RU2294505C1 - Device for reducing leakage from tube bank to heat exchanger housing - Google Patents
Device for reducing leakage from tube bank to heat exchanger housing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2294505C1 RU2294505C1 RU2005127287/06A RU2005127287A RU2294505C1 RU 2294505 C1 RU2294505 C1 RU 2294505C1 RU 2005127287/06 A RU2005127287/06 A RU 2005127287/06A RU 2005127287 A RU2005127287 A RU 2005127287A RU 2294505 C1 RU2294505 C1 RU 2294505C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube bundle
- heat exchanger
- flow
- casing
- gap
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплообменным аппаратам, а именно к устройствам для обеспечения направленного движения теплоносителя, и может быть использовано в энергетической промышленности в качестве ограничителя байпасных перетечек теплоносителя между трубным пучком и кожухом теплообменника, а также организации равномерного обтекания теплоносителем трубного пучка.The invention relates to heat exchangers, and in particular to devices for providing directional movement of the coolant, and can be used in the energy industry as a limiter of bypass coolant flows between the tube bundle and the heat exchanger housing, as well as to organize uniform flow around the tube bundle with heat.
Известен ограничитель перетечек теплоносителя между трубами и кожухом в теплообменном аппарате, выполненный в виде втулки, закрепленной на трубах и имеющей отбортовки, примыкающие к корпусу, втулка выполнена составной из двух частей, установленных на противоположных концах труб, и по их длине между отбортовками размещена пластина (А.С. SU №596812, кл. F 28 F 9/22, опубл. 05.03.1978 г.).A known limiter of the coolant flow between the pipes and the casing in the heat exchanger, made in the form of a sleeve mounted on the pipes and having flanges adjacent to the body, the sleeve is made up of two parts mounted on opposite ends of the pipes, and a plate is placed along their length between the flanges ( A.S. SU No. 596812, class F 28 F 9/22, publ. 03/05/1978).
Известен ограничитель перетечек теплоносителя между трубами и кожухом в теплообменном аппарате, содержащий втулку, состоящую из двух закрепленных на противоположных концах труб частей, и размещенную между последними по длине труб пластину, при этом части втулки выполнены в виде колец, прикрепленных к противоположным сторонам пластины, размещенной между соседними трубами (А.С. SU №642595, кл. F 28 F 9/22, опубл. 15.01.1979 г.).A known limiter of the coolant flow between the pipes and the casing in the heat exchanger, comprising a sleeve consisting of two parts fixed to opposite ends of the pipes and placed between the last plate along the length of the pipes, while the parts of the sleeve are made in the form of rings attached to opposite sides of the plate placed between adjacent pipes (A.S. SU No. 642595, class F 28 F 9/22, publ. 15.01.1979).
Известен ограничитель перетечек теплоносителя между трубами и кожухом в теплообменном аппарате, содержащий плоский экран, укрепленный с помощью опоры, при этом экран выполнен в виде угольника, одна из сторон которого установлена в контакте с кожухом, а опора снабжена упругим элементом и ограничителем, между которыми введена вторая сторона угольника для обеспечения возможности перемещения последнего (А.С. SU №1307112 А1, кл. F 28 F 9/22, опубл. 30.04.1987 г.).Known limiter of the flow of coolant between the pipes and the casing in the heat exchanger, containing a flat screen, reinforced with a support, the screen is made in the form of a square, one of the sides of which is installed in contact with the casing, and the support is equipped with an elastic element and a limiter, between which is introduced the second side of the square to allow the latter to be moved (AS SU No. 1307112 A1, class F 28 F 9/22, publ. 04/30/1987).
Известен ограничитель перетечек теплоносителя между трубами и кожухом в теплообменном аппарате, содержащий уплотняющий элемент в виде ролика с торцовыми направляющими, упругий элемент и установленную между ними планку с поперечным сечением в виде прямоугольного треугольника (А.С. SU №1455220 А1, кл. F 28 F 9/22, опубл. 30.01.1989 г.).Known limiter of the flow of coolant between the pipes and the casing in the heat exchanger, containing a sealing element in the form of a roller with end guides, an elastic element and a bar installed between them with a cross section in the form of a rectangular triangle (A.S. SU No. 1455220 A1, class F 28 F 9/22, published on January 30, 1989).
Недостатками известных ограничителей является локальная зона их применения и вследствие этого неравномерное обтекание теплообменных труб, что приводит к снижению теплоотдачи. Кроме того, использование уплотняющих и упругих элементов в ограничителях перетечек приводит к необходимости точного изготовления данных элементов, что усложняет конструкцию в целом.The disadvantages of the known limiters is the local area of their application and, as a result, the uneven flow around the heat exchange pipes, which leads to a decrease in heat transfer. In addition, the use of sealing and elastic elements in the flow limiters leads to the need for accurate manufacturing of these elements, which complicates the design as a whole.
