RU2196281C2 - Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes - Google Patents

Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes Download PDF

Info

Publication number
RU2196281C2
RU2196281C2 RU2000110106/13A RU2000110106A RU2196281C2 RU 2196281 C2 RU2196281 C2 RU 2196281C2 RU 2000110106/13 A RU2000110106/13 A RU 2000110106/13A RU 2000110106 A RU2000110106 A RU 2000110106A RU 2196281 C2 RU2196281 C2 RU 2196281C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
condensate
pipe
bushings
vertical
film
Prior art date
Application number
RU2000110106/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000110106A (en
Inventor
ховецкий В.М. Шл
В.М. Шляховецкий
нко М.В. Дерев
М.В. Деревянко
Original Assignee
Кубанский государственный технологический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кубанский государственный технологический университет filed Critical Кубанский государственный технологический университет
Priority to RU2000110106/13A priority Critical patent/RU2196281C2/en
Publication of RU2000110106A publication Critical patent/RU2000110106A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2196281C2 publication Critical patent/RU2196281C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: refrigerating engineering. SUBSTANCE: condenser has shell with lids, top and bottom tube plates with vertical tubes secured in them. Each tube accommodates condensate tapping members. Each mentioned member is made in the form of central rod mounting at least seven bushings. At least three U-shaped condensate-tapping chutes with condensate-tapping holes at bushing surfaces are fixed at angle β to minimum four bushings. V-shaped condensate accumulating chutes are attached to upper edge of these chutes. Inclination angle α of sides along front edge relative to vertical axis of tube and uplift angle β of U-shaped chute are determined. At least three stay rods carrying supporting plates on their ends are secured to at least three remaining bushings. EFFECT: reduced power requirement for steam delivery to condenser due to tapping condensate from tube wall. 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к вертикально-трубным конденсаторам с конденсацией пара внутри труб, и может быть использовано также в химической, нефтегазовой, молочной, пивоваренной, бродильной, консервной и других отраслях промышленности, где осуществляют конденсацию паров рабочих тел. The invention relates to refrigeration, in particular to vertical-tube condensers with steam condensation inside the pipes, and can also be used in the chemical, oil and gas, dairy, brewing, fermentation, canning and other industries where the vaporization of the working fluid is carried out.

Известны вертикально-трубные конденсаторы (аналог) с конденсацией пара внутри труб (см. 1. Гальперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии, - М. : Химия, 1981, с.326), содержащие корпус, внутри которого расположены трубные решетки с закрепленными в них вертикальными трубами, патрубки подвода пара и отвода сконденсировавшейся жидкости, патрубки подвода и отвода охлаждающей среды. Known vertical-tube condensers (analogue) with condensation of steam inside the pipes (see 1. Halperin NI. The main processes and apparatuses of chemical technology, - M.: Chemistry, 1981, s.326) containing a housing, inside of which there are tube gratings with vertical pipes fixed in them, nozzles for supplying steam and for removing condensed liquid, nozzles for supplying and removing coolant.

К недостаткам известных конденсаторов следует отнести формирование на внутренней теплообменной поверхности вертикальной трубы пленки конденсата, толщина которой непрерывно увеличивается сверху вниз, при этом увеличение толщины пленки существенно снижает общий коэффициент теплопередачи труб вследствие увеличения роли термического сопротивления пленки /см. 2. Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен /Под ред. Э.И. Гуйко. - М.: Агропромиздат, 1986, с. 171/. The disadvantages of the known condensers include the formation of a condensate film on the internal heat exchange surface of the vertical pipe, the thickness of which continuously increases from top to bottom, while increasing the film thickness significantly reduces the overall heat transfer coefficient of the pipes due to the increasing role of the thermal resistance of the film / cm. 2. Theoretical foundations of refrigeration. Heat and Mass Transfer / Ed. E.I. Guiko. - M .: Agropromizdat, 1986, p. 171 /.

Известно использование труб с внутренними ребрами в форме запрессованных сердечников или витой ленты, размещенных внутри трубы, с различной формой ленты (см. , например: 3. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин: Справочник /Под ред. А.В. Быкова. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. 4. "Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин /Под ред. А. А. Гоголина. -М.: Легкая и пищевая пром-сть. 1982). К недостаткам такого оребрения следует отнести сложность в обеспечении регулярности размещения ребер по протяженности трубы, плотности прилегания всех ребер к внутренней поверхности трубы и организации отвода пленки жидкости рабочего тела (ЖРТ) от площади поверхности трубы. It is known the use of pipes with inner ribs in the form of pressed cores or twisted tapes placed inside the pipe, with a different shape of the tape (see, for example: 3. Heat exchangers, automation devices and tests of refrigeration machines: Reference / Edited by A.V. Bykov M.: Light and food industry, 1984. 4. "Intensification of heat transfer in evaporators of refrigeration machines / Edited by A. A. Gogolin. -M.: Light and food industry. 1982). The disadvantages of such fins the difficulty in ensuring the regularity of the ribs along con- cern pipe abutment density of the edges to the inner surface of the tube and retraction of the film organization working medium fluid (ZHRT) of the surface area of the tube.

Известно изготовление труб с внутренними ребрами (см. патенты 5184674, 5383329 США), в которых внутренние ребра выполнены в форме спирального или зубчатого оребрения. К недостаткам такого оребрения следует отнести сложность в технологии их изготовления, необходимость сварки пластин - заготовок труб. It is known to manufacture pipes with inner ribs (see US Pat. Nos. 5,184,674 and 5,383,329), in which the inner ribs are made in the form of a spiral or gear fin. The disadvantages of such fins include the complexity in the technology of their manufacture, the need to weld plates - pipe blanks.

