RU214087U1

RU214087U1 - Shell and tube heat exchanger

Info

Publication number: RU214087U1
Application number: RU2022117775U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Антон Анатольевич Шурак; Николай Анатольевич Меренцов; Петр Сергеевич Васильев; Леонид Саввич Рева; Сергей Леонидович Рева
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2022-10-11

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к теплообменному оборудованию, которое может найти применение в энергетической, атомной, химической, нефтехимической, металлургической, биохимической, фармакологической, машиностроительной, строительной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и коммунальных сточных вод, а также очистке и утилизации тепловой энергии вентиляционных выбросов и дымовых газов. Техническим результатом предлагаемой конструкции кожухотрубного теплообменника является увеличение интенсификации процесса теплоотдачи на внешней поверхности труб. Поставленный технический результат достигается в кожухотрубном теплообменнике, состоящем из кожуха, верхней и нижней трубных решеток, в которых герметично закреплены трубки трубного пучка, верхней и нижней крышек, патрубков для подвода и отвода первого и второго теплоносителей, причем патрубок подачи второго теплоносителя оснащён пульсатором, каждая трубка трубного пучка оснащена цилиндрической пружиной, снабжённой грузом в виде кольца и жестко закреплённой на верхней трубной решетке. The proposed technical solution relates to heat exchange equipment that can be used in energy, nuclear, chemical, petrochemical, metallurgical, biochemical, pharmacological, engineering, construction and other industries, as well as in environmental processes for the treatment of industrial and municipal wastewater, as well as and utilization of thermal energy from ventilation emissions and flue gases. The technical result of the proposed design of the shell-and-tube heat exchanger is to increase the intensification of the heat transfer process on the outer surface of the pipes. The stated technical result is achieved in a shell-and-tube heat exchanger consisting of a shell, upper and lower tube sheets, in which the tubes of the tube bundle are hermetically fixed, the upper and lower covers, branch pipes for supplying and discharging the first and second heat carriers, and the second heat carrier supply pipe is equipped with a pulsator, each The tube bundle tube is equipped with a cylindrical spring, provided with a ring-shaped load and rigidly fixed on the upper tube sheet.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к теплообменному оборудованию, которое может найти применение в энергетической, атомной, химической, нефтехимической, металлургической, биохимической, фармакологической, машиностроительной, строительной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и коммунальных сточных вод, а также очистке и утилизации тепловой энергии вентиляционных выбросов и дымовых газов.The proposed technical solution relates to heat exchange equipment that can be used in energy, nuclear, chemical, petrochemical, metallurgical, biochemical, pharmacological, engineering, construction and other industries, as well as in environmental processes for the treatment of industrial and municipal wastewater, as well as and utilization of thermal energy from ventilation emissions and flue gases.

Известна конструкция промышленного кожухотрубного теплообменника, состоящего из корпуса (кожуха) и приваренных к нему трубных решеток, в которых закреплен пучок труб, к трубным решеткам крепятся на болтах крышки, а стык между крышками и трубными решетками уплотняется с помощью прокладок. На крышках установлены патрубки для входа и выхода одного теплоносителя, движущегося в трубах трубного пучка, а на корпусе (кожухе) установлены патрубки для входа и выхода второго теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве [Машины и аппараты химических производств: Учебное пособие для вузов/ под общей редакцией А.С. Тимонина. - Калуга: Издательство Н.Ф. Бочкарёвой, 2008, 872 с.: стр. 473, 474].A well-known design of an industrial shell-and-tube heat exchanger, consisting of a housing (casing) and tube sheets welded to it, in which a tube bundle is fixed, covers are bolted to the tube sheets, and the joint between the covers and tube sheets is sealed with gaskets. On the covers there are nozzles for the inlet and outlet of one coolant moving in the pipes of the tube bundle, and on the body (casing) there are nozzles for the inlet and outlet of the second coolant moving in the annular space [Machines and apparatus for chemical production: Textbook for universities / under the general edited by A.S. Timonin. - Kaluga: Publishing house N.F. Bochkareva, 2008, 872 pp.: pp. 473, 474].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится постепенное нарастание термических отклонений на внутренней и наружной боковой теплопередающей поверхности труб в виде сажи, накипи, солевого камня и продуктов деструкции. Это требует периодической остановки работы и очистки наружной и внутренней поверхности труб и трубного пучка от вышеназванных отклонений. Если внутреннюю поверхность трубок чистить сравнительно просто, то очистка наружной поверхности трубок - сложная технологическая и длительная операция. Всё сказанное увеличивает время ремонта и простоя, а значит снижает основное время работы и производительность. Кроме того, сами отложения на стенках труб в период работы снижают интенсивность теплопередачи, что также способствует снижению производительности. The reasons hindering the achievement of the desired technical result include a gradual increase in thermal deviations on the inner and outer side heat transfer surface of the pipes in the form of soot, scale, salt stone and degradation products. This requires periodic shutdown of work and cleaning of the outer and inner surfaces of the pipes and the tube bundle from the above deviations. If the inner surface of the tubes is relatively easy to clean, then the cleaning of the outer surface of the tubes is a complex technological and time-consuming operation. All of the above increases the time of repair and downtime, and therefore reduces the main time and productivity. In addition, the deposits themselves on the walls of the pipes during operation reduce the intensity of heat transfer, which also contributes to a decrease in productivity.

