RU2027135C1

RU2027135C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2027135C1
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: 1989-05-22
Filing date: 1989-05-22
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: heat-exchange apparatus. SUBSTANCE: heat-exchange element of condenser is made of two pipes 1 and 2 arranged horizontally one above other; lower pipe 2 is finned and upper pipe 1 is provided with holes 3 in its lower portion located at pitch equal to pitch of recesses 4 formed by fins 5 of lower pipe 2. Upper pipe 1 and lower pipe 2 adjoin each other by their generatrices and cross section of lower pipe has form of ellipse 6 with vertical larger axis 7; height of fins in upper portion of lower pipe is less than that in its lower portion. EFFECT: enhanced efficiency due to increased heat transfer coefficient. 2 dwg

Description

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам и может быть использовано в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин на тепловых и атомных электростанциях. The invention relates to shell-and-tube heat exchangers and can be used in heat exchangers and in condensers of steam turbines in thermal and nuclear power plants.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому теплообменному элементу конденсатора является выбранный в качестве прототипа теплообменный элемент конденсатора, содержащий расположенные друг под другом и соединенные вертикальной пластиной трубы, причем на наружной поверхности пластины и нижней трубы выполнены поперечные ребра и канавки, верхняя труба имеет гладкую поверхность, а в ее нижней части выполнены два ряда отверстий, сообщенные с канавками пластины. The closest in technical essence to the proposed heat exchanger element of the condenser is a heat exchanger element of the condenser selected as a prototype, comprising pipes located one below the other and connected by a vertical plate, with transverse ribs and grooves made on the outer surface of the plate and lower pipe, the upper pipe has a smooth surface, and in its lower part there are two rows of holes communicated with the grooves of the plate.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент теплоотдачи из-за увеличивающегося затопления конденсатом боковой поверхности ребер нижней трубы при его движении в межреберной канавке сверху вниз и наличия значительного затопления нижней поверхности трубы донным слоем конденсата, а также малой скорости конденсата в межреберной канавке на нижней половине трубы вследствие ее малой высоты. The disadvantage of the prototype is the low heat transfer coefficient due to the increasing flooding by the condensate of the side surface of the ribs of the lower pipe during its movement in the intercostal groove from top to bottom and the presence of significant flooding of the lower surface of the pipe by the bottom layer of condensate, as well as the low speed of the condensate in the intercostal groove on the lower half of the pipe due to its low height.

Целью изобретения является повышение эффективности работы путем увеличения коэффициента теплоотдачи за счет улучшения условий стягивания пленки конденсата с боковой поверхности ребер вследствие увеличения высоты трубы, уменьшения затопления стекающим вниз по межреберной канавке конденсатом боковой поверхности ребер и резкого уменьшения затопления нижней поверхности оребренной трубы. The aim of the invention is to increase the efficiency by increasing the heat transfer coefficient by improving the conditions of condensation of the condensate film from the side surface of the ribs due to an increase in the height of the pipe, reducing the flooding of the side surface of the ribs flowing down along the intercostal groove and drastically reducing the flooding of the lower surface of the finned tube.

Цель достигается тем, что в отличие от прототипа нижняя труба с оребрением выполняется с поперечным сечением в виде эллипса с вертикальной большей осью, причем высота ребер в верхней части нижней трубы меньше высоты ребер в ее нижней части. The goal is achieved in that, unlike the prototype, the lower pipe with ribbing is performed with a cross section in the form of an ellipse with a vertical major axis, and the height of the ribs in the upper part of the lower pipe is less than the height of the ribs in its lower part.

Сопоставительный анализ прототипа и предложенного технического решения позволяет сделать вывод о том, что предложенный теплообменный элемент конденсатора отличается тем, что верхняя труба установлена с примыканием ее нижней образующей к верхней образующей трубы, которая выполнена с поперечным сечением в виде эллипса с вертикальной большей осью, причем высота ребер в верхней части нижней трубы меньше высоты ребер в ее нижней части. A comparative analysis of the prototype and the proposed technical solution allows us to conclude that the proposed heat exchanger element of the condenser is characterized in that the upper pipe is installed with its lower generatrix adjacent to the upper generatrix of the pipe, which is made with a cross section in the form of an ellipse with a vertical major axis, and the height the ribs in the upper part of the lower pipe is less than the height of the ribs in its lower part.

