RU2213920C2

RU2213920C2 - Heat-exchanger unit

Info

Publication number: RU2213920C2
Application number: RU2001119695/06A
Authority: RU
Inventors: В.П. Мулин; В.И. Кочетов; ев Р.Ф. Тел; Р.Ф. Теляев; В.Б. Кунтыш; В.И. Мелехов; А.В. Самородов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Октябрьский завод химического машиностроения"
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-10-10

Abstract

FIELD: oil-refining, natural gas and chemical industry equipment, particularly for air-cooling. SUBSTANCE: unit has spiral-finned rolled tubes, tube plates, headers with branch pipes and side protecting shields. Finned tubes have spiral multi-turn fins having different height which alternate in dependence of turns number. High fins are single-turned fins and bent from opposite sides of tube around chord line, which is spaced by distance of one-half of low fin outer diameter from tube axis. Bent sections of high fins are disposed in plane perpendicular to unit front plane and parallel to tube axis. High fins diameter is equal to D = d+2ns, where n is determined as (D-d₀)/(2s)>n≥2. Tubes in each transverse row are arranged close to each other with back pitch of S_in = D′ = d+2Δ, where D is high fin outer diameter, d is low fin outer diameter, d₀ is fin diameter at the bottom thereof, s is fin spacing, n is total number of fin turns, D′ is distance between outer surfaces of bent fins, Δ is high fin thickness, S_in is tube back pitch. EFFECT: intensified heat exchanging, compactness, increased heat power of unit, decreased materials consumption, enhanced operate reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к трубчатым газожидкостным теплообменным аппаратам радиаторного типа и может быть преимущественно использовано в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) из оребренных труб, которые применяются в нефтеперерабатывающей, газовой и химической промышленности для охлаждения энергоносителей, жидких технологических продуктов и конденсации их паров, где охлаждающим агентом является воздух, а также может быть использовано в других отраслях промышленности для нагрева воздуха паром или водой в системах приточной вентиляции, в отопительно-вентиляционных агрегатах и пр. The invention relates to tubular gas-liquid heat exchangers of a radiator type and can be mainly used in air-cooling apparatuses made of finned tubes, which are used in the oil refining, gas and chemical industries for cooling energy carriers, liquid technological products and condensing their vapors, where the cooling agent is air, and can also be used in other industries for heating air with steam or water in supply ventilation systems and, in heating and ventilation units, etc.

Известна теплообменная секция (см. В.Б. Кунтыш, Н.М. Кузнецов. Тепловой и аэродинамический расчеты оребренных теплообменников воздушного охлаждения. СПб. : Энергоатомиздат, 1992. - С. 11-12), содержащая теплообменные оребренные трубы, шахматно расположенные в трубных решетках, жидкостные крышки с патрубками, ограждающие боковые листы. Теплообменные трубы имеют спиральные ребра одинаковой высоты. Трубы расположены в вершинах равностороннего треугольника с шагом S₁=S₂'=D+(2...3 мм), где S₁ - поперечный шаг; S₂' - диагональный шаг; D - наружный диаметр ребра.The heat-exchange section is known (see VB Kuntysh, NM Kuznetsov. Thermal and aerodynamic calculations of finned air-cooled heat exchangers. St. Petersburg: Energoatomizdat, 1992. - P. 11-12), containing finned finned heat-exchanging pipes staggered in tube sheets, fluid covers with nozzles, enclosing side sheets. Heat transfer tubes have spiral ribs of the same height. The pipes are located at the vertices of an equilateral triangle with a step S ₁ = S ₂ '= D + (2 ... 3 mm), where S ₁ is the transverse step; S ₂ 'is the diagonal step; D is the outer diameter of the rib.

Недостатками ее являются низкий коэффициент теплоотдачи по оребренной стороне, которая омывается воздухом. Ввиду вытеснения потока из межреберных полостей оребренных труб в свободное межтрубное пространство S₁ - D, которое имеет меньшее аэродинамическое сопротивление, теплоотдающая площадь обтекается воздухом с пониженной скоростью, что ухудшает коэффициенты теплоотдачи. Увеличение компактности трубного пучка теплообменной секции также ограничено величиной в 5...6%, так как для этой конструкции предельным шагом является S₁=S₂'=D. Но применение такого шага понижает эксплуатационную надежность секции, так как ребра соседних труб вследствие их провисания входят в зацепление, возможно их смятие, а из-за термических деформаций - выпучивание труб и их разрывы.Its disadvantages are the low heat transfer coefficient on the ribbed side, which is washed by air. Due to the displacement of the flow from the intercostal cavities of the finned tubes into the free annular space S ₁ - D, which has a lower aerodynamic resistance, the heat transfer area is surrounded by air at a reduced speed, which affects the heat transfer coefficients. The increase in the compactness of the tube bundle of the heat exchange section is also limited to 5 ... 6%, since for this design the limit step is S ₁ = S ₂ '= D. But the use of such a step reduces the operational reliability of the section, since the ribs of adjacent pipes, due to their sagging, become engaged, possibly crushing, and due to thermal deformations, buckling of the pipes and their ruptures are possible.

