ТРУБНАЯ ДОСКА ТЕПЛООБМЕННИКА
HEAT EXCHANGER TUBE-SHEET

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Известна конструкция теплообменника, включающая крепление труб в трубной доске посредством эластичных уплотнительных элементов, обеспечивающая механический монтаж-демонтаж составляющих его элементов, но исключающая плотное взаимное расположение теплообменных труб, что увеличивает массу и габариты теплообменника (авторское свидетельство СССР 463852, F28F 9/02).
Известна конструкция теплообменника, включающая крепление труб в трубной доске посредством эластичных уплотнительных элементов, обеспечивающая плотное взаимное расположение теплообменных труб, но исключающая автокомпенсацию тепловых расширений теплообменных труб, что сокращает срок эксплуатации теплообменника (авторское свидетельство СССР №1302130, F28F 11/00).
Известна конструкция теплообменника, включающая крепление труб в трубной доске посредством эластичных уплотнительных элементов, обеспечивающая автокомпенсацию тепловых расширений теплообменных труб, но исключающая плотное взаимное расположение теплообменных труб (патент РФ №255715, F28F 11/02).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является трубная доска теплообменника (см. патент РФ №2567489, F28F 9/013), в которой теплообменные трубы укладываются в отверстия плиты, размещенные в ней с расчетным межосевым расстоянием, и уплотняются в плите эластичными кольцевыми элементами, расположенными в концентрических по отношению к отверстиям расточках, основания которых лежат в разных параллельных основанию плиты плоскостях в теле плиты, причем контура проекций расточек на вспомогательную плоскость, параллельную основанию расточек и плиты, между собой пересекаются.
Недостаток трубной доски, описанной в ближайшем аналоге, заключается в ее недостаточной прочности в силу малой толщины стенки между полостями расточки на оси данного отверстия и соседнего отверстия при компоновке трубного пучка в тесный трубный пучок, организация которого необходима для повышения компактности теплообменника и создания условий для интенсификации теплообмена.
В таблице 1 приведены в том числе опасно малые толщины стенки между полостями отверстия и расточки на соседнем отверстии, при условии пересечения контуров проекций расточек на вспомогательной плоскости.
Недостаток описанной трубной доски также заключается в ограничении вариантов компоновок в трубный пучок расчетного числа теплообменных труб с редуцированными или с нередуцированными концами, уложенные в отверстия, в силу условия пересечения контуров проекций расточек на вспомогательной плоскости, параллельной основаниям расточек. Условие пересечения контуров проекций расточек на вспомогательной плоскости существенно ограничивает число вариантов компоновки теплообменных труб в трубный пучок, данное условие исключает из применения все кольцевые уплотнительные элементы, расточки под которые имеют диаметр, меньший или равный межосевому расстоянию между теплообменными трубами.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение прочности трубной доски за счет увеличения толщины стенки между полостями отверстия и расточки на соседнем отверстии без увеличения межосевого расстояния между теплообменными трубами, увеличение числа вариантов компоновки теплообменных труб в трубный пучок.
Поставленная задача решается конструкцией трубной доски теплообменника с отверстиями, распределенными в границах доски с расчетным межосевым расстоянием, имеющими не менее чем по одной соосной расточке для укладки уплотнительных кольцевых элементов, нанизанных на концы теплообменных труб, причем одноименные основания расточек на соседних отверстиях расположены в теле доски в разных плоскостях, параллельных основанию доски, согласно изобретению контуры проекций расточек на вспомогательную плоскость, параллельную основанию доски, имеют между собой зазор или, в крайнем случае, одну общую точку соприкосновения.
Кроме того, трубная доска может быть выполнена как единое целое с фланцем трубной среды, или единое целое с фланцем кожуха, или как отдельная деталь по типу фланца.
Сущность изобретения: в конструкцию трубной доски введены расточки, выполненные соосно отверстиям, имеющие диаметр не более межосевого расстояния между отверстиями под укладку теплообменных труб.
