RU2369817C1

RU2369817C1 - Turbulising unit for heat exchanging pipe

Info

Publication number: RU2369817C1
Application number: RU2008114200/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Лаврентьевич Наумов (RU); Александр Лаврентьевич Наумов; Надежда Александровна Морозова (RU); Надежда Александровна Морозова; Андрей Сергеевич Печников (RU); Андрей Сергеевич Печников; Гамлет Ашотович Мирзоян (RU); Гамлет Ашотович Мирзоян; Виктор Михайлович Сотников (RU); Виктор Михайлович Сотников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НПО ТЕРМЭК"
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-10

Abstract

FIELD: heat engineering.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering, namely to the turbulising unit design and can be used in different heat exchanging pipes of industrial heat exchangers. The turbulising unit for a heat exchanging pipe comprises swirling blades which are streamlined by the heat carrier flow and are rigidly fixed on the axis with the specified interval; the swirling blades are made as rectangular plates with sharp edges, the central part of the plates is placed parallel to the flow and the ends are turned at the angle of 15-45 grad in respect to each other; the swirling blades are set along the pipe length with the interval of 1-5 inner pipe diametres.

EFFECT: proposed turbulising unit for a heat exchanging pipe ensures reduction of hydraulic resistance of the heat carrier flowing inside the pipe and intensification of the heat exchanging process along with simple design.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструкции турбулизирующих устройств, и может применяться в различных теплообменных трубах промышленных теплообменников.The invention relates to the field of heat engineering, namely to the design of turbulizing devices, and can be used in various heat transfer pipes of industrial heat exchangers.

Известно турбулизирующее устройство для теплообменной трубы (SU №624104, кл. F28F 13/12, 1978), содержащее попарно установленные вдоль трубы на неподвижной оси завихрители с лопастями и возможностью вращения, при этом лопасти повернуты на угол 40-60° относительно своей оси симметрии и размещены в трубе с зазором, равным (0,03-0,1)L, расстояние между завихрителями в каждой паре равно (1,0-1,5)L, при этом пары расположены одна от другой на расстоянии (30-70)L, где L - максимальный размер завихрителей в плане.A turbulizing device for a heat exchange tube is known (SU No. 624104, class F28F 13/12, 1978), comprising swirls with blades in pairs and rotatably mounted along the pipe on a fixed axis, while the blades are rotated by an angle of 40-60 ° relative to their axis of symmetry and placed in a pipe with a gap equal to (0.03-0.1) L, the distance between the swirls in each pair is (1.0-1.5) L, while the pairs are located one from another at a distance of (30-70 ) L, where L is the maximum size of the swirls in the plan.

Известно турбулизирующее устройство для теплообменной трубы (SU №1460581, кл. F28F 13/14, 1989), содержащее ось, жестко и шарнирно связанные с ней завихрители с лопастями, обеспечивающими противоположное направление вращения завихрителей, при этом диаметр жестко связанных с осью завихрителей превышает диаметр шарнирно связанных на 0,5-1,0 внутреннего диаметра трубы.A turbulizing device for a heat exchanger tube is known (SU No. 1460581, class F28F 13/14, 1989), containing an axis rigidly and pivotally connected to it by swirlers with blades providing the opposite direction of rotation of the swirls, while the diameter of the swirls rigidly connected to the axis exceeds the diameter articulated to 0.5-1.0 of the inner diameter of the pipe.

Недостатками указанных способов является низкая технологичность в изготовлении и ремонте, а также возрастание гидравлических потерь при увеличении тепловой мощности устройств.The disadvantages of these methods is the low manufacturability in the manufacture and repair, as well as an increase in hydraulic losses with increasing thermal power of the devices.

Известен турбулизатор для теплообменной трубы (US №5497824, кл. F28F 13/02, 1996), содержащий двойную полосу, свернутую в спираль, при этом турбулизатор устанавливают соосно внутри трубы теплообменника так, что он контактирует со стенками трубы или удален от внутренней поверхности стенки.A known turbulizer for a heat exchanger pipe (US No. 5497824, class F28F 13/02, 1996) containing a double strip coiled into a spiral, the turbulator being installed coaxially inside the heat exchanger pipe so that it contacts the pipe walls or is removed from the inner wall surface .