Наиболее близким к заявляемой конструкции и выбранным в качестве прототипа является ограничитель перетечек теплоносителя между трубами и кожухом в теплообменном аппарате, выполненный в виде радиальных перегородок, установленных параллельно оси кожуха, элементы шарообразной формы из полимерных материалов размещены между кожухом, трубами и радиальными перегородками, диаметр которых превышает величину зазоров между трубами (патент RU №2253815 С2, МПК F 28 F 9/22, опубл. 10.06.2005 г.).Closest to the claimed design and selected as a prototype is the limiter of the flow of coolant between the pipes and the casing in the heat exchanger, made in the form of radial partitions mounted parallel to the axis of the casing, spherical elements made of polymeric materials are placed between the casing, pipes and radial partitions, the diameter of which exceeds the gap between the pipes (patent RU No. 2253815 C2, IPC F 28 F 9/22, publ. 10.06.2005).
Недостатком известного ограничителя перетечек является использование сыпучих элементов, не связанных между собой (в виде шаров), с обязательным определенным соотношением диаметров шарообразных элементов и зазоров между трубами из-за опасности попадания шарообразных элементов в межтрубное пространство, что является совершенно недопустимым. Указанное обстоятельство существенно ограничивает возможность обеспечения необходимого гидравлического сопротивления ограничителя перетечек. С другой стороны, заполнение шарообразными элементами узкого пространства между кожухом теплообменного аппарата, трубным пучком и радиальными перегородками возможно только при вертикальном его расположении в процессе сборки, при этом возникают проблемы с равномерным распределением шарообразных элементов в указанном объеме. В этом случае также затруднено максимальное заполнение вышеупомянутого объема шарообразными элементами, в результате чего ухудшаются условия обтекания периферийных теплообменных труб и снижается эффективность теплообмена. Кроме того, выполнение элементов шарообразной формы из полимерных материалов приводит к невозможности использования теплообменного аппарата с теплоносителем, имеющим температуру выше температуры плавления полимерного материала. Дополнительные проблемы возникают в случае расплава или деформации формы шарообразных элементов. Это, во-первых, приводит к сложности извлечения расплавленных шарообразных элементов из стесненного межтрубного пространства теплообменника, а, во-вторых, при деформации формы шарообразных элементов неконтролируемым образом изменяется гидравлическое сопротивление ограничителя перетечек, что приводит к ухудшению теплообмена.A disadvantage of the known flow restrictor is the use of loose elements that are not interconnected (in the form of balls), with a mandatory defined ratio of the diameters of the spherical elements and the gaps between the pipes because of the danger of spherical elements getting into the annulus, which is completely unacceptable. This circumstance significantly limits the ability to provide the necessary hydraulic resistance of the flow limiter. On the other hand, the filling of narrow spaces with spherical elements between the casing of the heat exchanger, the tube bundle and the radial partitions is possible only when it is vertically located during the assembly process, and there are problems with the uniform distribution of spherical elements in the indicated volume. In this case, it is also difficult to maximize the filling of the aforementioned volume with spherical elements, as a result of which the flow conditions of the peripheral heat transfer tubes are worsened and the heat transfer efficiency is reduced. In addition, the implementation of spherical elements of polymeric materials leads to the inability to use a heat exchanger with a coolant having a temperature above the melting temperature of the polymeric material. Additional problems arise in the case of melt or deformation of the shape of spherical elements. This, firstly, leads to the difficulty of extracting molten spherical elements from the cramped annular space of the heat exchanger, and secondly, when the shape of the spherical elements is deformed, the hydraulic resistance of the flow limiter changes uncontrollably, which leads to poor heat transfer.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение эффективности теплообмена за счет снижения байпасных потоков или "паразитных" перетечек между трубным пучком и кожухом теплообменника и улучшения равномерности обтекания трубного пучка на периферии.The technical problem to which this invention is directed is to increase the efficiency of heat transfer by reducing bypass flows or "spurious" flows between the tube bundle and the heat exchanger casing and improving the uniformity of flow around the tube bundle at the periphery.
Для решения поставленной задачи в ограничителе перетечек теплоносителя между трубным пучком и кожухом теплообменника, содержащем уплотняющий элемент, дополнительно, уплотняющий элемент выполнен в виде металлических проволочных сеток зигзагообразной формы в один или несколько слоев, вершины гибов которых расположены в местах сужения и расширения зазора между трубным пучком и кожухом теплообменника, при этом величина зазора между наружной поверхностью труб трубного пучка и поверхностью, ближайшей к трубному пучку сетки, равна не более половины расстояния между трубами по фронту потока.To solve this problem, in the limiter of the coolant flow between the tube bundle and the heat exchanger casing containing the sealing element, in addition, the sealing element is made in the form of metal wire mesh of a zigzag shape in one or several layers, the bend tops of which are located in the places of narrowing and widening the gap between the tube bundle and the casing of the heat exchanger, while the gap between the outer surface of the tube bundle pipes and the surface closest to the tube bundle mesh is not more than half the distance between the tubes of the flow front.