Известна труба теплообменника с внутренними ребрами (см. авт. св. 443243 СССР), в которой ребра выполнены в виде полуколец, размещенных по длине трубы в шахматном порядке. К недостаткам такого оребрения следует отнести сложность в технологии их изготовления и обеспечения регулярности размещения ребер по протяженности трубы. Known pipe heat exchanger with internal ribs (see ed. St. 443243 USSR), in which the ribs are made in the form of half rings placed along the length of the pipe in a checkerboard pattern. The disadvantages of such fins include the complexity in the technology of their manufacture and ensuring the regularity of the placement of ribs along the length of the pipe.

Известно размещение во внутренней полости вертикальной трубы конденсатора конденсатоотводящих колпаков (прототип) /см. 5. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации, - М.: Энергия, 1977, с.72/. Конденсатоотводящие колпаки установлены последовательно внутри трубы и примыкают к ее поверхности, вследствие чего отводят конденсат от этой поверхности. На поверхности ниже конденсатоотводящих колпаков пленка конденсата образуется вновь. Таким образом, средний коэффициент теплопередачи увеличивается, так как средняя (по высоте трубы) толщина пленки уменьшается и, следовательно, уменьшается термическое сопротивление пленки конденсата. Known placement in the inner cavity of the vertical pipe of the condenser condensate hoods (prototype) / see 5. Isachenko V.P. Heat transfer during condensation, - M .: Energy, 1977, p. 72 /. The condensate drains are installed sequentially inside the pipe and adjoin its surface, as a result of which condensate is removed from this surface. On the surface below the condensate hoods, a condensate film forms again. Thus, the average heat transfer coefficient increases, since the average (along the pipe height) film thickness decreases and, therefore, the thermal resistance of the condensate film decreases.

К недостаткам известного элемента вертикально-трубного конденсатора - вертикальной трубы с конденсатоотводящими колпаками, следует отнести следующее:
- колпаки создают дополнительное гидравлическое сопротивление потоку пара рабочего тела, так как охватывают весь внутренний периметр трубы. Вследствие этого давление Рн нагнетания пара рабочего тела увеличивается на величину ΔPгидр, что, в свою очередь, приводит к дополнительным затратам энергии на привод нагнетателя пара рабочего тела, из-за увеличения степени сжатия Рнвс, где Рвс - давление всасывания пара рабочего тела;
- образовавшийся поток ЖРТ отводится на небольшом расстоянии от площади поверхности конденсации, вследствие чего не исключен занос потоком пара рабочего тела (ПРТ) отводимого жидкого рабочего тела (ЖРТ) на расположенные ниже участки площади поверхности конденсации, что приводит к дополнительному утолщению пленки конденсата и увеличению ее термического сопротивления и, следовательно, к снижению общего коэффициента теплопередачи труб.
The disadvantages of the known element of a vertical pipe condenser - a vertical pipe with condensate hoods, include the following:
- caps create additional hydraulic resistance to the flow of steam of the working fluid, as they cover the entire inner perimeter of the pipe. As a result of this, the pressure P n of injecting the steam of the working fluid increases by ΔP hydr , which, in turn, leads to additional energy costs for driving the supercharger of the steam of the working fluid, due to an increase in the compression ratio P n / P sun , where P sun is the pressure absorption of steam of the working fluid;
- the resulting liquid fuel liquid flow is diverted at a small distance from the condensation surface area, as a result of which it is not excluded that the flow of the working fluid (LR) of the withdrawn liquid working fluid (LR) is located on lower sections of the condensation surface area, which leads to an additional thickening of the condensate film and its increase thermal resistance and, consequently, to reduce the overall heat transfer coefficient of the pipes.

Таким образом, тепловая производительность существующих вертикально-трубных конденсаторов лимитируется интенсивностью конденсации паров рабочего тела (хладагента) внутри вертикальных труб, при пленочной конденсации жидкого рабочего тела (хладагента), вследствие неэффективного отвода образующейся пленки конденсата от поверхности труб. Кроме того, при увеличении высоты теплообменных труб и увеличении тепловой нагрузки происходит значительное увеличение толщины пленки конденсата относительно вертикальной оси, в результате чего на внутренней поверхности трубы интенсивность теплоотвода резко падает, из-за снижения среднего коэффициента теплопередачи через теплообменную поверхность. Thus, the thermal performance of existing vertical pipe condensers is limited by the intensity of condensation of the vapor of the working fluid (refrigerant) inside the vertical pipes, with film condensation of a liquid working fluid (refrigerant), due to the inefficient removal of the resulting condensate film from the pipe surface. In addition, with an increase in the height of the heat exchange tubes and an increase in the heat load, a significant increase in the thickness of the condensate film relative to the vertical axis occurs, as a result of which the heat sink intensity sharply decreases on the inner surface of the pipe, due to a decrease in the average heat transfer coefficient through the heat exchange surface.

Задачей настоящего изобретения является снижение термического сопротивления слоя пленки конденсата, снижение гидравлического сопротивления парожидкостному потоку, за счет отвода конденсата от стенки трубы и, следовательно, улучшение внешних технических характеристик конденсатора по затратам мощности на нагнетатель подачи пара в конденсатор. The objective of the present invention is to reduce the thermal resistance of the layer of the condensate film, to reduce the hydraulic resistance to the vapor-liquid flow, due to the removal of condensate from the pipe wall and, consequently, to improve the external technical characteristics of the condenser in terms of power consumption for the steam supply to the condenser.

Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом вертикально-трубном конденсаторе с пленочной конденсацией пара внутри труб, содержащем корпус с крышками, верхнюю и нижнюю трубные решетки, закрепленные в них вертикальные трубы с установленными внутри каждой вертикальной теплообменной трубы конденсатоотводящими элементами, патрубки подвода охлаждающей среды и пара рабочего тела и патрубки отвода охлаждающей среды и жидкого рабочего тела (конденсата), конденсатоотводящий элемент выполнен в виде центрального стержня, на котором закреплено не менее семи втулок, причем не менее чем к четырем втулкам под углом β жестко закреплены не менее трех U-образных желобов для отвода конденсата с отверстиями у поверхности втулок, а к внешнему краю этих желобов прикреплены V-образные желоба для сбора конденсата, которые выполнены с углом α наклона сторон по передней кромке, по отношению к вертикальной оси трубы, по дуге окружности φ не более 90o, с радиусом внешней стороны V-образной кромки, равным внутреннему радиусу Rвн, при этом не менее чем к трем оставшимся втулкам закреплены не менее трех распорных стержней, на концах которых закреплены опорные пластины.This object is achieved by the fact that in the inventive vertical-tube condenser with film condensation of steam inside the pipes, comprising a housing with caps, upper and lower tube sheets, vertical pipes fixed to them with condensate-removing elements installed inside each vertical heat-exchange pipe, cooling medium inlets and a pair of a working fluid and pipes for draining the cooling medium and a liquid working fluid (condensate), the condensate drainage element is made in the form of a central rod, on which at least seven bushings are attached, and at least three U-shaped gutters for condensate drainage with holes at the surface of the bushings are rigidly fixed to at least four bushings at an angle β, and V-shaped condensation gutters are attached to the outer edge of these gutters, which made with an angle α of the inclination of the sides along the front edge, with respect to the vertical axis of the pipe, along the arc of a circle φ no more than 90 o , with a radius of the outer side of the V-shaped edge equal to the inner radius R ext , with at least three remaining bushings not fixed less than three spacer rods, at the ends of which support plates are fixed.

Угол β подъема U-образного желоба составляет от 30 до 45o, а угол наклона α сторон V-образного желоба по передней кромке, по отношению к вертикальной оси трубы, составляет от 20 до 30o.The angle β of lifting the U-shaped trough is from 30 to 45 o , and the angle α of the sides of the V-shaped trough along the front edge, relative to the vertical axis of the pipe, is from 20 to 30 o .

Втулки с упорными стержнями установлены в верхнем, среднем и нижнем сечениях трубы, а втулки с закрепленными на них U- и V-образными желобами расположены по отношению друг к другу и трубным решеткам на расстоянии h, определяемом из выражения

Figure 00000002
при условии 0<Δ<1, где
Figure 00000003
- относительное уменьшение средней толщины пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента,
Figure 00000004
Н - длина теплообменной поверхности,
Figure 00000005
- средняя толщина пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента,
Figure 00000006
- средняя толщина пленки конденсата без установки конденсатоотводящего элемента, λпл - коэффициент теплопроводности пленки конденсата, α2 - коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к пленке конденсата, при этом V-образные желоба соответствующих втулок перекрывают в плане внутреннюю образующую трубы.The bushings with thrust rods are installed in the upper, middle and lower sections of the pipe, and the bushings with U- and V-shaped grooves fixed to them are located with respect to each other and the tube sheets at a distance h determined from the expression
Figure 00000002
under the condition 0 <Δ <1, where
Figure 00000003
- a relative decrease in the average thickness of the condensate film when installing a condensate drain element,
Figure 00000004
N is the length of the heat exchange surface,
Figure 00000005
- the average thickness of the condensate film when installing the condensate drain element,
Figure 00000006
is the average thickness of the condensate film without installing a condensate drainage element, λ pl is the heat conductivity coefficient of the condensate film, α 2 is the heat transfer coefficient from the condensing steam to the condensate film, while the V-shaped grooves of the corresponding bushings overlap in plan the inner pipe generatrix.

Оснащение каждой теплобменной трубы вертикально-трубного конденсатора с пленочной конденсацией пара рабочего тела внутри труб конденсатоотводящим элементом, выполненным в виде центрального стержня, на котором закреплено не менее четырех втулок с U- и V-образными желобами, расположены по отношению друг к другу и трубным решеткам на расстоянии h, что обеспечивает снижение гидравлического сопротивления парожидкостному потоку, вследствие того, что V-образные желоба не охватывают на одном уровне весь внутренний периметр трубы, т. к. расположены на разных уровнях и перекрывают в плане внутреннюю образующую трубы, что обеспечивает свободный доступ пара к освобожденной от пленки конденсата поверхности теплообмена. Более эффективный отвод конденсата, при котором не происходит возврата отводимого жидкого рабочего тела потоком пара рабочего тела на расположенные ниже участки площади поверхности конденсации, достигается отводом конденсата от теплообменной поверхности с помощью U- и V-образных конденсатоотводящих желобов к центру трубы и, затем, по стержню в центре трубы до выхода ЖРТ из теплообменной трубы. Свободный доступ пара к освобожденной от пленки конденсата поверхности теплообмена и сокращение величины термического сопротивления не удаленной с поверхности трубы пленки конденсата приводит к интенсификации процесса теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара и увеличивает среднее значение коэффициента теплопередачи при конденсации. The equipment of each heat exchanger pipe of a vertical-tube condenser with film condensation of the working fluid steam inside the pipes by a condensate drainage element made in the form of a central rod, on which at least four bushings with U- and V-shaped channels are fixed, are located relative to each other and to the tube sheets at a distance h, which ensures a decrease in hydraulic resistance to the vapor-liquid flow, due to the fact that the V-shaped grooves do not cover at the same level the entire inner perimeter of the pipe, since us on different levels and overlap in terms of forming the inner tube, which provides easy access to the steam condensation heat released from the film surface. A more efficient drainage of condensate, in which there is no return of the liquid liquid to be discharged by the steam of the working fluid to lower sections of the condensation surface area, is achieved by drainage of condensate from the heat exchange surface with the help of U- and V-shaped condensate drains to the center of the pipe and then the rod in the center of the pipe until the ZhRT exits the heat transfer pipe. Free steam access to the heat exchange surface freed from the condensate film and a reduction in the thermal resistance of the condensate film not removed from the pipe surface intensifies the heat transfer process from the side of the condensing steam and increases the average value of the heat transfer coefficient during condensation.

