[go: up one dir, main page]

RU2639439C1 - Tube-and-shell heat exchanger with curved tubes - Google Patents

Tube-and-shell heat exchanger with curved tubes Download PDF

Info

Publication number
RU2639439C1
RU2639439C1 RU2016139867A RU2016139867A RU2639439C1 RU 2639439 C1 RU2639439 C1 RU 2639439C1 RU 2016139867 A RU2016139867 A RU 2016139867A RU 2016139867 A RU2016139867 A RU 2016139867A RU 2639439 C1 RU2639439 C1 RU 2639439C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
pipes
partitions
displacement
preliminary
Prior art date
Application number
RU2016139867A
Other languages
Russian (ru)
Original Assignee
Ямилев Марат Мунаварович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ямилев Марат Мунаварович filed Critical Ямилев Марат Мунаварович
Priority to RU2016139867A priority Critical patent/RU2639439C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2639439C1 publication Critical patent/RU2639439C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0008Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium
    • F28D7/0016Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium the conduits for one medium or the conduits for both media being bent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F5/00Elements specially adapted for movement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F28F9/0131Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies formed by plates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heating system.SUBSTANCE: in the heat exchanger, consisting of a housing, tube grids, partitions and tubes, the tubes are installed with a preliminary deflection. Preliminary deflection is carried out by means of displacing holes for tubes in the partitions or by means of displacing the partitions by displacement mechanism, and the partitions are installed with the possibility of displacement in the direction of preliminary displacement. The partitions in the middle part of the heat exchanger are rigidly fixed with the displacement of the holes for the tubes, and the housing can be made with a deflection. The remaining partitions are installed with the possibility of further displacement in the direction of the preliminary displacement of the tubes to compensate for their elongation at temperature deformation. The preliminary deflection of the tubes is carried out during the assembly of the heat exchanger from straight tubes which are bent within elastic deformation.EFFECT: ensuring compensation of tube elongation at temperature deformation.6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменному и реакторному оборудованию и может быть использовано в энергетической, химической, нефтехимической отраслях промышленности, на энергетическом оборудовании средств транспорта и других отраслях, где осуществляется теплообмен.The invention relates to heat exchange and reactor equipment and can be used in the energy, chemical, petrochemical industries, power equipment of vehicles and other industries where heat exchange is carried out.

Известны кожухотрубчатые теплообменники с компенсирующими устройствами: с линзовым компенсатором, с плавающей головкой, с U-образными трубками. Первый имеет сложную конструкцию, не имеет жесткого корпуса и не работает при высоких давлениях, второй недостаточно надежен при работе с агрессивными средами и средами, не допускающими сообщения полостей, третий имеет низкую ремонтопригодность, и его сложно использовать, в частности, в вертикальном исполнении.Shell-and-tube heat exchangers with compensating devices are known: with a lens compensator, with a floating head, with U-shaped tubes. The first has a complex structure, does not have a rigid body and does not work at high pressures, the second is not reliable enough when working with aggressive environments and environments that do not allow cavities to communicate, the third has low maintainability, and it is difficult to use, in particular, in a vertical version.

Известен теплообменник по патенту №2451889. Внутри корпуса теплообменника расположен трубный пучок, который состоит по меньшей мере из двух рядов конусообразных труб, закрепленных концами в отверстиях решеток по концентрическим окружностям. Трубы расположены с наклоном одновременно в двух направлениях: с наклоном к вертикальной оси корпуса и с дополнительным наклоном, выполненным путем смещения концов в окружном направлении, т.е. по дугам окружностей размещения их в трубных решетках. При этом углы наклонов выполнены в пределах 0,5-50,0 градусов от вертикальной плоскости, проходящей через вертикальную ось корпуса. Теплообменник имеет сложную конструкцию трубок и малую ремонтопригодность.Known heat exchanger according to patent No. 2451889. Inside the casing of the heat exchanger is a tube bundle, which consists of at least two rows of cone-shaped pipes, fixed with ends in the holes of the gratings along concentric circles. The pipes are inclined simultaneously in two directions: inclined to the vertical axis of the body and with an additional inclination made by shifting the ends in the circumferential direction, i.e. along arcs of circles placing them in tube sheets. In this case, the slope angles are made in the range of 0.5-50.0 degrees from the vertical plane passing through the vertical axis of the housing. The heat exchanger has a complex tube design and low maintainability.

Теплообменник по патенту №2451889 принят в качестве прототипа.The heat exchanger according to patent No. 2451889 adopted as a prototype.

Цель изобретения - обеспечение компенсации удлинения труб при температурной деформации в теплообменнике при использовании прямых трубок.The purpose of the invention is the provision of compensation for elongation of pipes during temperature deformation in the heat exchanger using straight tubes.

