RU2150047C1

RU2150047C1 - Hot-water boiler

Info

Publication number: RU2150047C1
Application number: RU98118983A
Authority: RU
Inventors: С.А. Трусов; Т.А. Лопаткина; А.Б. Малышев
Original assignee: Трусов Сергей Александрович; Лопаткина Татьяна Алексеевна; Трусов Станислав Александрович; Малышев Андрей Брониславович
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-05-27

Abstract

FIELD: heating systems and hot water supply systems. SUBSTANCE: boiler includes furnace and convective parts formed by walls assembled from tubes interconnected by means of bypass branch pipes fitted tangentially relative to axis of water-wall tubes; these branch pipes have section of slotted form. Ration of sizes of section to diameter of water-wall tubes is: 0.25-0.35-height; 1.3-2.4 - width. EFFECT: reduced hydraulic resistance; increased heat transfer coefficient. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах, работающих в системах отопления и горячего водоснабжения. The invention relates to a power system and can be used in boilers operating in heating systems and hot water supply.

Известен водогрейный котел, описанный в патенте РФ 1760997 по кл. F 24 H 1/34, имеющий боковые и потолочные экранные трубы, сообщающиеся с подводящим и отводящим коллекторами опускными и подъемными трубами, чередующимися между собой, где каждые две смежные подъемная и опускная трубы подключены посредством тангенциальных патрубков к соответствующей трубе близлежащей панели. Указанный котел имеет сложную конструкцию, трудоемкую в изготовлении и ненадежную в работе в связи с малым диаметром и плохим охлаждением тангенциальных патрубков, чем вызвано их быстрое прогарание, кроме того, в данной конструкции водный поток закручивается только в экранных трубах, а в конвективных, подъемных и опускных он остается прямолинейным, что уменьшает эффективность конвективной части и снижает КПД котла. Known hot water boiler described in the patent of the Russian Federation 1760997 by class. F 24 H 1/34, having side and ceiling screen tubes communicating with the inlet and outlet manifolds with lowering and lifting pipes alternating with each other, where every two adjacent lifting and lowering pipes are connected by tangential pipes to the corresponding pipe of a nearby panel. The specified boiler has a complex structure, laborious to manufacture and unreliable in operation due to the small diameter and poor cooling of the tangential nozzles, which causes them to quickly burn out, in addition, in this design the water flow is twisted only in screen tubes, and in convective, lifting and lowering it remains straightforward, which reduces the efficiency of the convective part and reduces the efficiency of the boiler.

Также известен водогрейный котел, описанный в АС 1652768 по классу F 24 H 1/14, состоящий из верхнего, заднего и бокового обрамляющих экранов и из труб с плавниками, при этом в каждой трубе верхнего экрана поперечно по всей длине установлены дымогарные трубы, благодаря которым увеличивается поверхность теплообмена и коэффициент теплоотдачи в верхнем экране, но усложняется конструкция, увеличивается трудоемкость изготовления, усиливается образование накипи в верхнем экране, причем ее удаление становится более затрудненным. Also known is a hot water boiler described in AC 1652768 according to class F 24 H 1/14, consisting of a top, rear and side framing screens and pipes with fins, while in each pipe of the upper screen transverse smoke tubes are installed across the entire length, due to which the heat transfer surface and the heat transfer coefficient in the upper screen increase, but the design becomes more complicated, the manufacturing complexity increases, scale formation in the upper screen increases, and its removal becomes more difficult.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является водогрейный котел, описанный в патенте РФ 2059937, кл. F 24 H 1/00, содержащий топочную камеру, экранированную трубами, конвективный пучок и экономайзер, при этом экранные трубы соединены между собой перепускными трубами, расположенными тангенциально к осям экранных труб. Closest to the proposed invention is a hot water boiler, described in RF patent 2059937, class. F 24 H 1/00, containing a combustion chamber shielded by pipes, a convective beam and an economizer, while the screen pipes are interconnected by bypass pipes located tangentially to the axes of the screen pipes.

Испытания выявили следующие недостатки конструкции:
высокое гидравлическое сопротивление котла, вызванное тем, что для обеспечения необходимого закручивания водного потока необходимо, чтобы диаметр перепускных труб не превышал 1/3 диаметра экранных труб;
большую трудоемкость при изготовлении котла, так как необходимо устанавливать большое количество перепускных труб по длине трубы,
вращающийся поток в пристенном слое экранных труб неоднороден и представляет собой узкую быстро движущуюся струю и медленно вращающуюся массу вне этой струи.Tests revealed the following design flaws:
high hydraulic resistance of the boiler, due to the fact that to ensure the necessary twisting of the water flow, it is necessary that the diameter of the bypass pipes does not exceed 1/3 of the diameter of the screen pipes;
the great complexity in the manufacture of the boiler, since it is necessary to install a large number of bypass pipes along the length of the pipe,
the rotating stream in the near-wall layer of the screen tubes is heterogeneous and is a narrow, fast-moving stream and a slowly rotating mass outside this stream.

