RU2000518C1 - Воздухоподогреватель - Google Patents

Abstract

Использование: в теплоэнергетике. Сущность изобретени : трубы 1 воздухонагревател  снабжены ребрами 2, выполненными кольцевыми или спиральными с отогнутыми участками, причем отогнутые участки наклонены друг к другу в каждом ребре или в каждом витке ребра под острым углом, развернутым встречно потоку воздуха , при этом отношение рассто ни  b линии отгиба ребра от стенки трубы на ее боковой образующей к высоте ребра h составл ет 0,3 b/h 0,5, а угол наклона равен 20- 40°. 1 з.п. ф-лы, 2 ил Z ю о о о ел 00 о

Description

Изобретение относитс  к теплотехнике и может быть использовано в котлострое- нии.

Основными недостатками рекуперативных воэдухоподогревательных аппаратов (т.е. трубчатых воздухоподогревателей), примен емых в котельной технике,  вл ютс  их громоздкость и больша  металлоемкость , а также св занное с этим высокое аэродинамическое сопротивление. Дл  преодолени  этих недостатков необходимо yue- личить тепловую эффективность воздухоподогревател  и тем самым повысить его компактность и снизить металлоемкость .

Известны трубчатые воздухоподогреватели котлов (см. например, Кузнецов Н.В. Рабочие процессы и вопросы усовершенствовани  конвективных поверхностей нагрева котельных агрегатов. - ГЭИ, 1958, с. 128). Однако из-за применени  в этих воздухоподогревател х гладких труб величина поверхности нагрева, размещаема  в единице объема, весьма мала, что приводит к росту габаритов и металлоемкости всей конструкции .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  воздухонагреватель, содержащий пучок труб, размещенных с заданными относительными шагами в воздуховоде и снабженных кольцевым или спиральным оребрением с отогнутыми по бокам на 90° ребрами (авт.св. СССР Nfe 1476254, кл. F 23 L 15/04. 1987). Использование сребренных труб в этом воздухонагревателе позвол ет резко увеличить поверхность нагрева, размещаемую в единице объема, а бокова  отгибка ребер позвол ет применить в трубном пучке тесные поперечные шаги труб. Все это повышает компактность конструкции. Однако ее теплова  эффективность остаетс  невысокой из-за ухудшенного смывани  труб потоком в их кормовой зоне, где имеютс  большие потери давлени  на вихреобразовэни  и вторичные течени . Последнее обусловливает и повышенное сопротивление указанного воздухонагревател .

Целью изобретени   вл етс  повышение тепловой эффективности и снижение аэродинамического сопротивлении воздухонагревател .

Цель достигаетс  тем, что в воздухонагревателе , содержащем пучок труб, размещенных с заданными относительными шагами в воздуховоде и снабженных кольцевым или спиральным оребрением с отогнутыми по бокам на 90° ребрами, плоскости отгиба каждого ребра или каждо0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

го витка спирального ребра в кормовой по ходу воздуха ч асти трубы составл ют между собой острый угол, а отношение рассто ни  b линии отгиба ребра от стены трубы на ее боковой образующей к высоте h ребра составл ет

0.3 b/h 0,5.

При этом угол между плоскост ми отгиба может быть равен 20-40°.

Причинно-следственна  св зь между отличительными признаками и целью изобретени  заключаетс  в том, что при отгибе боковых кромок под углом 20-40° в кормовой части резко уменьшаютс  размеры кормовой зоны с ухудшением смыванием станок труб и соответственно сокращаютс  потери на вихреобразование и вторичные течени . Это приводит к росту средней теплоотдачи по окружности каждой трубы и к снижению аэродинамического сопротивлени  трубного пучка. При этом степень огиб- ки ребра должна удовлетвор ть условию 0,3 b/h 0,5, так как при большей или меньшей степени отгиба совместный эффект роста теплоотдачи в кормовой части труб и снижени  аэродинамического сопротивлени  не достигаетс . Таким образом, за вленна  совокупность признаков обеспечивает достижение цели.

Наличие отличительных признаков по сравнению с прототипом позвол ет сделать вывод о соответствии за вл емого технического решени  критерию новизна.

