DE3401606A1

DE3401606A1 - Mit lenkelementen versehene vorrichtung zur verbesserung der waermeuebergangszahl von in rohren von waermetauschern stroemenden viskosen fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3401606A1
Application number: DE3401606A
Authority: DE
Inventors: Arpád Dipl.-Ing. Dr. Bakay; György Dipl.-Ing. Bergmann; János Dipl.-Ing. Bódás; Gábor Dipl.-Ing. Csaba; László Dipl.-Ing. Dr. Budapest Forgó
Original assignee: Transelektro Magyar Villamossagi Kulkereskedelmi
Current assignee: Transelektro Magyar Villamossagi Kulkereskedelmi
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE3401606C2; JPS59191893A; FR2540234A1; GB2135439A; GB8402224D0; CH662644A5; HU187016B; BE898795A; FR2540234B1; ZA84644B; DE8401350U1; NL8400230A; GB2135439B

Description

Mit Lenkelementen versehene Vorrichtung zur Verbesserung der Wärmeüberqangszah1 von in Rohren von Wärmetauschern strömenden viskosen Fl ils s Iqkei ten -

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Verbesserung der Wärmeübergangszah I von in Rohren von Wärmetauschern ,Q strömenden, eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufwei sen den, vi skosen Flüssigkeiten, wie z.B. Transformatoroder Lagerölen. '.-

Es ist bekannt, daß die zum Schmieren und Kühlen der Lager von Dampfturbinen oder Gasturbinen dienenden Öle,' die zwecks Entziehung der in den Lagern entstehenden mechanisehen Ver/ustwärme in einem Ölkühler abgekühl t werden müssen,, schlechte Wärmeleiter sind und in den Rohren des Wärmetauschers laminar strömen.

Infolge der obenerwähnten Eigenschaften ist die Wärme-Übergangszahl der öle niedrig, was mit der nachteiligen Folge verbunden ist, daß deren Kühlung einen großdimensionierten und kostenaufwendigen Wärmetauscher beansprucht.

Die ungünstige Wärmeübergangszahl der liminar strömenden und eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Öle kann damit erklärt werden, daß entlang der Rohrober- fläche die abgekühlte, mit einer niedrigen Geschwindigkeit strömende Grenzschicht als eine Wärmeisolierschicht wirkt und die Bahn des Warmes tromes von dem wärmeren öl in Richtung zur Rohrwand absperrt. Während das abgekühl te öl mit einer niedrigen Geschwindigkeit auf der Rohrwand vorwärts strömt, quasi eine dichtere Schicht an der Rohrwand bildend, strömt das warme öl im Mittelteil des Rohrs und wird kaum abgekühlt. Die Wärme kann

dabei aurschIieß1ich durch Wärmeleitung übertragen werden.

_c Bei den bekannten Vorrichtungen pflegt man zur Verbesse-

rung der Wärmeübergangszahl eine longltudinal angeordnete, innere Rippe zu verwenden. Das wesentI/ehe dieser Kons t rukt ion besteht darin, daß die Wärme in dem von den Rippen unterteiI ten Querschnitt einen kürzeren Weg üöer-_1Q winden muß, wodurch der Wärmewider stand abnimmt. Hingegen besteht der Nachteil der Rippen darin, daß auf diese Weise der Wi der s tand, das Gewicht und dadurch die Produktionskosten derartiger Wärmetauscher erhöht werden.

Durch die Er findung wird das Ziel gesetzt, die obener-' wähnten Nachtei Ie dadurch zu ellminieren, daß die durch den laminaren Strom des Öls entstehende kältere Grenz schicht von der Rohrwand entfernt wird und glelchzeitig ermög1icht wird, daß ans te 11e dieser wärmeres Öl von der " 20 Mitte des Rohrs zur Rohrwand hl nströmen kann.