Крепление U- и V-образных конденсатоотводящих желобов выполняется таким образом, что угол β подъема U-образного желоба составляет от 30 до 45o, а угол α наклона сторон V-образного желоба по передней кромке, по отношению к вертикальной оси трубы, составляет от 20 до 30o, что обеспечивает наиболее эффективный отвод конденсата от теплообменной поверхности к центральному стержню, для последующего вывода конденсата из аппарата.The fastening of the U- and V-shaped drainage gutters is carried out in such a way that the angle β of the rise of the U-shaped gutter is from 30 to 45 o , and the angle α of inclination of the sides of the V-shaped gutter along the front edge, relative to the vertical axis of the pipe, is from 20 to 30 o , which provides the most efficient drainage of condensate from the heat exchange surface to the Central rod, for subsequent removal of condensate from the apparatus.

Втулки с упорными стержнями установлены в верхнем, среднем и нижнем сечениях трубы, что обеспечивает центровку центрального стержня в трубе и гарантирует примыкание V-образных желобов для сбора конденсата к внутренней теплообменной поверхности вертикальных труб, а втулки с закрепленными на них U- и V-образными желобами расположены по отношению друг к другу и трубным решеткам на расстоянии h, определяемом из выражения

Figure 00000007
при условии 0<Δ<1, где
Figure 00000008
- относительное уменьшение средней толщины пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента,
Figure 00000009
Н - длина теплообменной поверхности,
Figure 00000010
- средняя толщина пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента,
Figure 00000011
- средняя толщина пленки конденсата без установки конденсатоотводящего элемента, λпл - коэффициент теплопроводности пленки конденсата, α2 - коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к пленке конденсата, при этом V-образные желоба соответствующих втулок перекрывают в плане внутреннюю образующую трубы, выведенному согласно нижеследующих рассуждений и преобразований.The bushings with thrust rods are installed in the upper, middle and lower sections of the pipe, which ensures the centering of the central rod in the pipe and ensures that the V-shaped grooves are attached to collect the condensate to the inner heat-exchange surface of the vertical pipes, and the bushings with U- and V-shaped fixed to them the grooves are located relative to each other and to the tube sheets at a distance h, determined from the expression
Figure 00000007
under the condition 0 <Δ <1, where
Figure 00000008
- a relative decrease in the average thickness of the condensate film when installing a condensate drain element,
Figure 00000009
N is the length of the heat exchange surface,
Figure 00000010
- the average thickness of the condensate film when installing the condensate drain element,
Figure 00000011
is the average thickness of the condensate film without installing a condensate drainage element, λ pl is the heat conductivity coefficient of the condensate film, α 2 is the heat transfer coefficient from the condensing steam to the condensate film, while the V-shaped grooves of the corresponding sleeves overlap in plan the internal pipe generatrix derived according to the following reasoning and transformations.

Пар, имеющий температуру tн, конденсируется на вертикальной стенке высотой Н, температура которой tc<tн /см. фиг. 6/. Пленка конденсата движется в направлении оси х.Steam having a temperature t n condenses on a vertical wall of height H, the temperature of which t c <t n / cm. FIG. 6 /. The condensate film moves in the x-axis direction.

Коэффициент теплопередачи kн от конденсирующегося пара к хладоносителю в сечении х, расположенном на произвольном расстоянии хi от начального участка теплообменной поверхности трубы, т.е. при х=хi, равен:

Figure 00000012

где α1, α2 - коэффициент теплоотдачи соответственно от стенки к хладоносителю и от пара к пленке конденсата, Вт/(м2•К);
δст, δпл.i - толщина стенки и пленки конденсата, при х=хi, м;
λст, λпл - коэффициент теплопроводности стенки и пленки конденсата, Вт/(м•К).The heat transfer coefficient k n from the condensing steam to the coolant in cross section x located at an arbitrary distance x i from the initial portion of the heat exchange surface of the pipe, i.e. when x = x i is equal to:
Figure 00000012

where α 1 , α 2 - heat transfer coefficient, respectively, from the wall to the coolant and from steam to the condensate film, W / (m 2 • K);
δ article , δ square i — wall and film thickness of the condensate, at x = x i , m;
λ st , λ pl - coefficient of thermal conductivity of the wall and the condensate film, W / (m • K).

Выпадающий конденсат стекает по стенке в виде сплошной пленки, толщина которой возрастает по мере ее перемещения сверху вниз и достигает максимального значения δ max пл .The precipitated condensate flows down the wall in the form of a continuous film, the thickness of which increases as it moves from top to bottom and reaches a maximum value of δ max pl .

