CS257974B1

CS257974B1 - Passive ripper for pipe apparatus tubes

Info

Publication number: CS257974B1
Application number: CS863575A
Authority: CS
Inventors: Jan Nemcansky; Dalibor Kral
Original assignee: Jan Nemcansky; Dalibor Kral
Priority date: 1986-05-16
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1988-07-15
Also published as: CS357586A1

Abstract

Viřič sestává z většího počtu obvodových prvků ve tvaru částí kruhových výsečí, uspořádaných za sebou na podélném středovém prvku v poloze, při níž vytvářejí přerušovanou šroubovicovou plochu. Rozteč jednotlivých obvodových prvků se volí stejná nebo menší než stoupání šroubovice. Viřič je možno v nej jednodušším případě zhotovit vystřižením či vylisováním středového prvku v jednom kuse s obvodovými prvky z plochého ohebného kovového pásku a zkroucením výlisku do tvaru šroubovice. Při jiném uspořádání se samostatné obvodové prvky ke středovému prvku ve tvaru drátu, tyče či trubky připojí pomocí sváru či pájením, případně se na středový prvek navlečou. Při dalším provedení může být středový prvek sestaven z většího počtu dílů, opatřených navzájem do sebe zapadajícími zámky. Každý z dílů je přitom pevně spojen s jedním obvodovým prvkem a spolu s ním vytváří samostatný stavebnicový dílec, který může být zhotoven lisováním či vstřikovým litím jak z kovových materiálů, tak i z plastů.The vortex consists of a plurality of peripheral elements in the form of parts of circular sectors, arranged one after the other on a longitudinal central element in a position in which they form an interrupted helical surface. The pitch of the individual peripheral elements is chosen to be the same as or smaller than the pitch of the helix. In the simplest case, the vortex can be made by cutting or stamping the central element in one piece with the peripheral elements from a flat flexible metal strip and twisting the stamping into the shape of a helix. In another arrangement, the individual peripheral elements are connected to the central element in the form of a wire, rod or tube by welding or soldering, or they are slipped onto the central element. In another embodiment, the central element can be assembled from a plurality of parts, provided with interlocking locks. Each of the parts is firmly connected to one peripheral element and together with it forms a separate modular part, which can be made by stamping or injection molding from both metal materials and plastics.

Description

Vynález se týká vytvoření pasivního viřiče pro trubky trubkových aparátů, kupříkladu uzavřených trubkových výměníků tepla. Viřič je určen především k zintenzivnění konvektivního součinitele přestupu tepla mezi tekutým prostředím proudícím trubkou a prostředím trubku obtékajícím. Tímto prostředím může být přitom jak kapalina, tak i plyn anebo směs kapaliny s plynem, popřípadě směs kapaliny s Částicemi pevné látky.The invention relates to the creation of a passive swirler for tubes of tubular apparatuses, for example closed tubular heat exchangers. The swirler is primarily intended to intensify the convective heat transfer coefficient between the flowing fluid flowing medium and the flowing flowing medium. The medium may be both a liquid and a gas or a mixture of a liquid and a gas, or a mixture of a liquid and solid particles.

Pasivní viřiče sloužící k zintenzivnění konvektivního součinitele přestupu tepla je možno v zásadě dělit do tří skupin: na tzv. pulzátory, mixery a destruktory laminární podvrstvy. Viřiče prvních dvou skupin se uplatňují především, v oblasti laminárního proudění, viřiče třetí skupiny spíše v oblasti proudění přechodového a zčásti i turbulentního.The passive vortexes used to intensify the convective heat transfer coefficient can basically be divided into three groups: so-called pulsators, mixers and destructors of the laminar sublayer. The swirlers of the first two groups are used mainly in the area of laminar flow, the swirlers of the third group are more in the area of transient and partly turbulent flow.

Typickými představiteli jednotlivých skupin jsou kupříkladu: u 1. skupiny: zvlněný plný pásek či sypaná vrstva kuliček, u 2. skupiny: zkroucený plný či děrovaný pásek, viřiče typu Kenics, případně válcové kartáče, u 3. skupiny: různá provedení prvků vytvořených z drátů, stočených do tvaru pružin.Typical representatives of individual groups are, for example: group 1: undulating solid strip or loose layer of balls, group 2: twisted solid or perforated band, Kenics swirls or cylindrical brushes, group 3: various designs of wire elements coiled into springs.