Известна конструкция пленочного кожухотрубного теплообменника, включающего вертикальный корпус с патрубком входа и выхода одного теплоносителя и теплообменника трубки, закрепленными в верхней и нижней трубных решетках, верхнюю и нижнюю камеру с патрубками ввода и вывода другого теплоносителя, а также патрубки ввода и вывода жидкости, образующей плёнку на внутренней поверхности трубок, при этом внутри каждой трубки закреплена цилиндрическая пружина с грузом. A well-known design is a film shell-and-tube heat exchanger, which includes a vertical housing with an inlet and outlet pipe of one coolant and a tube heat exchanger fixed in the upper and lower tube sheets, an upper and lower chamber with inlet and outlet pipes of another coolant, as well as inlet and outlet pipes of the liquid forming the film on the inner surface of the tubes, while a cylindrical spring with a load is fixed inside each tube.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится накопление термических отложений (сажи, накипи, солевого камня, продуктов деструкции) на внешней поверхности труб, приводящее к уменьшению теплопереноса и как следствие снижению производительности. Кроме того, накопление вышеназванных отложений на внешней поверхности трубок требует периодической остановки работы теплообменника, длительной и сложной операции по удаления этих отложений, что уменьшает основное время работы и также снижает производительность.The reasons hindering the achievement of the desired technical result include the accumulation of thermal deposits (soot, scale, salt stone, degradation products) on the outer surface of the pipes, leading to a decrease in heat transfer and, as a result, a decrease in productivity. In addition, the accumulation of the above deposits on the outer surface of the tubes requires periodic shutdown of the heat exchanger, a long and difficult operation to remove these deposits, which reduces the main operating time and also reduces productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип, является кожухотрубный теплообменник [Патент РФ № 209163, МПК: F28D 7/16, F28F 9/013, опубл. 03.02.2022 г.], состоящий из кожуха, трубных решеток, в которых герметично закреплены трубки трубного пучка, крышки, днища и патрубков для подвода и отвода теплоносителей, в котором верхняя трубная решетка выполнена с заданным наружным диаметром, а верхняя трубная решетка посредством шпилек соединена с герметично закрепленным в разъемных соединениях, скрепляющих верхнюю крышку с кожухом, кольцом, наружный диаметр которого равен наружному диаметру нижней трубной решетки.The closest technical solution in terms of the set of features to the claimed object and taken as a prototype is a shell-and-tube heat exchanger [RF Patent No. 209163, IPC: F28D 7/16, F28F 9/013, publ. 02/03/2022], consisting of a casing, tube sheets in which the tubes of the tube bundle are hermetically fixed, covers, bottoms and branch pipes for supplying and removing heat carriers, in which the upper tube sheet is made with a given outer diameter, and the upper tube sheet is made by means of studs connected to a hermetically fixed in detachable joints fastening the top cover with the casing, the ring, the outer diameter of which is equal to the outer diameter of the lower tube sheet.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся снижение производительности во времени из-за уменьшения скорости теплопередачи при накоплении термических отложений: (накипи, солевого камня, продуктов термической деструкции) на стенках труб. Это увеличивает время подготовки кожухотрубного теплообменника к работе, уменьшает основное время работы и производительность в целом.The reasons hindering the achievement of the desired technical result include a decrease in productivity over time due to a decrease in the heat transfer rate during the accumulation of thermal deposits: (scale, salt stone, thermal destruction products) on the pipe walls. This increases the preparation time of the shell-and-tube heat exchanger for operation, reduces the main operating time and productivity in general.