В выражении (1) величина

Figure 00000013
является обратной коэффициенту теплоотдачи α от пара к стенке, то есть
Figure 00000014

Преобразовав выражение (2), получим, что коэффициент теплоотдачи от пара к стенке, при х=хi равен:
Figure 00000015

Преобразуем выражение (3) и, принимая отношение 1/α2 равным А, получаем:
Figure 00000016

Преобразуя (4) с учетом того, что теплопроводность пленки λпл конденсата не изменяется по х, и обозначив произведение λпл•A через В, получим выражение для нахождения коэффициента теплоотдачи от пара к стенке, при х=хi, в следующем виде:
Figure 00000017

Толщина пленки конденсата δпл.i в выражении (5) при х=хi, по /5, с.46/, определяется по зависимости:
Figure 00000018

где r - удельная теплота парообразования, кДж/кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
ρж - плотность конденсата, кг/м3;
λж - коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м•К);
μж - коэффициент динамической вязкости конденсата, Па•с.In the expression (1), the value
Figure 00000013
is the inverse heat transfer coefficient α from steam to the wall, i.e.
Figure 00000014

Transforming the expression (2), we obtain that the heat transfer coefficient from steam to the wall, at x = x i is:
Figure 00000015

We transform expression (3) and, taking the ratio 1 / α 2 equal to A, we get:
Figure 00000016

Transforming (4) Given that the thermal conductivity of the film λ mp condensate does not change with respect to x, and letting the product of λ mp • A by B, we obtain the expression for finding the coefficient of heat transfer from the steam to a wall, at x = x i, as follows:
Figure 00000017

The thickness of the condensate film δ square i in the expression (5) at x = x i , according to / 5, p. 46 /, is determined by the dependence:
Figure 00000018

where r is the specific heat of vaporization, kJ / kg;
g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;
ρ W - the density of the condensate, kg / m 3 ;
λ W - thermal conductivity of the condensate, W / (m • K);
μ W - coefficient of dynamic viscosity of the condensate, Pa • s.

Обозначив в (6) выражение

Figure 00000019
через С, получим:
Figure 00000020

Средний коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на стенке, при х=Н, и с учетом выражений (5) и (7) определится по /5, с.46/ как:
Figure 00000021

Толщина пленки конденсата достигает своего максимального значения δ max пл , при х= Н, и тогда средний коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на стенке при х в интервале (0; Н) равен:
Figure 00000022

где
Figure 00000023
- средняя толщина пленки конденсата при х в интервале (0; Н).Denoting in (6) the expression
Figure 00000019
through C, we get:
Figure 00000020

The average heat transfer coefficient during steam condensation on the wall, at x = H, and taking into account expressions (5) and (7) will be determined by / 5, p. 46 / as:
Figure 00000021

The condensate film thickness reaches its maximum value δ max pl , at x = H, and then the average heat transfer coefficient for steam condensation on the wall at x in the interval (0; H) is equal to:
Figure 00000022

Where
Figure 00000023
- the average thickness of the condensate film at x in the range (0; H).

Аналогично вышеизложенному, средний коэффициент теплоотдачи от пара к стенке при х в интервале (0; h) при установке втулок 11 с V- и U-образными желобами на расстоянии h между собой и трубными решетками равен:

Figure 00000024

где
Figure 00000025
- средняя толщина пленки конденсата при х в интервале (0; h).Similarly to the above, the average heat transfer coefficient from steam to the wall at x in the interval (0; h) when installing the bushings 11 with V- and U-shaped grooves at a distance h between themselves and the tube sheets is:
Figure 00000024

Where
Figure 00000025
is the average thickness of the condensate film at x in the interval (0; h).

Таким образом, относительное увеличение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке, при установке втулок 11 с V- и U-образными желобами конденсатоотводящего элемента на расстоянии h между собой и трубными решетками в вертикальной трубе, составит:

Figure 00000026

Поскольку, по /5, с.72/ существует зависимость:
Figure 00000027

то приравнивая левые части выражений (11) и (12), получаем выражение (13).Thus, the relative increase in the heat transfer coefficient from steam to the wall, when installing the bushings 11 with V- and U-shaped grooves of the condensate drain element at a distance h between themselves and the tube sheets in a vertical pipe, will be:
Figure 00000026

Since, according to / 5, p. 72 / there is a dependence:
Figure 00000027

then equating the left parts of expressions (11) and (12), we obtain expression (13).

Figure 00000028

Поделив правую часть выражения (13) на
Figure 00000029
и обозначив частное
Figure 00000030
через Δ, а частное
Figure 00000031
через D, получим:
Figure 00000032

В зависимости от принимаемой при расчетах протяженности теплопередающей поверхности труб Н, задавшись отношением 0<Δ<1 при условии
Figure 00000033
определяется расстояние h между втулками 11 конденсатоотводящего элемента.
Figure 00000028

Dividing the right side of expression (13) by
Figure 00000029
and denoting the quotient
Figure 00000030
through Δ, and the quotient
Figure 00000031
through D, we get:
Figure 00000032

Depending on the length of the heat transfer surface of the pipes N taken in the calculations, setting the ratio 0 <Δ <1 under the condition
Figure 00000033
the distance h between the bushings 11 of the condensate drain element is determined.