Известен пучок теплообменных труб по а.с. 705238, содержащий теплообменные трубы, расположенные параллельными рядами в шахматном порядке и снабженные наружными поперечными ребрами. Для повышения компактности пучка и интенсификации теплоотдачи, контакт между ребрами труб, расположенных в каждом поперечном ряду, осуществлен в точках соприкосновения наружного диаметра ребра D, то есть трубы размещены с поперечным шагом S₁=D, а контакт между ребрами смежных рядов выполнен по линии вырезов, имеющих глубину, равную 0,15...0,6 высоты ребра.Known bundle of heat transfer pipes by AS 705238, comprising heat exchange tubes arranged in parallel staggered rows and provided with external transverse ribs. To increase the compactness of the beam and intensify heat transfer, the contact between the ribs of the pipes located in each transverse row is made at the points of contact of the outer diameter of the ribs D, that is, the pipes are placed with a transverse step S ₁ = D, and the contact between the ribs of adjacent rows is made along the cut lines having a depth equal to 0.15 ... 0.6 of the height of the ribs.

Применение предельно возможного шага S₁=D вызовет интенсификацию теплоотдачи с единицы теплоотдающей площади на указанную величину удаления площади оребрения, причем наиболее активной ее части за миделевым сечением трубы (боковые участки), которая характеризуется высокой интенсивностью теплоотдачи, в итоге повысится эффект интенсификации теплоотдачи, а теплосъем пучка уменьшится. В рассматриваемом случае имеется возможность уменьшения продольного шага S₂, но повышение компактности не достигается по следующей причине.The application of the maximum possible step S ₁ = D will intensify the heat transfer from a unit of the heat transfer area to the indicated amount of removal of the fins, the most active part of it behind the mid-section of the pipe (side sections), which is characterized by high heat transfer, will ultimately increase the effect of heat transfer intensification, and beam heat removal will decrease. In this case, it is possible to reduce the longitudinal pitch S ₂ , but the increase in compactness is not achieved for the following reason.

Известно, что компактность пучка равна

м²/м³,
где d_o=D-2h - диаметр по основанию ребра;
h - высота ребра;
φ - коэффициент оребрения.It is known that the compactness of the beam is

m ² / m ³ ,
where d _o = D-2h is the diameter at the base of the ribs;
h is the height of the ribs;
φ is the finning coefficient.

Расчеты показывают, что вырезы площади поверхности ребер в большей мере уменьшают φ по сравнению с темпом уменьшения значения S₂. Также понижается эксплуатационная надежность трубного пучка по указанным выше причинам. Существенным недостатком является и нетехнологичность конструкции пучка из-за сложного профиля линии выреза на поверхности ребер труб и необходимого обеспечения высокого допуска при профилировании такого выреза, так как только при выполнении данного условия возможно осуществлять сборку пучка, чтобы ребра смежных труб контактировали по линиям вырезов.Calculations show that the cutouts of the surface area of the ribs to a greater extent reduce φ in comparison with the rate of decrease in the value of S ₂ . The operational reliability of the tube bundle also decreases for the above reasons. A significant drawback is the low-tech design of the beam due to the complex profile of the cut line on the surface of the pipe ribs and the necessary high tolerance when profiling such a cut, since only under this condition it is possible to assemble the beam so that the edges of adjacent pipes contact along the cut lines.

Известен трубный пучок теплообменника по а.с. 1688095 с шахматной компоновкой труб, снабженных поперечными ребрами, каждое из которых выполнено в виде диска с сегментным вырезом, расположенным с тыльной стороны трубы. Для интенсификации процесса теплообмена и повышения компактности пучков сегментный вырез с хордой размещен по касательной к трубе, а трубы в пучке расположены с продольным шагом S₂, составляющим 0,77...1 максимального диаметра ребра D, и с поперечным шагом, составляющим 1,08...1,6 продольного шага S₂. Предложенная конструкция также обладает рядом недостатков, не позволяющих в полном объеме реализовать заявленные цели. При сегментном вырезе поверхности ребер с хордой, размещенной по касательной к трубе, наряду с "балластной" поверхностью теплообмена ребер, находящейся в аэродинамическом следе, удаляется и часть поверхности боковых участков, которая с высокой интенсивностью участвует в теплоотдаче. Это подтверждается и расчетами, которые свидетельствуют о следующем.Known tube bundle heat exchanger for AS 1688095 with a chessboard layout of pipes equipped with transverse ribs, each of which is made in the form of a disk with a segment cutout located on the back of the pipe. To intensify the heat transfer process and increase the compactness of the beams, a segment cut with a chord is placed tangentially to the pipe, and the pipes in the bundle are arranged with a longitudinal pitch S _{2 of} 0.77 ... 1 of the maximum diameter of the rib D, and with a transverse pitch of 1, 08 ... 1.6 of the longitudinal pitch S ₂ . The proposed design also has several disadvantages that do not allow to fully realize the stated goals. When a segmented surface of the ribs with a chord is placed tangentially to the pipe, along with the "ballast" surface of heat exchange of the ribs located in the aerodynamic wake, a part of the surface of the side sections, which is involved in heat transfer with high intensity, is removed. This is confirmed by calculations, which indicate the following.

