спиральный теплообменник и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Спиральный теплообменник, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнение торцов спирали, крышки с прокладками по торцам спирали, отличающийся тем, что детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, выполнены в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали.

2. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, размещены на боковых кромках крайних рядов зигзагообразных проставок.

3. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполнено уплотняющей массой для исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой.

4. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух полуцилиндров, скрепляемых друг с другом после установки спирали.

5. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что в теплообменниках, работающих на загрязненных рабочих средах, зигзагообразные проставки снабжены турбулизаторами, выполненными на вертикальных и/или горизонтальных кромках зигзагообразных проставок.

6. Способ изготовления спирального теплообменника, характеризующегося по пп.1-5, отличающийся тем, что зигзагообразные проставки размещают между листами в процессе навивки спирали, затем на боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок укладывают упоры, после чего пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполняют уплотняющей массой.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что корпус теплообменника предварительно изготавливают из двух полуцилиндров, затем предварительно навитую спираль охватывают полуцилиндрами и скрепляют их между собой по всей длине корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов и может быть использовано в химической, пищевой и нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

В различных отраслях промышленности широкое применение нашли теплообменники, служащие для передачи тепла от одной среды к другой через стенку из теплопроводного материала, разграничивающую эти среды. Среди них кожухотрубные, пластинчатые, спиральные, змеевиковые и т.п. теплообменники, которые различаются между собой конструктивным исполнением поверхности теплообмена (Патент РФ № 2121122, МПК F28D 7/00; № 2151991, МПК F28D 3/02; № 2156423, МПК F28D 3/00, 20.09.2000; № 2166716, МПК F28D 3/00).

Известен спиральный теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, в котором размещены теплообменные поверхности, формируемые из элементов, представляющих собой попарно сваренные по контуру спиралевидные стенки, образующие внутренний спиралевидный щелевой канал. В сечении, перпендикулярном оси аппарата, спиралеобразные стенки формируют теплообменную поверхность по спирали Архимеда. Внутренние спиралевидные полости теплообменных элементов сообщаются с коллекторами входа и выхода одной среды, а наружные - с коллекторами входа и выхода другой среды (В.В.Буренин. Новые рекуперативные теплообменники для нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. «Нефтепереработка и нефтехимия», № 3, 2005, стр.44-45).

Известен спиральный теплообменник, содержащий каналы для рабочих сред, изготовленные из рулонной ленты, в одном из которых размещены штифты, снабженные турбулизаторами, выполненными из ленты, закрученной в продольном направлении (Патент РФ № 2156423, МПК F28D 7/04; 20.09.2000 г.).

Известен спиральный теплообменник, содержащий два щелевых канала для прохода теплоносителей, образованных двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовые уплотнения (Патент РФ № 2306517, МПК F28D 7/04; 04.10.2006 г.).

Общим недостатком данных технических решений является сложность конструкции, нетехнологичность изготовления теплообменника, а также повышенная масса, обусловленная наличием сложных узлов герметизации, чем обусловлена высокая стоимость изготовления.

Известен спиральный теплообменник, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали (Н.В. Барановский и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. Машиностроение, М. 1973, с.262-269).

По совокупности сходных признаков этот спиральный теплообменник наиболее близок к заявляемому спиральному теплообменнику и принят за прототип.

Однако этот спиральный теплообменник имеет ряд недостатков: в нем в качестве деталей, фиксирующих расстояние между листами спирали и для создания жесткости листов, использованы штифты, приваренные к одному из листов. Уплотнение спирали производится с использованием упоров, выполненных из вставленной в канал ленты, приваренной к кромкам листов (Н.В. Барановский и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. Машиностроение, М. 1973, с.263-264, рис.142, варианты а, б, в, г). Это приводит к значительному усложнению изготовления теплообменника, особенно в случае его использования для теплоносителей с высокими температурами (выше 400°С) и в условиях агрессивных и коррозийных сред. В этих случаях для теплообменника требуется применение легированных сталей, что приводит к значительной сложности и дороговизне при сварке деталей. Уплотнение торцов только прокладкой в) или U-образной манжетой - вар. г) не предотвращает возможность перетока теплоносителя из одного канала в другой. Кроме того, корпус теплообменника выполнен из цельной детали в форме цилиндра, что создает сложность при установке собранной в единый блок спирали в корпус.

Первая задача по изобретению:

- упрощение и удешевление конструкции теплообменника;

- исключение перетока теплоносителя из одного канала в другой.

Вторая задача по изобретению - упрощение технологии изготовления теплообменника и, как результат, - сокращение затрат на его изготовление.

Первая задача решается тем, что спиральный теплообменник содержит корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали.

По первой задаче по изобретению спиральный теплообменник дополнительно включает:

- детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, выполненные в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали;

- упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, размещенные на боковых кромках крайних рядов зигзагообразных проставок;

- уплотняющую массу, заполняющую пространство в каналах между торцами спирали и упорами для исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой;

- корпус, выполненный из двух полуцилиндров, скрепляемых друг с другом после установки спирали;

- в теплообменниках, работающих на загрязненных рабочих средах, зигзагообразные проставки с турбулизаторами, выполненные на вертикальных и/или горизонтальных кромках зигзагообразных проставок.