Техническим результатом предлагаемой конструкции кожухотрубного теплообменника является увеличение интенсификации процесса теплоотдачи на внешней поверхности труб. The technical result of the proposed design of the shell-and-tube heat exchanger is to increase the intensification of the heat transfer process on the outer surface of the pipes.

Поставленный технический результат достигается в кожухотрубном теплообменнике, состоящем из кожуха, верхней и нижней трубных решеток, в которых герметично закреплены трубки трубного пучка, верхней и нижней крышек, патрубков для подвода и отвода первого и второго теплоносителей, причем патрубок подачи второго теплоносителя оснащён пульсатором, каждая трубка трубного пучка оснащена цилиндрической пружиной, снабжённой грузом в виде кольца и жестко закреплённой на верхней трубной решетке, соотношение диаметров витков цилиндрической пружины и кольца определяется выражениемThe stated technical result is achieved in a shell-and-tube heat exchanger consisting of a shell, upper and lower tube sheets, in which the tubes of the tube bundle are hermetically fixed, the upper and lower covers, branch pipes for supplying and discharging the first and second heat carriers, and the second heat carrier supply pipe is equipped with a pulsator, each the tube bundle is equipped with a cylindrical spring, equipped with a load in the form of a ring and rigidly fixed on the upper tube sheet, the ratio of the diameters of the coils of the coil spring and the ring is determined by the expression

d_n/d_H=1,03

1,08, (1) _dn / _dH =1.03

1.08, (1)

где d_n - внутренний диаметр витков пружины и кольца, м,where d _n is the inner diameter of the coils of the spring and the ring, m,

d_H - наружный диаметр трубки, м,d _H - outer diameter of the tube, m,

а масса кольца определяется выражениемand the mass of the ring is given by

m=a/(2πν)², (2)m=a/(2πν) ² , (2)

где m - масса кольца, кг,where m is the mass of the ring, kg,

а - упругость витков пружины, Н/м,a is the elasticity of the coils of the spring, N/m,

π - число Пи,π - Pi number,

ν - частота колебаний пульсатора, Гц.ν - oscillation frequency of the pulsator, Hz.

Присоединение пульсатора к патрубку входа теплоносителя в кожух кожухотрубного теплообменника, заставляет вибрировать входящий поток теплоносителя в межтрубном пространстве, а данная вибрация увеличивает теплоотдачу и способствует интенсификации процесса на внешней поверхности труб.Attaching the pulsator to the coolant inlet pipe into the casing of the shell-and-tube heat exchanger makes the incoming coolant flow in the annular space vibrate, and this vibration increases heat transfer and contributes to the intensification of the process on the outer surface of the pipes.

Оснащение каждой трубки цилиндрической пружиной с внутренним диаметром витков, подчиняющимся выражению (1) позволяет совершать осевые колебания витков вблизи наружной стенки трубки в тепловом пограничном слое без дополнительного механического воздействия на эти стенки. Уменьшение отношения ниже заявленного предела, равного 1,03, может привести к механическому трению витков пружины о наружную стенку трубки, их адгезионному износу или прекращению вибрации. Увеличение отношения выше заявленного предела, равного 1,08, значительно отодвигает витки из теплового пограничного слоя, снижает воздействия колебаний на интенсивность теплоотдачи.Equipping each tube with a cylindrical spring with an inner diameter of the coils obeying expression (1) makes it possible to perform axial oscillations of the coils near the outer wall of the tube in the thermal boundary layer without additional mechanical action on these walls. Reducing the ratio below the stated limit, equal to 1.03, can lead to mechanical friction of the coils of the spring against the outer wall of the tube, their adhesive wear or the cessation of vibration. Increasing the ratio above the stated limit, equal to 1.08, significantly pushes the coils out of the thermal boundary layer, reduces the impact of fluctuations on the intensity of heat transfer.