На фиг. 1 изображен теплообменный элемент конденсатора; на фиг. 2 - вариант схемы подачи конденсата в верхнюю трубу теплообменного элемента. In FIG. 1 shows a heat exchanger element of a condenser; in FIG. 2 is a variant of the scheme for supplying condensate to the upper pipe of the heat exchange element.

Теплообменный элемент конденсатора выполнен из двух горизонтально размещенных одна над другой труб 1 и 2, нижняя 2 из которых выполнена с оребрением, а верхняя 1 снабжена отверстиями 3 в нижней части, размещенными с шагом, равным шагу впадин 4, образованных ребрами 5 нижней трубы 2, при этом верхняя труба 1 установлена с примыканием ее нижней образующей к верхней образующей нижней трубы 2, которая выполнена с поперечным сечением в виде эллипса 6 с вертикальной большей осью 7, причем высота ребер в верхней части нижней трубы меньше высоты ребер в ее нижней части. The heat exchanger element of the condenser is made of two horizontally placed one above the other pipes 1 and 2, the lower 2 of which is made with fins, and the upper 1 is provided with holes 3 in the lower part, placed at a step equal to the pitch of the depressions 4 formed by the ribs 5 of the lower pipe 2, the upper pipe 1 is installed adjacent to its lower generatrix to the upper generatrix of the lower pipe 2, which is made with a cross section in the form of an ellipse 6 with a vertical larger axis 7, and the height of the ribs in the upper part of the lower pipe is less than the height of the ribs in e bottom.

Верхняя 1 и нижняя 2 трубы могут соприкасаться не только по образующим, но и верхняя труба 1 может быть уложена в канавку верха трубы 2, выполненную наружным радиусом верхней трубы 1. The upper 1 and lower 2 pipes can be in contact not only along the generatrix, but also the upper pipe 1 can be laid in the groove of the top of the pipe 2, made by the outer radius of the upper pipe 1.

В процессе работы конденсат, подаваемый насосом из нижней части конденсатора в верхнюю трубу 1 через отверстия 3, поступает во впадины 4, образованные ребрами 5 нижней трубы 2, и под действием сил тяжести и располагаемой кинетической энергии движется по впадинам 4 нижней трубы 2 и далее - в ее донную часть, с которой стекает в конденсатор. При этом вследствие того, что во впадины 4 нижней трубы 2 конденсат поступает из отверстий верхней трубы 1 с определенной скоростью, а также вследствие большей крутизны (наклона) впадин верха нижней трубы 2, которая выполнена с поперечным сечением в виде эллипса с вертикальной большей осью, и большей ее высоты в сравнении с трубой круглого поперечного сечения при прочих равных условиях, происходит ускорение процесса стягивания конденсата с поверхности ребер 5 и уменьшение толщины пленки последнего. При этом вследствие увеличения высоты ребер 5 сверху вниз трубы 2, т.е. по ходу стекающего конденсата, высота которого во впадине при этом также увеличивается, обеспечивается эффективное стягивание пленки конденсата с поверхности ребер 5. Кроме того, затопление стекающим конденсатом донной поверхности нижней трубы 2 уменьшается. Все это приводит к тому, что скорость стока конденсата по впадинам в нижней части трубы 2 велика и конденсат в зависимости от тепловой нагрузки и начальной скорости его на входе во впадины, образованные ребрами нижней трубы, может стекать в виде струй, т.е. без образования донного слоя. In the process, the condensate supplied by the pump from the lower part of the condenser to the upper pipe 1 through the holes 3 enters the depressions 4 formed by the ribs 5 of the lower pipe 2, and under the action of gravity and the available kinetic energy moves along the depressions 4 of the lower pipe 2 and further into its bottom, with which it flows into the condenser. Moreover, due to the fact that condensate flows into the troughs 4 of the lower pipe 2 from the holes of the upper pipe 1 at a certain speed, as well as due to the greater steepness (tilt) of the troughs of the top of the lower pipe 2, which is made with a cross section in the form of an ellipse with a vertical major axis, and its greater height in comparison with a pipe of circular cross section, ceteris paribus, there is an acceleration of the process of contraction of the condensate from the surface of the ribs 5 and a decrease in the film thickness of the latter. Moreover, due to the increase in the height of the ribs 5 from top to bottom of the pipe 2, i.e. along the flowing condensate, the height of which also increases in the cavity, the condensate film is effectively pulled from the surface of the ribs 5. In addition, the flooding of the bottom surface of the lower pipe 2 by the flowing condensate is reduced. All this leads to the fact that the rate of condensate drain through the depressions in the lower part of the pipe 2 is high and the condensate, depending on the heat load and its initial velocity at the entrance to the depressions formed by the ribs of the lower pipe, can drain in the form of jets, i.e. without the formation of a bottom layer.