На фиг. 1 изображен общий вид вертикально-трубного конденсатора с конденсацией пара рабочего тела внутри вертикальных труб; на фиг. 2 - общий вид компоновки конденсатоотводящего элемента внутри трубы (место С); на фиг. 3 - компоновка конденсатоотводящего элемента в поперечном сечении трубы (разрез А-А); на фиг. 4 - компоновка фиксатора конденсатоотводящего элемента в поперечном сечении трубы (разрез В-В); на фиг. 5 - втулка с закрепленными на ней V- и U-образными желобами, служащими для сбора и отвода конденсата (в аксонометрии); на фиг. 6 - схема пленочной конденсации на вертикальной стенке. In FIG. 1 shows a General view of a vertical-tube condenser with condensation of the vapor of the working fluid inside the vertical pipes; in FIG. 2 - general view of the layout of the condensate drain element inside the pipe (place C); in FIG. 3 - the layout of the condensate drain element in the cross section of the pipe (section aa); in FIG. 4 - layout of the lock of the condensate drain element in the cross section of the pipe (section BB); in FIG. 5 - a sleeve with V- and U-shaped gutters fixed on it, used to collect and drain condensate (in a perspective view); in FIG. 6 is a diagram of film condensation on a vertical wall.

Вертикально-трубный конденсатор с пленочной конденсацией пара внутри труб (см. фиг. 1) содержит корпус 1, трубные решетки 2 и 3, закрепленные в них вертикальные трубы 4, патрубки подвода 5 и отвода 6 охлаждающей среды и патрубки подвода пара рабочего тела 7 и отвода жидкого рабочего тела (конденсата) 8. A vertical-tube condenser with a film condensation of steam inside the pipes (see Fig. 1) contains a housing 1, tube sheets 2 and 3, vertical pipes 4 fixed therein, nozzles for supplying 5 and exhaust 6 of the cooling medium and nozzles for supplying steam to the working fluid 7 and drainage of liquid working fluid (condensate) 8.

Внутри каждой вертикальной теплообменной трубы размещен (см. фиг. 2-5) конденсатоотводящий элемент для отвода пленки конденсата, содержащий центральный стержень 9, на котором закреплены фиксаторами 10 (например, винтами) втулки 11 и 12. Inside each vertical heat exchanger pipe there is placed (see Fig. 2-5) a condensate drainage element for removing the condensate film, containing a central rod 9, on which the bushings 11 and 12 are fixed with clamps 10 (for example, screws).

К втулкам 11 (см. фиг. 2, 3, 5) под углом β жестко закреплены U-образные желоба 13, с отверстиями 14 у поверхности втулок 11. Угол β подъема желоба 13 составляет от 30 до 45o.To the sleeves 11 (see Fig. 2, 3, 5) at an angle β, U-shaped grooves 13 are rigidly fixed, with holes 14 at the surface of the sleeves 11. The angle β of lifting the groove 13 is from 30 to 45 o .

К внешнему краю желобов 13 прикреплены не менее трех V-образных желобов 15, которые выполнены с углом α наклона сторон по передней кромке по отношению к вертикальной оси трубы, по дуге окружности φ не более 90o, с радиусом внешней стороны V-образной кромки, равным внутреннему радиусу Rвн трубы 4. Угол α наклона сторон V-образного желоба по передней кромке, по отношению к вертикальной оси трубы, составляет от 20 до 30o. К втулкам 12 (см. фиг. 2, 4) закреплены на резьбе не менее трех распорных стержней 16, на концах которых закреплены опорные пластины 17.At least three V-shaped grooves 15 are attached to the outer edge of the grooves 13, which are made with an angle α of inclination of the sides along the front edge with respect to the vertical axis of the pipe, along a circular arc φ of not more than 90 o , with a radius of the outer side of the V-shaped edge, equal to the inner radius R corolla tube 4. The angle α of inclination of the parties V-shaped trough along the leading edge, with respect to the vertical axis of the pipe is 20 to 30 o. To the bushings 12 (see Fig. 2, 4), at least three spacer rods 16 are fixed on the thread, at the ends of which support plates 17 are fixed.

Под передней кромкой желоба имеется в виду именно та поверхность V-образного желоба, которая при установке конденсатоотводящего элемента внутри вертикальной трубы, примыкает к внутренней поверхности теплообмена данной трубы. By the leading edge of the gutter, we mean exactly the surface of the V-shaped gutter, which, when the condensate drain element is installed inside the vertical pipe, adjoins the internal heat exchange surface of this pipe.

Заявляемый вертикально-трубный конденсатор с пленочной конденсацией пара внутри труб (см. фиг. 1-5) работает следующим образом:
На центральном стержне 9 устанавливают не менее трех втулок 12, таким образом, чтобы фиксировать центральный стержень 9 строго по вертикальной оси трубы 4 в ее верхнем, среднем и нижнем сечениях.
The inventive vertical-tube condenser with film vapor condensation inside the pipes (see Fig. 1-5) works as follows:
At least three bushings 12 are mounted on the central shaft 9 in such a way as to fix the central shaft 9 strictly along the vertical axis of the pipe 4 in its upper, middle and lower sections.