Указанная цель достигается тем, что в теплообменнике, состоящем из корпуса, трубных решеток, перегородок и труб, трубы установлены с предварительным прогибом с возможностью дальнейшего прогиба при температурной деформации.This goal is achieved by the fact that in the heat exchanger, consisting of a housing, tube sheets, partitions and pipes, the pipes are installed with a preliminary deflection with the possibility of further deflection during temperature deformation.

Предварительный прогиб осуществляется за счет смещения отверстий для труб в перегородках, а также за счет смещения перегородок механизмом перемещения, причем две перегородки с вырезами в разные стороны в средней части теплообменника установлены со смещением неподвижно, остальные перегородки установлены с возможностью дальнейшего смещения в направлении предварительного смещения.Preliminary deflection is carried out due to the displacement of the holes for pipes in the partitions, as well as due to the displacement of the partitions by the movement mechanism, and two partitions with cutouts in opposite directions in the middle part of the heat exchanger are fixedly displaced, the remaining partitions are installed with the possibility of further displacement in the direction of the preliminary displacement.

Предварительный прогиб труб осуществляется в процессе сборки теплообменника из прямых труб, которые изгибаются в пределах упругой деформации.The preliminary deflection of the pipes is carried out in the process of assembling the heat exchanger from straight pipes that bend within the elastic deformation.

Корпус может быть выполнен с прогибом, при этом две перегородки с вырезами в разные стороны в средней части теплообменника установлены неподвижно в корпусе, остальные перегородки установлены с возможностью дальнейшего смещения в направлении предварительного прогиба корпуса.The housing can be made with a deflection, while two partitions with cutouts in opposite directions in the middle part of the heat exchanger are fixedly mounted in the housing, the remaining partitions are installed with the possibility of further displacement in the direction of preliminary deflection of the housing.

Таким образом, в конструкцию теплообменника внесены существенные отличия, а именно: прямые трубы устанавливаются с прогибом, который образуется предварительным смещением отверстий в перегородках в поперечном направлении относительно прямолинейного исходного положения оси труб или предварительным смещением самих перегородок с трубами в поперечном направлении при изготовлении теплообменника. При удлинении при температурной деформации трубок они смещаются в том же поперечном направлении, увлекая за собой перегородки, установленные с возможностью дальнейшего смещения и обеспечивающие синхронное смещение труб, удлинение труб происходит без их взаимного касания и касания с корпусом теплообменника. При этом смещение осуществляется в пределах упругой деформации труб. Данное отличие является существенным, так как позволяет достигнуть цели изобретения:Thus, significant differences are made in the design of the heat exchanger, namely: straight pipes are installed with a deflection, which is formed by a preliminary displacement of the holes in the partitions in the transverse direction relative to the rectilinear initial position of the pipe axis or by a preliminary displacement of the partitions themselves with the pipes in the transverse direction in the manufacture of the heat exchanger. When elongating due to thermal deformation of the tubes, they are displaced in the same transverse direction, dragging along the partitions installed with the possibility of further displacement and providing synchronous displacement of the pipes, the elongation of the pipes occurs without their mutual touching and touching the heat exchanger body. In this case, the displacement is carried out within the elastic deformation of the pipes. This difference is significant, as it allows to achieve the purpose of the invention:

- обеспечение компенсации удлинения труб при температурной деформации;- providing compensation for pipe elongation during temperature deformation;

- изготовление теплообменника с изогнутыми трубками из прямых труб.- manufacture of a heat exchanger with curved tubes from straight pipes.

Предварительное смещение труб с дальнейшим смещением при удлинении при температурной деформации соответствует случаю, когда при изменении температуры деформация труб больше деформации корпуса теплообменника. Если при изменении температуры деформация труб меньше деформации корпуса теплообменника, трубы устанавливаются посредством перегородок с максимально возможным смещением, а при изменении температуры смещение уменьшается, деформированные трубы выпрямляются в пределах упругой деформации.The preliminary displacement of the pipes with a further displacement during elongation during thermal deformation corresponds to the case when, when the temperature changes, the deformation of the pipes is greater than the deformation of the heat exchanger body. If, when the temperature changes, the deformation of the pipes is less than the deformation of the heat exchanger body, the pipes are installed by means of partitions with the maximum possible displacement, and when the temperature changes, the displacement decreases, the deformed pipes straighten out within the elastic deformation.