Жесткая фиксация цилиндрической пружины к верхней трубной решетке и снабжение ее кольцом снизу, образует физический маятник с собственной частотой колебаний Rigid fixation of a cylindrical spring to the upper tube sheet and supplying it with a ring from below forms a physical pendulum with a natural oscillation frequency

, (3)

где m - масса кольца, кг,where m is the mass of the ring, kg,

а - упругость витков пружины, Н/м, a is the elasticity of the coils of the spring, N/m,

π - число Пи,π - Pi number,

ν_с - частота колебаний цилиндрической пружины, Гц.ν _s - oscillation frequency of the cylindrical spring, Hz.

Так как масса кольца определяется выражением (2) то собственная частота колебаний совпадает с частотой колебаний пульсатора, что приводит к резонансным колебаниям цилиндрических пружин с кольцами с большой амплитудой, значительно превышающей амплитуду колебаний создаваемой пульсатором в теплоносителе, при его движении в межтрубном пространстве кожуха. Эти резонансные колебания витков пружин с большой амплитудой разрушают тепловой пограничный слой вблизи наружных теплопередающих поверхностей трубок, таким образом, интенсифицируя процесс теплоотдачи, что приводит к росту производительности аппарата в целом.Since the mass of the ring is determined by expression (2), the natural oscillation frequency coincides with the oscillation frequency of the pulsator, which leads to resonant oscillations of cylindrical springs with rings with a large amplitude, significantly exceeding the amplitude of oscillations created by the pulsator in the coolant, when it moves in the annular space of the casing. These resonant oscillations of the coils of springs with a large amplitude destroy the thermal boundary layer near the outer heat transfer surfaces of the tubes, thus intensifying the heat transfer process, which leads to an increase in the performance of the apparatus as a whole.

На фиг. 1 - изображена схема предлагаемой конструкции кожухотрубного теплообменника.In FIG. 1 - shows a diagram of the proposed design of a shell-and-tube heat exchanger.

На фиг. 2 - показана трубка с цилиндрической пружиной и кольцом.In FIG. 2 shows a tube with a coil spring and a ring.

Кожухотрубный теплообменник состоит из кожуха 1 с патрубками подачи второго теплоносителя 2 и выхода второго теплоносителя 3, движущегося в межтрубном пространстве. Внутри кожуха 1 установлены трубки 4 трубного пучка, закрепленных герметично в трубные решётки 5 сверху и снизу. Верхняя крышка 6 и нижняя крышка 7 соединены посредством разъёмного соединения с трубными решетками 5, сверху и снизу соответственно. На верхней крышке 6 выполнен патрубок подачи 8 теплоносителя, а на нижней крышке 7 выполнен патрубок отвода 9 теплоносителя.The shell-and-tube heat exchanger consists of a shell 1 with nozzles for supplying the second coolant 2 and the outlet of the second coolant 3 moving in the annulus. Tubes 4 of the tube bundle are installed inside the casing 1, fixed hermetically into the tube sheets 5 from above and below. The top cover 6 and the bottom cover 7 are connected by means of a detachable connection to the tube sheets 5, from above and below, respectively. On the top cover 6 there is a coolant supply pipe 8, and on the bottom cover 7 there is a coolant outlet pipe 9.

Каждая трубка 4 трубного пучка оснащена цилиндрической пружиной 10, жестко закреплённой на верхней трубной решетке 5 и снабжённой грузом в виде кольца 11 снизу. Соотношение диаметров витков цилиндрической пружины 10 и кольца 11 определяется выражением (1), а масса кольца 11, определяется выражением (2).Each tube 4 of the tube bundle is equipped with a cylindrical spring 10, rigidly fixed on the upper tube sheet 5 and equipped with a load in the form of a ring 11 from below. The ratio of the diameters of the coils of the coil spring 10 and the ring 11 is determined by the expression (1), and the mass of the ring 11 is determined by the expression (2).

