Schermo termico a nido d'ape per scambiatori di calore (IT)
Tipologia
Fascicolo
Descrizione
Corrispondenza tra Ansaldo (rag. Merciari, dott. Migliore, ing. Santangelo, ing. Avanzini, ing. Elia, avv. De Guglielmi) e Ufficio Professionale Proprietà Intellettuale Vettor Galletti.
Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Spa
Inventori: Nino Elia
Riassunto: L’invenzione ha come oggetto uno schermo termico per scambiatori di calore, ad esempio un generatore di vapore.
Detto schermo è formato da una virola cilindrica posta all’interno del mantello dello scambiatore in modo da definire un’intercapedine per il fluido primario.
La virola è posizionata in prossimità della piastra tubiera ed è dotata di finestrature, attraverso le quali una frazione del flusso del fluido primario entra in contatto con la superficie esterna dei tubi del fascio tubiero.
Internamente detta virola prevede una doppia serie di lamelle che si incrociano in modo da formare celle prismatiche, al centro delle quali passa un tubo del fascio tubiero.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: Forma oggetto della presente invenzione uno schermo termico a nido d’ape per scambiatori da calore.
Problema da risolvere: Gli scambiatori da calore (generatori di vapore o altri), indipendentemente dalla loro concezione, che può essere a tubi diritti, a tubi a “U”, a tubi elicoidali, ecc., possono richiedere, in corrispondenza di zone particolari del fascio tubiero, schermi termici o altri dispositivi per la protezione del fascio tubiero a fronte di fenomeni diversi, legati agli stati di funzionamento del componente.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione
Scopo della presente invenzione è proteggere parti del fascio tubiero, che presentano uno stato tensionale elevato o particolarità costruttive, quali saldature o altri tipi di giunzione, da variazioni di temperatura o di portata del fluido, che circola all’esterno del fascio tubiero, al fine di impedire che tali variazioni creino tensioni non ammissibili e, quindi, dei danni.
Esposizione dell’idea inventiva: Forma oggetto della presente invenzione uno schermo termico per scambiatori di calore, sistemato in prossimità di una piastra tubiera, che prevede almeno una doppia serie di lamelle, che si incrociano e formano vani prismatici a nidi d’ape, ciascuno dei quali è attraversato da uno dei tubi del fascio tubiero.
Le lamelle sopraccitate sono sostenute alle estremità da una virola cilindrica, coassiale con l’involucro dello scambiatore e di diametro inferiore rispetto a quello di quest’ultimo, in modo da creare un’intercapedine anulare attorno alla virola; nelle pareti di quest’ultima sono predisposte finestrature opportune per consentire l’ingresso di un fluido scambiatore, che circola attorno ai tubi del fascio tubiero.
Le lamelle sono sistemate in due strati, uno inferiore e l’altro superiore rispetto alla zona di virola interessata dalla finestratura.
Nella più semplice delle realizzazioni le due serie di lamelle che si incrociano formano, in pianta, losanghe romboidali.
Ciascuna delle due serie di lamelle prevede degli intagli, che interessano metà altezza e sono adatti ad accogliere lo spessore selle lamelle della seconda serie anch’esse intagliate per metà della loro altezza.
In alternativa, il collegamento delle due serie di lamelle può essere realizzato mediante saldatura o con altri mezzi di collegamento.
La perdita di carico, prodotta dalla presenza dello schermo termico sopraccitato consente la riduzione del calore ceduto dal fluido primario ai tubi in corrispondenza dello schermo termico.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Il mantello di un generatore di vapore è dotato di un fascio tubiero a tubi verticali che attraversano una piastra tubiera superiore, oltre la quale è previsto un collettore di vapore, dotato di un bocchello di scarico.
L’ingresso del fluido primario, che circola attraverso i tubi del fascio, avviene attraverso un bocchello situato, grosso modo, a metà altezza del generatore di vapore.