Предложение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен теплообменник с прогибом с одним изгибом труб, представляющим собой полуволну. Ось труб в месте соединения с трубной доской наклонена на угол βо к перпендикуляру к трубной доске, где:The proposal is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a heat exchanger with a deflection with one bend of pipes, which is a half-wave. The axis of the pipes at the junction with the tube plate is inclined at an angle β about to the perpendicular to the tube plate, where:

- 1 - корпус теплообменника;- 1 - heat exchanger housing;

- 2, 3 - трубные доски;- 2, 3 - pipe boards;

- 4 - трубы в нижней части теплообменника;- 4 - pipes in the lower part of the heat exchanger;

- 5 - трубы в средней части теплообменника;- 5 - pipes in the middle of the heat exchanger;

- 6 - трубы в верхней части теплообменника;- 6 - pipes in the upper part of the heat exchanger;

- 7 - перегородка с вырезом сверху;- 7 - a partition with a cutout from above;

- 8 - перегородка с вырезом снизу;- 8 - partition with a cutout from below;

- L - расстояние между трубными досками;- L is the distance between the tube plates;

- e - длина четвертьволны при смещении труб;- e is the length of the quarter wave with the displacement of the pipes;

- l - расстояние от трубной доской до перегородки;- l is the distance from the tube plate to the partition;

- i - номер перегородки;- i - partition number;

- h - общее поперечное смещение в пределах четвертьволны;- h is the total transverse displacement within the quarter-wave;

- β - угол наклона осей труб от исходного положения к положению осей при смещении труб;- β is the angle of inclination of the axes of the pipes from the initial position to the position of the axes with the displacement of the pipes;

- βо - угол наклона оси трубы к перпендикуляру к трубной доске теплообменника в месте соединения трубы с трубной доской;- β about - the angle of inclination of the axis of the pipe to the perpendicular to the tube plate of the heat exchanger at the junction of the pipe with the tube plate;

- п - индекс при предварительном поперечном смещении;- p - index at preliminary transverse displacement;

- т - индекс при поперечном смещении при температурной деформации.- t is the index for lateral displacement at temperature deformation.

Корпус 1 имеет цилиндрическую поверхность.The housing 1 has a cylindrical surface.

На фиг. 2 изображен теплообменник, где при прогибе образуется три изгиба труб, представляющих собой полную волну, угол наклона осей труб в месте соединения с трубной доской βо равен:In FIG. 2 shows a heat exchanger, where during bending three bends of pipes are formed, which are a full wave, the angle of inclination of the axes of the pipes at the junction with the tube plate β о is equal to:

βо=0,β about = 0,

где:Where:

- 9 - шторки;- 9 - curtains;

- 10 - устройство для поперечного смещения перегородок;- 10 - a device for lateral displacement of partitions;

- Н - общее поперечное смещение.- N - total lateral displacement.

Корпус 1 имеет цилиндрическую поверхность.The housing 1 has a cylindrical surface.

Остальное - см. фиг. 1.The rest - see FIG. one.

На фиг. 3 изображен разрез А-А теплообменника на фиг. 2. Перегородки 7 и 8 показаны при максимальном смещении, где:In FIG. 3 shows a section AA of the heat exchanger in FIG. 2. Partitions 7 and 8 are shown at maximum displacement, where:

- 11 - направляющие;- 11 - guides;

- δ - расстояние между корпусом и перегородкой в перпендикулярном к смещению перегородки направлении, остальное - см. фиг. 1 и 2.- δ is the distance between the housing and the partition in a direction perpendicular to the displacement of the partition, the rest - see FIG. 1 and 2.

На фиг. 4 изображен теплообменник, где образуется два прогиба с двумя изгибами труб и неподвижной серединой, представляющих собой полную волну, где:In FIG. 4 shows a heat exchanger where two deflections are formed with two pipe bends and a fixed middle, which are a complete wave, where:

- 12 - неподвижные перегородка с вырезом сверху;- 12 - fixed partition with a cutout from above;

- 13 - неподвижные перегородка с вырезом снизу;- 13 - fixed partition with a cutout from below;

- γ - угол наклона исходных осей труб к оси теплообменника;- γ is the angle of inclination of the original pipe axes to the axis of the heat exchanger;

- ϕ - угол наклона трубной доски к оси теплообменника.- ϕ is the angle of inclination of the tube plate to the axis of the heat exchanger.

Составной корпус 1 состоит из сочлененных обечаек с цилиндрическими поверхностями. Остальное - см. фиг. 1…3.The composite housing 1 consists of articulated shells with cylindrical surfaces. The rest - see FIG. 1 ... 3.