Для заявленных параметров ребер труб величина вырезанной площади поверхности теплообмена составляет 35...40% от всей теплоотдающей площади трубы. Это значит, что коэффициент оребрения φ труб с вырезом уменьшается в 1,34... 1,39 раза по сравнению со значением φ трубы с поперечными сплошными (необрезанными) ребрами. При этом интенсификация коэффициента теплоотдачи составляет лишь 1,13. . .1,23 раза. В итоге теплосъем с трубы с вырезом (а соответственно и всего пучка) будет меньше, чем исходной трубы с необрезанными ребрами. Увеличение компактности пучка реализуется меньшими значениями продольного шага S₂, так как отсутствие ребер в тыльной стороне трубы это позволяет выполнять практически без конструктивных сложностей. Уменьшение значения S₂ возможно в 1,21...1,26 раза по сравнению с исходным до обрезки ребер. Но так как значение φ уменьшилось в 1,34...1,39 раза, совершенно очевидно, что компактность пучка не будет больше исходной. Чтобы обеспечить одинаковые теплосъемы пучков с обрезанными ребрами и исходного, необходимо в рассматриваемой конструкции устанавливать дополнительный поперечный ряд труб, но это вызовет рост потерь давления воздуха и большие энергетические затраты на перемещение воздуха через пучок труб с обрезанными ребрами.For the declared parameters of the pipe ribs, the value of the cut-off heat exchange surface area is 35 ... 40% of the total heat transfer area of the pipe. This means that the finning coefficient φ of pipes with a cut decreases 1.34 ... 1.39 times compared with the value of φ pipes with transverse solid (uncircumcised) ribs. At the same time, the intensification of the heat transfer coefficient is only 1.13. . .1.23 times. As a result, the heat removal from the pipe with the cut-out (and, accordingly, the entire beam) will be less than the original pipe with uncircumcised ribs. An increase in the compactness of the beam is realized by lower values of the longitudinal pitch S ₂ , since the absence of ribs in the back of the pipe allows this to be performed with virtually no structural difficulties. Reducing the value of S _{2 is} possible in 1.21 ... 1.26 times compared with the original before trimming the ribs. But since the value of φ decreased 1.34 ... 1.39 times, it is obvious that the beam compactness will not be larger than the original one. To ensure the same heat removal of beams with cut edges and the original one, it is necessary to install an additional transverse row of pipes in the design under consideration, but this will cause an increase in air pressure losses and high energy costs for moving air through the tube bundle with cut edges.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому решению является теплообменная секция, включающая спирально-навитые, многозаходные, оребренные трубы, трубные доски, жидкостные крышки с патрубками (см. SU 1231369 А2, 15.05.1986). Основными недостатками прототипа являются:
1. Применение труб с ребрами одинаковой высоты не позволяет существенно увеличить компактность трубного пучка, поверхность теплообмена в неизменных габаритных размерах фронтального сечения и тепловую мощность Q.The closest in technical essence and the achieved results to the claimed solution is a heat exchange section, including spiral-wound, multi-start, finned tubes, tube boards, liquid covers with nozzles (see SU 1231369 A2, 05.15.1986). The main disadvantages of the prototype are:
1. The use of pipes with ribs of the same height does not significantly increase the compactness of the tube bundle, the heat transfer surface in the constant overall dimensions of the frontal section, and the thermal power Q.

2. Ограниченные возможности интенсификации теплоотдачи по воздушной стороне, повышенная материалоемкость оребрения, отсутствие возможности управлять ее снижением. 2. The limited possibilities of intensification of heat transfer on the air side, increased material consumption of fins, the inability to control its reduction.