Il flusso A del fluido primario, in ingresso nel generatore di vapore, non investe direttamente il fascio tubiero, per evitare shock termici ai tubi dello stesso; a tal fine, il fascio tubiero è circondato da una virola, detta virola inferiore, che crea tra la superficie esterna della virola stessa e la superficie del mantello un’intercapedine anulare, nella quale si incanala, diretta verso l’alto, l’intera portata A del fluido primario entrante dal bocchello.
La virola inferiore termina ad una distanza opportuna dalla piastra tubiera superiore, dalla quale sporge verso il basso una seconda virola, detta virola superiore, il cui bordo inferiore è separato dal bordo superiore della virola inferiore da una finestratura, attraverso la quale una porzione B della portata A del fluido primario si riversa tra i tubi del fascio tubiero diretta verso il basso.
La portata B suddetta corrisponde alla quasi totalità della portata A.
La porzione rimanente C della portata A risale verso l’alto lungo l’intercapedine esistente tra la virola superiore ed il mantello ed entra all’interno della virola superiore attraverso delle finestrature predisposte immediatamente al di sotto della piastra tubiera nella virola superiore.
La frazione C della portata A viene a contatto con i tubi del fascio tubiero in corrispondenza della loro posizione superiore e, quindi, scende verso il basso fino a congiungersi con la frazione principale B in corrispondenza della finestratura più superiore; già in questo modo le estremità superiori dei tubi del fascio tubiero sono in qualche misura protette da contatto diretto col fluido primario entrante dal bocchello, in quanto dette estremità sono investite da una corrente ridotta del fluido primario che deve fare un percorso più lungo rispetto alla corrente principale B.
Volendo ridurre ulteriormente la quantità di calore che il fluido primario cede ai tubi del fascio tubiero in corrispondenza della loro porzione superiore, che termina contro la piastra tubiera superiore, all’interno della virola superiore è previsto uno schermo termico, formato da almeno due ordini di lamelle incrociate, fissate alle estremità della virola superiore e dotate di intagli, che, per le prime, si estendono dall’alto fino alla metà della loro altezza e, per le seconde, si estendono dal basso fino alla metà della loro altezza; quindi, è possibile incrociare a pettine le lamelle della prima e della seconda serie, in modo da formare una sorta di nido d’ape, in questo caso, con cellette a sezione trasversale romboidale.
Ciascuna celletta, aperta inferiormente e superiormente, è attraversata da un tubo del fascio tubiero, per cui, a causa della presenza dello schermo rivendicato, la sezione di passaggio per la frazione C della corrente di fluido primario risulta minore della sezione di passaggio presentata da una sezione trasversale in corrispondenza della virola inferiore, non dotata di schermo termico.
Il valore minore della sezione C della portata del fluido primario nella parte superiore del generatore di vapore è dovuto alla corrente ridotta menzionata sopra, ad una lunghezza maggiore di percorso e alla presenza delle finestrature superiori, di estensione ridotta rispetto a quelle inferiori, che sono praticamente continue.
La frazione C della portata di fluido che attraversa lo schermo termico rivendicato è tuttavia sufficiente ad evitare ristagni di fluido primario nella parte superiore del fascio tubiero.
Si evidenzia che i vani prismatici, definiti dalle lamelle dello schermo termico, possono avere forme diverse da quella romboidale; inoltre, le lamelle possono essere tre invece di due e, in questo caso, le celle prismatiche realizzabili possono essere triangolari o esagonali.
Va infine ricordato che, secondo una forma di realizzazione preferita, è bene che le finestrature superiori siano ad una certa distanza dalla faccia inferiore della piastra tubiera; in questo caso, lo schermo termico è diviso in due parti, di cui quella superiore ha un’altezza minore di quella inferiore.
Vantaggi:
1) Il calore ceduto dal fluido primario ai tubi della piastra tubiera è ridotto a causa della perdita di carico provocata dalla presenza dello schermo termico.
2)Le estremità superiori dei tubi del fascio tubiero sono in qualche misura protette dal contatto diretto del fluido primario, in quanto investite da una corrente ridotta di fluido primario.
Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Spa
Inventori: Nino Elia
Riassunto: L’invenzione ha come oggetto uno schermo termico per scambiatori di calore, ad esempio un generatore di vapore.
Detto schermo è formato da una virola cilindrica posta all’interno del mantello dello scambiatore in modo da definire un’intercapedine per il fluido primario.
La virola è posizionata in prossimità della piastra tubiera ed è dotata di finestrature, attraverso le quali una frazione del flusso del fluido primario entra in contatto con la superficie esterna dei tubi del fascio tubiero.
Internamente detta virola prevede una doppia serie di lamelle che si incrociano in modo da formare celle prismatiche, al centro delle quali passa un tubo del fascio tubiero.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: Forma oggetto della presente invenzione uno schermo termico a nido d’ape per scambiatori da calore.
Problema da risolvere: Gli scambiatori da calore (generatori di vapore o altri), indipendentemente dalla loro concezione, che può essere a tubi diritti, a tubi a “U”, a tubi elicoidali, ecc., possono richiedere, in corrispondenza di zone particolari del fascio tubiero, schermi termici o altri dispositivi per la protezione del fascio tubiero a fronte di fenomeni diversi, legati agli stati di funzionamento del componente.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione
Scopo della presente invenzione è proteggere parti del fascio tubiero, che presentano uno stato tensionale elevato o particolarità costruttive, quali saldature o altri tipi di giunzione, da variazioni di temperatura o di portata del fluido, che circola all’esterno del fascio tubiero, al fine di impedire che tali variazioni creino tensioni non ammissibili e, quindi, dei danni.
Esposizione dell’idea inventiva: Forma oggetto della presente invenzione uno schermo termico per scambiatori di calore, sistemato in prossimità di una piastra tubiera, che prevede almeno una doppia serie di lamelle, che si incrociano e formano vani prismatici a nidi d’ape, ciascuno dei quali è attraversato da uno dei tubi del fascio tubiero.
Le lamelle sopraccitate sono sostenute alle estremità da una virola cilindrica, coassiale con l’involucro dello scambiatore e di diametro inferiore rispetto a quello di quest’ultimo, in modo da creare un’intercapedine anulare attorno alla virola; nelle pareti di quest’ultima sono predisposte finestrature opportune per consentire l’ingresso di un fluido scambiatore, che circola attorno ai tubi del fascio tubiero.
Le lamelle sono sistemate in due strati, uno inferiore e l’altro superiore rispetto alla zona di virola interessata dalla finestratura.
Nella più semplice delle realizzazioni le due serie di lamelle che si incrociano formano, in pianta, losanghe romboidali.
Ciascuna delle due serie di lamelle prevede degli intagli, che interessano metà altezza e sono adatti ad accogliere lo spessore selle lamelle della seconda serie anch’esse intagliate per metà della loro altezza.
In alternativa, il collegamento delle due serie di lamelle può essere realizzato mediante saldatura o con altri mezzi di collegamento.
La perdita di carico, prodotta dalla presenza dello schermo termico sopraccitato consente la riduzione del calore ceduto dal fluido primario ai tubi in corrispondenza dello schermo termico.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Il mantello di un generatore di vapore è dotato di un fascio tubiero a tubi verticali che attraversano una piastra tubiera superiore, oltre la quale è previsto un collettore di vapore, dotato di un bocchello di scarico.
L’ingresso del fluido primario, che circola attraverso i tubi del fascio, avviene attraverso un bocchello situato, grosso modo, a metà altezza del generatore di vapore.
Il flusso A del fluido primario, in ingresso nel generatore di vapore, non investe direttamente il fascio tubiero, per evitare shock termici ai tubi dello stesso; a tal fine, il fascio tubiero è circondato da una virola, detta virola inferiore, che crea tra la superficie esterna della virola stessa e la superficie del mantello un’intercapedine anulare, nella quale si incanala, diretta verso l’alto, l’intera portata A del fluido primario entrante dal bocchello.