Размещение металлических сеток зигзагообразной формы между пучком теплообменных труб и кожухом теплообменника приводит к увеличению гидравлического сопротивления зазора по направлению движения теплоносителя за счет уменьшения живого сечения между трубным пучком и кожухом, в результате чего уменьшаются перетечки (байпасный поток) среды. В этом случае возвращаемая обратно внутрь трубного пучка часть байпасного потока способствует значительному повышению эффективности теплоотдачи. Поскольку байпасный тракт (Справочник по теплообменникам: В 2-х т. Т.2/ Пер. с англ. под ред. О.М.Мартыненко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987, стр.41-44) имеет меньшее гидравлическое сопротивление, чем проход через пучок труб, доля потока, протекающего в обход пучка, может достигать существенных значений (20-30%) и снижать эффективность теплоотдачи, уменьшая при этом потери давления. Это обстоятельство учитывается введением поправочных коэффициентов к теплоотдаче (стр.44), которые изменяются в зависимости от отношения площади сечения байпасного тракта к площади проходного сечения поперечного потока. Так, например, при отношении площади байпасного тракта к площади проходного сечения потока в пределах 0,1-0,3 величина поправочного коэффициента может изменяться от 0,88 до 0,7 (при отсутствии антибайпасных полос) и от 0,93 до 0,82 (при установке антибайпасных полос) соответственно.Placing zigzag metal meshes between the bundle of heat exchanger tubes and the heat exchanger casing leads to an increase in the hydraulic resistance of the gap in the direction of flow of the coolant due to a decrease in the live section between the tube bundle and the casing, resulting in a decrease in overflows (bypass flow) of the medium. In this case, the part of the bypass flow returned back into the tube bundle contributes to a significant increase in the heat transfer efficiency. Since the bypass path (Handbook of heat exchangers: In 2 vols. T.2 / Transl. From English under the editorship of OM Martynenko et al. - M .: Energoatomizdat, 1987, pp. 41-44) has less hydraulic resistance than passage through a tube bundle, the fraction of the flow flowing around the bundle can reach significant values (20-30%) and reduce the heat transfer efficiency, while reducing pressure loss. This circumstance is taken into account by the introduction of correction factors for heat transfer (p. 44), which vary depending on the ratio of the cross-sectional area of the bypass path to the area of the flow cross section. So, for example, with the ratio of the area of the bypass path to the area of the flow cross section in the range of 0.1-0.3, the value of the correction coefficient can vary from 0.88 to 0.7 (in the absence of anti-bypass bands) and from 0.93 to 0, 82 (when installing anti-bypass bands), respectively.
Кроме того, при наличии металлических сеток в один или несколько слоев между пучком теплообменных труб и кожухом теплообменника создается практически такое же обтекание теплоносителем периферийных трубок, как и в глубине пучка, что дополнительно способствует повышению эффективности теплообмена.In addition, in the presence of metal grids in one or several layers between the bundle of heat exchange tubes and the casing of the heat exchanger, the same flow around the peripheral tubes as the heat carrier creates in the depth of the bundle, which additionally increases the efficiency of heat transfer.
Наличие зазора между наружной поверхностью труб трубного пучка и поверхностью, ближайшей к трубному пучку сетки, равного не более половины расстояния между трубами по фронту потока, способствует равномерному обтеканию теплообменных труб теплоносителем на периферии, что также приводит к повышению эффективности теплообмена. Следует отметить, что в идеальном случае зазор между крайними трубами пучка и кожухом должен быть равен половине расстояния между трубами пучка по фронту потока, так как тогда обеспечивается равномерное одинаковое обтекание труб в любом месте пучка. Варьируя геометрическими параметрами сетки: толщиной проволоки и шагом ее расположения, можно добиться величины гидравлического сопротивления и условий обтекания трубного пучка, эквивалентных случаю, когда зазор между крайними трубами пучка и кожухом равен половине расстояния между трубами пучка по фронту потока.The presence of a gap between the outer surface of the tube bundle pipes and the surface closest to the tube bundle of the grid, equal to not more than half the distance between the tubes along the flow front, promotes uniform flow of heat transfer tubes around the periphery of the heat transfer medium, which also leads to an increase in heat transfer efficiency. It should be noted that in the ideal case, the gap between the extreme tubes of the beam and the casing should be equal to half the distance between the tubes of the beam along the front of the flow, since then uniform uniform flow around the pipes at any point of the beam is ensured. By varying the geometric parameters of the grid: the thickness of the wire and the pitch of its location, it is possible to achieve the values of hydraulic resistance and flow conditions around the tube bundle, equivalent to the case when the gap between the end tubes of the bundle and the casing is equal to half the distance between the tubes of the bundle along the flow front.
