RU9299U1 - Теплообменник кожухотрубчатый - Google Patents

Abstract

Теплообменник кожухотрубчатый, содержащий обечайку, трубные доски с установленными в них с шагом t теплообменными элементами в виде труб с наружным диаметром d, отличающийся тем, что отношение шага к наружному диаметру удовлетворяет условию 1,05 ≅ t/d ≅ 1,2.

Description

ТЕПЛООБМЕННИК КОЖУЖТРУБЧАТЫЙ

Полезная модель относится к области интенсификации конвективного теплообмена и к конструкциям кожухотрубчатых теплообменников и может быть использована для повышения эффективности обменных процессов между теплоносителями и, следовательно, для создания компактных теплообменных аппаратов различного технического назначения: в системах отопления и горячего водоснабжения, в химическом и нефтехимическом производствах, в теплоэнергетике, хладотехнике и т.д.

Известно, что в существующих конструкциях кожухотрубчатых теплообменников щаг отверстий t для труб с наружным диаметром d 26мм выбирается равным t/d 1,3. Так, например, согласно ТУ 400-28-429-82Е В водоводяных кожухотрубчатых теплообменниках, используемых в системах отопления и горячего водоснабжения при наружном диаметре труб d, равном 16 мм, щаг между ними t составляет 22 мм, что дает значение t/d 1.375 Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж М.Б. и др. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник.-М.: Стройиздат, 1988.- 432 с..

Выбор указанной выще величины щага отверстий для труб обосновывается особенностями технологии сборки кожухотрубчатого теплообменника в части, касавзщейся установки трубного пучка в обечайке Фраас А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников. -М.:Атомиздат, 1971.-358с.. При этом не делается различия в используемом способе крепления концов труб в отверстиях трубных рещеток. Указанные величины t/d 1,3 можно считать обоснованными при креплении концов труб методами, использующими инструменты или приспособления, располагаемые

снаружи отверстий труб, например, методами электродуговой иж газовой сварки.

При креплении концов труб методами, исгюльзуюид ми инструменты или приспособления, располагаемые внутри отверстий труб, например, развальцовывание механическое и электрогидроимпульсное, термодиффузионная сварка и др., такое ограничение отношения t/d следует считать излишним.

Используемое в существующих конструкциях кожухотрубчатых теплообменников отношение t/d не позволяет достичь их компактности и малой массы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является кожухотрубчатый водоводяной теплообменник, применяемый в системах отопления и горячего водоснабжения, соответствуюшдй ТУ 400-28-429-82Е. В отверстиях трубной решетки такого теплообменника развальцованы латунные трубы с наружным диаметром d 16мм и шагом t- 22мм, т.е. t/d 1,375.

Недостатком ближайшего аналога является низкая интенсивность конвективного теплообмена в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника из-за малой скорости течения среды, омывающей трубы снаружи, что вызвано большой площадью поперечного сечения межтрубного пространства, следствием чего являются большая масса и габариты теплообменника.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение массогабаритных показателей кожухотрубчатого теплообменника за счет увеличения теплосъема с единицы площади теплообменной поверхности при умеренном возрастании гидравлических потерь.

полезной модели путем уменьшения величины отношения t/d, т.е. применением уплотненного пучка труб, размещаемого в корпусе теплообменника с уменьшенным внутренним диаметром.

Суш;ество полезной модели поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен типичный фрагмент поперечного сечения трубного пучка для случая, когда центры труб наружным диаметром d являются вершинами равностороннего треугольника со стороной, равной t. На фиг.1 заштрихована площадь межтрубного пространства, через которую проходит одна из сред (например, греющая среда). Нагреваемая среда движется внутри труб.

Эквивалентный диаметр выделенного фрагмента межтрубного

пространства равен

где f - площадь выделенного фрагмента (показано штриховкой); р - смоченный периметр, образованный частями периметров трех труб, контактирующими с греющей средой.