Pokud jde o vlastní funkci pasivních viřičů a to zejména v oblasti laminárního proudění, pak v porovnání s hladkou trubkou se při nasazení viřičů konvektivní součinitel přestupu tepla uvnitř trubky zvýší až 3,82 krát při použití zkrouceného plného pásku (tlaková ztráta se však zvýší 3,5 krát), 3,97 krát u viřičů typu Kenics (tlak. ztráta se zvýšeí 56,25 krát), 5,64 krát u viřičů ve tvaru zvlněného plného pásku (tlak. ztráta se zvýší 10,5 krát),As far as the function of passive vortexes is concerned, especially in the laminar flow area, the convective heat transfer coefficient inside the tube increases by 3.82 times when using the vortexes when using the vortexes when using a twisted solid strip (however, the pressure drop increases 3, 5 times), 3.97 times for Kenics swirls (pressure loss increases 56.25 times), 5.64 times for wavy solid ribbon swirls (pressure loss increases 10.5 times),

5,85 krát u drátu stočeného do tvaru pružiny (tlak. ztráta se zvýší 6,5 krát), 6,1 krát v případě kuliček (tlak. ztráta se zvýší 73,6 krát), 7,78 krát v případě ocelového válcového kartáče (tlak. ztráta se zvýší 142,8 krát).5.85 times for spring-loaded wire (pressure loss increases 6.5 times), 6.1 times for balls (pressure loss increases 73.6 times), 7.78 times for steel roller brush (pressure loss increases 142.8 times).

Z uvedených údajů je patrno, že zvýšení konvektivního součinitele přestupu tepla je při použití známých opatření provázeno obvykle vysokými tlakovými 2trátami a v důsledku toho i poměrně vysokými nároky na spotřebu čerpací energie.From the above data, it can be seen that the increase in the convective heat transfer coefficient is usually accompanied by high pressure losses and, as a result, relatively high demands on pumping energy consumption, using known measures.

Problém snížení tlakových ztrát při zachování maximálně dosažitelného zvýšení konvektivního součinitele přestupu tepla řeší pasivní viřič pro trubky trubkových aparátů podle vynálezu, který je charakterizován v podstatě tím, že sestává z většího počtu obvodových prvků ve tvaru částí kruhových výsečí, uspořádaných za sebou na podélném středovém prvku v poloze, při níž obvodové prvky vytvářejí přerušovanou Šroubovicovou plochu. Rozteč jednotlivých obvodových prvků se přitom volí rovna anebo menší než stoupání šroubovice.The problem of reducing pressure losses while maintaining the maximum attainable increase in the convective heat transfer coefficient is solved by the passive vortex tube for tubular apparatuses of the invention, characterized essentially by a plurality of circumferential elements in the form of portions of circular sectors arranged one after the other in a position in which the circumferential elements form an intermittent helical surface. The spacing of the individual peripheral elements is selected equal to or less than the helix pitch.

Pasivní šroubovicový viřič podle vynálezu patří do skupiny viřičů - mixerů. Co do účinku je možno jej srovnávat s válcovými ocelovými kartáči, ve srovnání s tímto typem viřičů však vykazuje tlakovou ztrátu přibližně 6 krát menší.The passive helix swirl according to the invention belongs to the group of swirl mixers. It can be compared to cylindrical steel brushes in effect, but it has a pressure loss of about 6 times less than this type of swirler.

Pro vytvoření přerušované šroubovicové plochy jsou obvodové prvky ve tvaru částí kruhových výsečí uchyceny postupně za sebou na podélném středovém prvku tak, že jsou navzájem pootočeny v jednom směru o 90°, přičemž jsou v ose souměrnosti nakloněny pod úhlem stoupání šroubovice.To form an intermittent helical surface, the peripheral elements in the form of portions of circular sectors are attached successively on the longitudinal center element so that they are rotated in one direction by 90 ° and are inclined at an angle of helix in the symmetry axis.

