RU2009431C1

RU2009431C1 - Horizontal condenser heat exchange element

Info

Publication number: RU2009431C1
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Ерченко; И.А. Богов; Н.Г. Ерченко
Original assignee: Ерченко Герман Николаевич; Богов Игорь Александрович; Ерченко Николай Германович
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: thermal power engineering. SUBSTANCE: element has tube 1 with cross ribs 2 and grooves on the outer surface. Chute 4 is located over pipe 1, the chute has wide upper stage 5 and more narrow lower stage 6 which height exceeds the height of the ribs of tube 1, and end partitions and intermediate partitions 8 which height less than that of sides 9 of chute 4. Longitudinal slot 10 is made in the upper part of tube 1, lower stage 6 of chute 4 is fastened in slot 10. Intermediate partitions 8 are located in the plane of ribs 2 of tube 1. Holes 11 are made on the section of upper stage 5 of chute 4 adjacent to lower stage 6, the holes communicate the cavity of chute 4 with the grooves of tube 1 located between intermediate partitions 8. Longitudinal projections may be made on outer side surfaces of lower stage 6 of chute 4 on the section above ribs 2 of tube 1. EFFECT: improved structure. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам и может быть использовано в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых труб. The invention relates to shell-and-tube heat exchangers and can be used in heat exchangers and in steam pipe condensers.

Известна горизонтальная теплообменная труба конденсатора с поперечным оребрением на наружной поверхности. На поперечных ребрах происходит конденсация рабочего тела (пара). Указанные ребра по сравнению с гладкой наружной поверхностью трубы увеличивают поверхность конденсации рабочего тела. Межреберные канавки служат для отвода конденсата с поперечных ребер. A horizontal condenser tube of a condenser with transverse fins on the outer surface is known. Condensation of the working fluid (steam) occurs on the transverse ribs. These ribs in comparison with the smooth outer surface of the pipe increase the surface of the condensation of the working fluid. Intercostal grooves are used to drain condensate from the transverse ribs.

Недостатком такой теплообменной трубы является низкий коэффициент теплоотдачи, так как верхняя часть трубы из-за малого наклона межреберных канавок, приводящего к малой скорости конденсата в них, работает неэффективно, а нижняя часть покрыта пленкой конденсата. Поэтому максимальная интенсификация теплообмена на горизонтальных трубках с поперечными ребрами достигает не более 100-120% , в то время как для вертикальных труб с продольным оребрением она достигает 500-600% . The disadvantage of such a heat exchange pipe is the low heat transfer coefficient, since the upper part of the pipe is inefficient due to the small inclination of the intercostal grooves, which leads to a low condensate velocity in them, and the lower part is covered with a condensate film. Therefore, the maximum heat transfer intensification on horizontal tubes with transverse ribs reaches no more than 100-120%, while for vertical tubes with longitudinal finning it reaches 500-600%.

Известен также конденсатор, содержащий теплообменные элементы, включающие теплообменные трубы с установленными над ними желобами с отверстиями в нижней части, соединенными с ребрами, боковые поверхности которых выполнены вогнутыми, а торцы желобов снабжены поперечными перегородками. Also known is a condenser containing heat exchange elements, including heat exchange pipes with gutters installed above them with holes in the lower part connected to the ribs, the lateral surfaces of which are concave, and the ends of the gutters are provided with transverse partitions.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент теплоотдачи из-за гладкой нижней трубы и необходимость установки теплообменного элемента, а следовательно, и конденсатора строго горизонтально для обеспечения надежного и равномерного выхода конденсата из отверстий желоба. The disadvantage of the prototype is the low heat transfer coefficient due to the smooth lower pipe and the need to install a heat exchange element, and therefore the condenser, strictly horizontally to ensure reliable and uniform exit of condensate from the holes of the gutter.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому теплообменному элементу горизонтального конденсатора является горизонтальная труба конденсатора, содержащая примыкающую к ее донной части профильную пластину, которая в поперечном сечении имеет профиль, состоящий из монотонно сужающегося книзу участка и примыкающего к нему расширенного участка, причем высота пластины равномерно изменяется вдоль трубы по крайней мере на части длины трубы. The closest in technical essence to the proposed heat exchanger element of the horizontal condenser is a horizontal condenser tube containing a profile plate adjacent to its bottom, which in cross section has a profile consisting of a section that monotonously tapers downward and an extended section adjacent to it, and the plate height varies uniformly along the pipe at least part of the pipe length.