Применение профилированных (гнутых) ребер известно в теплотехнике, например, при изготовлении теплообменников из труб с продольными ребрами, из шероховатых труб. Однако такие сребренные (или шероховатые ) трубы примен лись с целью срыва пограничного сло  с поверхности трубы и интенсификации теплообмена по всей поверхности , причем степень этой интенсификации была невелика, а сопутствующий ей рост аэродинамического сопротивлени  весьма значителен.

В за вленном техническом решении при отгибе боковых ребер под острым углом в кормовой зоне интенсификации теплоотдачи сопутствует снижение аэродинамического сопротивлени  (за счет сокращени  вихревых потерь в кормовой зоне труб). При этом при отгибе ребер в соответствии с вышеуказанным соотношением 0.3 b/h 0,5 степень интенсификации теплоотдачи достаточно высока (составл ет 10-20%). а дол  снижени  аэродинамического сопротивлени  составл ет 10-15%. Таким образом, предложенна  совокупность признаков  вл етс 

новой, про вл ет новые свойства и соответствует критерию существенные отличи .

На фиг. 1 показан воздухонагреватель; на фиг. 2 - одна из его труб.

Воздухонагреватель содержит шахматный пучок труб 1, размещенных в воздухо- ооде (на чертеже не показан) с заданными относительными шагами Si и $2 и снабженных кольцевыми или спиральными отогнутыми ребрами высотой п, расположенными на трубе с шагом t. Ребра 2 выполнены с Г-образным профилем путем отгиба их боковых кромок так, что образуют между собой острый угол ft в кормовой зоне труб.

На фиг. 2 показана отдельна  труба из пучка. Острый угол ft в кормовой зоне трубы составл ет 20-40°. а степень ошибки ребер определ етс  соотношением 0,3 b/h 0.5.

Воздухонагреватель работает следующим образом,

В трубы 1 подаетс  греюща  среда (пар, гор ча  вода, дымовые газы). Воздушный поток поперечно омывает оребренные участки труб, хорошо тубулизуетс , отвод  тепло , переданное греющей средой. Наличие отогнутых под острым углом друг к другу ребер на трубах резко сужает кормовую зону потока за трубами, уменьша  тепловые и аэродинамические потери на вихреобразо- вание в этой зоне.

При расположении кромок под углом ft 40° резко возрастает лобовое сопротивление труб (за счет расположени  отогнутой кромки поперек потока), а при угле ft 20° эффект сужени  кормовой зоны за трубами практически не сказываетс .

Экспериментально установлено, что отгиб кромок ребер на величину т- 0,5 практически не дает эффекта, так как при этом кормова  зона потока за трубой практически не мен етс . При отгибе кромок на величину г- 0,3 резко возрастает сопротивление труб (за счет наслоени  ребер друг на друга на боковой части трубы и образовани 

5 шероховатой боковой стенки), кроме того, из процесса теплообмена исключаетс  масть поверхности нагрева (тем больша , чем меньше b/R).

Таким образом, указанные геометриче0 ское соотношени  (отгиб кромок под углом 20-40° в кормовой зоне трубы и выбор величины отгибки ребер в пределах 0.3 - г 0,5)

обеспечивают повышение тепловой эффек5 тивности воздухонагревател  при одновременном снижении его аэродинамического сопротивлени .

Благодар  высокой компактности и хорошим аэродинамическим характеристикам

0 воздухонагреватель легко может быть размещен в габаритах действующих котлов. Фор мула изобретени  1. Воздухоподогреватель, содержащий пучок труб, размещенных в воздуховоде с

5 заданным шагом и снабженных кольцевым или спиральным оребрением с отогнутыми по бокам на 90° участками ребер, образующих на последних скошенные кромки, отличающийс  тем, что, с целью повыше0 ни  тепловой эффективности и снижени  аэродинамического сопротивлени , скошенные кромки ребер расположены друг к другу в каждом ребре или витке под острым углом, развернутым встречно потоку возду5 ха, при этом отношение рассто ни  b скошенной кромки ребра от стенки трубы образующей к высоте ребра h составл ет

0,3 Ј 0,5.

0 2. Воздухоподогреватель по п. 1, о т л и- чающийс  тем, что упом нутый угол между скошенными кромками ребер составл ет 20-40°.

±1

фиг. /