RU2196281C2 - Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes - Google Patents
Vertical-tube condenser with film condensation of steam inside tubes Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
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 Рн/Рвс, 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 при условии 0<Δ<1, где - относительное уменьшение средней толщины пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента, Н - длина теплообменной поверхности, - средняя толщина пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента, - 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 under the condition 0 <Δ <1, where - a relative decrease in the average thickness of the condensate film when installing a condensate drain element, N is the length of the heat exchange surface, - the average thickness of the condensate film when installing the condensate drain element, 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 при условии 0<Δ<1, где - относительное уменьшение средней толщины пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента, Н - длина теплообменной поверхности, - средняя толщина пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента, - 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 under the condition 0 <Δ <1, where - a relative decrease in the average thickness of the condensate film when installing a condensate drain element, N is the length of the heat exchange surface, - the average thickness of the condensate film when installing the condensate drain element, 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:
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:
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
В выражении (1) величина является обратной коэффициенту теплоотдачи α от пара к стенке, то есть
Преобразовав выражение (2), получим, что коэффициент теплоотдачи от пара к стенке, при х=хi равен:
Преобразуем выражение (3) и, принимая отношение 1/α2 равным А, получаем:
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:
Толщина пленки конденсата δпл.i в выражении (5) при х=хi, по /5, с.46/, определяется по зависимости:
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 is the inverse heat transfer coefficient α from steam to the wall, i.e.
Transforming the expression (2), we obtain that the heat transfer coefficient from steam to the wall, at x = x i is:
We transform expression (3) and, taking the ratio 1 / α 2 equal to A, we get:
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:
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:
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 через С, получим:
Средний коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на стенке, при х=Н, и с учетом выражений (5) и (7) определится по /5, с.46/ как:
Толщина пленки конденсата достигает своего максимального значения δ
где - средняя толщина пленки конденсата при х в интервале (0; Н).Denoting in (6) the expression through C, we get:
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:
The condensate film thickness reaches its maximum value δ
Where - 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:
где - 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
Where 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:
Поскольку, по /5, с.72/ существует зависимость:
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
Since, according to / 5, p. 72 / there is a dependence:
then equating the left parts of expressions (11) and (12), we obtain expression (13).
Поделив правую часть выражения (13) на и обозначив частное через Δ, а частное через D, получим:
В зависимости от принимаемой при расчетах протяженности теплопередающей поверхности труб Н, задавшись отношением 0<Δ<1 при условии определяется расстояние h между втулками 11 конденсатоотводящего элемента.
Dividing the right side of expression (13) by and denoting the quotient through Δ, and the quotient through D, we get:
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 the distance h between the
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,
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
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,
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
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
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 при условии 0<Δ<1, где - относительное уменьшение средней толщины пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента, Н - длина теплообменной поверхности, - средняя толщина пленки конденсата при установке конденсатоотводящего элемента, - 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
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
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
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
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)
при условии 0<Δ<1,
где Δ = δ
D = λпл/(α2×δ
Н - длина теплообменной поверхности;
δ
δ
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
under the condition 0 <Δ <1,
where Δ = δ
D = λ pl / (α 2 × δ
H is the length of the heat exchange surface;
δ
δ
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.
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) |
-
2000
- 2000-04-19 RU RU2000110106/13A patent/RU2196281C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
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 |