Кожухотрубний теплообмінник

Реферат: Кожухотрубний теплообмінник складається з циліндричної обичайки, до якої прикріплені нижня та верхня трубні решітки, пучка труб з пружним елементом всередині трубного простору, кришок. Пружний елемент виконаний із пластичного матеріалу у вигляді профільованої смуги, що утворює непаралельні поверхні, і розташований у трубі таким чином, що одна з поверхонь контактує із теплообмінною трубою. UA 99868 U (54) КОЖУХОТРУБНИЙ ТЕПЛООБМІННИК UA 99868 U UA 99868 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплообмінного устаткування й може бути використана на об'єктах харчової, нафтопереробної, хімічної, газової, енергетичної й інших галузях промисловості. Відомий кожухотрубний теплообмінник, який складається із трубного пучка, трубних решіток, між якими розташовані перегородки, кожуха із лінзовими вставками для обтікання перегородок, кришок і патрубків для введення та виведення теплоносіїв [1]. Недоліком пристрою є високий гідравлічний опір обтікання трубного пучка з перегородками, а також обмеження у використанні в системах високого тиску, адже лінзові вставки на корпусі ослабляють конструкцію кожуха, особливо при значному перепаді температур. Також відомий трубчастий теплообмінник, який містить поперечно-обтічний пучок профільних труб з поверхнею у вигляді сполучених круглих циліндрів з різними зовнішніми діаметрами, більшим і меншим, і колектори із трубними дошками. При лінійному (коридорному) компонуванні лобові й кормові частини різних діаметрів кожної із труб послідовно чергуються в поздовжніх і поперечних рядах пучка, при трикутному (шаховому) компонуванні труби в пучку розташовані назустріч потоку лобовою частиною меншого діаметра, а варіанти компоновки міжтрубного простору являють собою поздовжні конфузорно-дифузорні канали змінного перерізу [2]. Недоліком даного теплообмінника є підвищений гідравлічний опір при обтіканні трубного пучка складного профілю, а також складність виготовлення трубчатих елементів та їх приєднання до трубної решітки, адже виключає вальцювання. Остання обставина знижує надійність роботи пристрою в плані забезпечення міцності та герметичності, особливо в системах високого тиску. Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є кожухотрубний теплообмінник, що містить кожух, дві кришки, штуцери, в кожусі розміщені трубні решітки, у яких закріплений пучок труб, з пружним елементом всередині трубного простору у вигляді натяжного дроту [3]. Недоліком пристрою є те, що конструкція пружного елемента створює додатковий гідравлічний опір протіканню середовища у трубному просторі і виконує функцію тільки як елемент для турбулізації середовища, у той час як поверхня тепловіддачі є незмінною. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у підвищенні теплопередачі між середовищами за рахунок виконання пружного елемента із пластичного матеріалу у вигляді профільованої смуги, що утворює непаралельні поверхні, і розташований у трубі таким чином, що одна з поверхонь контактує із теплообмінною трубою для забезпечити збільшення внутрішньої поверхні теплообміну із турбулізацією потоку всередині труб, що сприяє підвищенню коефіцієнта тепловіддачі в трубному просторі теплообмінника. Поставлена задача вирішується тим, що кожухотрубний теплообмінник, який складається з циліндричної обичайки, до якої прикріплені нижня та верхня трубні решітки, пучка труб з пружним елементом всередині трубного простору, кришок, згідно з корисною моделлю, пружний елемент виконаний із пластичного матеріалу у вигляді профільованої смуги, що утворює непаралельні поверхні, і розташований у трубі таким чином, що одна з поверхонь контактує із теплообмінною трубою. Контактна поверхня профільованої смуги розташована уздовж напрямної поверхні теплообмінної труби, із якою утворює щільний контакт по гвинтовій лінії. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що профіль поверхні, котра не контактує із теплообмінною трубою, виконаний змінним. Завдяки виконанню пружного елемента із пластичного матеріалу у вигляді профільованої смуги, розташованої у трубі, що утворює непаралельні поверхні, і таким чином, що одна з поверхонь контактує із теплообмінною трубою досягається зростання площі поверхні тепловіддачі у внутрішньому просторі труби. Розташування контактної поверхні профільованої смуги уздовж напрямної поверхні теплообмінної труби, із якою утворює щільний контакт по гвинтовій лінії, сприяє турбулізації потоку середовища, що знаходиться у внутрішньому просторі труби за рахунок його обертання, а виконання профілю поверхні, котра не контактує із теплообмінною трубою, змінним підсилює ефект завдяки змінному режиму протікання (зміни значень числа Рейнольдса). На фіг. 1 наведена схема кожухотрубного теплообмінника для реалізації пропонованої корисної моделі. На фіг. 2 зображений ділянка теплообмінної труби із пружним елементом, що виконаний у вигляді профільованої смуги. Кожухотрубний теплообмінник складається із циліндричної обичайки 1, двох кришок 2 і 3, штуцерів 4-7, двох трубних решіток 8 і 9 із закріпленими в них теплообмінними трубами 10. Усередині кожної теплообмінної труби 10 розташований пружний елемент 11 із пластичного 1 UA 99868 U 5 10 15 20 25 30 матеріалу, одна з поверхонь якого має щільний контакт із внутрішньою поверхнею теплообмінної труби. Кожухотрубний теплообмінник працює наступним чином. Під час роботи кожухотрубного теплообмінника теплоносії надходять у штуцери 4 і 6, а видаляються з теплообмінника крізь штуцери 5 і 7. При цьому за рахунок контакту з протилежними поверхнями теплообмінних труб 10 відбувається процес теплообміну між зазначеними теплоносіями. Теплоносій, що рухається крізь внутрішній простір трубного пучка зазнає обертового руху завдяки пружному елементу 11, за рахунок чого відбувається турбулізація потоку середовища, чому також сприяє змінний профіль поверхні, котра не контактує із теплообмінною трубою. Таке виконання профілю призводить до зміни характерного розміру труби і, як наслідок, числа Рейнольдса, що характеризує режим протікання. Разом із тим, запропоноване виконання профільованої смуги із непаралельними поверхнями одна з яких контактує із теплообмінною трубою, а інша впливає на гідродинамічний режим протікання і слугує додатковою поверхнею теплообміну, сприяють інтенсифікації процесу теплообміну. В корисній моделі, що пропонується, новим є виконання пружного елемента у вигляді профільованої смуги, що утворює непаралельні поверхні, і розташований у трубі таким чином, що одна з поверхонь контактує із теплообмінною трубою, із можливістю утворення контакту по гвинтовій лінії, а також змінний профіль поверхні, котра не контактує із теплообмінною трубою. Таке поєднання робить можливим інтенсифікувати процес теплообміну за рахунок комплексного впливу на середовище шляхом його турбулізації (у відповідній межі, не створюючи суттєвого додаткового гідравлічного опору), а також збільшення поверхні теплообміну. Практична реалізація запропонованої корисної моделі дозволить підвищити продуктивність теплообміну, а при визначених параметрах зробити пристрій більш компактним і менш матеріаломістким. 1. Патент. DE10 2007 297 231 А1 МПК F28D7/00, Rоhrbundеlwаrmеubеrtrаgеr. Заявл. 12.04.2007, опубл. 16.10.2008. 2. Патент RU № 2350873 МПК F28D 7/00 Трубчатый теплообменник. Заявл. 05.03.2007, опубл. 10.09.2008. 3. Патент UA 93521 МПК F28 F1/00 F28F1/10 Bepтикальний кожухотрубний теплообмінник. Заявл. 21.03.2014, опубл. 10.10.2014. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 1. Кожухотрубний теплообмінник, який складається з циліндричної обичайки, до якої прикріплені нижня та верхня трубні решітки, пучка труб з пружним елементом всередині трубного простору, кришок, який відрізняється тим, що пружний елемент виконаний із пластичного матеріалу у вигляді профільованої смуги, що утворює непаралельні поверхні, і розташований у трубі таким чином, що одна з поверхонь контактує із теплообмінною трубою. 2. Кожухотрубний теплообмінник за п. 1, який відрізняється тим, що контактна поверхня профільованої смуги розташована уздовж напрямної поверхні теплообмінної труби, із якою утворює щільний контакт по гвинтовій лінії. 3. Кожухотрубний теплообмінник за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що профіль поверхні, котра не контактує із теплообмінною трубою, виконаний змінним. 2 UA 99868 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3