На фиг. 5 изображен теплообменник, где предварительное смещение образуется за счет изгиба корпуса, предварительный изгиб труб представляет собой полуволну, состоящую из двух четвертьволн, наиболее близкие к середине теплообменника перегородки 12 и 13 с верхним и нижним вырезами закреплены неподвижно.In FIG. 5 shows a heat exchanger where a preliminary displacement is formed due to the bending of the housing, the preliminary bending of the pipes is a half-wave, consisting of two quarter-waves, the closures 12 and 13 closest to the middle of the heat exchanger with the upper and lower cutouts are fixed.

Остальное - см. фиг. 1…4.The rest - see FIG. 1 ... 4.

Возможны различные комбинации исполнений теплообменников, приведенных на фиг. 1-5.Various combinations of the heat exchanger designs shown in FIG. 1-5.

На фиг. 1 теплообменник состоит из корпуса 1, по концам которого установлены трубные доски 2 и 3, в которых установлены трубы 4, 5 и 6, между трубными досками трубы удерживаются перегородками 7 и 8, перегородки 7 удерживают трубы 4 и 5, перегородки 8 удерживают трубы 5 и 6. Отверстия для труб 4, 5 и 6 в перегородках 7 и 8 выполнены с предварительным смещением hПi относительно исходной оси труб в зависимости от расстояния li от трубной доски до i-той перегородки. Предварительный прогиб труб представляет собой полуволну, состоящей из выпуклой нарастающей и выпуклой убывающей червертьволн:In FIG. 1, the heat exchanger consists of a housing 1, at the ends of which pipe boards 2 and 3 are installed, in which pipes 4, 5 and 6 are installed, between the pipe boards the pipes are held by partitions 7 and 8, the partitions 7 hold the pipes 4 and 5, the partitions 8 hold the pipes 5 and 6. The holes for pipes 4, 5 and 6 in the partitions 7 and 8 are made with a preliminary displacement h Pi relative to the initial axis of the pipes, depending on the distance l i from the tube plate to the i-th partition. The preliminary deflection of the pipes is a half-wave, consisting of a convex rising and convex decreasing wormholes:

nП=2,n P = 2,

где nП - количество четвертьволн при предварительном смещении между трубными досками,where n P - the number of quarter-waves with a preliminary offset between the tube plates,

L=2еП.L = 2e P.

Исходные оси труб паралельны оси теплообменника.The initial axis of the pipes are parallel to the axis of the heat exchanger.

Значение предварительного поперечного смещения hП для труб выбирается из условия, при котором напряжение при торцевом сжатии не больше напряжения при изгибе труб и определяется по формуле:The value of the preliminary transverse displacement h P for pipes is selected from the condition under which the stress at mechanical compression is not more than the stress during pipe bending and is determined by the formula:

hП≥d/4,h P ≥d / 4,

где d - диаметр труб, мм.where d is the diameter of the pipes, mm

Концы труб заделаны в трубные доски под углом β0:The ends of the pipes are embedded in the pipe boards at an angle β 0 :

βmax≥β0>0.β max ≥β 0 > 0.

Между трубными досками должно быть не менее двух перегородок. Значение перемещения в пределах четвертьволны - hП для i-той перегородки равно hПi и зависит от расстояния от трубной доски до i-той перегородки li, при выпуклой нарастающей волне:Between the pipe boards there must be at least two partitions. The value of the movement within the quarter-wave - h P for the i-th partition is equal to h Пi and depends on the distance from the tube plate to the i-th partition l i , with a convex rising wave:

hПi=2hПli/e(e-li/2e).h Пi = 2h П l i / e (el i / 2e).

Изгиб труб при температурной деформации представляет собой полную волну, состоящие из вогнутой нарастающей, выпуклой нарастающей, выпуклой убывающей, вогнутой убывающей четвертьволн, которые накладываются на четвертьволны при предварительном смещении:The bending of pipes during thermal deformation is a complete wave, consisting of a concave increasing, convex increasing, convex decreasing, concave decreasing quarter-waves, which are superimposed on quarter-waves upon preliminary displacement:

nТ=4,n T = 4,

где nТ - количество четвертьволн при смещении при температурной деформации труб.where n T is the number of quarter-waves when displaced by thermal deformation of pipes.

Общее поперечное смещение h определяется по формуле:The total transverse displacement h is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

Максимальное значение величины смещения h в пределах четвертьволны определяется по формуле:The maximum value of the displacement h within the quarter-wave is determined by the formula:

hmax=2dEΔtαk/(1-c)[σ],h max = 2dEΔtαk / (1-c) [σ],

где - Е - модуль упругости материала, МПа;where - E is the modulus of elasticity of the material, MPa;

- Δt - разница изменения температуры труб и корпуса, °С;- Δt is the difference in the temperature of the pipes and the body, ° C;

- α - коэффициент линейного расширения материала, мм/°С;- α is the coefficient of linear expansion of the material, mm / ° C;

- k - коэффициент зависит от соотношения еП и еТ, hП и hТ;- k - the coefficient depends on the ratio of e P and e T , h P and h T ;

- с - коэффициент загруженности трубы от действия сил при предварительном смещении и других нагрузок в теплообменнике, кроме нагрузок от изгиба при температурной деформации.- c - pipe load factor from the action of forces during preliminary displacement and other loads in the heat exchanger, except for bending loads during temperature deformation.