Размещение вершин гибов в местах сужения и расширения зазора между трубным пучком и кожухом теплообменника также способствует равномерному обтеканию теплообменных труб теплоносителем на периферии и приводит к повышению эффективности теплообмена.Placing the bend peaks at the points of narrowing and widening the gap between the tube bundle and the heat exchanger casing also contributes to the uniform flow of heat transfer pipes around the heat exchanger at the periphery and leads to an increase in heat transfer efficiency.
Протечки через зазоры определяются по формулам распределения потоков в параллельно включенных участках (Берман С.С. Расчет теплообменных аппаратов турбоустановок, Государственное энергетическое издательство, М., 1962, стр.72, 3-42). Соотношение расходов байпасного и основного потоков теплоносителя в пучке выражается следующей зависимостью 
где G и Gб - расход теплоносителя в трубном пучке и зазоре соответственно, кг/с;where G and G b - coolant flow in the tube bundle and the gap, respectively, kg / s;
ρ и ρб - плотность теплоносителя в трубном пучке и зазоре соответственно, кг/м3;ρ and ρ b are the density of the coolant in the tube bundle and the gap, respectively, kg / m 3 ;
F и Fб - живое сечение для прохода теплоносителя в трубном пучке и зазоре соответственно, м2;F and F b - live section for the passage of the coolant in the tube bundle and the gap, respectively, m 2 ;
ζ и ζб - коэффициент гидравлического сопротивления для прохода теплоносителя в трубном пучке и зазоре соответственно.ζ and ζ b are the hydraulic resistance coefficient for the passage of the coolant in the tube bundle and the gap, respectively.
Гидравлическое сопротивление трубного пучка, например, при шахматном расположении труб в пучке выражается зависимостью (Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы) Под общ. Ред. П.Л. Кириллова. М.: Энергоатомиздат, 1984. стр.23).The hydraulic resistance of the tube bundle, for example, when the pipes are staggered in the bundle, is expressed by the dependence (Kirillov PL, Yuryev Yu.S., Bobkov VP Handbook of Thermohydraulic Calculations (Nuclear Reactors, Heat Exchangers, Steam Generators) Ed. P.L. Kirillova, Moscow: Energoatomizdat, 1984, p. 23).
ζ=C·Re-0.27·(z+1),ζ = C · Re −0.27 · (z + 1),
где С - коэффициент, зависящий от геометрических параметров трубного пучка;where C is a coefficient depending on the geometric parameters of the tube bundle;
w - скорость теплоносителя в узком сечении трубного пучка, м/с;w is the velocity of the coolant in a narrow section of the tube bundle, m / s;
ν - кинематическая вязкость теплоносителя при средней температуре в пучке, м2/с;ν is the kinematic viscosity of the coolant at an average temperature in the beam, m 2 / s;
d - наружный диаметр теплообменных труб, м;d is the outer diameter of the heat exchange tubes, m;
z - количество рядов труб в пучке по ходу потока теплоносителя.z is the number of rows of pipes in the beam along the flow of the coolant.
Гидравлическое сопротивление зазора, кроме конструкции с сеткой, можно оценить как сумму местных сопротивлений при сужении и расширении потокаThe hydraulic resistance of the gap, except for the design with a mesh, can be estimated as the sum of local resistances during narrowing and expansion of the flow
ζб=zс·ζc+zр·ζh,ζ b = z s · ζ c + z p · ζ h ,
где zc и zp - количество сужений и расширений потока соответственно;where z c and z p are the number of constrictions and extensions of the flow, respectively;
Fc - площадь сечения сужения канала в зазоре между трубным пучком и стенкой кожуха аппарата, м2;F c - the cross-sectional area of the narrowing of the channel in the gap between the tube bundle and the wall of the casing of the apparatus, m 2 ;
Fp - площадь сечения расширения канала в зазоре между трубным пучком и стенкой кожуха аппарата, м2.F p - the cross-sectional area of the channel expansion in the gap between the tube bundle and the wall of the casing of the apparatus, m 2 .