На центральном стержне 9 устанавливают не менее четырех втулок 11 таким образом, чтобы втулки 11 находились по отношению друг к другу и трубным решеткам на расстоянии h, определяемом из выражения

Figure 00000034
при условии 0<Δ<1, где
Figure 00000035
- относительное уменьшение средней толщины пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента,
Figure 00000036
Н - длина теплообменной поверхности,
Figure 00000037
- средняя толщина пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента,
Figure 00000038
- средняя толщина пленки конденсата без установки конденсатоотводящего элемента, λпл - коэффициент теплопроводности пленки конденсата, α2 - коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к пленке конденсата, при этом V-образные желоба соответствующих втулок перекрывают в плане внутреннюю образующую трубы.At least four bushings 11 are mounted on the central rod 9 so that the bushings 11 are located in relation to each other and to the tube sheets at a distance h determined from the expression
Figure 00000034
under the condition 0 <Δ <1, where
Figure 00000035
- a relative decrease in the average thickness of the condensate film when installing a condensate drain element,
Figure 00000036
N is the length of the heat exchange surface,
Figure 00000037
- the average thickness of the condensate film when installing the condensate drain element,
Figure 00000038
is the average thickness of the condensate film without installing a condensate drainage element, λ pl is the heat conductivity coefficient of the condensate film, α 2 is the heat transfer coefficient from the condensing steam to the condensate film, while the V-shaped grooves of the corresponding bushings overlap in plan the inner pipe generatrix.

После вышеуказанного размещения на центральном стержне 9 втулок 11 и 12, последние фиксируют на центральном стержне 9 креплениями 10. After the above placement on the central shaft 9 of the bushings 11 and 12, the latter are fixed on the central shaft 9 with brackets 10.

При снятых крышках 18 и 19 конденсатора в каждую трубу 4 устанавливают по вертикальной оси центрального стержня 9, и распорными стержнями 16 закрепляют ее внутри трубы 4. После чего крышки 18 и 19 устанавливают и закрепляют к корпусу 1. Через патрубок 5 подводят и через патрубок 6 отводят охлаждающую среду. Через патрубок 7 в трубы подается поток пара рабочего тела, и пар конденсируется на внутренней теплообменной поверхности труб 4. With the removed caps 18 and 19 of the condenser, each pipe 4 is installed along the vertical axis of the central rod 9, and spacer rods 16 are fixed inside the pipe 4. After that, the covers 18 and 19 are mounted and fixed to the housing 1. Through the pipe 5, they are fed and through the pipe 6 coolant is removed. Through the pipe 7, a stream of steam of the working fluid is supplied to the pipes, and the steam condenses on the inner heat exchange surface of the pipes 4.

В процессе конденсации рабочего тела на внутренней теплообменной поверхности труб 4 образуется пленка конденсата, толщина которой δ увеличивается по направлению сверху вниз. Образовавшаяся пленка конденсата отводится с внутренней теплообменной поверхности труб 4 в V-образные желоба 15, откуда через U-образные желоба 13 поступает к отверстиям 14 у поверхности втулок 11 и через отверстия 14 сливается по центральному стержню 9 к нижней трубной решетке 3. Жидкое рабочее тело через патрубок 8 выводится из конденсатора для соответствующего применения. Цикл работы завершается. In the process of condensation of the working fluid on the inner heat exchange surface of the pipes 4, a condensate film is formed, the thickness of which δ increases in the direction from top to bottom. The resulting condensate film is discharged from the internal heat exchange surface of the pipes 4 into V-shaped grooves 15, from where it passes through the U-shaped grooves 13 to the holes 14 at the surface of the sleeves 11 and is merged through the holes 14 along the central shaft 9 to the lower tube sheet 3. The liquid working fluid through the pipe 8 is removed from the capacitor for appropriate use. The work cycle is ending.

Таким образом, заявляемое, по сравнению с известным, обеспечивает:
- промежуточный отвод конденсата с внутренней теплообменной поверхности вертикальной трубы, что способствует снижению средней толщины пленки конденсата;
- свободный доступ пара к освобожденной от пленки конденсата поверхности теплообмена и сокращение величины термического сопротивления не удаленной с поверхности трубы пленки конденсата приводит к интенсификации процесса теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара и увеличивает среднее значение коэффициента теплопередачи при конденсации;
- свободный доступ пара к освобожденной от пленки конденсата поверхности теплообмена и отвод конденсата по направляющей в центре трубы способствует снижению гидравлического сопротивления парожидкостного потока и улучшает внешние технические характеристики конденсатора по затратам мощности на нагнетатель подачи пара в конденсатор.
Thus, the claimed, in comparison with the known, provides:
- intermediate condensate drain from the internal heat exchange surface of the vertical pipe, which helps to reduce the average thickness of the condensate film;
- free steam access to the heat exchange surface freed from the condensate film and a reduction in the thermal resistance of the condensate film not removed from the pipe surface leads to an intensification of the heat transfer process from the side of the condensing steam and increases the average value of the heat transfer coefficient during condensation;
- free steam access to the heat exchange surface freed from the condensate film and condensate drain along the guide in the center of the pipe reduces the hydraulic resistance of the vapor-liquid flow and improves the external technical characteristics of the condenser in terms of power consumption for the steam supply to the condenser.

Claims (3)