Недостатком известной конструкции является низкий коэффициент теплоотдачи, так как верхняя часть трубы из-за малого наклона межреберных канавок, приводящего к малой скорости конденсата в них, а также вследствие формирования ручья на части длины канавки работает неэффективно. A disadvantage of the known design is the low heat transfer coefficient, since the upper part of the pipe due to the low inclination of the intercostal grooves, resulting in a low condensate velocity in them, and also due to the formation of a stream on a part of the length of the groove, is inefficient.

Цель изобретения - повышение коэффициента теплоотдачи. The purpose of the invention is to increase the coefficient of heat transfer.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции теплообменного элемента горизонтального конденсатора, содержащего трубу с поперечными ребрами и канавками на наружной поверхности, элемент содержит расположенный над трубой желоб, имеющий более широкую верхнюю ступень и более узкую нижнюю ступень, высота которой превышает высоту ребер трубы, а также торцевые и промежуточные перегородки, высота которых меньше высоты боковых сторон этого желоба, а в ребрах верхней части трубы выполнен продольный паз, глубиной равной высоте ребер, в котором закреплена вышеупомянутая нижняя ступень желоба, причем промежуточные перегородки расположены в плоскости ребер трубы, а на участке верхней ступени желоба, примыкающем к нижней ступени, выполнены отверстия, сообщающие полость желоба с канавками трубы, расположенные между промежуточными перегородками. This goal is achieved by the fact that in the known construction of a horizontal condenser heat exchange element containing a pipe with transverse ribs and grooves on the outer surface, the element contains a groove located above the pipe having a wider upper step and a narrower lower step, the height of which exceeds the height of the pipe ribs, as well as end and intermediate partitions, the height of which is less than the height of the sides of this gutter, and in the ribs of the upper part of the pipe a longitudinal groove is made, with a depth equal to the height of the rebars p, wherein the aforementioned fixed lower trough stage, the intermediate partitions are arranged in the plane of the pipe ribs and troughs on the upper stage portion adjacent to the lower stage are formed opening communicating with the cavity of the trough grooves pipe disposed between the intermediate baffles.

Сопоставительный анализ известных технических решений - аналогов и прототипа - в исследуемой области, т. е. элементов теплообменных аппаратов, используемых для конденсации пара, позволяет сделать вывод, об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками, описывающими предлагаемый теплообменный элемент горизонтального конденсатора, и признать предлагаемое решение соответствующий критерию "существенные отличия". A comparative analysis of well-known technical solutions - analogues and prototype - in the studied area, i.e., elements of heat exchangers used for steam condensation, allows us to conclude that there are no signs in them that are similar to the significant distinguishing features that describe the proposed heat exchange element of a horizontal condenser, and recognize the proposed solution that meets the criterion of “substantial differences”.

В частности, не известны теплообменные элементы горизонтального конденсатора, в которых элемент содержал бы расположенный над трубой желоб, имеющий более широкую верхнюю ступень и более узкую нижнюю ступень, высота которой превышает высоту ребер трубы, а также торцевые и промежуточные перегородки, высота которых меньше высоты боковых сторон этого желоба, а в ребрах нижней части трубы выполнен продольный паз глубиной, равной высоте ребер, в котором закреплена вышеупомянутая нижняя ступень желоба, причем промежуточные перегородки расположены в плоскости ребер трубы, а на участке верхней ступени желоба, примыкающем к нижней ступени, выполнены отверстия, сообщающие полость желоба с канавками трубы, расположенные между промежуточными перегородками. In particular, horizontal exchange condenser elements are not known in which the element would contain a gutter located above the pipe, having a wider upper step and a narrower lower step, the height of which exceeds the height of the pipe ribs, as well as end and intermediate partitions whose height is less than the height of the side sides of this gutter, and in the ribs of the lower part of the pipe, a longitudinal groove is made with a depth equal to the height of the ribs, in which the aforementioned lower stage of the gutter is fixed, and the intermediate partitions are located They are made in the plane of the pipe ribs, and in the section of the upper stage of the trough adjacent to the lower stage, holes are made that communicate with the groove cavity with grooves of the pipe located between the intermediate partitions.

На фиг. 1 представлен предложенный теплообменный элемент горизонтального конденсатора; на фиг. 2 - вид сверху на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 на фиг. 4 - боковой вид желоба 4. In FIG. 1 shows the proposed heat exchange element of a horizontal condenser; in FIG. 2 is a plan view of FIG. 1; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1 in FIG. 4 is a side view of the gutter 4.