Гидравлическое сопротивление зазора с зигзагообразной сеткой согласно [Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М.: Машиностроение, 1975, раздел 8, диаграмма 8-6, стр.336] можно оценить по формулеThe hydraulic resistance of the gap with a zigzag mesh according to [Idelchik I.E. Handbook of hydraulic resistance, M .: Engineering, 1975, section 8, diagram 8-6, p.336] can be estimated by the formula
где n - количество слоев сетки;where n is the number of grid layers;
δпр - диаметр проволоки сетки, м;δ CR - the diameter of the wire mesh, m;
t - шаг расположения проволоки в сетке, м;t is the pitch of the wire in the grid, m;
zсет - количество гибов сетки.z set - the number of mesh bends.
Необходимое количество слоев сеток определяется требуемой величиной гидравлического сопротивления теплоносителя, протекающего в зазоре между трубным пучком и кожухом теплообменника, а также расстоянием от наружной поверхности теплообменных труб до кожуха теплообменника. Так, при размещении сеток вплотную одна к другой увеличение гидравлического сопротивления происходит вследствие того, что проволоки соседних сеток частично перекрывают одна другую и живое сечение совмещенных отверстий сеток несколько уменьшается, а сопротивление потоку увеличивается, однако не вдвое. При установке двух и более сеток на расстоянии одна от другой (примерно на расстоянии больше 15 диаметров проволоки) сопротивление сеток удваивается, и коэффициент суммарного сопротивления последовательно установленных сеток определяется как сумма коэффициентов сопротивления отдельных сеток.The required number of mesh layers is determined by the required hydraulic resistance of the heat carrier flowing in the gap between the tube bundle and the heat exchanger casing, as well as the distance from the outer surface of the heat exchanger pipes to the heat exchanger casing. So, when placing the nets close to one another, the increase in hydraulic resistance occurs due to the fact that the wires of adjacent nets partially overlap one another and the live section of the aligned mesh openings is somewhat reduced, and the flow resistance increases, but not by half. When two or more grids are installed at a distance from one another (approximately at a distance of more than 15 wire diameters), the resistance of the grids doubles, and the coefficient of the total resistance of series-installed grids is determined as the sum of the resistance coefficients of individual grids.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены результаты расчета обтекания трубных пучков для различных способов ограничения перетечек. Все расчеты выполнены программой StarCD для трубного пучка со следующими геометрическими размерами:The invention is illustrated by drawings, which show the results of the calculation of the flow around the tube bundles for various methods of limiting flow. All calculations were performed by the StarCD program for a tube bundle with the following geometric dimensions:
- наружный диаметр теплообменной трубы равен 25 мм;- the outer diameter of the heat exchanger pipe is 25 mm;
- поперечный шаг между осями труб (по фронту потока теплоносителя) равен 34,6 мм;- the transverse step between the pipe axes (along the front of the coolant flow) is equal to 34.6 mm;
- продольный шаг между осями труб в соседних рядах (по ходу движения теплоносителя) равен 29,5 мм;- the longitudinal pitch between the pipe axes in adjacent rows (in the direction of the coolant) is 29.5 mm;
- количество рядов теплообменных труб z=19.- the number of rows of heat transfer pipes z = 19.
При этом число Рейнольдса было выбрано типичным для трубных пучков воздухоподогревателей газотурбинных установок и равным Re=8300.Moreover, the Reynolds number was chosen typical for tube bundles of air heaters of gas turbine units and equal to R e = 8300.
Кроме того, в расчетах были приняты одинаковыми:In addition, the calculations were taken the same:
- зазоры между стенкой кожуха теплообменника и трубным пучком;- gaps between the wall of the casing of the heat exchanger and the tube bundle;
- расход теплоносителя;- coolant flow rate;
- теплофизические свойства среды межтрубного пространства (воздуха).- thermophysical properties of the annulus (air) environment.