1. Вертикально-трубный конденсатор с пленочной конденсацией пара внутри труб, содержащий корпус с крышками, верхнюю и нижнюю трубные решетки, закрепленные в них вертикальные трубы с установленными внутри каждой вертикальной теплообменной трубы конденсатоотводящими элементами, патрубки подвода охлаждающей среды и пара рабочего тела и патрубки отвода охлаждающей среды и жидкого рабочего тела (конденсата), отличающийся тем, что конденсатоотводящий элемент выполнен в виде центрального стержня, на котором закреплено не менее семи втулок, причем не менее чем к четырем втулкам под углом β жестко закреплено не менее трех U-образных желобов для отвода конденсата с отверстиями у поверхности втулок, а к внешнему краю этих желобов прикреплены V-образные желоба для сбора конденсата, которые выполнены с углом α наклона сторон по передней кромке по отношению к вертикальной оси трубы по дуге окружности φ не более 90o, с радиусом внешней стороны V-образной кромки, равным внутреннему радиусу Rвн. трубы, при этом не менее чем к трем оставшимся втулкам закреплено не менее трех распорных стержней, на концах которых закреплены опорные пластины.1. A vertical-tube condenser with film vapor condensation inside the pipes, comprising a housing with caps, upper and lower tube sheets, vertical pipes fixed to them with condensate-discharge elements installed inside each vertical heat-exchange pipe, coolant and steam inlets, and exhaust pipes cooling medium and liquid working fluid (condensate), characterized in that the condensate drain element is made in the form of a central rod on which at least seven bushings are fixed, p At least three U-shaped grooves are rigidly fixed to at least four bushings at an angle β to drain condensate with holes at the surface of the sleeves, and V-shaped condensation grooves are attached to the outer edge of these grooves, which are made with an angle α of the sides along the leading edge with respect to the vertical axis of the pipe along the arc of a circle φ no more than 90 o , with a radius of the outer side of the V-shaped edge equal to the inner radius R ext. pipe, with at least three remaining bushings fixed at least three spacer rods, at the ends of which are fixed base plates. 2. Вертикально-трубный конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что угол β подъема U-образного желоба составляет от 30 до 45o, а угол наклона α сторон V-образного желоба по передней кромке по отношению к вертикальной оси трубы составляет от 20 до 30o.2. The vertical tube condenser according to claim 1, characterized in that the angle β of the rise of the U-shaped trough is from 30 to 45 o , and the angle of inclination α of the sides of the V-shaped trough along the front edge with respect to the vertical axis of the pipe is from 20 up to 30 o . 3. Вертикально-трубный конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что втулки с упорными стержнями установлены в верхнем, среднем и нижнем сечениях трубы, а втулки с закрепленными на них U- и V-образными желобами расположены по отношению друг к другу и трубным решеткам на расстоянии h, определяемом из выражения
Figure 00000039

при условии 0<Δ<1,
где Δ = δ -h пл -H пл - относительное уменьшение средней толщины пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента;
D = λпл/(α2×δ -H пл );
Н - длина теплообменной поверхности;
δ -h пл - средняя толщина пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента;
δ -H пл - средняя толщина пленки конденсата без установки конденсатоотводящего элемента;
λпл - коэффициент теплопроводности пленки конденсата;
α2 - коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к пленке конденсата,
при этом V-образные желоба соответствующих втулок перекрывают в плане внутреннюю образующую трубы.
3. The vertical-tube capacitor according to claim 1, characterized in that the bushings with thrust rods are installed in the upper, middle and lower sections of the pipe, and the bushings with U- and V-shaped grooves fixed to them are located relative to each other and to the tube lattices at a distance h determined from the expression
Figure 00000039

under the condition 0 <Δ <1,
where Δ = δ -h pl / δ -H pl - a relative decrease in the average thickness of the condensate film when installing the condensate drain element;
D = λ pl / (α 2 × δ -H pl );
H is the length of the heat exchange surface;
δ -h pl - the average thickness of the condensate film when installing the condensate drain element;
δ -H pl - the average thickness of the condensate film without installing a condensate drainage element;
λ PL - thermal conductivity of the condensate film;
α 2 - heat transfer coefficient from condensing steam to the condensate film,
in this case, the V-shaped grooves of the respective bushings overlap in plan the inner pipe generatrix.
RU2000110106/13A 2000-04-19 2000-04-19 Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes RU2196281C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000110106/13A RU2196281C2 (en) 2000-04-19 2000-04-19 Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000110106/13A RU2196281C2 (en) 2000-04-19 2000-04-19 Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000110106A RU2000110106A (en) 2002-09-10
RU2196281C2 true RU2196281C2 (en) 2003-01-10

Family

ID=20233678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000110106/13A RU2196281C2 (en) 2000-04-19 2000-04-19 Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2196281C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. ИСАЧЕНКО В.П. Теплообмен при конденсации. - М.: Энергия, 1977, с.72. 2. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2469215A1 (en) Tube heat exchanger
US5795446A (en) Method and equipment for heat-of-vaporization transfer
CN107614997A (en) Condenser-reboiler pipe
JPS62213698A (en) Boiling method by two region and heat exchanger
CN210400120U (en) Spiral flat pipe with spiral T-shaped fins outside pipe
RU2196281C2 (en) Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes
US4236575A (en) Tube bundle support plate
JPS5826519B2 (en) Red-bellied woodpecker
JPH037877B2 (en)
JPH0634801Y2 (en) Distillation equipment
RU2087824C1 (en) Thermosiphon heat exchanger
SU1719819A1 (en) Vertical shell-tube evaporator
EP0074384B1 (en) Heat exchanger
JPH02290478A (en) Direct contact type condenser and heat cycle apparatus using the same
SU989298A1 (en) Flat heat pipe
SU1460556A1 (en) Condenser
RU2826915C1 (en) Double-chamber multi-heat pipe heat exchanger
SU1537987A1 (en) Condenser
RU16399U1 (en) PARTIAL CAPACITOR SEPARATOR FOR HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES
SU816481A1 (en) Contact apparatus for rectifying and adsorption columns
SU1270530A1 (en) Heat-exchanging pipe
SU1000730A1 (en) Heat exchanging element
RU2029210C1 (en) Vertical condenser
RU2267730C2 (en) Developed heat-exchange surface
SU817469A1 (en) Vertical heat exchanger

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees