RU2734614C1 - Кожухотрубный теплообменник - Google Patents
Кожухотрубный теплообменник Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734614C1 RU2734614C1 RU2019129369A RU2019129369A RU2734614C1 RU 2734614 C1 RU2734614 C1 RU 2734614C1 RU 2019129369 A RU2019129369 A RU 2019129369A RU 2019129369 A RU2019129369 A RU 2019129369A RU 2734614 C1 RU2734614 C1 RU 2734614C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- heat exchanger
- shell
- pipes
- heat
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/1615—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
Abstract
Изобретение относится к теплообменным устройствам и может быть использовано в энергетике и транспорте. Теплообменник содержит цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки для подвода и отвода первого теплоносителя, а также входной и выходной патрубки для подвода и отвода второго теплоносителя. Внутри корпуса расположены трубные доски, в которых закреплены трубы, по которым движется второй теплоноситель. Трубы проходят через отверстия в перегородке, представляющей собой поверхность закрытого прямого геликоида с переменным шагом. Трубы в трубном пучке имеют на внешней поверхности конусообразные углубления, а на внутренней поверхности - конусообразные выступы. Технический результат - увеличение теплоэнергетической эффективности работы теплообменника. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для утилизации отходящих газов топливоиспользующих энергоустановок, а так же для воздухоподогревателей.
Известен кожухотрубный теплообменник [1], содержащий корпус, выполненный в виде цилиндра, внутри которого расположены теплообменные трубы, коллекторы с трубными досками, патрубки для подвода и отвода теплоносителей.
Известен кожухотрубный теплообменник [2], содержащий корпус, пучок труб, коллекторы с трубными досками, патрубки для подвода и отвода теплоносителей.
Недостатком таких теплообменников является малая эффективность аппарата при передаче тепла от одного теплоносителя к другому.
Наиболее близким по технической сущности является кожухотрубный теплообменник [3], содержащий кожух, размещенный внутри него пучок параллельных труб и установленные в межтрубном пространстве перегородки.
Недостаток данного теплообменника заключается в том, что при движении между перегородками поток теплоносителя движется поперек трубного пучка, но в дальнейшем при обтекании перегородки он пересекает трубный пучок, причем в областях, где изменяется направление движения, поток движется параллельно трубному пучку. Наиболее высокий коэффициент теплопередачи приходится на участки, где поток теплоносителя обтекает перпендикулярно пучок труб. В зонах, где поток теплоносителя движется вдоль труб, интенсивность теплопередачи снижается [4]. Кроме того, вследствие постоянного периодического изменения направления движения потока, возрастает гидравлическое сопротивление теплообменника [5], что приводит к повышенным затратам энергии на прокачку теплоносителя. При этом теплоэнергетическая эффективность теплообменника снижается [6].
Задача изобретения – повышение теплоэнергетической эффективности работы кожухотрубного теплообменника.
Поставленная цель достигается тем, что внутри корпуса кожухотрубного теплообменника расположена одна перегородка в виде поверхности закрытого прямого геликоида с переменным шагом, через которую пропущен пучок труб, причем трубы, находящиеся в пучке, расположены по концентрическим окружностям, с диаметрами, уменьшающимися в радиальном направлении от периферии к центру, в шахматном порядке по отношению к направлению движения первого вращающегося теплоносителя. Трубы в трубном пучке имеют конусообразные углубления с наружной стороны, а с внутренней стороны соответствующие им конусообразные выступы, так же расположенные в шахматном порядке по отношению к движущемуся потоку второго теплоносителя внутри труб.