Několik alternativních možnosti v provedení šroubovicového viřiče podle vynálezu je znázorněno na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje nárys viřiče, který vznikl vystřižením či vylisováním podélného středového prvku v jednom kuse s přesazené uspořádanými obvodovými prvky z plochého pásku a zkroucením takto vytvořeného výlisku, obr. 2 boční pohled na viřič v provedení podle obr. 1, zatímco na obr. 3 je znázorněn viřič v provedení podle obr. 1 a 2 v rozvinutém stavu, ve formě výlisku, obr. 4 představuje nárys viřiče, u něhož jsou jednotlivé obvodové prvky připojeny k samostatnému středového prvku ve tvaru drátu, tyče či trubky, a obr. 5 obdobný nárys viřiče, jehož středový prvek je rozdělen do většího počtu dílů, z nichž každý je spojen s jedním obvodovým prvkem a spolu s ním tvoří samostatný stavebnicový dílec.Several alternatives in the embodiment of the helix swirler according to the invention are shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a front view of a swirler which has been produced by cutting or molding the longitudinal center member in one piece Fig. 2 is a side view of the swirl of the embodiment of Fig. 1, while Fig. 3 shows the swirl of the embodiment of Figs. 1 and 2 in the unfolded state, in the form of a compact; 5 shows a similar front view of a swirler whose central element is divided into a plurality of parts, each of which is connected to a single circumferential element and together with it forms a separate modular component.

V provedení znázorněném na obr. 1 a 2 je středový prvek 2 vytvořen jako zkroucený úzký pásek, s nímž jsou bezprostředně spojeny obvodové prvky 2 v® tvaru částí kruhových výsečí, natočené kolem své podélné osy, resp. podle osy souměrnosti tak, aby vytvořily přerušovanou šroubovicovou plochu. Jak v uspořádání podle obr. 1 a 2, t^k i v provedeních podle obr. 4 a 5 jsou vždy použity čtyři obvodové prvky 2 P^ro jedno stoupáni šroubovice. Celkové uspořádání obvodových prvků 2 na jednom stoupáni šroubovice je patrno z obr. 2. Řazení jednotlivých prvků 2 ^v jednom stoupání za sebou je přitom ve všech vyobrazeních značeno písmeny malé abecedy a, b, c, d.In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the central element 2 is formed as a twisted narrow strip with which the circumferential elements 2 in the form of portions of circular sectors are directly connected, rotated about their longitudinal axis and the longitudinal axis respectively. along the axis of symmetry to form an intermittent helical surface. As in the arrangement of FIGS. 1 and 2, t-KIV embodiments of FIGS. 4 and 5 are each, four peripheral units 2 P ^ro one helix. The overall arrangement of the circuit elements 2 on one helix is shown in FIG. 2. The order of the individual elements 2 ⁱⁿ one pitch in a row is higher in all the figures marked with lower case letters a, b, c, d.

Způsob, jakým je možno viřič v provedení podle obr. 1 a 2 zhotovit vystřižením či vylisováním z jednoho pásku a následným natočením středového prvku 2 spolu s obvodovými prvky 2 do jejich pracovní polohy, je patrný z výlisku, znázorněného na obr. 3. Při tvarování viřiče se postupuje v zásadě tak, že středový prvek 2 ^se pootočí o 90°, načež se jednotlivé obvodové prvky 2 natočí podle úhlu a_g stoupání ss_g šroubovice. Výhodou tohoto uspořádání je velmi jednoduchá a levná výroba. Nezbytným předpokladem je však použití materiálu, který umožní potřebné tvarování jednotlivých části viřiče, tedy kupříkladu měkkého ocelového plechu.The manner in which the swirler of Figs. 1 and 2 can be made by cutting or molding from one strip and then rotating the central member 2 together with the peripheral members 2 to their working position is evident from the molding shown in Fig. 3. swirling following in principle so that the central member 2 ^is rotated 90 °, whereupon the individual circumferential elements 2 and is rotated by an angle ss _g _g pitch helix. The advantage of this arrangement is very simple and inexpensive manufacture. However, a prerequisite is the use of a material which allows the individual parts of the swirler to be shaped, for example a soft steel sheet.

Ohiem a_g stoupání šroubovice a průměrem d_g šroubovice je dáno stoupání £_g šroubovice, které v provedení podle obr. 1 a 2 odpovídá přímo rozteči t^ obvodových prvků 2· ^Je však možné i uspořádání, kdy se rozteč t^ volí menší než stoupání šroubovice s^_g. Uspořádání obvodových prvků 2 na středovém prvku 2 odpovídá pak provedení podle obr. 4 a 5.Ohio and _G helix and the diameter d _g helix balanced pitch £ _g helix which in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 corresponds directly pitch t ^ of the circuit elements 2 · ^is also possible with the arrangement where the spacing t ^ chosen to be smaller than the pitch helix s ^ _g . The arrangement of the peripheral elements 2 on the central element 2 corresponds to the embodiment according to FIGS. 4 and 5.