Данное устройство просто в исполнении, однако имеет низкие значения коэффициентов теплопередачи.This device is simple to implement, but it has low values of heat transfer coefficients.

Наиболее близким к заявленному изобретению является турбулизирующее устройство для теплообменной трубы (SU №966482, кл. F28F 13/12, 1982), содержащее ось, выполненную с возможностью вращения, и установленные на оси с заданным шагом жестко укрепленные завихрители с лопастями, при этом лопасти через одну наклонены под разными углами к оси, а у остальных завихрителей угол наклона всех лопастей одинаков и составляет 30-50°. Завихрители установлены на оси с шагом, равным 5-8 внутренним диаметрам трубы.Closest to the claimed invention is a turbulizing device for a heat exchanger pipe (SU No. 966482, class F28F 13/12, 1982), comprising an axis rotatable and rigidly mounted swirls with blades mounted on an axis with a given pitch, while the blades through one, they are inclined at different angles to the axis, and for the remaining swirlers, the angle of inclination of all blades is the same and is 30-50 °. The swirlers are mounted on the axis with a step equal to 5-8 internal pipe diameters.

Недостатком данного устройства является большое гидравлическое сопротивление протекающего внутри трубки теплоносителя за счет закручивания и вихревой турбулизации всего потока теплоносителя, а также незначительного утонения пограничного слоя крупными вихрями всего потока.The disadvantage of this device is the large hydraulic resistance of the coolant flowing inside the tube due to swirling and vortex turbulization of the entire coolant flow, as well as insignificant thinning of the boundary layer by large vortices of the entire flow.

Технической задачей предлагаемого изобретения является интенсификация теплообмена и уменьшение гидравлического сопротивления протекающего внутри трубки теплоносителя при высокой надежности и простоте изготовления.The technical task of the invention is to intensify heat transfer and reduce the hydraulic resistance of the flowing fluid inside the tube with high reliability and ease of manufacture.

Поставленная задача решена тем, что в турбулизирующем устройстве для теплообменной трубы, содержащем жестко закрепленные на оси с заданным шагом завихрители-лопасти, обтекаемые потоком теплоносителя, завихрители-лопасти выполнены в виде прямоугольных пластин с острыми кромками на концах, центральная часть пластин расположена параллельно потоку теплоносителя, а концы повернуты относительно друг друга на угол 15-45 градусов, причем завихрители-лопасти установлены по длине трубы на расстоянии от 1 до 5 внутренних диаметров трубы.The problem is solved in that in a turbulizing device for a heat exchanger tube containing vortex-swirl blades rigidly fixed on an axis with a given step, streamlined by a heat-transfer fluid, vortex-swirls are made in the form of rectangular plates with sharp edges at the ends, the central part of the plates is parallel to the heat-transfer flow and the ends are rotated relative to each other by an angle of 15-45 degrees, and the swirl-blades are installed along the length of the pipe at a distance of 1 to 5 internal diameters of the pipe.

В заявленном устройстве происходит турбулизация потока теплоносителя только в пристеночной области с образованием крупных вихрей, а наличие острых прямоугольных кромок на концах пластин-лопастей ведет к дополнительному образованию мелкодисперсных вихрей. Таким образом, наличие вихрей различного диапазона ведет к разрушению и утонению пограничного слоя на внутренней поверхности трубы и интенсификации теплообмена.In the claimed device, turbulence of the coolant flow occurs only in the parietal region with the formation of large vortices, and the presence of sharp rectangular edges at the ends of the blade plates leads to the additional formation of fine vortices. Thus, the presence of vortices of various ranges leads to the destruction and thinning of the boundary layer on the inner surface of the pipe and the intensification of heat transfer.

Сущность изобретения поясняется подробнее чертежом и описанием к нему.The invention is illustrated in more detail by the drawing and description thereof.

На чертеже схематично изображено турбулизирующее устройство, содержащее ось 1, завихрители-лопасти 2, представляющие собой прямоугольные пластины, имеющие центральную часть 3 и концы пластин (периферийные части) 4. Турбулизирующее устройство расположено в теплообменной трубе 5.The drawing schematically shows a turbulizing device containing an axis 1, swirl blades 2, which are rectangular plates having a central part 3 and the ends of the plates (peripheral parts) 4. The turbulizing device is located in the heat exchange tube 5.