Патрубок подачи второго теплоносителя 2 оснащен пульсатором 12, а для установки на фундамент кожухотрубный теплообменник снабжен лапами 13.The branch pipe for supplying the second coolant 2 is equipped with a pulsator 12, and for installation on the foundation, the shell-and-tube heat exchanger is equipped with legs 13.

Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом.Shell and tube heat exchanger works as follows.

По патрубку подачи 8 внутрь верхней крышки 6, а из нее в трубки 4 трубного пучка подаётся первый теплоноситель, который, проходя нижнюю крышку 7, выходит через патрубок отвода 9 наружу. Второй теплоноситель одновременно, через патрубок подачи второго теплоносителя 2 подаётся внутрь межтрубного пространства кожуха 1 и, омывая наружную поверхность трубок 4, выходит наружу по патрубку выхода второго теплоносителя 3. Одновременно с подачей теплоносителей пульсатор 12 создаёт во входящем потоке второго теплоносителя колебания с частотой ν.Through the supply pipe 8 inside the upper cover 6, and from it into the tubes 4 of the tube bundle, the first heat carrier is supplied, which, passing the bottom cover 7, exits through the outlet pipe 9 to the outside. The second coolant simultaneously, through the pipe for supplying the second coolant 2, is fed into the annular space of the casing 1 and, washing the outer surface of the tubes 4, goes out through the outlet pipe of the second coolant 3. Simultaneously with the supply of coolants, the pulsator 12 creates oscillations with frequency ν in the incoming flow of the second coolant.

Так как каждая цилиндрическая пружина 10, имеющая упругость витков а и снабжена кольцом 11 с массой m, является физическим маятником, имеющим собственную частоту колебаний ν, равной частоте колебаний пульсатора 12, то создаются резонансные колебания с высокой амплитудой. Витки цилиндрической пружины 10 имеют диаметр, соответствующий выражению (1), то есть витки пружины колеблются в пограничном тепловом слое снаружи трубок 4. Под действием колебаний с частотой ν и резонансом амплитуды этот пограничный тепловой слой разрушается, интенсифицируя процесс теплоотдачи в тепловом пограничном слое с большой резонансной амплитудой, что предотвращает образование и накопление слоя термических отложений, сохраняя при том высокую скорость теплопереноса и способствуя работе кожухотрубного теплообменника с повышенной производительностью.Since each coil spring 10, having coil elasticity a and provided with a ring 11 with a mass m, is a physical pendulum having a natural oscillation frequency ν equal to the oscillation frequency of the pulsator 12, high-amplitude resonant oscillations are created. The coils of the cylindrical spring 10 have a diameter corresponding to expression (1), that is, the coils of the spring oscillate in the thermal boundary layer outside the tubes 4. Under the action of vibrations with frequency ν and amplitude resonance, this boundary thermal layer is destroyed, intensifying the heat transfer process in the thermal boundary layer with a large resonant amplitude, which prevents the formation and accumulation of a layer of thermal deposits, while maintaining a high heat transfer rate and contributing to the operation of the shell and tube heat exchanger with increased productivity.

Пример проектирования кожухотрубного теплообменника предлагаемой конструкции.An example of designing a shell-and-tube heat exchanger of the proposed design.

За основу берем вертикальный кожухотрубный теплообменник, описанный в примере 18 учебника на стр. 222 [Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 7-е перераб. и доп. - Химия: Ленинградское отделение, 1970, 624 с.].We take as a basis a vertical shell-and-tube heat exchanger, described in example 18 of the textbook on page 222 [Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks in the course of processes and apparatuses of chemical technology. Ed. 7th revision and additional - Chemistry: Leningrad branch, 1970, 624 p.].

Наружный диаметр труб 32 мм с толщиной 2,5 мм, высотой 1,25 м. Расстояние между трубками равно наружному диаметру, то есть также равно 32 мм. Из справочника конструктора машиностроителя [Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. Изд. 3-е, переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1967, 688 с.: стр. 546, 547] выбираем цилиндрическую пружину, чтобы её внутренний диаметр подчинялся выражению (1), то есть The outer diameter of the pipes is 32 mm with a thickness of 2.5 mm, a height of 1.25 m. The distance between the pipes is equal to the outer diameter, that is, also equal to 32 mm. From the handbook of the designer of the machine builder [Anuryev V.I. Handbook of the designer of the machine builder. Ed. 3rd, revised and expanded. - M .: Mashinostroenie, 1967, 688 pp.: pp. 546, 547] select a cylindrical spring so that its inner diameter obeys the expression (1), that is

.

При толщине проволоки, из которой изготавливается цилиндрическая пружина 0,5 мм наружный диаметр каждой цилиндрической пружиныWhen the thickness of the wire from which the coil spring is made is 0.5 mm, the outer diameter of each coil spring

мм.

mm.

Изготавливаем мягкую цилиндрическую пружину, чтобы уменьшить массу кольца. Например, упругость витков цилиндрической пружины а=400 Н/м, или переводя силу растяжения из Ньютонов в килограммы, а метры в миллиметры а=0,040 кг/мм, то есть каждый виток такой цилиндрической пружины будет растягиваться на 1 мм при нагрузке 0,040 кг.We make a soft coil spring to reduce the mass of the ring. For example, the elasticity of the coils of a coil spring is a = 400 N/m, or by converting the tensile force from Newtons to kilograms, and meters to millimeters a = 0.040 kg/mm, that is, each coil of such a coil spring will stretch by 1 mm under a load of 0.040 kg.

Тогда при частоте пульсаций ν=15 Гц масса кольца должна быть Then, at a pulsation frequency ν=15 Hz, the mass of the ring should be

кг.

kg.

Принимаем внутренний диаметр кольца равный внутреннему диаметру цилиндрической пружины, чтобы кольцо при осевых колебаниях легко скользило вдоль наружного диаметра трубки, не задевая ее стенки We take the inner diameter of the ring equal to the inner diameter of the cylindrical spring, so that the ring slides easily along the outer diameter of the tube during axial vibrations without touching its walls

мм.

mm.

Наружный диаметр кольца выбираем D_H=D_в+20=55 мм, в этом случае (фиг 2) расстояние между краями ближайших смежных колец будет около 10 мм, то есть эти кольца, как и смежные цилиндрические пружины, при осевых колебаниях не будут задевать друг друга.We select the outer diameter of the ring D _H \u003d D _at +20 \u003d 55 mm, in this case (Fig. 2) the distance between the edges of the nearest adjacent rings will be about 10 mm, that is, these rings, like adjacent coil springs, will not touch during axial vibrations each other.

Определяем высоту Н каждого кольца, изготовленного из стали с плотностью ρ=8000 кг/м³ или ρ=8г/см³. Расчёт объёма кольца в см³ будет иметь видWe determine the height H of each ring made of steel with a density of ρ=8000 kg/m ³ or ρ=8g/cm ³ . The calculation of the volume of the ring in cm ³ will look like

, так как

.

, because

.

Тогда

смThen

cm

То есть высота кольца Н_к=4 мм.That is, the height of the ring H _to =4 mm.

В проектируемой цилиндрической пружине каждый виток под действием веса кольца в Р=45 г будет растянут в статическом состоянии на величину In the designed coil spring, each coil under the action of the weight of the ring in P = 45 g will be stretched in a static state by an amount

мм

mm

У цилиндрических пружин растяжения при наружном диаметре витка D=35 мм шаг витка t=7,5 мм.For cylindrical extension springs with an outer coil diameter D = 35 mm, the coil pitch is t = 7.5 mm.

Общая высота трубок будет определяться уравнением:The total height of the tubes will be determined by the equation:

,

где Н₃

10 мм, чтобы кольцо при резонансных колебаниях не ударилось о нижнюю трубную решетку.where H ₃

10 mm so that the ring does not hit the lower tube sheet during resonant vibrations.

Тогда число витков цилиндрической пружины определяется как Then the number of coils of a cylindrical spring is defined as

.

