воздухоподогреватель

Формула изобретения

1. Воздухоподогреватель, содержащий каналы теплоносителя и каналы воздуховода с перекрестным направлением движения теплообменивающихся сред, образованные между разделяющими эти среды пластинами из тонколистного материала, отличающийся тем, что он выполнен в виде пакета из прямоугольных отстоящих друг от друга тонколистных пластин, выполненных по своим углам с фигурными вырезами, имеющими в плане вид ломаной ступенчатой линии, состоящей из четырех отрезков, примыкающих друг к другу на концах под прямым углом с образованием ступеней, причем тонколистные пластины нанизаны через отверстия по своим углам на шпильки, закрепленные на пластине жесткости, имеющей по периметру бортик, выполненный на ее наружной стороне; к внутренней поверхности пластины жесткости прилегает крайняя из тонколистных пластин, на которой вдоль передней и задней ее сторон установлено по одному проставочному элементу, выполненному в виде полосы прокатного профиля, имеющей одну из своих боковых сторон скругленной, плавно сопряженной с подошвой и верхней стороной этой полосы, а также содержащей близ каждой из оконечностей полосы сквозные отверстия под упомянутые шпильки и вырез, выполненный на ее скругленной боковой стороне длиной от ее торца, соразмерной с шириной торца, и глубиной, не превышающей половины толщины полосы, причем каждая из этих передней и задней полос закреплена вдоль соответствующей стороны этой тонколистной пластине своей скругленной боковой стороной на наружную сторону тонколистной пластины посредством упомянутых ее отверстий и шпилек соответственно передней и задней сторон тонколистной пластины; к верхним сторонам обеих передней и задней полос симметрично крайней пластине прилегает последующая тонколистная пластина, нанизанная на данные шпильки, края передней и задней сторон каждой из этих смежных тонколистных пластин имеют встречный загиб и плотно сопряжены по всей своей длине с прилегающей частью скругленной боковой стороны каждой из передней и задней полос, а их выступающие и примыкающие друг к другу кромки скреплены друг с другом; к данной последующей тонколистной пластине симметрично в районах оконечностей полос ее передней и задней сторон прилегает нанизанная на шпильки очередная тонколистная пластина, на которой вдоль ее боковых сторон аналогично на шпильках соответствующих боковых сторон закреплены боковые полосы, размещенные своими скругленными боковыми сторонами наружу, а к верхним сторонам обеих боковых полос симметрично прилегает очередная тонколистная пластина, нанизанная на данные шпильки, при этом края боковых сторон каждой из этих смежных тонколистных пластин аналогично плотно сопряжены по всей своей длине с прилегающей частью скругленной боковой стороной каждой из этих боковых полос, а их выступающие примыкающие друг к другу кромки скреплены аналогично друг с другом; к данной очередной тонколистной пластине симметрично в районах оконечностей ее боковых полос прилегает нанизанная на шпильки очередная тонколистная пластина, плотно скрепленная аналогичным путем своими выступающими кромками краев передней и задней сторон посредством закрепленных на ней передней и задней полос с выступающими прилегающими аналогично кромками краев передней и задней сторон очередной нанизанной тонколистной пластины и т.д., при этом к последней тонколистной пластине прилегает закрытие пакета пластин, выполненное в виде аналогичной второй пластины жесткости с бортиком, зеркально установленной на шпильках пакета, края боковых сторон крайней тонколистной пластины имеют загиб в сторону первой пластины жесткости и прилегает к поверхности бортика этой пластины жесткости, а края передней и задней или боковых сторон последней тонколистной пластины также имеют аналогичный загиб в сторону второй пластины жесткости и примыкают к поверхности ее бортика, на бортиках пластин жесткости, прилегающих к ним краях тонколистных пластин и на торцах полос проставочных элементов пакета пластин выполнены соответственно отверстия и сверления с резьбой для установки трубопроводов теплоносителя и воздуховода, причем длина каждого из крайних отрезков ломаных ступенчатых линий фигурных вырезов углов тонколистных пластин соразмерна с толщиной полос проставочного элемента, а длина каждого из средних отрезков ломаных ступенчатых линий фигурных вырезов углов тонколистных пластин соразмерна длине выреза этой полосы.

2. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что выступающие и примыкающие друг к другу кромки краев тонколистных пластин скреплены друг с другом посредством зажимного элемента 9.

3. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что выступающие и примыкающие друг к другу кромки краев тонколистных пластин скреплены друг с другом в виде узла-фальцовки.

4. Воздухоподогреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что зажимной элемент выступающих и примыкающих друг к другу кромок краев тонколистных пластин выполнен в виде полосы U-образного сечения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а конкретно к котлостроению и может быть использовано в системах воздушного отопления, кондиционирования, утилизации тепла воздуха систем вытяжной вентиляции, печных агрегатах промышленности, транспорта и стационарных объектах.

Известен воздухоподогреватель, содержащий поверхность теплообмена в виде прямолинейных труб, сообщенных своими оконечностями с трубными досками и установленных в газоходе котла, при этом газы движутся внутри труб, а воздух в перекрестном направлении (см. в кн. Проектирование судовых парогенераторов: Учебник авторов Дементьев К.С. и др. Л.: Судостроение, 1986, с.178-184). Недостатками известного воздухоподогревателя являются:

- относительно большая масса за счет использования труб с толщиной стенки более 1 мм;

- низкое значение коэффициента компактности, f 50 кв.м/куб.м;

- сложность замены трубчатой поверхности теплообмена при ремонтах;

- трудность очистки от отложений с газовой и особенно с воздушной сторон.

Указанные недостатки увеличивают стоимость изготовления и ремонта и снижают эффективность работы (теплообмена) в процессе эксплуатации.

Известен воздухоподогреватель, содержащий газоход и воздуховод с перекрестным направлением движения теплообменивающихся сред и поверхность теплообмена в виде профильных листов или пластин, сваренных по периметру и собранных в пакеты, с образованием профильных каналов для движения газов и воздуха (см. там же, стр.185-189). Этот воздухоподогреватель имеет следующие недостатки:

- относительно большая масса воздухоподогревателя за счет использования поверхности теплообмена из материала толщиной около 1 мм;

- сложность и относительно большая трудоемкость изготовления в связи с большой протяженностью сварных швов;

- сложность или невозможность замены изношенной части поверхности теплообмена и необходимость полной и трудоемкой замены при сквозных коррозионных повреждениях;

- низкая эффективность использования антикоррозионного покрытия поверхности теплообмена, повреждаемого в районе сварных швов при изготовлении;

- сложность очистки от загрязнений профильных каналов в местах сужений или тавровых стыков, сопровождающаяся нередко снижением эффективности использования.

Известен воздухоподогреватель, являющийся наиболее близким техническим решением к заявляемому и принятый за прототип (см. патент РФ № 2187772, МПК F28D 7/16).

Воздухоподогреватель содержит каналы (тракт) теплоносителя и каналы воздуховода с перекрестным направлением движения теплообменивающихся сред, образованные между разделяющими эти среды пластинами из тонколистного материала, и поверхность теплообмена. Тракт теплоносителя выполнен в виде цельного короба, образованного по поперечному сечению плоскими стенками (пластинами), две из которых, противоположно расположенные, имеют в пластинах симметрично выполненные относительно друг друга сквозные щели со округлением по периметру. Пространства над наружными поверхностями этих пластин сообщены между собой посредством замкнутых по периметру элементов, образующих поверхность теплообмена, выполненных из тонколистного металла, установленных с плотным прилеганием своими оконечностями в эти скругленные щели. Торцы оконечностей замкнутых теплообменных элементов по периметру примыкания в щелях выполнены с загнутыми наружу кромками, выступающими над наружной поверхностью пластин. Замкнутый теплообменный элемент в районе одного из округлений своей поверхности выполнен с нахлестом пластин, образованным в стыке прилегания данной округленной поверхности элемента к поверхности его боковой пластины, а сами сквозные щели пластин размещены с равномерным шагом по их поверхности.

Недостатками прототипа являются:

1) Сложность и относительно большая трудоемкость изготовления элементов и сборки-разборки в связи с:

- необходимостью выполнения точных фрезерных работ при выполнении сквозных щелей в пластинах корпуса;

- необходимостью запрессовки-выпрессовки замкнутых теплообменных элементов, что усложняет их замену при необходимости.