На фиг.1 схематически представлен предлагаемый кожухотрубный теплообменник. Теплообменник содержит цилиндрический вертикальный корпус 1, выходной 2 и входной 3 патрубки для отвода и подвода первого теплоносителя, а также входной 4 и выходной 5 патрубки для подвода и отвода второго теплоносителя. Внутри корпуса 1 расположены трубные доски 6, в которых закреплены трубы 7, по которым движется второй теплоноситель. Трубы 7 проходят через отверстия в перегородке 8, представляющей поверхность закрытого прямого геликоида (см. фиг. 2) с переменным шагом. Трубы 7 (фиг.1) с постоянным диаметром в трубном пучке расположены по концентрическим окружностям относительно оси корпуса теплообменника (см. фиг. 3) и в шахматном порядке по отношению к направлению движения первого вращающегося теплоносителя. Трубы в пучке имеют диаметры, уменьшающиеся в радиальном направлении от периферийной части пучка к его центру. На фиг. 4 схематично изображено сечение трубы в трубном пучке. Труба 7 имеет конусообразные углубления 9, расположенные на внешней поверхности. На внутренней поверхности трубы имеются конусообразные выступы 10 , образованные из-за углублений на внешней поверхности трубы. Эти выступы расположены в шахматном порядке по направлению движения потока второго теплоносителя в трубе.
Теплообменник работает следующим образом. Первый теплоноситель, проходя через входной патрубок 3 (см. фиг.1), поступает в межтрубное пространство, ограниченное корпусом 1, трубами 7, трубными досками 6 и перегородкой 8, и выходит через патрубок 2. Двигаясь по этому каналу, он нагревается от наружных поверхностей труб 7, в результате чего происходит уменьшение его плотности и увеличение скорости движения. При этом массовый расход теплоносителя остается постоянным. Однако, вследствие того, что сечение канала по мере нагрева теплоносителя (т.е. по мере продвижения потока по каналу) увеличивается, его скорость остается постоянной. При увеличении скорости движения потока гидравлическое сопротивление, а, соответственно, и потери энергии на прокачку теплоносителя возрастают значительно быстрее, чем возрастает коэффициент теплоотдачи [7, 8]. Таким образом, сохранение скорости движения теплоносителя повышает теплоэнергетическую эффективность теплообменника. При этом площадь поперечного сечения на входе канала, образованного стенками перегородки, должна быть не меньше площади поперечного сечения входного патрубка, а поперечное сечение выходного патрубка не меньше площади поперечного сечения на выходе канала, образованного стенками перегородки. Наибольший коэффициент теплоотдачи достигается при перпендикулярном движении потока шахматному расположению труб в пучке [4]. Так как теплоноситель движется не имея резких изменений направления, то гидравлические потери и энергетические затраты на прокачку теплоносителя минимальны. Второй теплоноситель поступает через патрубок 4, проходя через коллектор трубной доски 6, поступает в трубы 7. Далее, поток этого теплоносителя выходит через другой коллектор трубной доски и патрубок 5. При этом, во время движения теплоносителя по трубам, через стенки труб 7 происходит передача тепловой энергии от второго теплоносителя к первому. Конусообразные углубления на наружной поверхности труб срывают пристенный ламинарный слой, увеличивая тем самым процесс теплоотдачи, а внутри труб трубного пучка, соответствующие конусообразные выступы, расположенные в шахматном порядке [8] увеличивают теплоотдачу от теплоносителя, двигающегося внутри трубного пучка к стенкам труб. При нагреве первого теплоносителя, его скорость движения увеличивается из-за его объемного расширения. Вследствие того, что площадь поперечного сечения канала, образованного поверхностью перегородки в виде геликоида и внутренней стенкой корпуса на выходе, не меньше поперечного сечения выходного патрубка средняя скорость движения теплоносителя на выходе не увеличивается, и гидравлические потери становятся минимальными. Аналогично, поперечное сечение входного патрубка не больше поперечного сечения канала, образованного поверхностью перегородки в виде геликоида и внутренней стенкой корпуса на входе.
