RU140701U1

RU140701U1 - INTENSIFIED TUBE BEAM

Info

Publication number: RU140701U1
Application number: RU2013131809/06U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Анисин; Александр Константинович Анисин
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2014-05-20

Abstract

Интенсифицированный поперечно обтекаемый коридорный пучок цилиндрических труб с диаметром dи шагами, поперечным sи продольным s, отличающийся тем, что он дополнительно содержит продольные турбулизирующие решетки в виде набора расположенных в ряд с жесткой связью круговых цилиндрических стержней диаметром d<dи шагом s=s(при d<(s-d)), которые размещаются в межтрубных каналах пучка таким образом, что каждый из стержней находится в центре соответствующей ячейки прямоугольной разбивки труб.An intensified transversely streamlined corridor bundle of cylindrical pipes with a diameter d and steps transverse s and longitudinal s, characterized in that it additionally contains longitudinal turbulent gratings in the form of a set of circular cylindrical rods arranged in a row with a rigid connection with a diameter d <d and step s = s (for d <(sd)), which are placed in the annular channels of the beam in such a way that each of the rods is in the center of the corresponding cell of the rectangular pipe breakdown.

Description

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована при создании и модернизации теплообменных аппаратов и устройств промышленного и энергетического назначения, основу которых составляют поперечно обтекаемые трубчатые поверхности.The utility model relates to heat transfer technology and can be used to create and modernize heat exchangers and devices for industrial and energy purposes, the basis of which are transversely streamlined tubular surfaces.

Известны кожухотрубные теплообменники и различные теплообменные устройства, содержащие поперечно обтекаемые пучки цилиндрических труб одинакового диаметра с прямоугольной (квадратной) разбивкой, обладающие рядом конструктивных и эксплуатационных преимуществ [Бажан П.И. и др. Справочник по теплообменным аппаратам / П.И. Бажан, Г.Е. Каневец, В.М. Селиверстов. - М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.; с.7-8, рис.1.1а; с.25-26, табл.1.5], [А. Фраас, М. Оцисик. Расчет и конструирование теплообменников. Перев. с англ. М.: Атомиздат, 1971. - 360 с.; с.10-12; с.169-171; с.207-215, рис.11.2].Known shell-and-tube heat exchangers and various heat exchangers containing transversely streamlined bundles of cylindrical pipes of the same diameter with a rectangular (square) breakdown, having a number of design and operational advantages [Bazhan PI and other Handbook of heat exchangers / P.I. Bazhan, G.E. Kanevets, V.M. Seliverstov. - M .: Engineering, 1989. - 368 p .; p. 7-8, fig. 1.1a; p.25-26, table 1.5], [A. Fraas, M. Ocisic. Calculation and design of heat exchangers. Perev. from English M .: Atomizdat, 1971. - 360 p .; p.10-12; p. 169-171; p.207-215, fig. 11.2].

Недостатком указанных теплообменных систем является низкая интенсивность теплоотдачи поверхности из-за характерного для линейно расположенных относительно потока теплоносителя труб одинакового диаметра негативного экранирующего эффекта, когда каждая последующая труба пучка находится в гидродинамическом следе предыдущей и проявляется пониженная активность вихревых процессов в рециркуляционных зонах межтрубного пространства.The disadvantage of these heat exchange systems is the low intensity of surface heat transfer due to the negative screening characteristic of pipes of the same diameter linearly located relative to the heat carrier flow, when each subsequent tube of the beam is in the hydrodynamic wake of the previous one and a reduced activity of vortex processes in the recirculation zones of the annular space is manifested.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок труб большего и меньшего диаметра и коллекторы с трубными досками [Трубчатый теплообменник / Патент на изобретение РФ №2006780 // БИ. - 1994. №2], образованный путем дополнительного введения труб меньшего диаметра в схемы прямоугольной (коридорной) или треугольной (шахматной) разбивки труб большего диаметра при условии сохранения минимально допустимых межтрубных расстояний. При этом особенностью комбинированной поверхности, образованной на основе прямоугольной схемы расположения труб большего диаметра, является наличие в вершинах при основании треугольника разбивки соответствующих труб одинакового диаметра (большего или меньшего), что конструктивно предопределяет реализацию более эффективной (чем коридорная) шахматной схемы компоновки труб большего и меньшего диаметра.The closest technical solution, selected as a prototype, is a heat exchanger containing a transversely streamlined bundle of pipes of larger and smaller diameters and collectors with tube boards [Tubular heat exchanger / RF patent No. 20046780 // BI. - 1994. No. 2], formed by the additional introduction of pipes of smaller diameter in the scheme of rectangular (corridor) or triangular (checkerboard) breakdown of pipes of larger diameter, provided that the minimum allowable annular distances are maintained. At the same time, a feature of the combined surface formed on the basis of a rectangular arrangement of pipes of larger diameter is the presence at the vertices at the base of the triangle of the breakdown of the corresponding pipes of the same diameter (larger or smaller), which structurally determines the implementation of a more efficient (than corridor) chess scheme for arranging pipes of a larger and smaller diameter.

Вместе с тем, принимая во внимание высокую теплоэнергетическую эффективность комбинированной трубчатой поверхности, обусловленную положительным эффектом дополнительной турбулизации потока теплоносителя и более благоприятными условиями обтекания за счет влияния труб меньшего диаметра на характер течения, наблюдается возможность интенсификации теплообмена в обычных поперечно обтекаемых коридорных пучках труб одинакового диаметра путем гидродинамического воздействия на поток при размещении в прямоугольных трубных ячейках гладких цилиндрических турбулизирующих стержней меньшего диаметра, жестко соединенных между собой в виде решеток с шагом, равным продольному шагу труб в пучке. Как показывают результаты экспериментальных исследований, представленные в работе [Анисин А.А., Анисин А.К., Буглаев В.Т. Турбулизирующее влияние гладких круговых цилиндрических элементов на интенсификацию теплообмена симметричного коридорного пучка труб // Изв. вузов. Ядерная энергетика. - 2000. - №1. - С.64-76.], введение стержней-турбулизаторов диаметром d₂ в квадратные ячейки модельного коридорного пучка труб диаметром d₁>d₂ позволяет существенно повысить тепловую эффективность трубчатой поверхности.At the same time, taking into account the high heat and power efficiency of the combined tubular surface, due to the positive effect of additional turbulization of the coolant flow and more favorable flow conditions due to the influence of smaller diameter pipes on the flow pattern, it is possible to intensify heat transfer in ordinary transversely streamlined corridor bundles of pipes of the same diameter by hydrodynamic effects on the flow when placed in rectangular tube cells smooth x cylindrical turbulizing rods of smaller diameter, rigidly interconnected in the form of gratings with a step equal to the longitudinal step of the pipes in the bundle. As shown by the results of experimental studies presented in [Anisin A.A., Anisin A.K., Buglaev V.T. The turbulizing effect of smooth circular cylindrical elements on the intensification of heat transfer of a symmetric corridor bundle of pipes // Izv. universities. Nuclear energy. - 2000. - No. 1. - S.64-76.], The introduction of turbulator rods with a diameter of d ₂ into square cells of a model corridor bundle of pipes with a diameter of d ₁ > d ₂ can significantly increase the thermal efficiency of the tubular surface.

Задачами предлагаемой полезной модели являются повышение эффективности теплообмена поверхности коридорных пучков труб, снижение металлоемкости и обеспечение эксплуатационной надежности теплообменных устройств.The objectives of the proposed utility model are to increase the heat exchange efficiency of the surface of corridor bundles of pipes, reduce metal consumption and ensure the operational reliability of heat exchangers.

Поставленные задачи решаются при использовании в теплообменниках поверхности, представляющей собой интенсифицированный поперечно обтекаемый коридорный пучок цилиндрических труб с диаметром d₁ и шагами, поперечным s₁ и продольным s₂, отличающийся тем, что он дополнительно содержит продольные турбулизирующие решетки в виде набора расположенных в ряд с жесткой связью круговых цилиндрических стержней диаметром d₂<d₁ и шагом s_ст=s₂ (при d₂<(s₁-d₁)), которые размещаются в межтрубных каналах пучка таким образом, что каждый из стержней находится в центре соответствующей ячейки прямоугольной разбивки труб.The tasks are solved by using a surface in heat exchangers, which is an intensified transversely streamlined corridor bundle of cylindrical pipes with a diameter of d ₁ and steps transverse s ₁ and longitudinal s ₂ , characterized in that it additionally contains longitudinal turbulent gratings in the form of a set arranged in a row with a rigid connection of circular cylindrical rods with a diameter of d ₂ <d ₁ and a pitch s _st = s ₂ (for d ₂ <(s ₁ -d ₁ )), which are placed in the annular channels of the beam so that each of the rods is I am in the center of the corresponding cell of the rectangular pipe breakdown.

При осуществлении полезной модели могут быть получены следующие технико-экономические результаты.When implementing a utility model, the following technical and economic results can be obtained.

1. Повышение эффективности теплоотдачи трубчатой поверхности путем дополнительной турбулизации потока теплоносителя при использовании решеток с цилиндрическими стержнями и соответствующее снижение металлоемкости теплообменника.1. Improving the heat transfer efficiency of the tubular surface by additional turbulization of the coolant flow when using lattices with cylindrical rods and a corresponding decrease in the metal consumption of the heat exchanger.

2. Обеспечение ремонтопригодности и простоты очистки поверхности трубного пучка в условиях эксплуатации.2. Ensuring maintainability and ease of cleaning the surface of the tube bundle in operating conditions.

На фиг.1 изображена схема компоновки коридорного пучка с квадратной разбивкой труб 1 одинакового диаметра d₁; на фиг.2 - схема компоновки комбинированного пучка с квадратной разбивкой труб 1 большего диаметра d₁ и труб 2 меньшего диаметра d₂, расположенных в центре квадратных ячеек (d₁>d₂); на фиг.3 - схема компоновки коридорного пучка с квадратной разбивкой труб 1 диаметром d₁ и продольной турбулизирующей решеткой 3 стержней диаметром d₂<(s₁-d₁).Figure 1 shows a layout diagram of a corridor bundle with a square breakdown of pipes 1 of the same diameter d ₁ ; figure 2 is a layout diagram of a combined beam with a square breakdown of pipes 1 of larger diameter d ₁ and pipes 2 of smaller diameter d ₂ located in the center of square cells (d ₁ > d ₂ ); figure 3 - layout of the corridor bundle with a square breakdown of pipes 1 with a diameter of d ₁ and a longitudinal turbulizing grid of 3 rods with a diameter of d ₂ <(s ₁ -d ₁ ).

