Трубчастий теплообмінник

Реферат: Трубчастий теплообмінник містить труби, які з'єднують між собою щонайменше один нижній подовжній колектор і верхній подовжній колектор із щонайменше однією перегородкою. Він містить дві або більше бічні стінки, кожна з яких утворена зазначеними трубами, передню стінку, задню стінку і склепіння, утворене верхніми дугоподібно зігнутими частинами бічних труб, при цьому труби, що утворюють передню стінку, з'єднують між собою передні нижній колектор і верхній колектор, виконаний переважно у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора плечей, а труби, що утворюють задню стінку, з'єднують між собою задні нижній колектор і верхній колектор, виконаний переважно у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора плечей, а передні труби коротші за задні, нижній задній колектор з'єднаний з нижніми подовжніми колекторами, а останні через перепускні труби - з нижнім переднім колектором, між бічними трубами і між трубами задньої стінки встановлені екранні пластини, висота яких менша за висоту труб, а зазначена перегородка встановлена між верхнім заднім колектором і ближчими до нього бічними трубами. UA 89324 U (54) ТРУБЧАСТИЙ ТЕПЛООБМІННИК UA 89324 U UA 89324 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до комунальної і виробничої теплотехніки, а саме до трубчастих теплообмінників, призначених насамперед для встановлення у котли, які використовуються для систем водяного опалення та гарячого водопостачання житлових, адміністративних і промислових будівель. Корисна модель може бути також використана у хімічній, нафтопереробній, харчовій й інших галузях промисловості. Відомий кожухотрубний теплообмінник, що містить з'єднані між собою ідентичні секції, кожна з яких містить розміщений у кожусі пучок труб, закріплених із протилежних торців у трубних решітках і підключених до загальних колекторів трубного і міжтрубного середовищ. Кожний колектор виконаний у вигляді двох концентрично розташованих зовнішнього і внутрішнього циліндрів, у порожнині між якими розміщені суцільні радіальні перегородки з утворенням окремих кільцевих секторів, що сполучають суміжні секції і патрубки для входу і виходу 5 теплоносія [RU 2011945 C1, МПК F28D 7/16, оп. 30.04.1994]. У відомому теплообміннику досягається підвищена продуктивність у меншому об'ємі за рахунок щільнішого компонування секцій, однак використання спеціальних колекторів трубного і міжтрубного середовищ значно обважнює й ускладнює його конструкцію. Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, є кожухотрубний теплообмінник, що містить з'єднані між собою ідентичні секції, кожна з яких містить розміщений у кожусі пучок труб, закріплених на протилежних кінцях у трубних решітках, і колекторні камери трубного і міжтрубного середовищ з перегородками, які створюють камерні з'єднання між секціями і задають напрям руху середовищ в них. Колекторні камери трубного і міжтрубного середовищ мають дільниці, в яких перегородки встановлені після кожних двох чи більше входів середовищ у секції, створюючи послідовно з'єднані групи, відповідно, двох і більше секцій з паралельним рухом середовищ у кожній групі [RU 2494329 С1 МПК (2006.01) F28D 7/16 F28F 9/22, оп. 27.09.2013] У відомому теплообміннику досягається підвищення ефективності використання первинного джерела теплової енергії за рахунок зменшення гідравлічних втрат. Недоліком відомого теплообмінника є вузька область його застосування, зумовлена тим, що він функціонально призначений і конструктивно розроблений для застосування в кожухотрубних теплообмінниках і не може бути встановлений у водогрійних котлах із шаровими або камерними топками. В основу корисної моделі поставлена задача розроблення трубчастого теплообмінника з широкою областю використання, технологічно простого у виготовленні, ефективного і зручного при монтажі, експлуатації і обслуговуванні, в якому шляхом конструктивних змін забезпечується можливість установки в опалювальних і водогрійних котлах, налаштованих і обладнаних для використання твердого, рідкого та газоподібного палива, при підвищенні ефективності використання теплової потужності первісного джерела і економії енергоресурсів за рахунок збільшення площі променесприймальних поверхонь труб і освітленої довжини цих труб. Крім цього, конструкція пропонованого теплообмінника при встановленні його у котел забезпечує такі об'єм топкової камери і площу дзеркала горіння (при облаштуванні шарової топки), а також такий ступінь екранування променесприймальних поверхонь, при яких теплові напруження об'єму топки і площі дзеркала горіння (при облаштуванні шарової топки) не перевищують максимально допустимого значення. Поставлена задача вирішується тим, що у трубчастому теплообміннику, що містить труби, які з'єднують між собою щонайменше один нижній подовжній колектор і верхній подовжній колектор із щонайменше однією перегородкою, згідно з корисною моделлю, новим є те, що він містить дві або більше бічні стінки, кожна з яких утворена зазначеними трубами, передню стінку, задню стінку і склепіння, утворене верхніми дугоподібно зігнутими частинами бічних труб, при цьому труби, що утворюють передню стінку, з'єднують між собою передній нижній колектор і верхній колектор, виконаний переважно у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора плечей, а труби, що утворюють задню стінку, з'єднують між собою задній нижній колектор і верхній колектор, виконаний переважно у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора плечей, а передні труби коротші за задні, нижній задній колектор з'єднаний з нижніми подовжніми колекторами, а останні через перепускні труби – з нижнім переднім колектором, між бічними трубами і між трубами задньої стінки встановлені екранні пластини, висота яких менша за висоту труб, а зазначена перегородка встановлена між верхнім заднім колектором і ближчими до нього бічними трубами. Новим також є те, що у передній частині нижніх подовжніх колекторів встановлені клапани для видалення відкладень у теплообміннику. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. 1 UA 89324 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Конструктивні зміни, а саме: - наявність у теплообміннику двох або більше бічних стінок, кожна з яких утворена трубами, передньої стінки, задньої стінки і склепіння, утвореного верхніми дугоподібно зігнутими частинами бічних труб; - з'єднання між собою трубами, що утворюють передню стінку, передніх нижнього колектора і верхнього колектора, виконаного переважно у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора плечей; - з'єднання між собою трубами, що утворюють задню стінку, задніх нижнього колектора і верхнього колектора, виконаного переважно у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора плечей; - виконання передніх труб, коротшими за задні; - з'єднання нижнього заднього колектора з нижніми подовжніми колекторами, а останніх через перепускні труби – з нижнім переднім колектором; - установлення між бічними трубами і між трубами задньої стінки екранних пластин, висота яких менша за висоту труб; - установлення перегородки між верхнім заднім колектором і ближчими до нього бічними трубами; У сукупності з відомими ознаками корисної моделі, що заявляється, забезпечує утворення простору між стінками і склепінням теплообмінника для облаштування камерної або шарової топки водогрійного або опалювального котла, збільшення променесприймальної поверхні труб за рахунок збільшення їх кількості навколо топки і наявності екранних пластин і збільшення довжини освітлених труб, що призводить до підвищення ефективності використання теплової потужності первісного джерела, економії енергоресурсів. При цьому об'єм топкової камери і площа дзеркала горіння (при облаштуванні шарової топки), а також ступінь екранування променесприймальних поверхонь забезпечують такі теплові напруження об'єму топки і площі дзеркала горіння (при облаштуванні шарової топки), які не перевищують максимально допустимого значення, що також сприяє підвищенню ефективності використання теплової потужності первісного джерела. Крім цього, конструкція заявленого теплообмінника технологічно проста у виготовленні, ефективна і зручна при монтажі, експлуатації і обслуговуванні. Виконання верхніх частин бічних труб дугоподібно зігнутими забезпечує, крім збільшення площі променесприймальної поверхні труб бічних стінок і освітленої довжини цих труб, ще й зменшення гідравлічного опору проходженню теплосприймаючого середовища, наприклад води, поліпшення умов теплообміну. Встановлення перегородки у верхньому подовжньому колекторі між верхнім заднім колектором і ближчими до нього бічними трубами спричиняє розділення напрямків руху холодної і гарячої води у верхньому колекторі, при якому холодна вода по задній стінці рухається проти руху продуктів згорання, збільшуючи температурний напір (різниця температур середовищ, що беруть участь у теплообміні). За необхідності температурний напір можна збільшувати, встановлюючи перегородку у верхньому колекторі ближче до центру верхнього колектора. Установлення між бічними трубами і між трубами задньої стінки екранних пластин забезпечує таку організацію руху продуктів згорання, при якій вони омивають труби бічних стінок з двох сторін (продукти згорання піднімаються вгору, проходять у верхній частині між трубами бічних стінок і опускаються вздовж них униз), що призводить до збільшення теплосприймальної площі теплообмінника і збільшення температурного напору. А встановлення у передній частині нижніх подовжніх колекторів клапанів для видалення відкладень у теплообміннику дозволяє легко очищувати теплообмінник, підвищуючи ефективність його роботи і термін служби. Таким чином, технічний результат полягає у забезпеченні можливості установки в опалювальних і водогрійних котлах, налаштованих і обладнаних для використання твердого, рідкого та газоподібного палива, при підвищенні ефективності використання теплової потужності первісного джерела і економії енергоресурсів за рахунок збільшення площі променесприймальних поверхонь труб і освітленої довжини цих труб. Корисна модель, що заявляється, пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображений вид збоку трубчастого теплообмінника; на фіг. 2 - розріз А-А на фіг. 1 (вид зсередини на передню стінку теплообмінника); на фіг. 3 - розріз Б-Б на фіг. 1 (вид зсередини на задню стінку теплообмінника); на фіг. 4 - вид В зверху теплообмінника; на фіг. 5 - розріз Г-Г на фіг. 4; на фіг. 6 - розріз Д-Д на фіг. 4; на фіг. 7 - розріз Е-Е на фіг. 1. 2 UA 89324 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Трубчастий теплообмінник (фіг. 1-4) у найкращому варіанті здійснення корисної моделі, що заявляється, який однак не є єдино можливим, являє собою переважно зварену герметичним швом із сталевих труб конструкцію і містить передню, задню і бічні стінки і склепіння, утворені трубами, з'єднаними між собою колекторами. Передня і задня стінки утворені прямими вертикальними трубами, причому передні труби 1 коротші за задні труби 2 для утворення вікна для розміщення під передньою стінкою засобів завантаження палива. Бічні стінки і склепіння утворені трубами 3 з вертикальними прямими нижніми частинами і дугоподібно зігнутими верхніми частинами (фіг. 7). Кінці труб 3 з'єднують між собою верхній подовжній колектор 4 і два нижні подовжні колектори 5. Передні труби 1 з'єднують між собою верхній передній колектор 6, виконаний у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора 4 плечей, і нижній передній колектор 7, причому останній з'єднаний з двома нижніми подовжніми колекторами 5 за допомогою перепускних труб 8. Задні труби 2 з'єднують між собою верхній задній колектор 9, виконаний у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора 4 плечей, і нижній задній колектор 10, причому останній з'єднаний з нижніми подовжніми колекторами 5. Між бічними трубами 3 і між трубами 2 задньої стінки в нижній їх частині (переважно на дві третини їх висоти) встановлені екранні пластини 11, що утворюють додаткові променесприймальні поверхні. Крім цього, в колекторі 4 між верхнім заднім колектором 9 і ближчими до нього трубами 3 встановлена перегородка 12 для розділення потоків холодної і гарячої води (фіг. 5). У передні виступаючі частини нижніх подовжніх колекторів 5 можуть бути встановлені клапани для очищення