Von den bekannten mit /nnenr/ppen versehenen Vorrichtungen unter scheidet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere dadurch, daß im Gegensatz zu den traditionellen Innenr ippen, die den Rohr raum in mit der Längs achse des Rohrs parallel verlaufende oder annähernd pa rallele Kanäle unter tei11 hatten, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Rohr raum in senkrecht zur Rohrlängsachse untertel1 te Abschnitte aufgeteilt ist, wobei die an der Rohrwand dieser Abschnitte entstehende Grenzschicht zu einem P1 a tzwechse 1 mit dem in der Mitte des Rohrs strömenden wärmeren Öl gezwungen wird. Auf diese Weise ent s tehen auch hier die mit der Längsachse des Rohres parallel strömenden Ölschichten, zwischen denen aber keine Trennflache mehr vorhanden ist. Außerdem findet während des Stromungsvorganges im Rohr von Ab-

schnitt zu Abschni11 ein Platzwechse1 der unter schi ed- I ich warmen öl ströme statt.

g Eine wesentIiche Eigenschaft der traditionellen Innenrippen besteht darin, daß sie eine Fläche aufweisen, deren Größe der Innenflache des Rohres ähnlich ist.

Die Fläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dagegen jQ wesentlich kieiner und spielt bei der Wärmeübergabe keine Rolle. Das Material der tradi t ione 11 en Innenr ippen ist ein die Wärme gut IeItendes Metall. Die Wärmeleitung der erfindungsgemäßen Vorrichtung spielt keine Rolle, so daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Material ein beii ebi ger Kunststoff verwendet werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand vorteilhafter Aus führungs formen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: . γ

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine mögiiche Aus führungsform eines Lenkelements und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Aus Fig. 1 ist eine der mögl ichen Aus führ ungs formen der Erfindung ersieht/ich. Hier ist im Längsschnitt ein einzelnes Kühl rohr 1 eines Wärmetauscher s gezeigt. In dem Rohr 1 sind im axialen Abstand voneinander nacheinander sich wi ederholend, Lenkeiemente 2 in einer zu der Längsachse des Rohrs 1 senkrechten Ebene, auf einem Befes t igungsdraht 3 befestigt. An beiden Enden des Rohrs 1 ist der Befes11gungsdraht 3 von Befest igungse1 ementen 4 gehaiten. Das Lenkelement 2 besitzt Lenkkanäle, deren

1
■Anzahl von Lenkelement zu Lenkelement verschieden sein kann. Im vor 1 legenden Fall besitzt das Lenkelement 2 vorteilhafterwelse 2 Lenkkanäle. Durch die Lenkkanäle

r. wird das an der Rohrwand des Rohres, in der laminaren ο

Grenzschicht strömende kalte Öl und das In dem Mi ttelteiI des Rohres 1 strömende warme öl in Richtung der Pfeile 10 bzw. 11 abgelenkt, so daß das kältere öl in Ri chtung des Rohr inner en und das wärmere Öl In Richtung der Rohrwand der Rohres strömt. In Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines mit zwei Kanälen versehenen Lenkelementes 2 dargestel1t.

Eine andere Befestigungsart des Lenkelementes 2 im Rohr 1 besteht darin, daß der Außendurchmesser des Lenke 1e-^; menfces 2 im nicht eingebauten Zustand größer als der 1 nnendurchmesser des Rohres 1 ist, so daß das Lenke 1ement 2 nach erfolgter Montage auf Grund seiner Elastizität unter Druck an der Innenwandung des Rohres 1 anliegt ^{uno> dam}'^{1 k} *^m Rohr 1 fixiert ist. Bei einer derart igen Lösung können der Befestigungsdraht 3 und das Befesti- gungseIement 4 entfa 11 en.

Aus Fig. 2 ist eine weitere der mögiichen Ausführungs- formen des Lenkelementes 2 er sieht 1 ich. Der aus einem Lenkr1 ng 5 ausgepreßte Lenkkana 1 6 lenkt die zwischen der Innenwand des hier nicht dargestellten Rohres 1 und dem Lenkring 5 strömende Grenzschicht in Richtung zur Längsachse des Rohres 1 um. Diese UmIeitung wird auch durch -den Sper r ing 7 gefördert, der g 1 eichzei t ig auch für den Preßsitz des Lenke 1 ementes 2 auf der Inne'nwand des Rohres 1 sorgt. Damit die konzentrisehe Anordnung des Lenkelementes sichergestellt ist, sind am Außenum fang des Lenkringes 5 StützrIppen 8 ausgebtIdet, die aus dem gleichen Material wie der Lenkring 5 bestehen.

