Рекуперативний теплообмінник

Винахід стосується машинобудування, зокрема, енергетичного машинобудування, де потрібна висока економічність, компактність конструкції, висока надійність у роботі при високому перепаді тисків і температур. Відомі елементні теплообмінники (Ю.І. Дитнерський. Процеси та апарати хімічної технології. Частина І, с 337, Москва, «Хімія», 1995. Елементні теплообмінники являють собою ряд послідовно сполучених одноходових кожухо трубних теплообмінників (елементів), що дозволяє істотно підвищити швидкість прямування теплоносіїв у міжтрубному просторі без використання перегородок. Теплоносії послідовно проходять через всі елементи. У міжтрубних просторах можна створювати великі тиски, процес протікає практично при чистому противотоці. Проте елементні теплообмінники мають малу питому поверхню теплообміну, громіздкі і потребують великої витрати металу на їхнє виготовлення. Найбільш близьким технічним рішенням по своїй сутності та досягнутому е фекту є рекуперативний двухтр убний теплообмінник, що часто називають теплообмінником «труба в трубі» (Ю.І. Дитнерський. Процеси й апарати хімічної технології. Частина І, стор. 338, Москва, « Хімія», 1995p.). Даний теплообмінник являє собою набір послідовно сполучених елементів, що складаються з двох концентрично розташованих труб (Фіг.13-7). Теплоносій І рухається по внутрішніх тр убах, теплоносій II - по кільцевому зазору між внутрішніми і зовнішніми трубами. Внутрішні труби з'єднуються за допомогою калачів, а зовнішні - за допомогою сполучних патрубків. До вжина елемента теплообмінника типу «тр уба в тр убі» звичайно складає 3-6м у зв'язку з малою питомою поверхнею теплообміну. Такі двухтр убні теплообмінники громіздкі, на їхнє виготовлення потрібно велику кількість металу на одиницю поверхні теплообміну. В основу винаходу поставлена задача удосконалення рекуперативного теплообмінника, у котрому шля хом інтенсифікації теплообміну забезпечується зменшення габаритів і ваги при підвищенні надійності, технологічності та економічної ефективності устрою. Поставлена задача вирішується тим, що рекуперативний теплообмінник типу труба в тр убі, відповідно до винаходу, виконаний для трьох теплоносіїв у вигляді чотирьох концентрично розташованих тр уб, з однієї сторони з'єднаних жорстко на фланцях, а з іншої сторони вільних, причому на внутрішній і зовнішній поверхнях другої і третьої вн утрішніх тр уб розташовані насадки ефективного теплообміну у виді намотаної сітки, витки якої спаяні або спечені між собою і з трубами, при цьому підводи і відводи кожного з теплоносіїв виконані з умови їх поотивоточного прямування. Теплообмінник, що заявляється, має високу економічну ефективність при малих габаритах і вазі унаслідок високої інтенсифікації теплообміну в концентричних тр убах із сітчастими насадками, що дозволяє істотно збільшити питому поверхню теплообміну при підвищеній турбулізації теплоносіїв і з противотоком їх. Наявність трьох ізольованих порожнин для теплоносіїв припускає можливість застосування теплоносіїв різноманітного роду з різними параметрами, що дозволяє застосовувати теплообмінник замість декількох теплообмінників із двома теплоносіями, що зменшує кількість приладів, запчастин, знижує витрати на обслуговування та ін. Висока надійність теплообмінника забезпечується незначною кількістю відповідальних зварних швів, які є зовнішніми, що забезпечує їхній якісний контроль, а всі складові частини мають можливість вільного переміщення при температурних розширеннях. Конструкція має високу технологічність, тому що основна кількість деталей виконується з високим коефіцієнтом використання матеріалів, їхньою незначною номенклатурою, а також незначною загальною кількістю зварних швів, що визначає зменшену трудомісткість виготовлення. На кресленні зображений теплообмінник, що заявляється. Теплообмінник складається з першої зовнішньої труби 1, що являється одночасово корпусом, який має з однієї сторони фланець 2, а з іншого боку - рухливе ущільнення 3, при цьому підвід 4 теплоносій і розташований із боку ущільнення 3, а його відвід 5 із боку фланця 2. Друга вн утрішня тр уба 6 має зовнішній фланець 7, яким вона закріплена на фланці 2 зовнішньої труби 1. Далі на ній розташований підвід д теплоносія II, за яким є кінцевий фланець 9, а з протилежної сторож є відвід 10 теплоносія II, причому на цій трубі зовні й усередині розташовані насадки 11 і 12 ефективного теплообміну у виді намотаної сітки, спеченої із трубою. Третя внутрішня труба 13 має зовнішній фланець 14, яким вона закріплена на фланці 9 внутрішньої труби 6 і далі на ній розташованій відвід 15 теплоносія III, за яким є кінцевий фланець 16, а з протилежної сторони є цапфа 17, що спирається на опору 18, розміщену у відводі 10 теплоносія II, причому на цій трубі зовні й усередині є насадки 19 і 20 ефективного теплообміну у виді намотаної сітки, спеченої із трубою. Четверта внутрішня труба 21 мас зовнішній фланець 22, яким вона закріплена на фланці 16 третьої внутрішньої труби 13, далі на ній розташований підвід 23 теплоносія III, а з протилежної сторони вона має опору під цапфу 17 у третій внутрішній трубі 13 і перед цапфой вікна 24 для проходу теплоносія 111 у кільцевий простір між третьої 13 і четвертою 21 трубою. У газотурбінному двигуні, наприклад, може бути застосоване в якості теплоносія І - нагріта олія, ІІ підігріваєме паливо, III - нагріта олія. Теплообмінник працює таким чином. Теплоносій І через підвід 4 заповнює кільцевий простір між трубами 6 і 1 проходить через насадку 12, що разом із трубою 6 передає тепло насадці 11, що у свою чергу передає тепло теплоносію II. Теплоносій Іll через підвід 23 заповнює трубу 21, проходить через вікна 24 у протилежного кінця і заповнює кільцевий простір між трубами 13 і 21, проходячи через насадку 20, що разом із трубою 13 передає тепло насадці 19, що, у свою чергу, передає тепло теплоносію II. Теплоносій II через підвід 8 заповнює кільцевий простір між трубами 13 і 6 і проходячи через насадки 11 і 19 нагрівається ї виходить із теплообмінника через відвід 10. Якщо теплоносій II нагріває теплоносії І і III, то передача тепла відбувається в оберненому напрямку.