами 2, 3 расположены теплообменные трубы 4, которые в сечении имеют трапециевидную форму. Торцы труб 4 жестко закреплены в решетках 5, 6, например, сваркой, так, что торцы труб расположены по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки 3. Изготавливать трубы 4 можно из штампованных пластин с отбортовками вовнуть с последующей сваркой их периферийных кромок. Или вальцеванием заготовок трубы с приданием им трапециевидного профиля. Или сгибанием пластины посередине с отбортовкой по краям и соединением отбортовок одним сварочным швом. Так как межтрубное пространство между смежными трубами также имеет трапециевидную форму, это позволяет задавать, в зависимости от необходимости, соотношение площади сечения труб 4 и межтрубного пространства 1:1 или иное. Внутритрубная среда подается в трубы 4 через входной 7 и выходной 8 коллекторы. Крышка коллектора 7 соединена с цилиндром 2 фланцевыми соединениями. Межтрубная среда подается через входной патрубок 9 в коллектор 10 и выпускается в атмосферу через коллектор 11 и выходной патрубок 12. Коллектор 10 образован частью цилиндра 2 и периферийной частью решетки 5, соединенной фланцевыми соединениями с цилиндром 2 и крышкой выходного коллектора 8. Решетка 6 соединена с цилиндром 2 клиновым запором, как показано на фиг.3. Размер решетки 6 задается внутренним диаметром цилиндра 2. Съемная втулка 3 сопрягается с трубной решеткой 5, как показано на фиг.1, а с трубной решеткой 6 соединена гайкой 13.
Работает заявляемый теплообменник по традиционной противоточной схеме. При необходимости разобрать теплообменник раскручивают фланцевые соединения, извлекают решетки 5,6 вместе с закрепленными теплообменными трубами 4. Далее раскручивается гайка 13 и из середины вынимается съемная втулка 3. Возможно выполнение цилиндра 2 кожуха разъемным вдоль оси. В этом случае для разборки достаточно извлечь втулку 3. В результате появляется свободный доступ ко всем трубам 4 и межтрубному пространству, что удобно для его чистки движениями от периферии к центру. Облегчается также ремонт или замена отдельных труб. Сборка теплообменника осуществляется в обратной последовательности. Кроме того, благодаря радиальному расположению трапециевидного сечения труб и такого же профиля межтрубного сечения, упрощается расчет теплообменных процессов для достижения наиболее эффективного коэффициента теплопередачи. Теплообмен не хуже, чем в прототипе, достигается регулированием количества труб 4.