Поверхность геликоида, устанавливаемого внутри корпуса теплообменника, изготавливают следующим образом. Тонкий лист металла прямоугольной формы, имеющего ширину, равную внутреннему диаметру кожухотрубного теплообменника, неподвижно закрепляется в верхней части. Нижняя часть листа крепится в зажиме, который имеет возможность вращения. При вращении нижней части лист металла приобретает форму геликоида. Отверстия в перегородке, предназначенные для труб второго теплоносителя, изготавливаются методом сверления, причем в качестве кондуктора, для точного совпадения отверстий и труб используется трубная доска. Шаг геликоида определяется числом оборотов нижней части листа металла. Конусообразные углубления и выступы на трубах трубного пучка изготавливаются методом кернения, с глубиной деформации превышающей толщину труб.
Список литературы:
1. Бажан П.И. и др. Справочник по теплообменным аппаратам. / П.И.Бажан, Г.Е.Каневец, В.М.Селиверстов.- М.: Машиностроение, 1989.- 368 с.
2. Патент RU 2489664. Кожухотрубный теплообменник. МПК F28D 7/16.
3. Авт. свид. СССР №1231370 Кожухотрубный теплообменник/ МПК F28D 7/16
4. Теплопередача./ Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. – М.: Энергоиздат, 1981.- 466 с.
5. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1992.- 672 с.
6. Коваленко Л.М., Глушков А.Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи.- М.: Энергоатомиздат, 1986.-240 с.
7. Теплообменные аппараты энергетических установок / М.М. Андреев, С.С. Бергман, В.Т. Буглаев, Х.Н. Костров.- М.: Машгиз, 1963.- 240 с.
8. Горшенин А.С. Методы интенсификации теплообмена.- Самара: Самарскй гос. техн. ун-т., 2009.-82 с.
Claims (5)
1. Кожухотрубный теплообменник, характеризующийся тем, что он содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхними и нижними патрубками для ввода и вывода теплоносителей, расположенными на торцах и противоположных сторонах цилиндрического корпуса, пучок прямых теплообменных труб, закрепленных в верхней и нижней трубных досках, расположенных внутри цилиндрического корпуса в верхней и нижней его части, образующих коллекторные камеры для одного из теплоносителей, перегородку в пространстве между трубными досками, через которую насквозь проходит прямой трубный пучок, при этом перегородка выполнена в форме закрытого прямого геликоида с увеличивающимся шагом закрутки в сторону движения нагреваемого теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве, при этом площадь поперечного сечения на входе канала, образованного стенками перегородки, не меньше площади поперечного сечения входного патрубка, а поперечное сечение выходного патрубка не меньше площади поперечного сечения на выходе канала, образованного стенками перегородки.
2. Кожухотрубный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что трубы в трубном пучке расположены по концентрическим окружностям относительно оси корпуса теплообменника.
3. Кожухотрубный теплообменник по п.2, отличающийся тем, что трубы в трубном пучке имеют различный диаметр, уменьшающийся от периферии к центру трубного пучка, и постоянный диаметр в пределах линии окружности, на которой расположены трубы.
4. Кожухотрубный теплообменник по п.3, отличающийся тем, что трубы в трубном пучке расположены в шахматном порядке относительно направления движения вращающегося теплоносителя.