В теплообменном элементе горизонтального конденсатора (см. фиг. 1, 2, 3), содержащем трубу 1 с поперечными ребрами 2 и канавками 3 на наружной поверхности, элемент содержит расположенный над трубой 1 желоб 4, имеющий более широкую ступень 5 и более узкую нижнюю ступень 6, высота h_н.с. которой превышает высоту h_р ребер трубы 1, а также торцевые 7 и промежуточные 8 перегородки, высота h_п которых меньше высоты h_ж боковых сторон 9 этого желоба 4, а в ребрах 2 верхней части трубы 1 выполнен продольный паз 10 (см. фиг. 2) глубиной, равной высоте h_р ребер 2, в котором закреплена вышеупомянутая нижняя ступень 6 желоба 4, причем промежуточные перегородки 8 расположены в плоскости ребер 2 трубы 1, а на участке верхней ступени 5 желоба 4, примыкающем к нижней ступени 6, выполнены отверстия 11, сообщающие полость желоба 4 с канавками 3 трубы 1 (см. фиг. 1, 2, 3), расположенные между промежуточными перегородками 8.In the heat exchange element of the horizontal condenser (see Fig. 1, 2, 3), containing the pipe 1 with transverse ribs 2 and grooves 3 on the outer surface, the element contains a groove 4 located above the pipe 1, having a wider step 5 and a narrower lower step 6, height h _N.S. which exceeds the height h _p of edges of the tube 1 and the end 7 and intermediate 8 partitions, the height h _n is less than the height h _w sides 9 of the trough 4, and the ribs 2 the upper part of the tube 1 is made a longitudinal groove 10 (see. FIG. 2) a depth equal to the height h _{p of the} ribs 2, in which the aforementioned lower stage 6 of the groove 4 is fixed, and the intermediate partitions 8 are located in the plane of the ribs 2 of the pipe 1, and holes are made in the upper stage 5 of the groove 4 adjacent to the lower stage 6 11, communicating the cavity of the groove 4 with the grooves 3 of the pipe 1 (see Fig. 1, 2, 3) located between the intermediate partitions 8.

При этом у элемента на внешних боковых поверхностях 12 нижней ступени 6 желоба 4 на участке выше ребер 2 трубы 1 могут быть выполнены продольные выступы 13 (см. фиг. 1, 4), расположенные в плоскости этих ребер 2, причем отверстия 1 верхней ступени 5 желоба 4 выполнены в промежутках между выступами 13. Moreover, the longitudinal protrusions 13 (see FIGS. 1, 4) located in the plane of these ribs 2 can be made on the element on the outer lateral surfaces 12 of the lower stage 6 of the groove 4 in the section above the ribs 2 of the pipe 1, and the holes 1 of the upper stage 5 the grooves 4 are made in the spaces between the protrusions 13.

Теплообменный элемент горизонтального конденсатора (см. фиг. 1, 2, 3) работает следующим образом. Конденсат, стекающий с донной части вышерасположенной трубы 1 теплообменного элемента в желоб 4 нижерасположенного теплообменного элемента конденсатора, вытекает через отверстия желоба 4 и движется по боковым сторонам 9 этого желоба 4 вниз к канавкам 3, а затем под действием сил тяжести и накопленной кинетической энергии движется по последним 3 и далее - в донную часть трубы 1. Движущийся по канавкам 3 с определенной скоростью конденсат ускоряет процесс стягивания пленки сконденсированного пара с поверхности ребер 2 и уменьшает толщину указанной пленки. При этом обеспечиваются одинаковые условия конденсации пара на наружной поверхности трубы 1 независимо от ее расположения в трубном пучке конденсатора, так как количество поступающего конденсата из отверстий желоба в канавки 3 каждой трубы пучка примерно одинаково и определяется точностью изготовления отверстий желоба, высотой промежуточных перегородок 8 и расстоянием между ними (зависит от возможного монтажного угла наклона конденсатора). Излишки конденсата, стекающего в желоб теплообменного элемента, через торцевые 7 перегородки последнего переливаются на трубные доски и стекают вниз конденсатора. Наличие промежуточных перегородок 8 желоба 4 обеспечивает надежную подачу конденсата через отверстия 11 последнего в канавки 3 трубы 2, так как при установке труб в трубные доски и монтаже конденсатора на штатное место образуется некоторый наклон труб 1 к горизонту. Расстояние между смежными промежуточными перегородками 8 зависит от длины трубы 1 теплообменного элемента и возможного угла ее наклона в работающем конденсаторе. При этом высота промежуточных перегородок 8 не должна превышать высоту торцевых перегородок 7 желоба, а величина превышения высоты боковых сторон 9 желоба 4 над торцевыми перегородками 7 зависит от количества сливаемого через них конденсата и габаритов самого желоба. The heat exchange element of the horizontal condenser (see Fig. 1, 2, 3) works as follows. Condensate flowing down from the bottom of the upstream pipe 1 of the heat exchange element into the groove 4 of the downstream heat exchanger element of the condenser flows through the openings of the groove 4 and moves along the sides 9 of this groove 4 down to the grooves 3, and then moves by gravity and the accumulated kinetic energy along last 3 and further to the bottom of the pipe 1. Condensate moving along the grooves 3 with a certain speed accelerates the process of pulling the film of condensed steam from the surface of the ribs 2 and reduces the thickness of the constant film. This ensures the same conditions for condensation of steam on the outer surface of the pipe 1, regardless of its location in the tube bundle of the condenser, since the amount of incoming condensate from the holes in the grooves in the grooves 3 of each beam pipe is approximately the same and is determined by the accuracy of the manufacture of the holes of the gutter, the height of the intermediate walls 8 and the distance between them (depends on the possible mounting angle of the capacitor). Excess condensate flowing into the gutter of the heat exchange element through the end 7 partitions of the latter is poured onto the tube boards and flows down the condenser. The presence of intermediate partitions 8 of the gutter 4 provides a reliable supply of condensate through the holes 11 of the latter in the grooves 3 of the pipe 2, since when the pipes are installed in the pipe boards and the condenser is mounted in a regular place, a certain inclination of the pipes 1 to the horizon is formed. The distance between adjacent intermediate partitions 8 depends on the length of the pipe 1 of the heat exchange element and its possible angle of inclination in the working capacitor. Moreover, the height of the intermediate partitions 8 should not exceed the height of the end walls 7 of the gutter, and the excess of the height of the sides 9 of the gutter 4 over the end walls 7 depends on the amount of condensate drained through them and the dimensions of the gutter itself.

