Кожухотрубчатый теплообменник

(71) Заявитель Могилевский технологический институт(73) Патентообладатель Могилевский технологический институт(57) 1. Кожухотрубчатый теплообменник, содержащий кожух, теплообменные трубы, располагающиеся в трубных решетках по концентрическим окружностям, камеры подвода и отвода нагреваемой среды, патрубки для подвода и отвода нагреваемой среды, подводящую и отводящую камеры для среды межтрубного пространства, выполненные в виде кольцевых обечаек, примыкающих к кожуху, и снабженные тангенциальными патрубками, поперечные перегородки, установленные через одну с зазором относительно корпуса с образованием отсеков, и цилиндрический перепускной коллектор, расположенный по оси теплообменника,причем кожух в зоне кольцевых обечаек и перепускной коллектор выполнены с отверстиями, отличающийся тем, что площади поперечного сечения патрубков подвода и отвода нагреваемой среды равны между собой и равны суммарной площади поперечного сечения теплообменных труб в трубной решетке, при этом поверхность трубной решетки условно разделена на концентрические кольца, наружные радиусы которых соответствуют формуле(1,272)0,где- порядковый номер условного кольца 0 - радиус цилиндрического перепускного коллектора- наружный радиус условного кольца,а трубы расположены на центральных радиусах условных колец, и их количество в каждом ряду соответствует формуле Фиг. 1 1(1,618),4378 1 где квадратные скобки обозначают целую часть числа- количество труб на -ном условном кольце,при этом наружный радиус трубной решетки равен наружному радиусу последнего, считая от оси трубной решетки, условного кольца. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что количество труб в первом, считая от оси трубной решетки, условном кольце равно одному из чисел ряда Фибоначчи, начиная с числа 5 или 8, или 13, или 21,или 34 и т.д. Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в пищевой и других отраслях промышленности. Известен кожухотрубчатый теплообменник, содержащий кожух, теплообменные трубы, располагающиеся в трубных решетках по концентрическим окружностям, камеры подвода и отвода нагреваемой среды,патрубки для подвода и отвода нагреваемой среды, подводящую и отводящую камеры для среды межтрубного пространства, выполненные в виде кольцевых обечаек, примыкающих к кожуху, и снабженные тангенциальными патрубками, поперечные перегородки, установленные через одну с зазором относительно корпуса с образованием отсеков, и цилиндрический перепускной коллектор, расположенный по оси теплообменника, причем кожух в зоне кольцевых обечаек и перепускной коллектор выполнены с отверстиями 1. Тепловая эффективность этого известного устройства повышается за счет того, что отверстия в кожухе и перепускном коллекторе расположены под углом к оси теплообменника и имеют взаимно противоположное направление. Вместе с тем и в этом устройстве проходные сечения рядов труб, патрубков подвода и отвода среды трубного пространства не взаимоувязаны между собой, что создает дополнительные местные сопротивления. Кроме того, трубы расположены в трубных решетках без учета равномерности распределения в них трубной среды, что приводит к образованию застойных зон, таким образом, эти недостатки снижают в целом эффективность работы устройства. Задача изобретения - повышение эффективности работы теплообменника. Поставленная задача решается тем, что в кожухотрубчатом теплообменнике, содержащем кожух, теплообменные трубы, располагающиеся в трубных решетках по концентрическим окружностям, камеры подвода и отвода нагреваемой среды, патрубки для подвода и отвода нагреваемой среды, подводящую и отводящую камеры для среды межтрубного пространства, выполненные в виде кольцевых обечаек, примыкающих к кожуху, и снабженные тангенциальными патрубками, поперечные перегородки, установленные через одну с зазором относительно корпуса с образованием отсеков, и цилиндрический перепускной коллектор, расположенный по оси теплообменника, причем кожух в зоне кольцевых обечаек и перепускной коллектор выполнены с отверстиями, согласно изобретению, площади поперечного сечения патрубков подвода и отвода среды трубного пространства равны между собой и равны суммарной площади поперечного сечения теплообменных труб в трубной решетке, при этом поверхность трубной решетки условно разделена на концентрические кольца, наружные радиусы которых соответствуют формуле(1,272)0, (1) где- порядковый номер условного кольца 0 - радиус цилиндрического перепускного коллектора- наружный радиус условного кольца,а трубы расположены на центральных радиусах условных колец, и их количество в каждом ряду соответствует формуле 1(1,618), (2) где квадратные скобки обозначают целую часть числа- количество труб на -ном условном кольце,при этом наружный радиус трубной решетки равен наружному радиусу последнего, считая от оси трубной решетки, условного кольца. Кроме того, количество труб в первом, считая от оси трубной решетки, условном кольце равно одному из чисел ряда Фибоначчи, начиная с числа 5 или 8, или 13, или 21, или 34 и т.