Смещение труб при температурной деформации накладывается на предварительное смещение, наличие двух дополнительных изгибов зависит от соотношения величин смещения hП и hТ.The displacement of the pipes during thermal deformation is superimposed on the preliminary displacement, the presence of two additional bends depends on the ratio of the displacement values h P and h T.

Теплообменник изготавливается и работает следующим образом.The heat exchanger is manufactured and operates as follows.

Трубы ввариваются в трубные решетки под углом βо с установленными перегородками, образуя трубный пучок, который устанавливается в корпус. Трубы в перегородки установлены со смещением так, что при установке в корпус трубного пучка трубы предварительно смещаются на величину hП. Трубные доски фиксируются к корпусу. При нагревании трубы удлиняются и смещаются далее в направлении предварительного смещения в пределах упругой деформации на величину hТ.The pipes are welded into the tube sheets at an angle β about with the installed partitions, forming a tube bundle, which is installed in the housing. The pipes in the partitions are installed with an offset so that when installed in the tube bundle body, the pipes are previously displaced by the value of h P. Tube boards are fixed to the body. When heated, the pipes lengthen and shift further in the direction of preliminary displacement within the elastic deformation by the value of h T.

Минимальная длина четвертьволны еТmin определяется по формуле:The minimum quarter- wavelength e Tmin is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где - [σ]Д - допускаемое напряжение материала труб, МПа.where - [σ] D is the permissible stress of the pipe material, MPa.

Максимальное значение угла наклона оси трубы при переходе от вогнутой к выпуклой четвертьволне к углу наклона трубы определяется по формуле:The maximum value of the angle of inclination of the axis of the pipe during the transition from a concave to convex quarter to the angle of inclination of the pipe is determined by the formula:

βmax=arctg2(Δtα)1/2 β max = arctg2 (Δtα) 1/2

При этом выполняются условия:In this case, the following conditions are met:

0≤β≤arctg 2h/e.0≤β≤arctg 2h / e.

Если модули упругости и коэффициенты линейного расширения материала корпуса и труб разные, формула (2) изменяется в зависимости от характеристик материалов.If the elastic moduli and linear expansion coefficients of the material of the casing and pipes are different, formula (2) changes depending on the characteristics of the materials.

В остальном при изготовлении применяются существующие технологии.Otherwise, existing technologies are used in the manufacture.

Если не предусматривать термообработку теплообменника, изгиб в пределах упругой деформации осуществляется на общую величину h.If heat treatment of the heat exchanger is not provided, bending within the elastic deformation is carried out by a total value of h.

На фиг. 2 и 3 теплообменник дополнительно оснащен шторками 9 для перекрытия щели, образующейся при смещении перегородок, для смещения труб в поперечном направлении, имеются устройства поперечного смещения перегородок 10 и направляющие 11. Расстояние между направляющими одной перегородки должно превышать максимальный габарит перегородки для предотвращения заклинивания. Если изменение минимального расстояния 8 между корпусом и перегородкой при перемещении последней значительно меньше величины перемещения h, (h>5δ), направляющие 11 не предусматриваются. Если площадь сечения вырезов перегородок значительно превышает площадь сечения зазоров и последние существенно не влияют на теплообмен, шторки 9 не предусматриваются.In FIG. 2 and 3, the heat exchanger is additionally equipped with shutters 9 for blocking the gap formed when the partitions are displaced, for the pipes to be displaced in the transverse direction; there are transverse displacement devices for the partitions 10 and guides 11. The distance between the guides of one partition must exceed the maximum size of the partition to prevent jamming. If the change in the minimum distance 8 between the body and the partition during the movement of the latter is significantly less than the displacement h, (h> 5δ), the guides 11 are not provided. If the cross-sectional area of the cutouts of the partitions significantly exceeds the cross-sectional area of the gaps and the latter do not significantly affect heat transfer, shutters 9 are not provided.