Величины f, р и dg равны: f ( - %d)/8, р 37Cd/6- TCd/2, dg( - %d)/iud (2)

Ha практике режим течения среды в межтрубном пространстве является турбулентным и интенсивность теплоотдачи определяется по формуле

NU - 0,023 G,(3)

где NU а d / А, - число Нуссельта, Re wd/v - число

91Рейнольдса, Рг - критерий Прандтля, 0 - температурный фактор, С - функция влияния на теплоотдачу относительной длины

межтрубного пространства L/d.

В структуре названных величин обозначены:

А, и V - коэффициент теплопроводности и кинематическая вязкость; а - коэффициент теплоотдачи; w - среднерасходная скорость движения среды в межтрубном пространстве, определяемая

d,j- 41/р,(1 ,)

ПО формуле

где m - расход теплоносителя через межтрубное пространство; р - плотность теплоносителя; L - длина трубы.

На фиг.2 изображены типичные фрагменты поперечного сечения трубного пучка для двух случаев, когда центры труб наружным диаметром d являются вершинами равностороннего треугольника со сторонами, равными t.и t.

Сравним интенсивность теплоотдачи для этих случаев, когда расход теплоносителя m и его теплофизические свойства А,., v, р, и Рг одинаковы. Кроме того, для реальных теплообменников L/d 50, так что при турбулентном режиме в межтрубном пространстве функция С- равна единице. При близких температурных режимах для сравниваемых течений одинаковым является для них температурный фактор С.

Тогда отношение чисел Нуссельта, соответствуюших шагам г.

и tg, согласно формуле (3) равно или Привлечение формулы На основании (2) пол

W - т/(рГ),(4)

NU.

(5)

NUg Reg, (4) позволяет представить (5) в виде а fd Г°- ff 1° 1. Vi . Fi(6) 2 в, учаем также pf/ -- ciV°- rt|/3 - %d /2l L2t|/3 - M Jtf/S - 2/2 , 1 -,1° - (5) .2 Мэ.2

Применение формулы (7) для уменьшенного шага t,.::- 19мм вместо стандартного шага t.j 22мм при наружном диаметре трубок 16мм дает

а - TT-lfc а..

- :;; -- 0,Ы2 или -- - 1 ,9547.

2. 2.22 --/з - ти-16 S

Таким образом, при использовании уплотненного пучка

теплообменных элементов, имеющего уменьшенное отношения t/d 1,1875 вместо стандартного t/d 1,375, удается повысить коэффициент теплоотдачи а в межтрубном пространстве почти в два раза.

Можно показать аналогично изложенному выше, что формула (7) верна и для ламинарного режима течения в межтрубном пространстве.

Основываясь на проведенных расчетах, нами был изготовлен теплообменник со следующими параметрами: количество труб z 151, наружный диаметр труб d 16мм, шаг , внутренний диаметр обечайки D 259мм (вместо стандартных z 151, d 16мм, t. 22мм, 0. 309мм). Площади поперечных сечений межтрубных пространств сравниваемых теплообменников определены по формуле

где 1 1 - для стандартного теплообменника, 1 2 - для теплообменника с уплотненным трубным пучком. Подставив в формулу (8) названные выше величины, получим

F TU( .16)/4 44630 мм,

2 (259 -15116)74 22325 мм, а2/а Е./Г2 44630/22325 1,999,

т.е. в реальном теплообменнике увеличение коэффициента теплоотдачи а даже несколько выше, чем полученое ранее для типичного фрагмента поперечного сечения трубного пучка значение а2/а 1,9547.

7u( zd)/4,(8)

Claims (1)

1. Теплообменник кожухотрубчатый, содержащий обечайку, трубные доски с установленными в них с шагом t теплообменными элементами в виде труб с наружным диаметром d, отличающийся тем, что отношение шага к наружному диаметру удовлетворяет условию 1,05 ≅ t/d ≅ 1,2.