При работе теплообменника, содержащего интенсифицированный коридорный пучок труб 1 с размещенными в межтрубных каналах продольными турбулизирующими решетками 3 стержней, жестко связанных между собой с шагом s_ст, равным продольному шагу s₂ труб в пучке (фиг.3), теплота от горячего теплоносителя, проходящего внутри труб, через стенки передается холодному теплоносителю, поперечно омывающему наружную поверхность труб. Эффективность процесса теплопередачи в пучке определяется в значительной мере интенсивностью теплоотдачи между наружной поверхностью и омывающим ее теплоносителем. Выполненные экспериментальные исследования теплоаэродинамических характеристик поперечно обтекаемого симметричного коридорного пучка 1,45×1,45 латунных труб диаметром d₁=11 мм (s₁=s₂=16 мм) с последовательно размещенными в центре каждой из его ячеек стержнями-турбулизаторами при изменении относительного геометрического параметра d₂/d₁=0,109…0,409 показали возможность повышения теплоэнергетической эффективности гладкой трубчатой поверхности на 17-18% в интервале изменения d₂/d₁=0,27…0,409 [Анисин А.А., Анисин А.К., Буглаев В.Т. Турбулизирующее влияние гладких круговых цилиндрических элементов на интенсификацию теплообмена симметричного коридорного пучка труб // Изв. вузов. Ядерная энергетика. - 2000. - №1. - с.74, рис.5]. Таким образом, дополнительная турбулизация потока при поперечном обтекании системы цилиндрических труб и стержней с разными наружными диаметрами с треугольной схемой расположения (как в комбинированном пучке труб с разными наружными диаметрами на фиг.2), реализующих характерный для шахматных пучков труб одинакового диаметра активный отрывный механизм переноса в рециркуляционных зонах межтрубного пространства, обеспечивает заметное повышение эффективности теплоотдачи поверхности коридорного пучка труб с наружной стороны.When operating a heat exchanger containing an intensified corridor bundle of pipes 1 with longitudinal turbulizing lattices 3 of rods placed in the annular channels, rigidly interconnected with a step s _st equal to the longitudinal step s _{2 of} pipes in the bundle (Fig. 3), the heat from the hot heat carrier passing inside the pipes, through the walls is transferred to the coolant, transversely washing the outer surface of the pipes. The efficiency of the heat transfer process in the beam is determined to a large extent by the intensity of heat transfer between the outer surface and the coolant washing it. Experimental studies of the heat-aerodynamic characteristics of a transversely streamlined symmetrical corridor bundle of 1.45 × 1.45 brass pipes with a diameter of d ₁ = 11 mm (s ₁ = s ₂ = 16 mm) with turbulent rods sequentially placed in the center of each of its cells when the relative the geometric parameter d ₂ / d ₁ = 0.109 ... 0.409 showed the possibility of increasing the heat energy efficiency of a smooth tubular surface by 17-18% in the interval of variation of d ₂ / d ₁ = 0.27 ... 0.409 [Anisin A.A., Anisin A.K. Buglaev V.T. The turbulizing effect of smooth circular cylindrical elements on the intensification of heat transfer of a symmetric corridor bundle of pipes // Izv. universities. Nuclear energy. - 2000. - No. 1. - p. 74, Fig. 5]. Thus, additional turbulization of the flow during transverse flow around a system of cylindrical pipes and rods with different external diameters with a triangular arrangement (as in a combined tube bundle with different external diameters in Fig. 2), realizing an active detachable transfer mechanism typical of chess pipe bundles of the same diameter in the recirculation zones of the annular space, provides a noticeable increase in the heat transfer efficiency of the surface of the corridor bundle of pipes from the outside.

Возможность периодического извлечения (по мере эксплуатационной необходимости) указанных турбулизирующих решеток стержней из межтрубных каналов коридорного пучка позволит снизить трудоемкость ремонта и очистки поверхности труб.The possibility of periodic extraction (as operational necessity) of these turbulizing lattice rods from the annular channels of the corridor bundle will reduce the complexity of repair and cleaning of the surface of the pipes.

Claims

An intensified transversely streamlined corridor bundle of cylindrical pipes with a diameter of d ₁ and steps transverse s ₁ and longitudinal s ₂ , characterized in that it further comprises longitudinal turbulizing gratings in the form of a set of circular cylindrical rods arranged in a row with a rigid connection with a diameter of d ₂ <d ₁ and step s _article = s ₂ (for d ₂ <(s ₁ -d ₁ )), which are placed in the annular channels of the beam in such a way that each of the rods is in the center of the corresponding cell of the rectangular pipe breakdown.