5. Кожухотрубный теплообменник по п.4, отличающийся тем, что трубы в трубном пучке на внешней поверхности имеют конусообразные углубления, а на внутренней поверхности - конусообразные выступы, полученные способом кернения с наружной стороны труб, с глубиной деформации, превышающей толщину труб, и расположенные в шахматном порядке по ходу движения теплоносителя, движущегося внутри труб трубного пучка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129369A RU2734614C1 (ru) | 2019-09-18 | 2019-09-18 | Кожухотрубный теплообменник |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129369A RU2734614C1 (ru) | 2019-09-18 | 2019-09-18 | Кожухотрубный теплообменник |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2734614C1 true RU2734614C1 (ru) | 2020-10-21 |
Family
ID=72948941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019129369A RU2734614C1 (ru) | 2019-09-18 | 2019-09-18 | Кожухотрубный теплообменник |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2734614C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1163124A1 (ru) * | 1984-03-28 | 1985-06-23 | Омский политехнический институт | Кожухотрубный теплообменник |
SU1456741A1 (ru) * | 1987-05-15 | 1989-02-07 | Предприятие П/Я А-7125 | Кожухо-трубный теплообменник |
JP2013127362A (ja) * | 2008-06-05 | 2013-06-27 | Lummus Technology Inc | 可変バッフル角度による垂直複合フィード/エフルエント熱交換器 |
CN203518720U (zh) * | 2013-11-14 | 2014-04-02 | 哈尔滨透平集团公司 | 一种原油加热器 |
RU143561U1 (ru) * | 2013-09-25 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" | Кожухотрубный теплообменник |
EP3159649A1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-04-26 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat exchangers |
CN106705711A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-05-24 | 张炳辰 | 一种防结垢多壳程组装式换热器 |
-
2019
- 2019-09-18 RU RU2019129369A patent/RU2734614C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1163124A1 (ru) * | 1984-03-28 | 1985-06-23 | Омский политехнический институт | Кожухотрубный теплообменник |
SU1456741A1 (ru) * | 1987-05-15 | 1989-02-07 | Предприятие П/Я А-7125 | Кожухо-трубный теплообменник |
JP2013127362A (ja) * | 2008-06-05 | 2013-06-27 | Lummus Technology Inc | 可変バッフル角度による垂直複合フィード/エフルエント熱交換器 |
RU143561U1 (ru) * | 2013-09-25 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" | Кожухотрубный теплообменник |
CN203518720U (zh) * | 2013-11-14 | 2014-04-02 | 哈尔滨透平集团公司 | 一种原油加热器 |
EP3159649A1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-04-26 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat exchangers |
CN106705711A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-05-24 | 张炳辰 | 一种防结垢多壳程组装式换热器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3394522B1 (en) | Fired heat exchanger | |
RU2734614C1 (ru) | Кожухотрубный теплообменник | |
CN102252549A (zh) | 毛细结构分液式冷凝管 | |
RU2543094C1 (ru) | Кожухотрубный теплообменник | |
RU2770086C1 (ru) | Кожухотрубный теплообменник | |
RU2572545C1 (ru) | Проточный кожухотрубный теплообменник | |
CN112556467B (zh) | 一种速度差环路热管系统 | |
CN112556466B (zh) | 一种温度差环路热管系统 | |
CN112503982B (zh) | 一种环路热管系统根据液位控制加热的方法 | |
RU210005U1 (ru) | Цилиндрический пластинчатый теплообменник с радиальным движением теплообменивающихся жидкостей | |
CN112503981B (zh) | 一种环路热管系统根据温度控制加热的方法 | |
CN112393632B (zh) | 一种环路热管系统间歇式轮换换热的方法 | |
CN112393634B (zh) | 一种余热利用环路热管系统 | |
RU2334187C1 (ru) | Теплообменник | |
RU2619432C2 (ru) | Радиально-пластинчатый тепломассообменный аппарат | |
CN113465178B (zh) | 一种通讯余热利用热管系统 | |
CN113446885B (zh) | 一种内循环通讯控制热管系统 | |
RU182526U1 (ru) | Многоходовой кожухотрубный теплообменник | |
RU2749474C1 (ru) | Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник | |
RU196325U1 (ru) | Абсорбер | |
RU209000U1 (ru) | Поперечно обтекаемый пучок из труб, представляющих в сечении трилистник, для теплообменников | |
RU181420U1 (ru) | Кожухотрубчатый теплообменный аппарат | |
CN113465423B (zh) | 一种烟气监测热管系统 | |
RU2739962C2 (ru) | Радиально-трубный перекрестноточный тепломассообменный аппарат | |
CN112985123B (zh) | 一种四种流体换热阀门周期开闭的管壳式换热器 |