Цель изобретения - увеличение теплоотдачи от стенки трубы к воде и уменьшение гидравлического сопротивления за счет перепускного патрубка, поперечное сечение которого представляет собой вытянутое отверстие, размеры которого определяются диаметром экранных труб d, высота сечения патрубка h= 0,25-0,35d, длина l= 1,3-2,4d, при этом коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде достигает 283-364 Вт/м²•K, а гидравлическое сопротивление уменьшается по сравнению с круглым патрубком на 70-90%, что определялось на специально изготовленном лабораторном стенде. При этом определялись гидравлические сопротивления различных вариантов перепускных патрубков и коэффициенты теплоотдачи от стенок патрубков к воде.The purpose of the invention is to increase heat transfer from the pipe wall to water and reduce hydraulic resistance due to the bypass pipe, the cross section of which is an elongated hole, the dimensions of which are determined by the diameter of the screen tubes d, the cross section of the pipe h = 0.25-0.35d, length l = 1.3-2.4d, while the heat transfer coefficient from the pipe wall to the water reaches 283-364 W / m ² • K, and the hydraulic resistance decreases by 70-90% compared to the round pipe, which was determined using a specially made laboratory stand. In this case, the hydraulic resistance of various variants of the bypass pipes and the heat transfer coefficients from the walls of the pipes to water were determined.

При выходе воды из патрубка струя воды закручивается в экранной трубе по винтовой линии, интенсивно омывая внутреннюю поверхность экранной трубы. Благодаря такому течению воды происходит увеличение коэффициента теплоотдачи, что обуславливает увеличение теплопроизводительности. Предлагаемые перепускные патрубки оказывают меньшее гидравлическое сопротивление. Количество перепускных патрубков может быть уменьшено благодаря тому, что водный поток в экранных трубах закручивается на большей длине трубы после выхода из патрубка, что позволяет снизить трудоемкость изготовления. When water leaves the nozzle, the water jet spins in the shield tube along a helical line, intensively washing the inner surface of the shield tube. Due to this flow of water, an increase in the heat transfer coefficient occurs, which leads to an increase in heat production. The proposed bypass pipes have less hydraulic resistance. The number of bypass pipes can be reduced due to the fact that the water flow in the screen tubes swirls over a longer pipe length after exiting the pipe, which reduces the complexity of manufacturing.

Активное взаимодействие вращающегося водного потока со стенками экранных труб предохраняет трубы от перегрева, увеличивает срок службы котла. Active interaction of the rotating water flow with the walls of the screen tubes protects the pipes from overheating, increases the life of the boiler.

Конструкция котла изображена на фиг. 1 и 2. The design of the boiler is shown in FIG. 1 and 2.

Водогрейный котел содержит топочную 1 и конвективную 2 части, которые образованы экранами 3 и 4, состоящими из труб 6, соединенных между собой патрубками щелевидной формы 5, расположенными тангенциально к оси труб. Форма трубы 6 и патрубка 5 показана на фиг. 2. The hot water boiler contains a furnace 1 and convective 2 parts, which are formed by screens 3 and 4, consisting of pipes 6, interconnected by sipes 5, located tangentially to the axis of the pipes. The shape of the pipe 6 and pipe 5 is shown in FIG. 2.

Устройство работает следующим образом: вода, поступающая в котел, двигается по экранам конвективной 6 и топочной 1 частей, перетекая из каждой экранной трубы 3 или 4 в последующую через тангенциально расположенные патрубки 5, приобретает вектор скорости, направленный по касательной к стенке трубы, помимо осевой составляющей скорости. Благодаря этому происходит размывание пристенного слоя воды, интенсифицируется тепловой поток через стенку трубы и резко уменьшается накипеобразование, так как воздушные пузырьки и выпадающие отложения солей вытесняются водой в середину потока за счет центробежных сил и уносятся из котла. The device operates as follows: the water entering the boiler moves along the screens of convective 6 and furnace 1 parts, flowing from each screen pipe 3 or 4 into the next one through tangentially located nozzles 5, acquires a velocity vector directed tangentially to the pipe wall, in addition to axial component of speed. Due to this, the near-wall layer of water is eroded, the heat flux through the pipe wall is intensified, and scale formation is sharply reduced, since air bubbles and precipitated salt deposits are displaced by the water in the middle of the flow due to centrifugal forces and are carried away from the boiler.

Геометрические размеры перепускных патрубков определены экспериментальным путем. В зависимости от типа топочного устройства, габаритов котельной и условий эксплуатации возможно горизонтальное и комбинированное расположение конвективной части относительно топочной. Методы теплового и гидравлического расчета патентуемых котлов являются "ноу-хау". The geometric dimensions of the bypass pipes are determined experimentally. Depending on the type of furnace device, the dimensions of the boiler room and operating conditions, a horizontal and combined arrangement of the convective part relative to the furnace is possible. The methods of thermal and hydraulic calculation of patentable boilers are know-how.

Claims

A water boiler containing a furnace and convection parts formed by screens made of pipes connected by bypass pipes located tangentially to the axes of the screen pipes, characterized in that the bypass pipes have cross-sections of a slit-like shape, and the cross-sectional dimensions relate to the diameter of the screen pipes as : 0.25 - 0.35 - height, 1.3 - 2.4 - width.