Наличие отмеченных недостатков подтверждается следующими расчетными и физическими объяснениями. В первую очередь проанализируем возможные изменения компоновочных параметров пучка с подогнутыми ребрами. Трубы с подогнутыми ребрами расположены в поперечных рядах с шагом S₁>D, а величина шага S₂ остается неизменной и равной ему до подогнутости ребер. Применительно к трубам D•d_o•h•s•Δ=58•32•13•5•1 мм со спиральными однозаходными ребрами высота сегмента подогнутых по линии хорды ребер составляет h_c=s=5 мм. Здесь d_o= D-2h, s - шаг ребер, Δ - толщина ребра, h - высота ребра. Тогда расстояние в поперечном сечении трубы между параллельными плоскостями подогнутых ребер будет D'=D-2h_c+2Δ=58-2•5+2•1=50 мм, шаг расположения труб принят S₁=72 мм, а до подгибки был S₁=80 мм, но шаг S₂=50 мм в обоих случаях постоянный. Коэффициент оребрения трубы со спиральными круглыми ребрами равен

и остается неизменным после подгибки ребер на трубе. Коэффициент компактности пучка труб с подогнутыми ребрами

против

у пучка труб со спиральными ребрами до подгибки. Компактность пучка возросла лишь на 11%, то есть на величину, пропорциональную уменьшению шага от S₁ до шага труб с подогнутыми ребрами S_in, а именно S₁/S_in=80/72=1,11 раза. Переход на трубы с меньшим шагом ребер, например s=2,5 мм, что технологически возможно, приведет к еще меньшим значениям роста компактности пучка по той же причине, что в трубах с ребрами одинаковой высоты - высота подогнутого сегмента ребер не может быть больше шага ребра, то есть h_c≤s.The presence of the noted deficiencies is confirmed by the following calculated and physical explanations. First of all, we analyze the possible changes in the layout parameters of the beam with bent ribs. Pipes with bent ribs are located in transverse rows with a step S ₁ > D, and the step size S ₂ remains unchanged and equal to it until the ribs are bent. With respect to pipes D • d _o • h • s • Δ = 58 • 32 • 13 • 5 • 1 mm with spiral single-starting ribs, the height of the segment of the ribs folded along the chord line is h _c = s = 5 mm. Here d _o = D-2h, s is the step of the ribs, Δ is the thickness of the ribs, h is the height of the ribs. Then the distance in the cross section of the pipe between the parallel planes of the bent ribs will be D '= D-2h _c + 2Δ = 58-2 • 5 + 2 • 1 = 50 mm, the pipe spacing is adopted S ₁ = 72 mm, and before bending, it was S ₁ = 80 mm, but the pitch S ₂ = 50 mm in both cases is constant. The coefficient of finning a pipe with spiral round ribs is

and remains unchanged after bending the ribs on the pipe. The compactness factor of a tube bundle with bent ribs

against

in a bundle of pipes with spiral ribs before bending. The compactness of the beam increased by only 11%, that is, by a value proportional to the decrease in the step from S ₁ to the step of pipes with bent ribs S _in , namely S ₁ / S _in = 80/72 = 1.11 times. The transition to pipes with a smaller spacing of ribs, for example s = 2.5 mm, which is technologically possible, will lead to even smaller values of the growth of the compactness of the beam for the same reason that in pipes with ribs of the same height - the height of the bent segment of the ribs cannot be more than a step edges, i.e., h _c ≤s.

В неизменных габаритах фронтального сечения пучка у прототипа применение труб с подогнутыми ребрами позволяет увеличить поверхность теплообмена пучка лишь на 10...11%, так как в каждом поперечном ряду можно дополнительно разместить большее число оребренных труб только в S₁/S_in раз. Вследствие этого возможности увеличения тепловой мощности трубного пучка (секции) в постоянных габаритах ограничены указанными значениями роста теплоотдающей площади пучка труб.In the constant dimensions of the frontal section of the beam of the prototype, the use of pipes with bent ribs allows to increase the heat exchange surface of the beam by only 10 ... 11%, since in each transverse row it is possible to additionally accommodate a larger number of finned tubes only S ₁ / S _in times. As a result of this, the possibility of increasing the thermal power of the tube bundle (section) in constant dimensions is limited by the indicated growth values of the heat transfer area of the tube bundle.