Eine weitere Verbes sung des Wärmeübergangs kann durch die in Fig. 3 gezeigte Aus führungs form erreicht werden,

Copy

bei der die auf dem Befestigungsdraht 3 befestigten Lenkelemente 2 im Rohr 1 eine alternierende Hin- und Herbewegung durchführen. Diese Bewegung kann per iod 1 sch pulsierend oder in Abhängigkelt des jeweils er forder 11 -eher» oder gewünschten Wärmeüberganges gesteuert erfolgen. Als eine derartige Bewegung aus führende Organe kön nen pneumatI sehe oder hydraul 1 sehe Einrichtungen wie auch mechanisehe GetrieöegI1eder verwendet werden, die __n Jedoch vorteilhafterweise so ausgeführt sind, daß sie die Strömung im Rohr 1 nicht oder nur wenig behindern. Na tür 1 Ich können die Lenkelemente 2 auch so in Bewegung gesetzt werden, indem der BefestIgungsdraht 3 mit einem äußeren Bewegungsmechan i smus periodisch bewegt wird.

■ ■ .

Eine weitere Möglichkei t nach Fig. 3 besteht darin, daß durch die St römung des zu küh1 enden Mediums eine zwi sehen dem Befes t igunge1ement 4 und dem Befestigungsdraht 3 befestigte Feder 9 gespannt wird und dadurch das Lenkelement 2 in Bewegung setzt. Durch das periodisehe, In kurzen Intervallen vorgenommene Abstellen der Strömung des zu küh!enden Mediums zieht die Feder 9 den Befestigungsdraht 3 und damit die Lenkelemente 2 in die Grunds tellung zurück. Auf diese Weise ziehen die Lenke-Zemente 2 die kont1nuier 1 Ich dicker werdende Grenzschicht von der Wand des Rohres 1 ab und zwingen diese in den ml 11 leren Teil des Rohrquer schnl 11 s , wodurch die Rohrwand für das wärmere Medium freigegeben wird. Das periodische Strömen des zu kühlenden Mediums kann' durch eine beim Eintritt des Wärmetauschers angeordnete, elektrI sch betätigte und elektronisch gesteuerte Sperrvorrlchtung oder jedweiche mechanische Konstruktion erreicht werden. Es Ist auch eine Lösung möglich, bei der die Bewegung mit der Energie des strömenden Mediums durchgeführt wird.

COPY

Außerdem kann die in dem Rohr 1 angeordnete Feder 9 derart ausgebt Idet sein, daß sie selbst als Lenkelement dient. Für diesen Zweck ist es jedoch vor teilhaft, daß

c der Außendurchmesser der Feder 9 annähernd gleich dem Innendurchmesser des Rohrs 1 ist und die Federwindungen ggf. ein für eine Ableitung der FIUs s igkei t geeignetes Profil haben.

10

15

'" 20

25

30

35

Claims

Patentansprüche

l.lMit Lenke lementen versehene Vorrichtung zur Verbesserung der Wärmeübergangszah1 von in Rohren von Wärmetauschern strömenden viskosen FIUsslgkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkelemente (2) LenkkanäIe (6) haben, durch die die an der Wand des Rohres (1) strömende Grenzschicht zum Rohrinneren hin ableitbar ist, und daß die senkrecht zur Längsachse des Rohrs (1) angeordneten Lenkelemente (2) den inneren Raum des Rohrs 1 in Abschnitte unterteilen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkelemente (2) auf einem Be Fes11gungsdraht (3) befestigt

Il /pe Telefon (089) 293413 und 293414

Telefi

pa d

COPY

Telegramm Steinpat München

sind, der wiederum über Befestigungselemente (4) an dem Rohr (1) befestigt ist.
3. Vorrlchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenke.lemente (2) an einem, mit den Befestigungsdrähten (3) verbundenen, zur Durchführung einer per iod 1 sehen Bewegung geeigneten MechanIsmus angeschlossen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß an die Befestigungsdrähte (3) eine Feder (9) angeschlossen ist und beim Eintritt des Kühlers eine, den perlodlsehen Strom des Mediums sicherstellende J^ Elnrlchtung eingebaut 1st. ι
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der per iod 1 sehe Strom des Mediums durch eine, äußere Energie verwendende Sperrvorrichtung gewähr- I ei s tet 1 st.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der per 1 odi sehe Strom des Mediums durch eine von der Energie des strömenden Mediums betätigte Sperrvorrichtung gewährlei s tet ist.