RU2111433C1

RU2111433C1 - Heat exchange surface

Info

Publication number: RU2111433C1
Application number: RU95107914A
Authority: RU
Inventors: В.А. Медведев; В.А. Николаев; В.В. Захаров; В.А. Сизов; Г.Д. Бухман; И.А. Козловский; В.А. Щеголев
Original assignee: Саратовский государственный технический университет
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1998-05-20
Also published as: RU95107914A

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: heat exchange surface consists of alternating tubes which are longitudinal washed with heat-transfer agents and are provided with wire loop fins 2 and tubes 3 with longitudinal fins which may be made in form of four groove-like fins 4 bent inside groove; they are located crosswise on tube 3 and their vertices are directed into spaces between wire loop fins 2 of adjacent tubes 1; fins may be made in form of four bent fins connected with tubes 3 in center portion of bending line; their curvature radius is equal to radius of circle of outer generatrix of wire loop fins 2 whose vertices are directed into spaces between wire loop fins of adjacent tubes 1; fins may consists of combination of four groove-like fins bent into inner cavity of grooves with vertices directed into spaces between wire loop fins 2 of adjacent tubes 1 and four bent fins connected with tubes 3 in center portion of bending line; their curvature radius is equal to radius of circle of outer generatrix of wire loop fins 2 with vertices directed into spaces between wire loop fins of adjacent tubes. Longitudinal fins 4 may be smooth or may be provided with artificial roughness in form of perforations, recesses, projections or knurling. EFFECT: intensification of heat exchange process between heat-transfer agents, reduced masses and overall dimensions. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к теплообменным поверхностям из оребренных труб с продольным движением теплоносителей, и направлено на повышение интенсивности теплообмена между теплоносителями, снижение массогабаритных характеристик теплообмена. The invention relates to the field of heat engineering, in particular to heat transfer surfaces from finned tubes with longitudinal movement of heat carriers, and is aimed at increasing the intensity of heat transfer between heat carriers, reducing the overall dimensions of heat transfer.

Известна теплообменная поверхность, состоящая из труб с петельно-проволочным оребрением и поперечно омываемая снаружи теплоносителем [1]. Known heat exchange surface, consisting of pipes with a loop-wire finning and transversely washed externally with a coolant [1].

Недостатком такой поверхности является низкая интенсивность теплообмена в сравнении с условиями продольного омывания внешним теплоносителем труб с петельно-проволочным оребрением [2]. Также недостатком такой поверхности являются повышенные массогабаритные характеристики из-за наличия свободных промежутков-каналов между трубами с петельно-проволочным оребрением. The disadvantage of this surface is the low intensity of heat transfer in comparison with the conditions of longitudinal washing with external coolant of pipes with loop-wire fins [2]. Also a disadvantage of such a surface is the increased weight and size characteristics due to the presence of free spaces-channels between pipes with a loop-wire finning.

Известна теплообменная поверхность, состоящая из труб с петельно-проволочным оребрением, продольно омываемая снаружи теплоносителем [3] - (прототип). Known heat exchange surface, consisting of pipes with a loop-wire finning, longitudinally washed externally with a coolant [3] - (prototype).

Недостатком такой поверхности является низкая интенсивность теплообмена, так как теплоотдача на наружной поверхности труб с петельно-проволочным оребрением в данном случае ниже [3], чем теплоотдача этих же труб, заключенных в кожух [2]. К недостаткам относятся также повышение массогабаритные характеристики из-за наличия промежутков-каналов между трубами с петельно-проволочным оребрением. The disadvantage of this surface is the low heat transfer rate, since the heat transfer on the outer surface of pipes with a loop-wire finning in this case is lower [3] than the heat transfer of the same pipes enclosed in a casing [2]. The disadvantages also include the increase in overall dimensions due to the presence of gaps between the pipes with a loop-wire finning.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении интенсивности теплообмена между теплоносителями и снижении массогабаритных характеристик теплообменной поверхности. The problem to which the invention is directed, is to increase the intensity of heat transfer between the coolants and reduce the overall dimensions of the heat transfer surface.

Поставленная задача достигается тем, что в теплообменной поверхности, состоящей из продольно омываемых труб с петельно-проволочным оребрением:
-в промежутках-каналах между окружностями наружных образующих петельно-проволочного оребрения установлены трубы, имеющие продольное оребрение;
- продольное оребрение может быть выполнено из четырех ребер желобкового вида, изогнутых во внутреннюю полость желобков, расположенных на трубе крестообразно и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб;
- продольное оребрение может быть выполнено из четырех изогнутых ребер, соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб;
- продольное оребрение может быть выполнено комбинированным из четырех ребер желобкового вида, изогнутых во внутреннюю полость желобков, расположенных на трубе крестообразно, направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб и четырех изогнутых ребер, соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб,
- поверхность продольного оребрения может быть выполнена гладкой,
- поверхность продольного оребрения может иметь искусственную шероховатость в виде перфорации, впадин, выступов или накатки.The problem is achieved in that in the heat exchange surface, consisting of longitudinally washed pipes with loop-wire fins:
-in the intervals-channels between the circles of the outer generators of the loop-wire finning, pipes having longitudinal finning are installed;
- the longitudinal ribbing can be made of four ribs of the grooved appearance, curved into the inner cavity of the grooves located on the pipe crosswise and directed by the vertices between the loop-wire ribbing of adjacent pipes;
- the longitudinal ribbing can be made of four curved ribs connected to the pipes in the middle of the bend line, having a radius of curvature equal to the radius of the outer circumference of the loop-wire ribbing and directed by the vertices between the loop-wire ribbing of adjacent pipes;
- longitudinal ribbing can be performed by a combination of four grooved ribs, bent into the inner cavity of the grooves, located on the pipe crosswise, directed vertices between the loop-wire finning of adjacent pipes and four curved ribs connected to the pipes in the middle of the bend line, having the radius of curvature equal to the radius of the outer generatrix of the loop-wire finning and directed vertices between the loop-wire finning of adjacent pipes,
- the surface of the longitudinal fins can be made smooth,
- the surface of the longitudinal finning may have an artificial roughness in the form of perforations, depressions, protrusions or knurling.

Для других технических решений, известных из уровня техники, авторами обнаружено не было. Таким образом, наше техническое решение соответствует критерию "Новое". For other technical solutions known from the prior art, the authors have not been found. Thus, our technical solution meets the criterion of "New".

Известны теплообменная поверхность, содержащая трубы с петельно-проволочным оребрением и омываемая теплоносителем снаружи поперечно [1], одиночная труба с петельно-проволочным оребрением, заключенная в кожух, продольно омываемая теплоносителем [2], и теплообменная поверхность, состоящая из труб с петельно-проволочным оребрением, омываемая теплоносителем продольно [3]. Известно выполнение поверхности продольного оребрения гладким или же с целью увеличения интенсивности теплообмена шероховатым. Known heat exchange surface containing pipes with a loop-wire fins and washed crosswise externally [1], a single pipe with a loop-wire fins enclosed in a casing, longitudinally washed with coolant [2], and a heat exchange surface consisting of pipes with a loop-wire fins, washed longitudinally by the coolant [3]. It is known that the surface of the longitudinal finning is smooth or, in order to increase the heat exchange intensity, is rough.

Однако использование совокупности отличительных признаков для повышения интенсивности теплообмена между теплоносителями, снижения массогабаритных характеристик теплообменной поверхности авторами обнаружено не было. Таким образом, можно сделать вывод, что предлагаемое изобретение имеет "изобретательский уровень". However, the use of a combination of distinctive features to increase the intensity of heat transfer between heat carriers, to reduce the weight and size characteristics of the heat transfer surface by the authors was not found. Thus, we can conclude that the present invention has an "inventive step".

Предлагаемое изобретение "Промышленно применимо", так как может быть использовано в промышленности, в частности в теплотехнике, в подогревателях газа на тепловых электростанциях [4] в технологической схеме газотурбинных установок - в качестве воздухоохладителя, устанавливаемого после компрессора высокого давления [5]. The present invention is “industrially applicable”, as it can be used in industry, in particular in heat engineering, in gas heaters at thermal power plants [4] in the technological scheme of gas turbine plants - as an air cooler installed after a high pressure compressor [5].

На фиг. 1, 2, 3 показано 1 - теплообменные трубы с петельно-проволочным оребрением, 2 - петельно-проволочное оребрение, 3 - трубы с продольным оребрением, 4 - продольные ребра желобкового вида, изогнутые во внутренние полости желобков, расположенные на трубе крестообразно, 5 - каналы среди петельно-проволочного оребрения, 6 - каналы между продольными ребрами, 7 - продольные изогнутые ребра. In FIG. 1, 2, 3 shows 1 - heat transfer pipes with a loop-wire finning, 2 - loop-wire finning, 3 - pipes with a longitudinal finning, 4 - longitudinal ribs of a grooved type, bent into the internal cavities of the grooves, located crosswise on the pipe, 5 - channels among the loop-wire fins, 6 - channels between the longitudinal ribs, 7 - longitudinal curved ribs.

Таким образом, между трубами 1 с петельно-проволочным оребрением 2 установлены теплообменные трубы 3 с продольными ребрами 4 и 7. Петельно-проволочное оребрение 2 содержит каналы 5, между продольными ребрами 4 и 7 имеются каналы 6 для движения внешнего теплоносителя. Внутренний теплоноситель проходит через внутренние полости труб 1 и 3. Продольное оребрение может быть выполнено из четырех ребер желобкового вида 4 (фиг. 1), изогнутых во внутреннюю полость желобков, из четырех изогнутых ребер 7 (фиг. 2), соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения, из комбинации (фиг. 3) четырех ребер желобкового вида 4, изогнутых во внутреннюю полость желобковых и четырех изогнутых ребер 7, соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения 2. У изогнутых ребер 7 радиус кривизны подобран таким образом, что они образуют плотный цилиндрический кожух вокруг петельно-проволочного оребрения 2 каждой трубы 1. Плотный цилиндрический кожух обеспечивает прохождение внешнего теплоносителя через каналы 5 среди петельно-проволочного оребрения 2 таким образом, что создаются условия, аналогичные изложенным в [2]. Thus, between the pipes 1 with a loop-wire fin 2, heat-exchange tubes 3 with longitudinal ribs 4 and 7 are installed. The loop-wire fin 2 contains channels 5, between the longitudinal ribs 4 and 7 there are channels 6 for the movement of an external coolant. The internal coolant passes through the internal cavities of the pipes 1 and 3. The longitudinal ribbing can be made of four ribs of the groove type 4 (Fig. 1), bent into the internal cavity of the grooves, of four curved ribs 7 (Fig. 2) connected to the pipes in the middle parts of the bend line having a radius of curvature equal to the circumference of the outer generatrix of the loop-wire finning, from a combination (Fig. 3) of four grooved ribs 4 curved into the inner cavity of the grooved and four curved ribs 7 connected to the pipes in the middle parts of the bend line having a radius of curvature equal to the radius of the outer generatrix of the loop-wire fins 2. For curved ribs 7, the radius of curvature is selected so that they form a dense cylindrical casing around the loop-wire fins 2 of each pipe 1. A dense cylindrical casing provides the passage of the external coolant through the channels 5 among the loop-wire fins 2 in such a way that conditions similar to those described in [2] are created.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Теплообменные трубы 1 с петельно-проволочным оребрением 2 создают теплообменную поверхность, содержащую каналы 5 среди петельно-проволочного оребрения 2 и промежутки-каналы между наружной образующей петельно-проволочного оребрения. В этих промежутках-каналах установлены теплообменные трубы 3 с продольными ребрами 4 и 7, содержащие каналы 6 между продольными ребрами 4 и 7. Через внутренние полости труб 1 и 3 проходит внутренний теплоноситель. Через каналы 5 и 6 продольно движется внешний теплоноситель, смывая теплообменные трубы 1 с петельно-проволочным оребрением 2 и продольными ребрами 4 и 7. За счет того, что интенсивность теплообмена между внешним теплоносителем и трубами 1 с петельно-проволочным оребрением 2, заключенным в кожухи, состоящем из изогнутых ребер 7, увеличивается, согласно экспериментальным данным [2] в 1,2 раза (фиг. 2, 3), а также интенсивность теплообмена увеличивается за счет перераспределения расходов внешнего теплоносителя между каналами 6 и 5 в пользу последних (фиг. 1), снижаются массогабаритные характеристики теплообменной поверхности. Снижение массогабаритных характеристик теплообменной поверхности происходит и из-за того, что заполняются промежутки-каналы между петельно-проволочными оребрением 2 труб 1 теплообменными трубами 3 с продольным оребрением 4 и 7. Heat exchange tubes 1 with a loop-wire fin 2 create a heat exchange surface containing channels 5 among the loop-wire fin 2 and gaps between the outer generatrix of the loop-wire fin. In these spaces-channels heat exchange tubes 3 are installed with longitudinal ribs 4 and 7, containing channels 6 between the longitudinal ribs 4 and 7. An internal coolant passes through the internal cavities of the pipes 1 and 3. Through the channels 5 and 6, the external coolant moves longitudinally, washing off the heat exchange tubes 1 with a loop-wire fin 2 and longitudinal ribs 4 and 7. Due to the fact that the heat exchange between the external coolant and pipes 1 with a loop-wire fin 2, enclosed in casings , consisting of curved ribs 7, increases, according to experimental data [2], 1.2 times (Figs. 2, 3), and the heat transfer rate increases due to the redistribution of external heat carrier flow between channels 6 and 5 in favor of the latter ( u. 1), reduced weight and size characteristics of the heat exchange surface. A decrease in the overall dimensions of the heat-exchange surface also occurs due to the fact that the gaps between the loop-wire fins of the 2 pipes 1 by the heat exchange pipes 3 with the longitudinal fins 4 and 7 are filled.