Торцы подогнутых ребер труб турбулизируют поток воздуха, вызывая вихреобразование, но расположение труб в пучке с шагом S₁>D' не позволяет полностью реализовать потенциальные возможности интенсификации теплоотдачи от подгиба ребер. Основная масса воздуха при таких компоновках труб протекает вне межреберных каналов и не испытывает дополнительной турбулизации и воздействия краевых эффектов, вызываемых подогнутыми ребрами. Нереализованная возможность интенсификации теплоотдачи препятствует унижению материалоемкости поверхности теплообмена. Применение ребер равной высоты не позволяет локально повышать коэффициент эффективности группы ребер, доминирующее влияние на который оказывает именно высота, и тем самым дополнительно интенсифицировать коэффициент теплопередачи трубы наряду с его ростом от собственно интенсификации теплоотдачи по воздушной стороне вследствие применения труб с подогнутыми ребрами.The ends of the bent pipe ribs turbulent the air flow, causing vortex formation, but the location of the pipes in the bundle with a step S ₁ > D 'does not allow to fully realize the potential for intensifying heat transfer from the bending of the ribs. The bulk of the air with such pipe layouts flows outside the intercostal canals and does not experience additional turbulization and the effects of edge effects caused by bent ribs. The unrealized possibility of intensifying heat transfer prevents the degradation of the material intensity of the heat transfer surface. The use of ribs of equal height does not allow locally increasing the coefficient of efficiency of a group of ribs, which is dominated by the height, and thereby further intensify the heat transfer coefficient of the pipe along with its growth from the actual intensification of heat transfer along the air side due to the use of pipes with bent ribs.

Задачей разработки конструкции теплообменной секции является интенсификация процесса теплоотдачи, увеличение компактности, тепловой мощности секции, снижение материалоемкости, повышение эксплуатационной надежности. The task of developing the design of the heat-exchange section is to intensify the heat transfer process, increase the compactness, thermal power of the section, reduce material consumption, increase operational reliability.

Поставленная задача достигается в теплообменной секции, включающей спирально-навитые, накатные оребренные трубы, трубные доски, жидкостные крышки с патрубками, боковые ограждающие листы, причем согласно изобретению оребренные трубы выполнены со спиральными многозаходными разновысокими ребрами, периодически чередующимися в зависимости от числа заходов, при этом высокие ребра выполнены однозаходными и отогнуты с противоположных сторон трубы по линии хорды, находящейся на расстоянии от оси трубы, равном половине наружного диаметра низкого ребра, при этом отогнутые сегменты высоких ребер находятся в плоскости, перпендикулярной фронтальной плоскости секции и параллельной оси трубы, а диаметр высоких ребер составляет D=d+2ns, где n ограничено соотношением (D-d_o)/(2s)>n≥2, а трубы расположены в каждом поперечном ряду вплотную с поперечным шагом
S_in=D'=d+2Δ,
где D - наружный диаметр высокого ребра;
d - наружный диаметр низкого ребра;
d_o - диаметр ребра у его основания;
s - шаг ребра;
n - общее целое число заходов ребер;
D' - расстояние между наружными поверхностями подогнутых ребер;
Δ - толщина высокого ребра;
S_in - поперечный шаг труб.The task is achieved in the heat exchange section, including spiral-wound, rolled ribbed tubes, tube boards, liquid covers with nozzles, side enclosing sheets, and according to the invention, finned tubes are made with multi-starting spiral multi-high ribs, periodically alternating depending on the number of visits, while high ribs are made single-run and bent from opposite sides of the pipe along a chord line located at a distance from the pipe axis equal to half the outer diameter of the bottom ribs, while the bent segments of the high ribs are in a plane perpendicular to the frontal plane of the section and parallel to the pipe axis, and the diameter of the high ribs is D = d + 2ns, where n is limited by the ratio (Dd _o ) / (2s)> n≥2, and the pipes are located in each transverse row closely with the transverse step
S _in = D '= d + 2Δ,
where D is the outer diameter of the high rib;
d is the outer diameter of the low rib;
d _o - the diameter of the ribs at its base;
s is the step of the rib;
n is the total integer number of ribs;
D 'is the distance between the outer surfaces of the bent ribs;
Δ is the thickness of the high rib;
S _in - transverse pipe pitch.

Отличительными признаками предлагаемой конструкции теплообменной секции по сравнению с прототипом является то, что труба снабжена спиральными ребрами разной высоты, при этом высокие ребра однозаходные, а низкие ребра могут быть как однозаходными, так и многозаходными, но общее число заходов ограничивается неравенством (D-d_o)/(2s)>n≥2, причем высокие ребра отогнуты с противоположных сторон трубы по линии хорды, находящейся на расстоянии, равном половине наружного диаметра низкого ребра. Отогнутые сегменты высоких ребер находятся в плоскости, параллельной оси трубы и перпендикулярной фронтальной плоскости секции. В поперечных рядах секции трубы расположены вплотную таким образом, что механический контакт между подогнутыми ребрами соседних труб осуществляется непосредственно их соприкосновением в плоскости, параллельной оси трубы. Следовательно, поперечный шаг расположения труб равен S_in= D'=D-2ns+2Δ. По сравнению с трубами, имеющими равновысокие подогнутые ребра, применение труб с однозаходными подогнутыми высокими ребрами и (n-1)-заходными низкими ребрами позволяет при d=const увеличить высоту h_c подогнутого сегмента ребра в n раз или при D=const уменьшить значение S_in на величину 2s(n-1) мм. В итоге компактность пучка существенно возрастает, несмотря на уменьшение коэффициента оребрения φ трубы с разновысокими ребрами по сравнению со значением φ идентичной (базовой) трубы в прототипе с равновысокими ребрами. Вышесказанное наглядно демонстрируется следующим сравнительным примером.Distinctive features of the proposed design of the heat exchange section compared to the prototype is that the pipe is equipped with spiral ribs of different heights, while the high ribs are single-entry and low ribs can be either single-entry or multi-entry, but the total number of entries is limited by the inequality (Dd _o ) / (2s)> n≥2, and the high ribs are bent from opposite sides of the pipe along a chord line located at a distance equal to half the outer diameter of the low rib. The bent segments of the high ribs are in a plane parallel to the axis of the pipe and perpendicular to the frontal plane of the section. In the transverse rows, the pipe sections are closely spaced so that the mechanical contact between the bent ribs of the adjacent pipes is made directly by their contact in a plane parallel to the pipe axis. Therefore, the transverse pipe spacing is S _in = D '= D-2ns + 2Δ. Compared to pipes with equally high bent ribs, the use of pipes with one-way bent high ribs and (n-1) -bottom low ribs allows for d = const to increase the height h _{c of the} bent rib segment n times or for D = const to reduce the value of S _in by 2s (n-1) mm. As a result, the compactness of the beam increases significantly, despite the reduction of the finning coefficient φ of the pipe with uneven ribs compared to the value φ of the identical (base) pipe in the prototype with equally high ribs. The foregoing is clearly demonstrated by the following comparative example.

В секциях АВО широко применяются трубы со спиральными навитыми однозаходными алюминиевыми ребрами D•d_o•h•s•Δ=57•25,8•15,6•2,5•064 мм;
φ=21,2. Трубы располагаются в вершинах равностороннего треугольника с шагом S₁= S₂'= 63,5 мм. Согласно прототипу высота подгибки равна h_c=s=2,5 мм. Для труб с подогнутыми ребрами по прототипу шаг разбивки S_in=S₁-2h_c+2Δ=63,5-2•2,5+2•0,4= 59,3 мм. Шаг S₂ остается прежним и равным S₂=0,866•63,5=55 мм. Компактность пучка составит

В рассматриваемом случае в теплообменной секции применяются трубы со спиральными навитыми двухзаходными (n=2) разновысокими алюминиевыми ребрами, причем высокие ребра подогнуты с противоположных сторон трубы по линии хорды, отстоящей от оси трубы на расстоянии 0,5d. Параметры ребер, идентичные вышеуказанным для секций АВО, а именно D•d_o•h•s•Δ= 57•25,8•15,6•2,5•0,4 мм, а низкие ребра имеют наружный диаметр d=D-2ns=57-2•2•2,5= 47 мм. Коэффициент оребрения таких труб φ=18,15. Трубы в поперечных рядах секции расположены вплотную друг другу подогнутыми частями ребер, следовательно, поперечный шаг компоновки труб будет S_in=D'=d+2Δ=47+2•0,4= 47,8 мм, а продольный шаг остается неизменным и равным S₂=55 мм. Тогда компактность пучка труб теплообменной секции составит

м²/м³.In ABO sections, pipes with spiral wound single-start aluminum ribs D • d _o • h • s • Δ = 57 • 25.8 • 15.6 • 2.5 • 064 mm are widely used;
φ = 21.2. The pipes are located at the vertices of an equilateral triangle with a pitch S ₁ = S ₂ '= 63.5 mm. According to the prototype, the bending height is h _c = s = 2.5 mm. For pipes with bent ribs according to the prototype, the breakdown step S _in = S ₁ -2h _c + 2Δ = 63.5-2 • 2.5 + 2 • 0.4 = 59.3 mm. Step S ₂ remains the same and is equal to S ₂ = 0.866 • 63.5 = 55 mm. The compactness of the beam is

In the case under consideration, pipes with spiral wound double-wound (n = 2) uneven aluminum ribs are used in the heat exchange section, and the high ribs are bent from opposite sides of the pipe along the chord line at a distance of 0.5 d from the pipe axis. The parameters of the ribs are identical to those for the ABO sections, namely D • d _o • h • s • Δ = 57 • 25.8 • 15.6 • 2.5 • 0.4 mm, and the low ribs have an outer diameter d = D -2ns = 57-2 • 2 • 2.5 = 47 mm. The finning coefficient of such pipes is φ = 18.15. The pipes in the transverse rows of the section are located close to each other by the folded parts of the ribs, therefore, the transverse step of the pipe arrangement will be S _in = D '= d + 2Δ = 47 + 2 • 0.4 = 47.8 mm, and the longitudinal step remains unchanged and equal S ₂ = 55 mm. Then the compactness of the tube bundle of the heat exchange section is

m ² / m ³ .

Следовательно, компактность секции возросла в 558/525= 1,06 раза по сравнению с прототипом, несмотря на снижение коэффициента оребрения трубы в 21,2/18,15=1,17 раза по сравнению с прототипом. Therefore, the compactness of the section increased by 558/525 = 1.06 times compared with the prototype, despite the decrease in the finning coefficient of the pipe by 21.2 / 18.15 = 1.17 times compared with the prototype.

Расположение труб с подогнутыми ребрами вплотную до примыкания поверхностей отгиба в поперечных рядах обеспечивает течение всего потока воздуха через межреберные каналы, тем самым уменьшает градиент скорости воздуха по высоте канала, в результате чего средняя скорость воздуха у поверхности оребрения будет большей по сравнению с такой скоростью в случае компоновки труб с шагом S₁>D', что характерно для прототипа. Это вызовет дополнительную интенсификацию теплоотдачи наряду с имевшей место от турбулизации потока отогнутыми ребрами с вихреобразованием и краевыми эффектами. Дополнительный прирост теплоотдачи будет наблюдаться от повышенного коэффициента эффективности низких ребер по сравнению с высокими. В итоге величина интенсификации теплоотдачи превысит на 20...30% интенсификацию теплоотдачи в пучке труб прототипа.The location of the pipes with bent ribs close to the abutment of the bending surfaces in the transverse rows ensures the entire air flow through the intercostal channels, thereby reducing the air velocity gradient along the channel height, as a result of which the average air velocity at the surface of the fins will be greater compared to this speed in the case of pipe layout with a step S ₁ > D ', which is typical for the prototype. This will cause additional intensification of heat transfer along with bent ribs that took place from the turbulization of the flow with vortex formation and edge effects. An additional increase in heat transfer will be observed from the increased coefficient of efficiency of low ribs in comparison with high ones. As a result, the magnitude of the intensification of heat transfer will exceed by 20 ... 30% the intensification of heat transfer in the tube bundle of the prototype.

Высокая интенсивность теплоотдачи совместно с большим количеством расположенных в секции труб с подогнутыми ребрами благодаря применению значительно меньшего шага S_in существенно увеличивает (до 30...35%) тепловую мощность Q секции.High heat transfer intensity together with a large number of pipes located in the section with bent ribs due to the use of a significantly smaller step S _in significantly increases (up to 30 ... 35%) the thermal power Q of the section.

Применение низких ребер наряду с высокими подогнутыми приводит к снижению материалоемкости поверхности оребрения трубы до 22%. The use of low ribs along with high bent leads to a decrease in the material consumption of the surface of the pipe fins to 22%.

Подгиб ребер предотвращает их возможное защемление с ребрами соседних труб поперечного ряда при механическом контакте, что является фактором, повышающим эксплуатационную надежность. The bending of the ribs prevents their possible pinching with the ribs of adjacent pipes of the transverse row during mechanical contact, which is a factor that increases operational reliability.

Таким образом, в заявляемой теплообменной секции полностью решены сформулированные задачи. Thus, in the inventive heat exchange section, the formulated tasks are completely solved.

Изобретение иллюстрировано чертежом, где на фиг.1 изображена теплообменная секция, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - труба со спиральными подогнутыми разновысокими ребрами, вид в плане; на фиг.4 - то же, продольный разрез. The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a heat exchange section, a longitudinal section; figure 2 is the same, cross section; in FIG. 3 - pipe with spiral bent uneven ribs, plan view; figure 4 is the same, longitudinal section.

Теплообменная секция содержит несущие трубы 1 с расположенными на них спиральными теплообменными ребрами 2 и 3 разной высоты, диаметр которых по основанию d_o, трубные доски 4, жидкостные крышки с патрубками 5 и боковые ограждающие листы 6. Высокие однозаходные ребра 2 имеют в плане вид круговых дисков, сегменты которых отогнуты с противоположных сторон трубы 1 по линии хорды 7. Линия хорды находится на расстоянии от оси трубы, равном половине наружного диаметра d низкого ребра. Низкие ребра 3 в плане представляют собой круговые диски, причем они расположены в периодически чередующемся порядке с высокими ребрами 2.The heat exchange section contains load-bearing pipes 1 with spiral heat exchange fins 2 and 3 located on them, of different heights, the diameter of which is d _o at the base, pipe boards 4, liquid covers with nozzles 5 and side enclosing sheets 6. High single-entry fins 2 are circular in plan view disks whose segments are bent from opposite sides of the pipe 1 along the line of the chord 7. The line of the chord is located at a distance from the pipe axis equal to half the outer diameter d of the low rib. The low ribs 3 in the plan are circular disks, and they are arranged in a periodically alternating order with high ribs 2.

Отогнутые сегменты высоких ребер находятся в плоскости, перпендикулярной фронтальной плоскости секции и параллельной оси трубы, параллельны направлению потока воздуха и образуют воздушные каналы 8. Диаметр высокого ребра равен сумме D=d+2ns. The bent segments of the high ribs are in a plane perpendicular to the frontal plane of the section and parallel to the axis of the pipe, parallel to the direction of air flow and form air channels 8. The diameter of the high rib is equal to the sum D = d + 2ns.

В теплообменной секции несущие трубы 1 располагаются в шахматном порядке с поперечным шагом S_in и продольным шагом S₂. На несущую трубу 1 различными технологическими способами наносится оребрение из высокотеплопроводных металлов. Оребренные трубы, закрепленные в трубных досках, образуют трубный пучок. Поперечный шаг S_in равен наименьшему расстоянию D' между параллельными продольной оси трубы плоскостями, в которых расположены наружные поверхности отогнутых сегментов ребер и определяется как S_in=D'=d+2Δ. При такой компоновке труб в поперечных рядах секции подогнутые ребра смежных труб расположены вплотную.In the heat exchange section, the support pipes 1 are staggered with a transverse pitch S _in and a longitudinal pitch S ₂ . On the supporting pipe 1 by various technological methods, finning from highly heat-conducting metals is applied. The finned tubes fixed in the tube sheets form a tube bundle. The transverse step S _in is equal to the smallest distance D 'between the planes parallel to the longitudinal axis of the pipe, in which the outer surfaces of the bent segments of the ribs are located and is defined as S _in = D' = d + 2Δ. With this arrangement of pipes in the transverse rows of the section, the bent ribs of adjacent pipes are flush.

Теплообменная секция работает следующим образом. В несущие трубы 1 через входной патрубок в жидкостной крышке 5 подается энергоноситель, технологический продукт или их пары, которые охлаждаются или конденсируются с последующим охлаждением и передают тепло через теплопроводную стенку несущих труб ребрам 2, 3. Поток охлаждающего воздуха подается в межтрубное пространство теплообменной секции со стороны неподогнутой части высоких ребер 2 перпендикулярно оси несущих труб с ребрами, которые установлены в секции таким образом, что подогнутые ребра обтекаются продольным параллельным потоком. Расположение труб с подогнутыми ребрами вплотную в каждом поперечном ряду секции обеспечивает движение воздуха через межреберные полости (каналы). The heat exchange section operates as follows. An energy carrier, a technological product or their pairs, which are cooled or condensed with subsequent cooling and transfer heat through the heat-conducting wall of the carrier tubes to fins 2, 3, are supplied to the supporting pipes 1 through the inlet pipe in the liquid cover 5, and the flow of cooling air is supplied to the annular space of the heat exchange section with the sides of the non-bent part of the high ribs 2 perpendicular to the axis of the supporting tubes with ribs, which are installed in the section so that the folded ribs flow around in a parallel parallel flow . The location of the pipes with bent ribs closely in each transverse row of the section provides air movement through intercostal cavities (channels).

Тепло конвекцией с поверхности ребер и поверхности трубы, не занятой ребрами у их основания, передается воздуху, который при движении по секции нагревается и затем выводится из нее или в окружающую среду, или к потребителям отведенной теплоты. Convection heat from the surface of the ribs and the surface of the pipe not occupied by the ribs at their base is transferred to air, which, when moving along the section, is heated and then removed from it either into the environment or to the heat users.

Claims

Heat exchange section, including spiral-wound, rolled ribbed tubes, tube boards, fluid covers with nozzles, side enclosing sheets, characterized in that the finned tubes are made with multi-starting spiral multi-high ribs, periodically alternating depending on the number of runs, while high ribs are made one-way and bent from opposite sides of the pipe along a chord line located at a distance from the pipe axis equal to half the outer diameter of the low rib, while the bent segments the fins are in a plane perpendicular to the frontal plane of the section and parallel to the axis of the pipe, and the diameter of the tall fins is D = d + 2ns, where n is limited by the ratio (Dd _o ) / (2s)> n≥2, and the pipes are located in each transverse row closely with the transverse step S _in = D '= d + 2Δ, where D is the outer diameter of the high rib; d is the outer diameter of the low rib; d _o - the diameter of the ribs at its base; s is the step of the rib; n is the total integer number of ribs; D 'is the distance between the outer surfaces of the bent ribs; Δ is the thickness of the high rib; S _in - transverse pipe pitch.