На фиг.1 представлен теплообменный аппарат с расположенными в нем сетками между трубами трубного пучка и кожухом аппарата, поперечный разрез;Figure 1 presents a heat exchanger with nets located therein between the tubes of the tube bundle and the casing of the apparatus, a cross section;
на фиг.2 - вид А на фиг.1, показано размещение сетки в зазоре, увеличено;figure 2 is a view a in figure 1, shows the placement of the mesh in the gap, increased;
на фиг.3 показано идеальное поле скоростей теплоносителя в трубном пучке без зазоров, т.е. когда расстояние между наружной поверхностью труб трубного пучка и кожухом теплообменника равно половине расстояния между трубами по фронту потока;figure 3 shows the ideal velocity field of the coolant in the tube bundle without gaps, i.e. when the distance between the outer surface of the tubes of the tube bundle and the casing of the heat exchanger is equal to half the distance between the tubes along the front of the stream;
на фиг.4 - вид I на фиг. 3, представлен фрагмент, иллюстрирующий идеальное распределение скоростей в глубине данного трубного пучка;figure 4 is a view of I in fig. 3 is a fragment illustrating an ideal velocity distribution in the depth of a given tube bundle;
на фиг.5 показано поле скоростей теплоносителя в трубном пучке при увеличенном на 7 мм зазоре между кожухом теплообменника и трубным пучком относительно идеального;figure 5 shows the velocity field of the coolant in the tube bundle with a gap increased by 7 mm between the casing of the heat exchanger and the tube bundle is relatively ideal;
на фиг.6 - вид II на фиг. 5, представлен фрагмент, иллюстрирующий поле скоростей теплоносителя в трубном пучке при увеличенном на 7 мм зазоре между кожухом теплообменника и трубным пучком, увеличено;FIG. 6 is a view II of FIG. 5, a fragment is presented illustrating the velocity field of the coolant in the tube bundle with a gap increased by 7 mm between the casing of the heat exchanger and the tube bundle; enlarged;
на фиг.7 показано поле скоростей теплоносителя в трубном пучке для случая, когда стенка кожуха теплообменника имеет вытеснители, имитирующие теплообменные трубы, но зазор также увеличен на 7 мм относительно идеального случая;7 shows the velocity field of the coolant in the tube bundle for the case where the wall of the heat exchanger casing has displacers that simulate heat transfer tubes, but the gap is also increased by 7 mm relative to the ideal case;
на фиг.8 - вид III на фиг. 7, представлен фрагмент, иллюстрирующий поле скоростей теплоносителя в трубном пучке, когда стенка кожуха теплообменника имеет вытеснители, имитирующие теплообменные трубы, но зазор также увеличен на 7 мм, увеличено;on Fig - view III in fig. 7 is a fragment illustrating the velocity field of the coolant in the tube bundle when the wall of the heat exchanger casing has displacers that simulate heat transfer tubes, but the gap is also increased by 7 mm, increased;
на фиг.9 показано поле скоростей при установке трех антибайпасных полос при увеличенном на 7 мм зазоре относительно идеального как наиболее часто применяющее способ уменьшения байпасных перетечек;figure 9 shows the velocity field when installing three anti-bypass strips with a clearance increased by 7 mm relative to ideal, as the most often used way to reduce bypass re-flows;
на фиг.10 - вид IV на фиг. 9, представлен фрагмент, иллюстрирующий поле скоростей теплоносителя в трубном пучке при установке трех антибайпасных полос при увеличенном на 7 мм зазоре относительно идеального, увеличено;figure 10 is a view IV of fig. 9 is a fragment illustrating the velocity field of the coolant in the tube bundle when three anti-bypass strips are installed with a gap of 7 mm larger than ideal, increased;
на фиг.11 показано поле скоростей теплоносителя при установлении в зазоре между трубным пучком и кожухом двух слоев сеток из двух слоев сетки с толщиной проволоки 0,5 мм и шагом расположения проволоки в сетке 3,5 мм, причем величина зазора между наружной поверхностью труб трубного пучка и вершинами гибов ближайшей к трубному пучку сетки в этом случае равна половине расстояния между трубами по фронту потока при том же зазоре в 7 мм;11 shows the velocity field of the coolant when two layers of nets of two layers of nets with a wire thickness of 0.5 mm and a pitch of the wire in the mesh of 3.5 mm are installed in the gap between the tube bundle and the casing, and the gap between the outer surface of the pipe in this case, the beam and the tops of the bends of the mesh closest to the tube bundle is equal to half the distance between the pipes along the flow front with the same gap of 7 mm;
на фиг.12 - вид V на фиг. 11, представлен фрагмент, иллюстрирующий поле скоростей теплоносителя при установлении в зазоре между трубным пучком и кожухом двух слоев сеток, причем величина зазора между наружной поверхностью труб трубного пучка и вершинами гибов ближайшей к трубному пучку сетки в этом случае равна половине расстояния между трубами по фронту потока при том же зазоре в 7 мм, увеличено.12 is a view V of FIG. 11 is a fragment illustrating the velocity field of the coolant when two layers of nets are installed in the gap between the tube bundle and the casing, and the gap between the outer surface of the tube bundle tubes and the bends of the mesh closest to the tube bundle in this case is equal to half the distance between the tubes along the flow front with the same clearance of 7 mm, increased.
Ограничитель выполнен из металлических проволочных сеток 1 (фиг.1). Профиль поверхности сеток 1 изготовлен зигзагообразной формы. Сетки 1 размещены в зазоре между кожухом 2 теплообменного аппарата и трубами 3 трубного пучка (фиг.2). При этом вершины гибов 4 сеток 1 в зазоре расположены в местах сужения зазора 5 и расширения зазора 6 таким образом, что ближайшая к трубному пучку сетка находится на расстоянии, равном половине расстояния между трубами "f" по фронту. Необходимое взаимное расположение труб 3 трубного пучка, кожуха 2 и сеток 1 обеспечивается наличием фиксирующих элементов (на чертеже не показаны).The limiter is made of metal wire mesh 1 (figure 1). The surface profile of the
При движении теплоносителя (по стрелке В) в трубном пучке теплообменного аппарата сетки 1 уменьшаются перетечки теплоносителя между трубами 3 трубного пучка и кожухом 2, байпасный поток направляется внутрь трубного пучка, при этом происходит равномерное омывание всех труб 3 пучка, в результате чего весь поток теплоносителя участвует в теплообмене, что приводит к повышению эффективности теплообмена.When the coolant moves (in the direction of arrow B) in the tube bundle of the heat exchanger of the
В идеальном случае, когда зазор между крайними трубами 3 трубного пучка и кожухом 1 равен половине расстояния "f" между трубами 3 трубного пучка по фронту потока, обеспечивается равномерное одинаковое обтекание труб в любом месте пучка. Варьируя геометрическими параметрами сетки 1: толщиной проволоки и шагом ее расположения, можно добиться величины гидравлического сопротивления и условий обтекания трубного пучка, эквивалентных случаю, когда зазор между крайними трубами 3 пучка и кожухом 2 равен половине расстояния между трубами 3 трубного пучка по фронту потока.In the ideal case, when the gap between the end tubes 3 of the tube bundle and the
Как показали расчеты (фиг.5-10), наибольшая неравномерность обтекания трубного пучка вблизи стенки наблюдается для случая установки антибайпасных полос (фиг.9-10). Максимальное значение скорости и, соответственно, расхода среды в пучке при этом составляет величину 10,04 м/с. Наиболее близким к идеальному обтеканию трубного пучка относится конструкция с установленными сетками (фиг.11-12). Степень неравномерности обтекания трубного пучка теплоносителем можно оценить по величине максимальной локальной скорости (расхода) в пучке. Так, для конструкции с установленными сетками максимальная скорость составляет величину 6,072 м/с (фиг.11-12), а для варианта с вытеснителями - 7,067 м/с (фиг.7-8) приведенные значения скорости относятся к сечению между трубным пучком и кожухом теплообменника. В случае идеального обтекания трубного пучка максимальное значение скорости составляет 5,497 м/с (фиг.3-4) и относится к наименьшему проходному сечению пучка.As the calculations showed (Figs. 5-10), the greatest unevenness of the flow around the tube bundle near the wall is observed for the case of installing anti-bypass strips (Figs. 9-10). The maximum value of the velocity and, accordingly, the flow rate of the medium in the beam in this case is 10.04 m / s. The closest to the ideal flow around the tube bundle is a design with installed grids (11-12). The degree of non-uniformity of the coolant flow around the tube bundle can be estimated by the maximum local velocity (flow rate) in the bundle. So, for a design with installed grids, the maximum speed is 6.072 m / s (Fig. 11-12), and for the option with displacers - 7.067 m / s (Fig. 7-8), the speed values given refer to the cross section between the tube bundle and heat exchanger casing. In the case of an ideal flow around the tube bundle, the maximum velocity value is 5.497 m / s (Figs. 3-4) and refers to the smallest flow area of the bundle.
Предлагаемый ограничитель перетечек выполнен из двух слоев сетки с толщиной проволоки 0,5 мм (сталь 12Х18Н9Т) и шагом расположения проволоки в сетке 3,2 мм и применен в конструкции двух изготовленных опытных регенеративных воздухоподогревателей РВП-2200-03 для газотурбинных агрегатов ГТК-10 ООО "ТЮМЕНТРАНСГАЗ". Теплообменная поверхность данных воздухоподогревателей представляет модульную систему с трубными пучками W-образной формы и шахматным расположением теплообменных труб. Наружный диаметр теплообменных труб 25 мм, поперечный шаг теплообменных труб равен 36,7 мм, а продольный шаг - 30 мм. Расчетная оценка потерь снижения эффективности теплообмена при использовании воздухоподогревателей без сетки составила около 20%. Расчетная величина снижения эффективности теплообмена при размещении двухслойной сетки между кожухом воздухоподогревателя и трубным пучком составила не более 5%.The proposed flow limiter is made of two mesh layers with a wire thickness of 0.5 mm (12X18H9T steel) and a wire pitch of 3.2 mm in the mesh and is used in the design of two manufactured experimental regenerative air heaters RVP-2200-03 for gas turbine units GTK-10 LLC TYUMENTRANSGAZ. The heat exchange surface of these air heaters is a modular system with W-shaped tube bundles and a staggered arrangement of heat exchange tubes. The outer diameter of the heat exchanger tubes is 25 mm, the transverse pitch of the heat exchanger tubes is 36.7 mm, and the longitudinal pitch is 30 mm. The estimated loss of heat exchange reduction in the use of air heaters without a grid was about 20%. The calculated value of the decrease in the heat transfer efficiency when placing a two-layer mesh between the casing of the air heater and the tube bundle was not more than 5%.