2) Низкая жесткость теплообменных элементов, особенно если они выполнены из материала толщиной менее 0,5 мм, что обуславливает недостаточную эксплуатационную надежность.

3) Невысокая герметичность теплообменных элементов, соединенных в нахлестку (что проявляется при некачественном изготовлении щелей или при некачественной сборке), что снижает эффективность теплообмена.

В связи с этим известный воздухоподогреватель имеет недостатки, снижающие эффективность его работы и затрудняющие его изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков: повышение эксплуатационной надежности и эффективности теплообмена, снижение трудоемкости изготовления, возможность упрощенной замены частично или полностью поверхности теплообмена, в том числе без заводского ремонта, что в совокупности позволит повысить в целом эффективность эксплуатации воздухоподогревателя.

Поставленная задача достигается тем, что в известном воздухоподогревателе, содержащем каналы теплоносителя и каналы воздуховода с перекрестным направлением движения теплообменивающихся сред, образованные между разделяющими эти среды пластинами из тонколистного материала, в отличие от него заявляемый выполнен в виде пакета из прямоугольных отстоящих друг от друга тонколистных пластин, выполненных по своим углам с фигурными вырезами, имеющими в плане вид ломаной ступенчатой линии, состоящей из четырех отрезков, примыкающих друг к другу на концах под прямым углом с образованием ступеней. При этом тонколистные пластины нанизаны через отверстия по своим углам на шпильки, закрепленные на пластине жесткости, имеющей по периметру бортик, выполненный на ее наружной стороне. К внутренней поверхности пластины жесткости прилегает крайняя из тонколистных пластин, на которой вдоль передней и задней ее сторон установлено по одному проставочному элементу, выполненному в виде полосы прокатного профиля, имеющей одну из своих боковых сторон скругленной, плавно сопряженной с подошвой и верхней стороной этой полосы, а также содержащей близ каждой из оконечностей полосы сквозные отверстия под упомянутые шпильки и вырез, выполненный на ее скругленной боковой стороне длиной от ее торца, соразмерной с шириной торца, и глубиной, не превышающей половины толщины полосы, причем каждая из этих передней и задней полос закреплена вдоль соответствующей стороны на этой тонколистной пластине своей скругленной боковой стороной на наружную сторону тонколистной пластины посредством упомянутых ее отверстий и шпилек соответственно передней и задней стороны тонколистной пластины. К верхним сторонам обеих передней и задней полос симметрично крайней пластине прилегает последующая тонколистная пластина, нанизанная на данные шпильки, края передней и задней сторон каждой из этих смежных тонколистных пластин имеют встречный загиб и плотно сопряжены по всей своей длине с прилегающей частью скругленной боковой стороны каждой из передней и задней полос, а их выступающие и примыкающие друг к другу кромки скреплены друг с другом. К данной последующей тонколистной пластине симметрично прилегает нанизанная на шпильки очередная тонколистная пластина, на которой вдоль ее боковых сторон аналогично на шпильках соответствующих боковых сторон закреплены боковые полосы, размещенные своими скругленными боковыми сторонами наружу, а к верхним сторонам обеих боковых полос симметрично прилегает очередная тонколистная пластина, нанизанная на данные шпильки. При этом края боковых сторон каждой из этих смежных тонколистных пластин аналогично плотно сопряжены по всей своей длине с прилегающей частью скругленной боковой стороны каждой из этих боковых полос, а их выступающие примыкающие друг к другу кромки скреплены аналогично друг с другом. К данной очередной тонколистной пластине симметрично прилегает нанизанная на шпильки очередная тонколистная пластина, плотно скрепленная аналогичным путем своими выступающими кромками передней и задней сторон посредством закрепленных на ней передней и задней полос с выступающими прилегающими аналогично кромками передней и задней сторон очередной нанизанной тонколистной пластины и т.д. При этом к последней тонколистной пластине прилегает закрытие пакета пластин, выполненное в виде аналогичной второй пластины жесткости с бортиком, зеркально установленной на шпильках пакета, края боковых сторон крайней тонколистной пластины имеют загиб в сторону первой пластины жесткости и прилегает к поверхности бортика этой пластины жесткости, а края передней и задней или боковых сторон (что зависит от количества пластин в пакете) последней тонколистной пластины также имеют аналогичный загиб в сторону второй пластины жесткости и примыкают к поверхности ее бортика. На бортиках пластин жесткости, прилегающих к ним краях тонколистных пластин и на торцах полос проставочных элементов пакета пластин выполнены соответственно отверстия и сверления с резьбой для крепежных элементов для установки трубопроводов теплоносителя и воздуховода.