La virola inferiore termina ad una distanza opportuna dalla piastra tubiera superiore, dalla quale sporge verso il basso una seconda virola, detta virola superiore, il cui bordo inferiore è separato dal bordo superiore della virola inferiore da una finestratura, attraverso la quale una porzione B della portata A del fluido primario si riversa tra i tubi del fascio tubiero diretta verso il basso.
La portata B suddetta corrisponde alla quasi totalità della portata A.
La porzione rimanente C della portata A risale verso l’alto lungo l’intercapedine esistente tra la virola superiore ed il mantello ed entra all’interno della virola superiore attraverso delle finestrature predisposte immediatamente al di sotto della piastra tubiera nella virola superiore.
La frazione C della portata A viene a contatto con i tubi del fascio tubiero in corrispondenza della loro posizione superiore e, quindi, scende verso il basso fino a congiungersi con la frazione principale B in corrispondenza della finestratura più superiore; già in questo modo le estremità superiori dei tubi del fascio tubiero sono in qualche misura protette da contatto diretto col fluido primario entrante dal bocchello, in quanto dette estremità sono investite da una corrente ridotta del fluido primario che deve fare un percorso più lungo rispetto alla corrente principale B.
Volendo ridurre ulteriormente la quantità di calore che il fluido primario cede ai tubi del fascio tubiero in corrispondenza della loro porzione superiore, che termina contro la piastra tubiera superiore, all’interno della virola superiore è previsto uno schermo termico, formato da almeno due ordini di lamelle incrociate, fissate alle estremità della virola superiore e dotate di intagli, che, per le prime, si estendono dall’alto fino alla metà della loro altezza e, per le seconde, si estendono dal basso fino alla metà della loro altezza; quindi, è possibile incrociare a pettine le lamelle della prima e della seconda serie, in modo da formare una sorta di nido d’ape, in questo caso, con cellette a sezione trasversale romboidale.
Ciascuna celletta, aperta inferiormente e superiormente, è attraversata da un tubo del fascio tubiero, per cui, a causa della presenza dello schermo rivendicato, la sezione di passaggio per la frazione C della corrente di fluido primario risulta minore della sezione di passaggio presentata da una sezione trasversale in corrispondenza della virola inferiore, non dotata di schermo termico.
Il valore minore della sezione C della portata del fluido primario nella parte superiore del generatore di vapore è dovuto alla corrente ridotta menzionata sopra, ad una lunghezza maggiore di percorso e alla presenza delle finestrature superiori, di estensione ridotta rispetto a quelle inferiori, che sono praticamente continue.
La frazione C della portata di fluido che attraversa lo schermo termico rivendicato è tuttavia sufficiente ad evitare ristagni di fluido primario nella parte superiore del fascio tubiero.
Si evidenzia che i vani prismatici, definiti dalle lamelle dello schermo termico, possono avere forme diverse da quella romboidale; inoltre, le lamelle possono essere tre invece di due e, in questo caso, le celle prismatiche realizzabili possono essere triangolari o esagonali.
Va infine ricordato che, secondo una forma di realizzazione preferita, è bene che le finestrature superiori siano ad una certa distanza dalla faccia inferiore della piastra tubiera; in questo caso, lo schermo termico è diviso in due parti, di cui quella superiore ha un’altezza minore di quella inferiore.
Vantaggi:
1) Il calore ceduto dal fluido primario ai tubi della piastra tubiera è ridotto a causa della perdita di carico provocata dalla presenza dello schermo termico.
2)Le estremità superiori dei tubi del fascio tubiero sono in qualche misura protette dal contatto diretto del fluido primario, in quanto investite da una corrente ridotta di fluido primario.
Data testuale
1985 febbraio 14 - 1989 ottobre 9
Estremi cronologici
February 14, 1985 – October 9, 1989
Consistenza
cc. 78
Stato di conservazione
Ottimo
Soggetto produttore
Identificativo
BRA.000012
Collocazione
Deposito 420
Note
La domanda di brevetto italiana era stata estesa all’estero in Germania, Francia, Paesi Bassi e Regno Unito; nel Regno Unito il brevetto è stato rilasciato.
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