Близким к оптимальным значениям диаметров отверстий трубы 1 являются значения, определяемые из соотношения d = =(0,15-0,3)˙h, где h - высота ребер по верхней образующей нижней трубы. При этом выбор диаметра отверстий связан со скоростью конденсата на выходе из последних, а также зависит от ширины впадины между ребрами при прочих равных условиях. С увеличением ширины впадины принимается большее значение указанного соотношения. Close to the optimal values of the diameters of the holes of the pipe 1 are the values determined from the relation d = (0.15-0.3) ˙h, where h is the height of the ribs along the upper generatrix of the lower pipe. Moreover, the choice of the diameter of the holes is associated with the speed of the condensate at the outlet of the latter, and also depends on the width of the cavity between the ribs, ceteris paribus. With an increase in the width of the depression, a larger value of the indicated ratio is adopted.

Конденсатор, набранный из рассмотренных теплообменных элементов, обладает меньшим гидравлическим сопротивле- нием, оказываемым пару, так как площадь сжатого сечения пучка элементов у таких конденсаторов будет больше, чем у конденсаторов, набранных из труб круглого поперечного сечения, при прочих равных условиях. Это позволяет расположить в ряду большее количество труб. A condenser drawn from the heat exchange elements considered has a lower hydraulic resistance exerted by the couple, since the compressed area of the element bundle of such capacitors will be larger than that of condensers assembled from pipes of circular cross section, all other things being equal. This allows you to arrange in a row more pipes.

Подача конденсата в верхнюю трубу 1 теплообменного элемента может осуществляться по следующей схеме (см. фиг. 2). Насосом 1 конденсат из нижней части конденсатора 2 подается в герметичный бак 3, из которого по трубе 4 указанный конденсат подается в верхние трубы с отверстиями теплообменных элементов конденсатора. Излишки конденсата из герметичного бака 3 по переливной трубе 5 поступают снова на всасывание насоса 1. При этом верх герметичного бака 3 соединен с верхом конденсатора 2 при помощи трубы 6. Высота размещения бака определяется тем, чтобы избыточное давление в верхней трубе (перед отверстиями) составляло порядка 0,01-0,04 бар (0,1-0,4 м вод. ст. ). Этого давления вполне достаточно, чтобы обеспечить оптимальную скорость ручья конденсата, сбегающего по впадине нижней трубы 2. The condensate supply to the upper pipe 1 of the heat exchange element can be carried out according to the following scheme (see Fig. 2). Pump 1 condensate from the bottom of the condenser 2 is fed into a sealed tank 3, from which through the pipe 4 the specified condensate is fed into the upper pipes with holes of the heat exchanger elements of the condenser. Excess condensate from the sealed tank 3 through the overflow pipe 5 is fed back to the suction of the pump 1. The top of the sealed tank 3 is connected to the top of the condenser 2 using the pipe 6. The height of the tank is determined so that the overpressure in the upper pipe (in front of the holes) is about 0.01-0.04 bar (0.1-0.4 m water. This pressure is enough to ensure the optimum speed of the stream of condensate, which runs down the trench of the lower pipe 2.

Использование изобретения позволяет интенсифицировать теплообмен и увеличить при этом коэффициент теплоотдачи с наружной стороны теплообменного элемента, а следовательно, уменьшить габариты и массу конденсатора. The use of the invention allows to intensify heat transfer and increase the heat transfer coefficient from the outside of the heat exchange element, and therefore, reduce the size and mass of the condenser.

Claims

HEAT EXCHANGE ELEMENT OF THE CONDENSER, containing horizontally placed one above the other pipes, the lower of which is made with fins, and the upper one is equipped with holes in the lower part, placed in increments equal to the pitch of the depressions formed by the ribs of the lower pipe, characterized in that, in order to increase work efficiency by increasing the heat transfer coefficient, the upper pipe is installed with its lower generatrix adjacent to the upper generatrix of the lower pipe, which is made with a cross section in the form of an ellipse with a vertical more axis, wherein the height of the ribs in the upper portion of the lower tube is smaller than the height of the ribs in the bottom thereof.