Эти 128 витков без кольца с шагом t=7,5 мм будут занимать высоту в нерастянутом состоянии 960 мм. В вертикальном статическом положении, когда под действием веса кольца каждый виток растянется на 1,125 мм, высота, занимаемая всеми витками цилиндрической пружины, составитThese 128 turns without a ring with a pitch of t = 7.5 mm will occupy an unstretched height of 960 mm. In a vertical static position, when under the action of the weight of the ring each coil is stretched by 1.125 mm, the height occupied by all coils of the coil spring will be

L_ст=960+144=1104 мм.L _st \u003d 960 + 144 \u003d 1104 mm.

При резонансных вертикальных колебаниях каждый виток будет опускаться на величину амплитуды А=1 мм и общая наибольшая длина всех витков составит 1104+129=1232 мм, а с учетом подвешенного на нижний виток кольца высотой 4 мм With resonant vertical oscillations, each coil will fall by the amplitude value A=1 mm and the total maximum length of all coils will be 1104+129=1232 mm, and taking into account the ring 4 mm high suspended on the lower coil

L_max=1232+4=1236 мм.L _max \u003d 1232 + 4 \u003d 1236 mm.

То есть максимальная длина колеблющегося кольца на цилиндрической пружине при расстоянии в резонансном режиме составит

1236 мм при длине трубок 1250 мм, а при сжатии That is, the maximum length of an oscillating ring on a cylindrical spring at a distance in resonant mode will be

1236 mm with a tube length of 1250 mm, and when compressed

.

Следовательно, каждая цилиндрическая пружина с кольцом будет совершать резонансные колебания с амплитудой в 1 мм вдоль наружной поверхности трубок с частотой ν=15 Гц, равной частоте пульсатора, предотвращая образования термических отложений на наружной поверхности трубок, и интенсифицируется теплоотдачу за счет разрушения теплового пограничного слоя у этой поверхности, что приводит к росту производительности предлагаемой конструкции кожухотрубного теплообменника.Consequently, each cylindrical spring with a ring will perform resonant oscillations with an amplitude of 1 mm along the outer surface of the tubes with a frequency ν = 15 Hz equal to the frequency of the pulsator, preventing the formation of thermal deposits on the outer surface of the tubes, and heat transfer is intensified due to the destruction of the thermal boundary layer y this surface, which leads to an increase in the performance of the proposed design of the shell-and-tube heat exchanger.

Таким образом, использование кожухотрубного теплообменника, состоящего из кожуха, верхней и нижней трубных решеток, в которых герметично закреплены трубки трубного пучка, оснащенные цилиндрической пружиной с грузом, верхней и нижней крышек, патрубков для подвода и отвода первого и второго теплоносителей, пульсатора, позволяет увеличить интенсификацию процесса теплоотдачи на внешней поверхности труб. Thus, the use of a shell-and-tube heat exchanger, consisting of a shell, upper and lower tube sheets, in which the tubes of the tube bundle are hermetically fixed, equipped with a cylindrical spring with a load, upper and lower covers, nozzles for supplying and discharging the first and second heat carriers, a pulsator, makes it possible to increase intensification of the heat transfer process on the outer surface of the pipes.

Claims

Shell-and-tube heat exchanger, consisting of a shell, upper and lower tube sheets, in which the tubes of the tube bundle are hermetically fixed, upper and lower covers, branch pipes for supplying and removing the first and second heat carriers, characterized in that the second heat carrier supply pipe is equipped with a pulsator, each tube is beam is equipped with a cylindrical spring, equipped with a load in the form of a ring and rigidly fixed on the upper tube sheet, the ratio of the diameters of the coils of the cylindrical spring and the ring is determined by the expression

_dn / _dH =1.03

1.08,

where d _n is the inner diameter of the coils of the spring and the ring, m,

d _H - outer diameter of the tube, m,

and the mass of the ring is given by

m=a/(2πν) ² ,

where m is the mass of the ring, kg,

a is the elasticity of the coils of the spring, N/m,

π - Pi number,

ν - oscillation frequency of the pulsator, Hz.