Причем длина каждого из крайних отрезков ломаных ступенчатых линий фигурных вырезов углов тонколистных пластин соразмерна с толщиной полосы проставочного элемента, а длина каждого из средних отрезков ломаных ступенчатых линий фигурных вырезов углов тонколистных пластин соразмерна длине выреза этой полосы.

Технологически оправдано такое скрепление выступающих и примыкающих друг к другу кромок краев тонколистных пластин, при котором оно выполнено посредством зажимного элемента.

Целесообразно такое выполнение зажимного элемента, при котором он выполнен в виде полосы U-образного сечения.

Целесообразно скрепление примыкающих друг к другу кромок краев тонколистных пластин в некоторых типах воздухоподогревателей, в частности имеющих тонколистные пластины без антикоррозионного покрытия или имеющих пластины с покрытием, стойким к их резким перегибам, при котором оно выполнено в виде узла-фальцовки (допускающего, как известно, наличие резких перегибов пластин, см. Большая советская энциклопедия, изд. БСЭ, т.44 с.514).

Заявляемая совокупность ограничительных и отличительных признаков обеспечивает упрощение технологии изготовления и ремонта, увеличивает показатели эксплуатационной надежности и улучшает эффективность теплообмена.

Данное заявляемое техническое решение воздухоподогревателя обеспечивает:

- во-первых, облегчает изготовление элементов и сборку-разборку воздухоподогревателя в связи с использованием малого количества разновидностей однотипных составных частей и простотой их изготовления и точностью монтажа, что также повышает и эффективность теплообмена;

- во-вторых, позволяет увеличивать поверхность теплообмена и соответственно его эффективность путем увеличения количества пластин одного размерного ряда, а при помощи подводящих трубопроводов того же размерного ряда также и делать воздухоподогреватель многопроточным, с учетом расходов теплообменивающихся сред;

- в-третьих, при попадании посторонних предметов (например, обломки лопастей при нередких случаях поломки вентилятора) в данном техническом решении тонколистные пластины защищены от деформации плотным сопряжением к жестким полосам проставочных элементов, т.е. защищены достаточной жесткостью, что увеличивает его эксплуатационную надежность.

Соразмерность длин отрезков ломаных линий с длиной выреза и толщиной проставочного элемента обеспечивает сопряжение, точность и удобство монтажа тонколистных пластин и проставочных элементов и герметичность собранного воздухоподогревателя.

Как и у известного решения, у заявляемого воздухоподогревателя обеспечивается сохраняемость антикоррозионного покрытия на поверхности теплообмена отсутствием сварных швов и резких перегибов тонколистных пластин (наличием сопряжения краев пластин со скругленными боковыми сторонами проставочных полос), что также способствует эксплуатационной надежности. Обеспечивается возможность легкого извлечения его с фундамента и из фланцев подвода-отвода теплоносителя и воздуховода с доступом для осмотра, очистки или ремонта при засорении или повреждении поверхности теплообмена.

Таким образом, достигается упрощение технологии изготовления, ремонта, удобство эксплуатации при осмотре и очистке, улучшаются показатели надежности и эффективности теплообмена воздухоподогревателя.

Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами.

Фиг.1 Воздухоподогреватель. Вид спереди.

Фиг.2 Воздухоподогреватель. Разрез, вид сбоку.

Фиг.3 Воздухоподогреватель. Вид сверху.

Фиг.4 Воздухоподогреватель. Разрез по А-А фиг.2.