V provedení šroubovlcového viřiče podle obr. 4 je středový prvek 2 tvořen drátem, tyčí kruhového průřezu či trubkou. Samostatné obvodové prvky 2 jsou pak ke středovému prvku 2 připojeny svárem či pojením anebo jsou na středový prvek 2 navlečeny. Výroba viřiče v tomto uspořádáni je sice ve srovnání s· viřičem předchozího provedení pracnější a nákladnější, na druhé straně se zde však nabízí možnost využít dutý středový prvek k průtoku jednoho ze zpracovávaných tekutých médií, takže takto provedený viřič může kupříkladu pracovat jako teplosraěnný prvek typu trubka v trubce.In the embodiment of the helix swirler according to FIG. 4, the central element 2 consists of a wire, a rod of circular cross-section or a tube. The individual circumferential elements 2 are then connected to the central element 2 by welding or bonding or are threaded onto the central element 2. While the swirler in this arrangement is more laborious and expensive compared to the swirler of the previous embodiment, there is, however, the possibility of using a hollow central element to flow one of the fluid media to be treated, so that the swirler can act as a tube in the tube.

V alternativním provedení viřiče podle obr. 5 je středový prvek rozdělen do většího počtu dílů 2a, lb, 1°' ld, ^z nichž každý je pevně spojen s jedním obvodovým prvkem 2· Vznikají takto stavebnicové dílce, které je možno vyrobit lisováním, vstřikovým litím, atp., a to jak z kovových materiálů, tak i z plastů. Jednotlivé dílce jsou řazeny za sebou tak, aby obvodové prvky navzájem opět vytvořily přerušovanou šroubovicovou plochu. Pro usnadnění vzájemného napojení jsou jednotlivé díly 2®» lb, lc, ld na obou koncích opatřeny navzájem do sebe zapadajícími zámky 2· Podle konstrukčních podmínek mohou přitom díly la, lb, 1° ^ald být provedeny jako duté či plné.In an alternative embodiment of the swirler of Fig. 5, the central element is divided into a plurality of parts 2a, 1b, 1 ° 'ld, each ^of which is rigidly connected to one circumferential element 2. , etc., both from metallic materials and plastics. The individual components are arranged one after the other so that the circumferential elements again form an intermittent helical surface. To facilitate interconnection, the individual parts 2 ', 1b, 1c, 1d are provided with interlocking locks 2 at both ends. Depending on the design conditions, the parts 1a, 1b, 1 ° ^and 1d can be hollow or solid.

Vzhledem k tomu, že šroubovicový viřič v provedení podle vynálezu je téměř ideálním mixerem, je možno jeho dokonalého mísícího účinku využít nejen v případech výměny tepla, ale obecně všude tam, kde je třeba docílit dokonalé homogenizace směsi tekutin. Viřič může být přitom umístěn nejen v trubkách, ale i mezi trubkami příslušného technologického zařízení, kupříkladu v mezitrubkovém prostoru trubkového výměníku tepla, případně v obou prostorách současně.Since the helix vortex of the present invention is an almost ideal mixer, its perfect mixing effect can be utilized not only in cases of heat exchange, but generally where perfect homogenization of the fluid mixture is required. The swirler can be located not only in the tubes but also between the tubes of the respective technological equipment, for example in the inter-tube space of the tube heat exchanger, or in both spaces simultaneously.

Claims

object of the invention

Passive swirler for tubes of tubular apparatus, characterized in that it consists of a plurality of circumferential elements (2) in the form of portions of circular sectors arranged one after the other on the longitudinal center element (1, 1a, 1b, 1c, 1d) in wherein the peripheral elements (2) form an intermittent helical surface,

Passive vortex according to claim 1, characterized in that the pitch (t () of the individual peripheral elements (2) is equal to or less than the pitch (s _g ) of the helix.

Passive vortex according to Claims 1 and 2, characterized in that the central element (1) forms an integral whole with the peripheral elements (2), made of a flat strip and twisted into a helical shape.

Passive vortex according to Claims 1 and 2, characterized in that the central element (1) has the shape of a rod or tube to which separate peripheral elements (2) are attached.

Passive vortex according to Claims 1 and 2, characterized in that the central element consists of parts (1a, 1b, 1c, 1d) equal to the number of peripheral elements (2), each part (1a, 1b, 1c, 1d) of the central element form an integral whole with the respective circumferential element (2).