Вторая задача по изобретению решается следующим образом:

- зигзагообразные проставки размещают между листами в процессе навивки спирали, затем на боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок укладывают упоры, после чего пространство в каналах между торцами спирали и упорами заполняют уплотняющей массой;

- корпус теплообменника предварительно изготавливают из двух полуцилиндров, затем предварительно навитую спираль охватывают полуцилиндрами и скрепляют их между собой по всей длине корпуса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 - продольный разрез теплообменника,

на фиг.2 - выносной элемент Б на фиг.1;

на фиг.3 - сечение АА по фиг.1;

на фиг.4 - выносной элемент В на фиг.2;

на фиг.5 - зигзагообразные проставки;

на фиг.6 - корпус теплообменника в сборе.

Спиральный теплообменник состоит из корпуса 1, спирали 2, навитой из двух листов 3 и 4 на сердечник 5. Корпус 1 состоит из двух полуцилиндров 1.1 и 1.2 и фланцев 1.3. Между листами 3 и 4 спирали 2 установлены зигзагообразные проставки 6 (фиг.2).

Зигзагообразные проставки 6 применяют двух видов - рядовые проставки 6.1 (фиг.5 «а») и проставки с турбулизаторами 6.2. (фиг.5 «б»). Зигзагообразные проставки 6 изготовляют путем гибки полосовой стали, причем горизонтальные полочки 6.1.1. и 6.2.1. соответствуют расстоянию между листами 3 и 4 спирали 2 (фиг.2, 5).

Сердечник 5 разделен на две полости 5.1 и 5.2 (фиг.1, 3). К продольной цилиндрической стенке полости сердечника 5.1 приварена внутренняя кромка листа 3, а к продольной цилиндрической стенке полости сердечника 5.2 приварена внутренняя кромка листа 4, при этом в спирали образуются два канала 7 и 8. Наружная кромка листа 3 приварена к продольной кромке полуцилиндра 1.1, а наружная кромка листа 4 приварена к продольной кромке полуцилиндра 1.2. При этом образуются выходы из каналов 7 и 8 (фиг.3), к которым привариваются подводящий и отводящий патрубки 9 и 10 корпуса 1 (фиг.4).

По мере сворачивания спирали 2 (фиг.2) между листами спирали 3 и 4 устанавливают зигзагообразные проставки 6, причем проставки 6.3, ближние к кромкам листов, устанавливают одну над другой, остальные проставки целесообразно размещать в смежных витках каналов в шахматном порядке. Таким образом устанавливается ширина каналов.

Навитую на сердечник 5 спираль 2 охватывают полуцилиндрами 1.1 и 1.2 (фиг.1, 3, 6), скрепляют их между собой по всей длине и приваривают фланцы 1.3, создавая единый сборочный узел корпуса 1 и спирали 2.

На боковые кромки крайних рядов зигзагообразных проставок 6.3 (фиг.2) в каналы 7 и 8 укладывают упоры 11, например, в виде проволоки. Каналы, ближние к торцам спирали (кромкам листов), заполнены уплотняющей массой 12, причем глубину заложения упоров 11 и заполнения торцов каналов уплотняющей массой 12 выбирают из обязательного условия исключения перетока теплоносителя из одного канала в другой. На торцы спирали 2 уложена прокладка 13 в виде листового уплотняющего материала, прижимаемая фланцами 14 к торцам спирали 2 и к уплотняющей массе 12, заполняющей каналы 7 и 8. Под действием прижима фланцем 14 прокладка 13 и уплотняющая масса 12 в каналах 7 и 8 образуют однородное уплотнение.

В качестве уплотняющей массы для теплообменников, работающих в условиях агрессивных или коррозийных сред и/или высоких температур, применяют терморасширенный графит или изделия из графитизированного асбеста или другие материалы с аналогичными свойствами.

Для соединения с полостями сердечника 5.1 и 5.2 (фиг.1) в центральной части фланцев 14 выполнены отверстия. К фланцам 14 присоединены подводящие и отводящие патрубки 15 и 16.

Благодаря такому исполнению теплообменника обеспечивается надежное разделение каналов, благодаря чему исключается переток теплоносителя из одного канала в другой.

В теплообменниках, работающих на загрязненных рабочих средах, в каналы, по которым подается загрязненная среда, для уменьшения оседания взвешенных частиц на стенках каналов в спираль 2 установлены зигзагообразные проставки 6.2, снабженные турбулизаторами 6.2.2, выполненными в виде коротких выступов для создания в канале турбулентного потока.

Расстояние между проставками 6 следует выбирать в зависимости от прочностных характеристик металла, из которого изготовлены листы, и перепада давления теплоносителей в каналах.

Для очистки каналов от возможных отложений следует извлечь из торцов каналов уплотняющую массу 12 и упоры 11 с двух торцов спирали 2 и узкими скребками прочистить каналы.