Фиг.5 Воздухоподогреватель. Вид в аксонометрии.

Фиг.6 Тонколистная пластина воздухоподогревателя.

Фиг.7 Полоса проставочного элемента.

Фиг.8 Пластина жесткости.

Заявляемый воздухоподогреватель имеет следующее устройство, показанное на примере вытянутой вверх конструкции. Воздухоподогреватель содержит каналы теплоносителя 1 и каналы воздуховода 2 с перекрестным направлением движения теплообменивающихся сред (фиг.5), которые образованы между разделяющими эти среды пластинами 3 (фиг.2) из тонколистного материала. Воздухоподогреватель выполнен в виде пакета, собранного из прямоугольных отстоящих друг от друга тонколистных пластин 3. Тонколистные пластины 3 выполнены по своим углам с фигурными вырезами (фиг 6), имеющими в плане вид ломаной ступенчатой линии 4, состоящей из четырех отрезков, примыкающих друг к другу на концах под прямым утлом с образованием ступеней. Тонколистные пластины 3 нанизаны через отверстия 5 по своим углам на шпильки 6 (фиг.4), которые закреплены на нижней пластине жесткости 7 (фиг.2) через отверстия 8 (фиг.8). Пластина жесткости 7 имеет по периметру бортик 9, выполненный на ее наружной стороне. К внутренней поверхности пластины жесткости 7 (фиг.2) прилегает крайняя прямоугольная тонколистная пластина 3, на которой вдоль передней и задней ее сторон установлено по одному проставочному элементу, выполненному в виде полосы прокатного профиля 10, имеющей одну из своих боковых сторон скругленной 11 (фиг.7), плавно сопряженной с подошвой и верхней стороной этой полосы, а также содержащей близ каждой из оконечностей полосы сквозные отверстия 12 под шпильки 6 и вырез 13, выполненный на ее скругленной боковой стороне 11 длиной от торца, соразмерной с шириной торца, и глубиной, не превышающей половины толщины полосы. Каждая из этих передних и задних полос 10 (фиг.2) закреплена вдоль соответствующих (передней и задней) сторон на этой тонколистной пластине 3 своей скругленной боковой стороной 11 на наружную сторону тонколистной пластины 3 посредством ее отверстий 12 и шпилек 6 соответственно передней и задней сторон тонколистовой пластины 3. К верхним сторонам обеих передней и задней полос 10 симметрично крайней прямоугольной пластине прилегает последующая прямоугольная тонколистная пластина 3, нанизанная на шпильки 6. Края передней и задней сторон каждой из этих смежных тонколистных пластин 3 имеют встречный загиб 14 и плотно сопряжены по всей своей длине с прилегающей частью скругленной боковой стороны 11 каждой из передней и задней полос 10, а их (краев) выступающие и примыкающие друг к другу кромки скреплены друг с другом, например, посредством зажимного элемента 15, выполненного, например, в виде полосы U-образного сечения (не показано). К данной последующей тонколистной пластине 3 симметрично прилегает нанизанная на шпильки 6 очередная тонколистная пластина 3 (фиг.1), на которой вдоль ее боковых сторон аналогично на шпильках 6 соответствующих боковых сторон закреплены боковые полосы 10, размещенные своими скругленными боковыми сторонами 11 наружу, а к верхним сторонам обеих боковых полос 10 симметрично прилегает очередная тонколистная пластина 3, нанизанная на данные шпильки 6. Края боковых сторон каждой из этих смежных тонколистных пластин 3 аналогично плотно сопряжены по всей своей длине с прилегающей частью скругленной боковой стороны 11 каждой из этих боковых полос 10, а их выступающие примыкающие друг к другу кромки скреплены аналогично в аналогичной полосе U-образного сечения зажимного элемента 15. К данной очередной тонколистной пластине 3 симметрично прилегает нанизанная на шпильки очередная тонколистная пластина 3, плотно скрепленная аналогичным путем своими выступающими кромками краев передней и задней сторон посредством закрепленных на ней передней и задней полос 10 с выступающими прилегающими аналогично кромками передней и задней сторон очередной нанизанной тонколистной пластины 3 и т.д. К последней тонколистной пластине 3 прилегает (фиг.2) закрытие пакета пластин, выполненное в виде аналогичной верхней пластины жесткости 7 с бортиком 9, зеркально установленной на шпильках 6 пакета. Края боковых сторон 16 (фиг.1) крайней тонколистной пластины 3 имеют загиб в сторону нижней пластины жесткости 7 и прилегает к поверхности бортика 9 нижней пластины жесткости 7, а края 17 передней и задней (фиг.2) или боковых сторон последней тонколистной пластины 3 (что зависит от количества пластин в пакете) также имеют аналогичный загиб в сторону верхней пластины жесткости 7 и примыкают к поверхности ее бортика 9. На бортиках 9 пластин жесткости 7, прилегающих к ним краях тонколистных пластин 16, 17 и на торцах полос проставочных элементов 10 пакета пластин (фиг.5) выполнены соответственно отверстия 18 и сверления с резьбой 19 для крепления крепежных элементов для установки трубопроводов теплоносителя и воздуховода (не показано).