Таким образом, предлагаемое техническое решение способствует повышению эффективности теплообмена за счет снижения байпасных потоков между трубным пучком и кожухом теплообменного аппарата и улучшению равномерного обтекания периферийных теплообменных труб трубного пучка.Thus, the proposed technical solution improves the efficiency of heat transfer by reducing bypass flows between the tube bundle and the casing of the heat exchanger and improving the uniform flow around the peripheral tube tube heat exchanger tubes.
Предлагаемый ограничитель перетечек может быть установлен в кожухе теплообменного аппарата как цилиндрической, так и прямоугольной формы.The proposed flow limiter can be installed in the casing of the heat exchanger both cylindrical and rectangular.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005127287/06A RU2294505C1 (en) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | Device for reducing leakage from tube bank to heat exchanger housing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005127287/06A RU2294505C1 (en) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | Device for reducing leakage from tube bank to heat exchanger housing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2294505C1 true RU2294505C1 (en) | 2007-02-27 |
Family
ID=37990753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005127287/06A RU2294505C1 (en) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | Device for reducing leakage from tube bank to heat exchanger housing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2294505C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU184945U1 (en) * | 2018-04-28 | 2018-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Сонорэ" | OBTURATOR OF THE TRANSVERSE PARTITION OF A SHELL-TUBED HEAT EXCHANGER |
-
2005
- 2005-08-30 RU RU2005127287/06A patent/RU2294505C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Справочник по теплообменникам. Т.2. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 282-286. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU184945U1 (en) * | 2018-04-28 | 2018-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Сонорэ" | OBTURATOR OF THE TRANSVERSE PARTITION OF A SHELL-TUBED HEAT EXCHANGER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Singh et al. | Experimental investigation of an evacuated tube collector solar air heater with helical inserts | |
| Wang et al. | Characteristics of flow distribution in compact parallel flow heat exchangers, part II: Modified inlet header | |
| Nasr et al. | Fluid flow analysis and extension of rapid design algorithm for helical baffle heat exchangers | |
| Chen et al. | Experimental investigation on performances of trisection helical baffled heat exchangers for oil/water–water heat transfer | |
| Yang et al. | Numerical investigation on shell-side performances of combined parallel and serial two shell-pass shell-and-tube heat exchangers with continuous helical baffles | |
| Wei et al. | Design and optimization of baffled fluid distributor for realizing target flow distribution in a tubular solar receiver | |
| EP3196580B1 (en) | Corrugated fins for heat exchanger | |
| Yang et al. | Performance simulation on unilateral ladder type helical baffle heat exchanger in half cylindrical space | |
| Bae et al. | Analytical prediction of turbulent friction factor for a rod bundle | |
| Lee et al. | Pressure drop in dual-cooled annular and cylindrical solid fuel assemblies for pressurized water reactor | |
| Wen et al. | Flow resistance and convective heat transfer performances of airflow through helical-tube bundles | |
| RU2294505C1 (en) | Device for reducing leakage from tube bank to heat exchanger housing | |
| Babaei et al. | Analysis of serpentine coil with alternating flattened axis: An insight into performance enhancement of solar ponds | |
| Kim et al. | Design and thermal-hydraulic evaluation of the finned-tube type sodium-to-air heat exchanger in sodium test facility | |
| Miyoshi et al. | Numerical evaluation of wall temperature measurement method developed to estimate thermal stress at T-junction pipe | |
| Xing et al. | Modulated heat transfer tube with mesh cylinder inserted | |
| Lu et al. | Experimental and numerical investigation on shell-side performance of multilayer spiral-wound heat exchangers | |
| Raj et al. | Numerical analysis of helically coiled heat exchanger using CFD technique | |
| Al-Kayiem et al. | Ribbed double pipe heat exchanger: analytical analysis | |
| Indhe et al. | Optimization of longitudinal fin profile for double pipe heat exchanger | |
| Ganapathy | Design and evaluate finned tube bundles | |
| EP2147274B1 (en) | Indirect heat exchange device and method of exchanging heat | |
| Chen et al. | Numerical simulation on the performance of trisection helical baffle heat exchangers with small baffle incline angles | |
| Padmakumar et al. | Thermal-hydraulic effects of inserts in a fast reactor fuel bundle | |
| Choi et al. | CFD Investigation on Shape Effect of Helically Wrapped Wire Spacer in a Heat Pipe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120831 |