При высоте h_н.с. нижней ступени 6 желоба 4 близкой к высоте h_р ребер трубы 1 боковая сторона 9 указанной ступени выполняется гладкой, так как вытекающий конденсат из отверстий 11 желоба 4 непосредственно попадает в соответствующую канавку 3 трубы 1.At a height of h _N.S. the lower stage 6 of the groove 4 close to the height h _{p of the} ribs of the pipe 1, the side 9 of the specified stage is smooth, since the condensate flowing out of the holes 11 of the groove 4 directly enters the corresponding groove 3 of the pipe 1.

С целью увеличения начальной скорости ручья конденсата на выходе в канавку 3 трубы 1, а соответственно интенсификации теплообмена на наружной поверхности последней, нижняя ступень 6 желоба 4 может иметь увеличенную высоту (см. фиг. 2, 4) по сравнению с высотой h_р ребра 2 трубы 1. В этом случае для обеспечения равномерного распределения вытекающего через отверстия 11 желоба 4 конденсата по канавкам 3 трубы 1, а также дополнительного увеличения скорости его необходимо, чтобы стекающий по боковой стороне 9 желоба 4 конденсат к канавкам 3 двигался не в виде пленки, а в форме оформившегося ручья, для чего с обеих сторон желоба 4 выполняются продольные выступы 13 (см. фиг. 1, 4), расположенные в плоскости ребер 2.In order to increase the initial velocity of the condensate stream at the outlet into the groove 3 of the pipe 1, and, accordingly, to intensify heat transfer on the outer surface of the latter, the lower stage 6 of the groove 4 may have an increased height (see Fig. 2, 4) compared with the height h _{p of the} rib 2 pipes 1. In this case, to ensure uniform distribution of the condensate flowing through the openings 11 of the groove 4 through the grooves 3 of the pipe 1, as well as its additional speed increase, it is necessary that the condensate flowing along the lateral side 9 of the groove 4 to the grooves 3 does not move ide film and took shape in the form of a stream, which on both sides of the trough 4 are performed longitudinal protrusions 13 (see. FIGS. 1, 4) located in the plane of the ribs 2.

Увеличенная высота боковой стороны нижней ступени желоба может оказывать на теплоотдачу такое суммарное влияние, как увеличение количества труб 1 при отсутствии над ними желоба, т. е. коэффициент теплоотдачи в первом случае может возрастать в 2 и более раз по сравнению с последним. The increased height of the lateral side of the lower stage of the trench can have such a total effect on heat transfer as an increase in the number of pipes 1 in the absence of a trough above them, i.e., the heat transfer coefficient in the first case can increase by 2 or more times compared with the last.