Турбулизирующее устройство работает следующим образом.Turbulent device operates as follows.

Поток теплоносителя поступает в трубу 5, натекает на расположенные внутри трубы завихрители-лопасти в виде прямоугольных пластин 2, жестко закрепленных центральной (средней) частью 3 на оси 1 с помощью сварки или пайки. Завихрители установлены по длине трубы на расстоянии от 1 до 5 внутренних диаметров трубы (расстояние между пластинами в указанном диапазоне может быть одинаковым или различным). Центральная часть 3 завихрителей-лопастей (пластин) расположена параллельно потоку теплоносителя, а концы пластин (короткие стороны) 4 имеют острые кромки, при этом концы соседних пластин повернуты относительно друг друга на угол, выбранный из интервала 15-45 градусов, в связи с чем происходит турбулизация потока только в пристеночной области с образованием крупных вихрей. Выполнение завихрителей-лопастей в виде прямоугольных полосок с острыми кромками на концах ведет к дополнительному образованию мелкодисперсных вихрей. Наличие вихрей различного размерного диапазона в большей степени ведет к разрушению и утонению пограничного слоя на внутренней поверхности трубы 5.The coolant flow enters the pipe 5, flows onto the swirl-blades located inside the pipe in the form of rectangular plates 2, rigidly fixed by the central (middle) part 3 on the axis 1 by welding or soldering. Swirls are installed along the length of the pipe at a distance of 1 to 5 internal diameters of the pipe (the distance between the plates in the specified range can be the same or different). The central part 3 of the swirl-blades (plates) is parallel to the flow of coolant, and the ends of the plates (short sides) 4 have sharp edges, while the ends of adjacent plates are rotated relative to each other at an angle selected from the interval of 15-45 degrees, in connection with which Turbulence of the flow occurs only in the parietal region with the formation of large eddies. The implementation of the vortex-blades in the form of rectangular strips with sharp edges at the ends leads to the additional formation of fine vortices. The presence of vortices of various size ranges to a greater extent leads to the destruction and thinning of the boundary layer on the inner surface of the pipe 5.

В результате использования описанного турбулизирующего устройства возрастает коэффициент теплоотдачи и интенсивность теплообмена в трубе на 15-30%. В центральной части трубы около оси происходит стабилизация потока за счет параллельного расположения центральной части пластин по отношению к потоку теплоносителя, что, в общем, приводит к незначительному приросту гидравлического сопротивления потока теплоносителя в целом. Расположение завихрителей-лопастей 2 по всей длине трубы на расстоянии от 1 до 5 внутренних диаметров трубы с поворотом относительно друг друга на 15-45 градусов позволяет осуществить полную интенсификацию теплообмена по всей длине теплообменной трубы.As a result of using the described turbulizing device, the heat transfer coefficient and the heat transfer rate in the pipe increase by 15-30%. In the central part of the pipe near the axis, flow stabilization occurs due to the parallel arrangement of the central part of the plates with respect to the coolant flow, which, in general, leads to an insignificant increase in the hydraulic resistance of the coolant flow as a whole. The location of the swirl-blades 2 along the entire length of the pipe at a distance of 1 to 5 internal diameters of the pipe with a rotation of 15-45 degrees relative to each other allows for the complete intensification of heat transfer along the entire length of the heat transfer pipe.

Таким образом, предложенное турбулизирующее устройство для теплообменной трубы при простоте выполнения обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления протекающего внутри трубы теплоносителя и интенсификацию процесса теплообмена.Thus, the proposed turbulizing device for a heat exchange pipe with ease of implementation provides a reduction in hydraulic resistance of the heat carrier flowing inside the pipe and an intensification of the heat transfer process.

Claims

A turbulizing device for a heat exchanger pipe containing swirl-blades rigidly fixed on an axis with a given step, streamlined by a heat-transfer fluid, characterized in that the swirl-blades are made in the form of rectangular plates with sharp edges at the ends, the central part of the plates is parallel to the heat-transfer flow, and the ends rotated relative to each other at an angle of 15-45 ° in, and the swirl-blades are installed along the length of the pipe at a distance of 1 to 5 internal diameters of the pipe.