д. Сущность изобретения поясняется чертежами - на фиг 1 изображен кожухотрубчатый теплообменник,общий вид на фиг. 2 - разрез А-А фиг 1. 4378 1 Кожухотрубчатый теплообменник состоит из кожуха 1, теплообменных труб 2, размещенных в трубных решетках 3 и 4 по концентрическим окружностям, камер подвода и отвода нагреваемой среды 5 и 6, патрубков для подвода и отвода нагреваемой среды 7 и 8, подводящей 9 и отводящей 10 камер для среды межтрубного пространства, выполненных в виде кольцевых обечаек 11, примыкающих к кожуху 1, и снабженных тангенциальными патрубками 12 и 13, поперечных перегородок 14, установленных через одну с зазором относительно кожуха 1 с образованием отсеков 15 и цилиндрического перепускного коллектора 16, расположенного по оси теплообменника, причем кожух 1 в зоне кольцевых обечаек 11 и перепускной коллектор 16 выполнены с отверстиями 17 и 18. Трубные решетки 3 и 4 условно разделены на концентрические кольца 19,наружные радиусы которых определяются по формуле (1), а теплообменные трубы 2 расположены на центральных радиусах условных колец, их количество на каждом условном ряду определяется по формуле (2),при этом поперечные сечения патрубков для подвода и отвода нагреваемой среды 7 и 8 равны между собой и равны суммарной площади поперечного сечения теплообменных труб 2. Кожухотрубчатый теплообменник работает следующим образом. Одна среда (греющая) поступает через тангенциальный патрубок 12 в подводящую камеру 9, через отверстия 17 поступает в межтрубное пространство, затем через отверстия 18 перепускного коллектора 16 последовательно проходит по отсекам 15, омывая трубы 2, и через отверстия 17 отводящей камеры 10, а затем тангенциальный патрубок 13 выходит из теплообменника. Другая среда (нагреваемая) поступает через патрубок 7 в камеру 5, где посредством трубной решетки 3 равномерно распределяется в теплообменные трубы 2, получает теплоту от греющей среды и через трубную решетку 4 попадает в камеру 6 и выходит через патрубок 8. Выполнение условия(1,272)0 обеспечивает пропорциональное увеличение живого сечения рабочей поверхности трубных решеток по мере увеличения радиуса расположения теплообменных труб на центральных радиусах ц условных колец 18. Выполнение условия, при котором 1(1,618), обеспечивает пропорциональное увеличение живого сечения рабочей поверхности трубной решетки по мере увеличения радиуса расположения теплообменных труб на центральных радиусах ц условных колец 18. Расположение теплообменных труб на центральных радиусах ц каждого условного кольца 18 создает идентичные условия для прохождения продукта по всей площади рабочей поверхности трубной решетки и,тем самым, равномерно распределяет продукт в теплообменные трубы. Совмещение наружного радиуса трубной решетки с наружным радиусом последнего, считая от оси теплообменника условным кольцом 18, позволяет исключить нежелательный избыток или недостаток площади рабочей поверхности на периферийной части трубной решетки и исключит вероятность создания там застойных зон. В результате соблюдения всех отличительных признаков имеет место одинаковое значение пропускной способности трубной решетки по всей ее поверхности, создаются одинаковые условия теплообмена во всех теплообменных трубах и тем самым обеспечивается технический результат - равномерное температурное поле на всех участках нагрева обрабатываемой среды и снижение общего гидравлического сопротивления, и, повышение, тем самым, эффективности работы устройства. Под пропускной способностью, в данном случае, понимается отношение площади поперечного сечения теплообменных труб условного кольца к площади поперечного сечения условного кольца трубной решетки. Использование чисел Фибоначчи, начиная с его пятого числа, т.е. с числа 5 или 8, или 13, или 21, или 34,т.е. позволяет значительно упростить расчет параметров трубных решеток и унифицировать последние. Источники информации 1.1592703 А, 1990. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.