При смещении труб образуется три изгиба. Изгибы труб и при предварительном смещении, и при удлинении при температурной деформации совпадают и представляют собой полную волну, состоящие из вогнутой нарастающей (первый изгиб), выпуклой нарастающей и выпуклой убывающей (второй изгиб), вогнутой убывающей (третий изгиб) червертьволн:When the pipes are displaced, three bends are formed. The bends of the pipes during preliminary displacement and elongation during thermal deformation coincide and are a complete wave, consisting of a concave rising (first bend), convex rising and convex decreasing (second bending), concave decreasing (third bending) wormholes:

nП=nТ=4;n P = n T = 4;

L=4еП=4еТ.L = 4e P = 4e T.

Исходные оси труб параллельны оси теплообменника,The initial axis of the pipes are parallel to the axis of the heat exchanger,

Теплообменник на фиг. 2 и 3 изготавливается и работает следующим образом.The heat exchanger of FIG. 2 and 3 is manufactured and operates as follows.

Трубы устанавливаются в трубные доски и перегородки, образуя трубный пучок, который устанавливается в корпус. Трубный пучок устанавливается в корпус и смещается устройствами смещения перегородок 10, предварительно прогибая трубы на величину hП. Трубные доски фиксируются к корпусу. При нагревании трубы удлиняются и смещаются далее в направлении предварительного смещения в пределах упругой деформации на величину hТ. Общая величина смещения определяется по формуле (1). Шторки 9 обеспечивают перекрытие зазора между корпусом 1 и перегородками 7 и 8 при их поперечном смещении.Pipes are installed in pipe boards and partitions, forming a tube bundle, which is installed in the housing. The tube bundle is installed in the housing and is displaced by the displacement devices of the partitions 10, after bending the pipe by an amount of h P. Tube boards are fixed to the body. When heated, the pipes lengthen and shift further in the direction of preliminary displacement within the elastic deformation by the value of h T. The total displacement is determined by the formula (1). Shutters 9 provide overlap of the gap between the housing 1 and the partitions 7 and 8 with their lateral displacement.

Теплообменник может содержать несколько последовательных прогибов. В этом случае роль второй трубной доски исполняют две наиболее близкие к месту перехода от одного прогиба к другому неподвижные перегородки с различными вырезами.The heat exchanger may contain several successive deflections. In this case, the role of the second tube plate is played by two stationary partitions with different cutouts that are closest to the place of transition from one deflection to another.

На фиг. 4 в теплообменнике между трубными досками образованы два прогиба, представляющие собой одну волну, угол наклона оси труб к оси теплообменника определяется по формулеIn FIG. 4 in the heat exchanger between the tube plates two deflections are formed, which are one wave, the angle of inclination of the axis of the pipes to the axis of the heat exchanger is determined by the formula

0≤β≤arctg 2,33h/e.0≤β≤arctg 2.33h / e.

Угол наклона осей труб в месте соединения с трубной доской βо равен:The angle of inclination of the axes of the pipes at the junction with the pipe board β about equal to:

β0=0.β 0 = 0.

Трубная доска наклонена к оси теплообменника на угол ϕ;The tube plate is inclined to the axis of the heat exchanger at an angle ϕ;

90°≥ϕ≥90°-βmax;90 ° ≥ϕ≥90 ° -β max ;

- γ - угол наклона исходных осей труб к оси теплообменника - для уменьшения габаритов теплообменника за счет минимизации пространства для поперечного смещения труб.- γ is the angle of inclination of the original axes of the pipes to the axis of the heat exchanger - to reduce the dimensions of the heat exchanger by minimizing the space for lateral displacement of the pipes.

Наиболее близкие к середине теплообменника перегородки 12 и 13 с верхним и нижним вырезами закреплены неподвижно. Смещение двух пар перегородок, удерживающих трубы, осуществляется в двух местах на расстоянии наиболее близкого к 1/4L и 3/4L от трубных досок, при этом наибольшее смещение hП должно быть на расстоянии 1/4L и 3/4L от трубных досок.Partitions 12 and 13 closest to the middle of the heat exchanger with the upper and lower cutouts are fixed motionless. The displacement of two pairs of partitions holding the pipes is carried out in two places at a distance closest to 1 / 4L and 3 / 4L from the tube plates, while the greatest displacement h P should be at a distance of 1 / 4L and 3 / 4L from the tube plates.

При предварительном смещении труб образуются два изгиба, состоящие из выпуклой нарастающей (первый изгиб), выпуклой убывающей, вогнутой убывающей (второй изгиб) и вогнутой нарастающей четвертьволн:With a preliminary displacement of the pipes, two bends are formed, consisting of a convex rising (first bending), convex decreasing, concave decreasing (second bending) and concave rising quarter-waves:

L=4еП.L = 4e P.

При температурной деформации образуется 6 четвертьволн с двумя различными значениями еТ, которые накладываются на четыре четвертьволны длиной еП. Отверстия в перегородках труб 12 и 13 выполнены овального сечения таким образом, чтобы при максимальном смещении труб они занимали положение, если бы была одна перегородка, удерживающая трубы 4, 5 и 6, находилась на расстоянии 1/2L от трубных досок. Отверстия в перегородках 12 и 13 могут быть круглыми, в этом случае длина изгибаемой части и максимально возможная величина удлинения уменьшаются, также возникает несинхронность изгибов труб 4, 5 и 6.During thermal deformation, 6 quarter-waves are formed with two different values of e T , which are superimposed on four quarter-waves of length e П. The holes in the partitions of the pipes 12 and 13 are made in an oval cross-section so that at the maximum displacement of the pipes they occupy a position if there was one partition holding the pipes 4, 5 and 6, located at a distance of 1/2 L from the tube plates. The holes in the partitions 12 and 13 can be round, in this case the length of the bent part and the maximum possible elongation are reduced, and there is also a non-synchronization of the bends of the pipes 4, 5 and 6.

При изготовлении теплообменника необходимо предусмотреть возможность прохождения перегородок через стыки, если корпус составной.In the manufacture of the heat exchanger, it is necessary to provide for the possibility of passing partitions through the joints, if the case is composite.

На фиг. 5 в теплообменнике при предварительном смещении между трубными досками образуется один изгиб и одна полуволна длиной еП. Наиболее близкие к середине теплообменника перегородки 12 и 13 с верхним и нижним вырезами закреплены неподвижно.In FIG. 5 in the heat exchanger, with a preliminary bias between the tube sheets, one bend and one half-wave length e П are formed . Partitions 12 and 13 closest to the middle of the heat exchanger with the upper and lower cutouts are fixed motionless.

При температурной деформации образуются 5 изгибов и 8 четвертьволн длиной еТ, представляющие собой две полные волны, состоящие из вогнутой нарастающей, выпуклой нарастающей, выпуклой убывающей, вогнутой убывающей волн каждая:With temperature deformation, 5 bends and 8 quarter-waves of length e T are formed , which are two full waves, consisting of concave rising, convex rising, convex decreasing, concave decreasing waves each:

nТ=8,n T = 8,

где nТ - количество четвертьволн при смещении при температурной деформации труб,where n T is the number of quarter-waves at a displacement during thermal deformation of pipes,

ТП.4e T = e P.

Наибольшее смещение труб при температурной деформации происходит на расстоянии 1/4L и 3/4L от трубных досок.The greatest displacement of pipes during thermal deformation occurs at a distance of 1 / 4L and 3 / 4L from the tube plates.

При наложении предварительного смещения и смещении при температурной деформации труб образуется от трех до пяти изгибов в зависимости от соотношения величин смещения hП и hT.When applying a preliminary displacement and displacement during thermal deformation of the pipes, three to five bends are formed depending on the ratio of the displacement values h П and h T.

Возможна конструкция составного корпуса 14, состоящего из цилиндрических секторов с неподвижными в средней части перегородками 12 и 13.Possible construction of a composite housing 14, consisting of cylindrical sectors with stationary in the middle of the partitions 12 and 13.

Возможна конструкция корпуса из цилиндрической обечайки с неподвижными в средней части перегородками 12 и 13 с предварительно смещенными отверстиями в перегородках.A housing design from a cylindrical shell with stationary partitions 12 and 13 in the middle part with previously displaced holes in the partitions is possible.

Claims (6)

1. Теплообменник, состоящий из корпуса, трубных решеток, перегородок, труб, отличающийся тем, что трубы установлены с предварительным прогибом с возможностью дальнейшего прогиба при температурной деформации.1. The heat exchanger, consisting of a housing, tube sheets, partitions, pipes, characterized in that the pipes are installed with a preliminary deflection with the possibility of further deflection during temperature deformation. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что предварительный прогиб осуществляется за счет смещения отверстий для труб в перегородках.2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the preliminary deflection is carried out by displacing the holes for the pipes in the partitions. 3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что предварительный прогиб осуществляется за счет смещения перегородок механизмом перемещения.3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the preliminary deflection is carried out due to the displacement of the partitions by the movement mechanism. 4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что две перегородки с вырезами в разные стороны в средней части теплообменника установлены со смещением неподвижно, остальные перегородки установлены с возможностью дальнейшего смещения в направлении предварительного смещения.4. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that two partitions with cutouts in opposite directions in the middle part of the heat exchanger are fixedly displaced, the remaining partitions are installed with the possibility of further displacement in the direction of preliminary displacement. 5. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что предварительный прогиб труб осуществляется в процессе сборки теплообменника из прямых труб, которые изгибаются в пределах упругой деформации.5. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the preliminary deflection of the pipes is carried out in the process of assembling the heat exchanger from straight pipes, which are bent within the elastic deformation. 6. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен с прогибом, две перегородки с вырезами в разные стороны в средней части теплообменника установлены неподвижно в корпусе, остальные перегородки установлены с возможностью дальнейшего смещения в направлении предварительного прогиба корпуса.6. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the body is deflected, two partitions with cutouts in opposite directions in the middle part of the heat exchanger are fixedly mounted in the body, the remaining partitions are installed with the possibility of further displacement in the direction of preliminary deflection of the body.
RU2016139867A 2016-10-10 2016-10-10 Tube-and-shell heat exchanger with curved tubes RU2639439C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139867A RU2639439C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Tube-and-shell heat exchanger with curved tubes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139867A RU2639439C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Tube-and-shell heat exchanger with curved tubes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2639439C1 true RU2639439C1 (en) 2017-12-21