Продольное оребрение 4 и 7 теплообменных труб 3 может быть выполнено гладким или иметь искусственную шероховатость для увеличения интенсивности теплообмена. Искусственная шероховатость может быть выполнена в виде перфорации, впадин, выступов или накатки. The longitudinal fins 4 and 7 of the heat exchange tubes 3 can be made smooth or have an artificial roughness to increase the heat transfer intensity. Artificial roughness can be made in the form of perforations, depressions, protrusions or knurling.

Claims

1. Heat exchange surface, including longitudinally washed pipes with a loop-wire finning, characterized in that in the spaces-channels between the circumferences of the outer parts of the loop-wire finning are installed pipes having a longitudinal finning.

2. The surface according to claim 1, characterized in that the longitudinal ribbing is made of four ribs of the grooved type, curved into the inner cavity of the grooves, located on the pipe crosswise and directed vertices between the loop-wire finning of adjacent pipes.

3. The surface according to claim 1, characterized in that the longitudinal finning is made of four curved ribs connected to the pipes in the middle of the bend line, having a radius of curvature equal to the radius of the outer circumference of the loop-wire finning, and directed vertices between the loops -finning of adjacent pipes.

4. The surface according to claim 1, characterized in that the longitudinal ribbing is combined with four ribs of the grooved type, curved into the inner cavity of the grooves located crosswise on the pipe, directed vertices between the loop-wire finning of adjacent pipes and four curved ribs connected with pipes in the middle of the bend line, having a radius of curvature equal to the radius of the circumference of the outer generatrix of the loop-wire fins, and directed vertices between the loop-wire the fins of adjacent pipes.

5. The surface according to claim 1, characterized in that the surface of the longitudinal finning is smooth.

6. The surface according to claim 1, characterized in that the surface of the longitudinal finning has an artificial roughness in the form of perforations, depressions, protrusions or knurling.