Длина каждого из крайних отрезков 20 ломаных ступенчатых линий фигурных вырезов углов тонкостенных пластин 3 (фиг.6) соразмерна с толщиной полос проставочного элемента 10, а длина средних отрезков 21 ломаных ступенчатых линий соразмерна длине выреза 13 этой полосы 10. Это обеспечивает сопряжение деталей, точность и удобство монтажа при сборке и герметичность воздухоподогревателя.

Бортики 9 пластин жесткости 7 (фиг.5), торцы полос проставочных элементов 10, вырезы 13 проставочных элементов 10 и края тонколистных пластин 3 в районе вырезов по отрезкам 21 (фиг.6) образуют в сборе по периметрам граней воздухоподогревателя ровные поверхности для крепления фланцев трубопроводов подвода-отвода теплообменивающихся сред.

Пластины жесткости 7 имеют прикрепленные кронштейны для крепления воздухоподогревателя к фундаменту (не показаны).

В воздухоподогревателях, имеющих тонколистные пластины 3 без антикоррозионного покрытия или имеющих пластины 3 с покрытием, стоким к резким перегибам, целесообразно скрепление выступающих примыкающих друг к другу кромок краев тонколистовых пластин 3 в виде узла фальцовки (не показано), которое без затруднения выполнимо на отечественном технологическом оборудовании.

Для предотвращения уменьшения профиля проходного сечения каналов 1 и каналов 2 при высокой разности давлений теплообменивающихся сред целесообразно закрепление на пластинах 3 между полосами проставочных элементов 10 параллельных им дополнительных проставочных полос (не показано), длина и высота которых равна длине и высоте проставочных полос 10.

Воздухоподогреватель используют следующим образом. Очистку воздухоподогревателя котлов от отложений на внешней и внутренней поверхностях каналов 1 и 2 осуществляют обдувкой поверхности струями пара в процессе эксплуатации от стационарных паробанников, устанавливаемых на несущей корпусной конструкции с фланцами трубопроводов отвода-подвода теплообменивающихся сред (не показано), или посредством механической чистки в межэксплуатационный период при извлечении воздухоподогревателя из указанной несущей конструкции (не показана) в поперечном направлении относительно потоков теплообменивающихся сред с выполнением осмотра и дефектации поверхности теплообмена.

Заявляемый воздухоподогреватель обеспечивает упрощение технологии изготовления и ремонта, сохраняемость и неповреждаемость антикоррозионного покрытия на поверхности теплообмена при его изготовлении, эксплуатации и чистке, увеличивает показатели надежности и улучшает эффективность эксплуатации. В частности, обеспечивается снижение массы воздухоподогревателя за счет использования тонкостенной поверхности теплообмена, снижение трудоемкости изготовления за счет исключения фрезерных работ, простота замены или ремонта поверхности теплообмена, не требующая сложного оборудования или высокой квалификации рабочего персонала, достаточная эффективность использования антикоррозионного покрытия поверхности теплообмена, не подвергаемого воздействию резких механических или тепловых напряжений, упрощение операций очистки от отложений в период эксплуатации с сохранением достаточной тепловой эффективности воздухоподогревателя.