Предлагаемая трубная доска обеспечивает следующие положительные эффекты: Отверстия для укладки теплообменных труб, распределенные на доске с расчетным шагом, равно как и диаметр расточек отверстий, позволяют:
- увеличить прочность доски за счет увеличения толщины стенки между полостями отверстия и расточки на соседнем отверстии без увеличения межосевого расстояния между теплообменными трубами за счет применения расточек, диаметр которых не больше межосевого расстояния между теплообменными трубами, т.е. за счет применения расточек, контура проекций которых на вспомогательную плоскость, параллельную основанию доски, имеют между собой зазор или одну общую точку, т.е. соприкасаются;
- увеличить число вариантов компоновок теплообменных труб в трубном пучке в целях оптимального подбора количества теплообменных площадей, проходных сечений для протока трубной и межтрубной среды, необходимого для выполнения заданных условий теплообмена.
В таблице 2 приведены примеры параметров трубных досок под компоновку тесного трубного пучка с расточками отверстий, контура проекций которых на вспомогательную плоскость имеют между собой зазор или одну общую точку, т.е. соприкасаются.
Анализ таблицы 2 указывает на увеличение толщины стенки между полостями отверстия и расточки по сравнению с аналогичными данными таблицы 1 при отсутствии пересечения контуров проекций расточек на вспомогательной плоскости без увеличения межосевого расстояния между теплообменными трубами.
Трубная доска, исполненная как отдельная деталь по типу фланца, и прокладка изменяемой толщины, через которую она притягивается к фланцу кожуха, нивелируют неточность монтажа последнего.
Трубная доска, исполненная как единое целое с фланцем кожуха или фланцем трубной среды, позволяет сократить трубную доску как самостоятельную деталь.
Анализ известных технических решений в данной области техники показывает, что предлагаемое устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, что соответствует условию патентоспособности «новизна», а использование их в заявленной совокупности дало возможность получить новый технический эффект.
Заявляемое решение может быть осуществлено с использованием известных технических средств на любом машиностроительном предприятии, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображена конструкция трубной доски в составе фланцевого узла; на фиг. 2 - выносной вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - конструкция трубной доски; на фиг. 4 - разрез Б фигуры 3; на фиг. 5 - выносной вид Г фигуры 3; на фиг. 6 - выносной вид В фигуры 4.
К кожуху 1 присоединяется фланец 2 кожуха, к фланцу 2 кожуха через прокладку 3 посредством болтов 4, вворачиваемых в резьбовые отверстия 5, располагаемых по окружности на периферии трубной доски 6, трубная доска 6 притягивается к фланцу 2 кожуха. В теле доски выполнены отверстия 7 с диаметром Dн и соосные с ними расточки 8 диаметра D1. В отверстия 7, распределенные с межосевым расстоянием S в теле доски, через уплотнительные кольца 9, уложенные в расточки 8, вставляются редуцированные или нередуцированные концы теплообменных труб 10.
Одноименные основания расточек 8 расположены в разных плоскостях, параллельных основанию доски. При этом контура к проекций расточек 8 на вспомогательной плоскости, параллельной основанию доски, имеют между собой зазор Z или соприкасаются, образуя увеличенную толщину стенки «с» между полостями отверстия 7 и расточки 8 на соседнем отверстии 7, что увеличивает прочность трубной доски 6 при межосевым расстоянии S.
Теплообменник работает следующим образом.
Уплотнительные кольца 9 вставляются в расточки 8 отверстий 7 трубной доски 6, выполненной отдельной деталью по типу фланца с резьбовыми отверстиями 5 на периферии. Редуцированные или нередуцированные концы теплообменных труб 10 вводятся в уплотнительные кольца 9, деформируя их круглый профиль, герметизирующий зазоры между поверхностями наружной теплообменной трубы 9 и внутренними отверстия 7 и расточки 8.
При этом диаметр D1 расточек 8 не превышает межосевое расстояние S между теплообменными трубами 10, т.е. контуры k проекций расточек 8 на плоскость, параллельную основанию доски. имеют между собой зазор Z или соприкасаются.
Такое расположение расточек увеличивает толщину стенки «с» между полостями отверстия 7 и расточки 8 на соседнем отверстии 7, повышая прочность трубной доски 6 без увеличения межосевого расстояния S между теплообменными трубами 10.
Трубная доска 6 через прокладку 3 посредством болтов 4, вворачиваемых в резьбовые отверстия 5, притягивается к фланцу 2 кожуха 1.