Труба 1 теплообменного элемента может иметь не только поперечное, но и спиральное оребрение. Диаметр отверстий и высота промежуточных перегородок желоба, высота нижней ступени последнего зависят от тепловой нагрузки конденсатора, высоты ребер трубы элемента и выбираются такими, чтобы обеспечить безотрывное от поверхности канавок трубы и желоба стекание конденсата и эффективное стягивание пленки конденсата с ребер трубы. Ориентировочное значение диаметра отверстий желоба определяется из соотношения d = (0,15-0,35)˙ h_р, где h_р - высота ребра трубы. При любых изменениях тепловой нагрузки конденсатора увеличение расхода конденсата сверх оптимального, обеспечивающего наивысший коэффициент теплоотдачи, не произойдет, так как излишки его переливаются через торцевые перегородки желоба вниз конденсатора.The pipe 1 of the heat exchange element can have not only transverse, but also spiral fins. The diameter of the holes and the height of the intermediate partitions of the gutter, the height of the lower stage of the latter depend on the heat load of the condenser, the height of the ribs of the pipe element and are chosen so as to ensure the condensate drains off the surface of the grooves of the pipe and the groove and effectively pulls the condensate film from the pipe ribs. The approximate value of the diameter of the gutter openings is determined from the relation d = (0.15-0.35) ˙ h _p , where h _p is the height of the pipe edge. With any changes in the thermal load of the condenser, an increase in the flow rate of the condensate in excess of the optimal one, providing the highest heat transfer coefficient, will not occur, since its excess flows over the end of the gutter down the condenser.

Жесткое соединение желоба с трубой осуществляется при помощи контактной сварки основания первого с днищем паза трубы теплообменного элемента или путем приварки желоба в ряде промежуточных зонах по длине трубы, для чего в основании желоба выполняются отверстия, расположенные с интервалом друг от друга, через которые осуществляется сварка последнего с трубой элемента. Кроме того, после закрепления желоба 4 на трубе 1 с помощью сварки может быть выполнен продольный сварочный шов, соединяющий обе боковые стороны 9 изнутри желоба нижней ступени 6 в зоне перехода последней в верхнюю ступень 5 желоба (см. фиг. 2), для чего перед сваркой боковые стороны 9 нижней ступени 6 в ее верхней части сводят друг к другу. Rigid connection of the gutter with the pipe is carried out by contact welding of the base of the first heat exchanger element with the bottom of the pipe groove or by welding the gutter in a number of intermediate zones along the length of the pipe, for which holes are made at the base of the gutter, spaced from each other, through which the latter is welded with pipe element. In addition, after fixing the groove 4 on the pipe 1 by welding, a longitudinal weld can be made connecting both sides 9 from the inside of the groove of the lower stage 6 in the transition zone of the latter to the upper stage 5 of the groove (see Fig. 2), for which welding, the sides 9 of the lower stage 6 in its upper part are reduced to each other.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи от пара к наружной поверхности трубы теплообменного элемента и тем самым интенсифицировать процесс теплообмена за счет обеспечения равномерной и с повышенной скоростью подачи конденсата в канавками трубы элемента. (56) 1. Риферт В. Г. , Бобе Л. С. Интенсификация теплопередачи в конденсаторах пара. Общество "Знание", Украинской ССР, Киев, 1985, с. 7-11, рис. 3, в. The use of the present invention allows to increase the heat transfer coefficient from steam to the outer surface of the pipe of the heat exchange element and thereby intensify the heat transfer process by providing a uniform and with an increased rate of condensate feed into the grooves of the element pipe. (56) 1. Rifert V.G., Bobe L.S. Intensification of heat transfer in steam condensers. The Knowledge Society, Ukrainian SSR, Kiev, 1985, p. 7-11, fig. 3, c.

2. Авторское свидетельство СССР N 1661561, кл. F 28 В 1/10, 1989. 2. USSR copyright certificate N 1661561, cl. F 28 V 1/10, 1989.

Claims

1. HEAT EXCHANGE ELEMENT OF A HORIZONTAL CAPACITOR, comprising a pipe with transverse ribs and grooves on the outer surface, characterized in that, in order to increase the heat transfer coefficient, the element further comprises a gutter located above the pipe having a wider upper step and a narrower lower step with height, exceeding the height of the ribs of the pipe, as well as end and intermediate partitions having a height less than the height of the sides of this groove, and in the ribs of the upper part of the pipe a longitudinal groove is made with a depth of equal to the height of the ribs in which the aforementioned lower stage of the gutter is fixed, and the intermediate partitions are located in the plane of the ribs of the pipe, and in the section of the upper stage of the gutter adjacent to the lower stage, holes are made that communicate the cavity of the gutter with grooves of the pipe and located between the intermediate partitions.

2. The element according to claim 1, characterized in that on the outer side surfaces of the lower stage of the trough in the area above the pipe ribs there are longitudinal protrusions located in the plane of these ribs, and the holes of the upper stage of the trough are located in the spaces between the protrusions.