теплообмінника від відкладень, кожний з яких містить корпус 13, клапан 14, притискач 15, ущільнюючу прокладку 16, шайбу 17 та гайку 18 (фіг. 6). Крім того, відношення діаметрів труб стінок теплообмінника до відстаней між їх центрами вибрано таким, що конструкція є технологічною у виготовленні, при цьому забезпечує необхідну площу теплосприймання та прийнятний коефіцієнт ослаблення променів триатомними газами і частинками золи палива. Трубчастий теплообмінник працює таким чином. При монтуванні теплообмінника в котел у простір між стінками і склепінням теплообмінника встановлюють камерну або шарову топку. При встановленні теплообмінника в котел з шаровою топкою колосникова решітка встановлюється по верхньому краю нижніх колекторів 5, а при встановленні теплообмінника в котел з камерною топкою – по низу вказаних колекторів (на кресленнях не показано). Через задню частину верхнього колектора 4 середовище (вода або інша рідина, газ, пара тощо), що піддається теплообміну, наприклад холодна вода із системи опалення або системи водонагрівання, надходить після зіткнення з перегородкою 12 у обидва плеча верхнього заднього колектора 9, із якого задніми трубами 2 опускається, нагріваючись, і надходить у нижній задній колектор 10, а з нього – у нижні подовжні колектори 5. Заповнивши колектори 5 по всій довжині основна частина води трубами 3 піднімається у верхній колектор 4, а інша частина двома перепускними трубами 8 - у нижній передній колектор 7, заповнивши його по всій довжині. З останнього вода передніми трубами 1 піднімається у верхній фронтальний колектор 6, а з нього - у верхній колектор 4 і разом з основним нагрітим потоком направляється з теплообмінника у систему опалення або систему гарячого водопостачання. Гази, що утворюються при згорянні палива у топці котла, піднімаються вгору і нагрівають воду у трубах і колекторах, завдяки конвекційному і радіаційному теплообмінам. Передача тепла від палива до теплоносія (води) відбувається в основному випромінюванням через променесприймання екранними поверхнями стінок і склепіння. При цьому об'єм камерної топки і площа дзеркала горіння шарової топки, а також ступінь екранування променесприймальних поверхонь забезпечують такі теплові напруження об'єму топки і площі дзеркала горіння, які не перевищують максимально допустимого значення. Таким чином заявлена корисна модель дозволяє встановлювати теплообмінник в опалювальних і водогрійних котлах, що використовують тверде, рідке та газоподібне паливо, при підвищенні ефективності використання теплової потужності первісного джерела і економії енергоресурсів. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Трубчастий теплообмінник, що містить труби, які з'єднують між собою щонайменше один нижній подовжній колектор і верхній подовжній колектор із щонайменше однією перегородкою, який відрізняється тим, що він містить дві або більше бічні стінки, кожна з яких утворена зазначеними трубами, передню стінку, задню стінку і склепіння, утворене верхніми дугоподібно 3 UA 89324 U 5 10 зігнутими частинами бічних труб, при цьому труби, що утворюють передню стінку, з'єднують між собою передній нижній колектор і верхній колектор, виконаний переважно у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора плечей, а труби, що утворюють задню стінку, з'єднують між собою задній нижній колектор і верхній колектор, виконаний переважно у вигляді двох приєднаних під кутом до верхнього подовжнього колектора плечей, а передні труби коротші за задні, нижній задній колектор з'єднаний з нижніми подовжніми колекторами, а останні через перепускні труби - з нижнім переднім колектором, між бічними трубами і між трубами задньої стінки встановлені екранні пластини, висота яких менша за висоту труб, а зазначена перегородка встановлена між верхнім заднім колектором і ближчими до нього бічними трубами. 2. Теплообмінник за п. 1, який відрізняється тим, що у передній частині нижніх подовжніх колекторів встановлені клапани для видалення відкладень у теплообміннику. 4 UA 89324 U 5 UA 89324 U 6 UA 89324 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7