Family

ID=63857613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016139867A RU2639439C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Tube-and-shell heat exchanger with curved tubes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2639439C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111396676A (en) * 2020-04-27 2020-07-10 南京晨光东螺波纹管有限公司 Displacement compensation device of arc-shaped heat pipe and installation method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU316917A1 (en) * Новокуйбышевский ордена Ленина нефтеперерабатывающий комбинат MULTI SECTION HEAT EXCHANGER, t t- »iI and 4BL} ^^ :: I ^
SU1125460A1 (en) * 1983-03-17 1984-11-23 Конструкторское Бюро "Энергия" Shell-and-tube heat exchanger
CN102209874A (en) * 2008-11-12 2011-10-05 埃克森美孚研究工程公司 Displaceable baffles for heat exchangers and method for reducing vibrations thereof
RU2451889C1 (en) * 2011-04-14 2012-05-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Heat exchanger-reactor
RU147654U1 (en) * 2014-07-18 2014-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" SHELL-TUBULATED HEAT EXCHANGER

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU316917A1 (en) * Новокуйбышевский ордена Ленина нефтеперерабатывающий комбинат MULTI SECTION HEAT EXCHANGER, t t- »iI and 4BL} ^^ :: I ^
SU1125460A1 (en) * 1983-03-17 1984-11-23 Конструкторское Бюро "Энергия" Shell-and-tube heat exchanger
CN102209874A (en) * 2008-11-12 2011-10-05 埃克森美孚研究工程公司 Displaceable baffles for heat exchangers and method for reducing vibrations thereof
RU2451889C1 (en) * 2011-04-14 2012-05-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Heat exchanger-reactor
RU147654U1 (en) * 2014-07-18 2014-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" SHELL-TUBULATED HEAT EXCHANGER

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111396676A (en) * 2020-04-27 2020-07-10 南京晨光东螺波纹管有限公司 Displacement compensation device of arc-shaped heat pipe and installation method thereof
CN111396676B (en) * 2020-04-27 2024-04-12 南京晨光东螺波纹管有限公司 Displacement compensation device of arc-shaped heat pipe and installation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008108336A1 (en) Fin-and-tube heat exchanger
EP3811459B1 (en) Flexible waveguide
RU2639439C1 (en) Tube-and-shell heat exchanger with curved tubes
US6997141B2 (en) Anti-vibration support for steam generator heat transfer tubes and method for making same
AU2011349100B2 (en) A thermal expansion joint or conduit
WO2018135058A1 (en) Method for analyzing heat exchanger
EP2594883A2 (en) Heat exchanger
US4429290A (en) Flexi-bend corrugated waveguide
CN212658085U (en) Heat exchanger
EP2583030B1 (en) Tube in fire tube boiler
CN210664068U (en) Fixed tube-sheet heat exchanger
EP0013621A1 (en) Heat exchanger with increased radius on the inner row U-tubes
JP6207833B2 (en) Heat exchanger
KR101896028B1 (en) Ethylene cracking furnace
US20190309940A1 (en) Vibration damping structure for heat-transfer tube bundle
US4076076A (en) Mechanical heat exchange joint
SU1557866A1 (en) Method of manufacturing tubular beam of heat exchanger
CN210511614U (en) Flexible tube plate structure for steam generator of nuclear power station
RU70710U1 (en) HEAT EXCHANGER
US10641480B2 (en) Vibration-inhibiting bar for a steam generator tube bundle
US11859911B2 (en) Coaxial heat transfer tube suitable for a fluidized bed boiler and a method for manufacturing same
CN1357097A (en) Support grid set for steam generator pipes
JP7489212B2 (en) Metallic insulation equipment
SU532745A1 (en) Heat exchanger
US3324838A (en) Vapor generating apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181011

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20211018