SU1079993A1 - Трубчатый спиральный теплообменник - Google Patents

Abstract

ТРУБЧАТЫЙ СПИРАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий заключенный В обечайку сердечник с многозаход- ной и многослойной навивкой из труб с проволочньлм винтовым оребрением, отличающийс  тем, что, сцелью интенсификации теплообмена и снижени  металлоемкости, трубы снабжены дополнительным оребрением из витков спиральной проволоки, размещенных между витками винтового оребрени , а направление винтовыхо линий проволоки в спирали и самой спирали и навивки труб на сердечник одинаковы, причем3 < ^ ^ 15;ч СП1 6^^tn< 1,5',г ^^'где Dgp - диаметр витка спирали',dj-n - диаметр спиральной прово- слоки Jtp - шаг проволочного винтового оребрени j d^ - наружный диаметр трубы.S(Лс

Description

ФигА

Изобретение относитс  к трубчаты спиральным теплообменникам криогенной техники, преимущественно дл  воэдухоразделительных установок, Может быть использовано в газовой и химической промышленност х.

Известна теплообменна  поверхность , содержаща  трубы с наружными спиральными проволочными..реЬрами, между витками которых на каждой трубе размещен дис;ганционирующий элемент , навитый по спирали в направлении навивки ребер. Дистанционирующий элемент и трубы выполнены из материала с одинаковой теплопровод:ностью , и дистанционирующие элемент имеют высоту не менее диаметра про волоки спирального ребра и не более диаметра витка спирали.

Теплообменники типа труба в труб выполненные на основе указанной теплообменной поверхности, обычно используютс  дл  небольших потоков газа (от 30 до 300 гели ), например , -в дроссельных ступен х охлаждени  криогенных гелиевых установок малой и средней холодопроизводительности f ,

Недостатком таких теплообменнико применительно к воздухоразделительным установкам большой производительности  вл етс  значительное , .увеличение количества труб и уменьшение их длины при обеспечении заданного гидравлического сопротивлени  в межтру.бном пространстве теплообменника , что приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи внутри труб и увеличению продольной теплопроводности теплообменника. Это ухудшает тепловые характеристики теплообменника в целом и приводит к увеличению его габаритов и металлоемкости.

Известен трубчатый спиральный теплообменник, содержащий сердечник с навитыми на него в несколько слоев трубами, имеющими проволочное оребрение. Трубы выполнены диаметром, большим в 5-6 раз диаметра проволочного оребрени , а шаг между витками оребрени  составл ет 0,5-0,7 от диаметра труб.

Такой теплообменник имеет хорошие тепловые характеристики при умеренном гидравлическом сопротивлении Дол  свободного межтрубного пространства составл ет в нем 30-50 %. Тепло™ обменник используетс  в криогенных гелиевых установках 2 .

Однако этот теплообменник применительно к воздухоразделительным установкам, когда отношение коэффициентов теплоотдачи внутри в межтрубном пространстве больше 4, характеризуетс  недостаточным увеличением теплообменной поверхност межтрубного пространства (около

трех) за счет проволочного винтового оребрени , что приходитс  компенсировать увеличением количества труб. Это приводит к снижению интенсивности теплообмена в аппарате, увеличению его габаритов и металлоемкости.

Целью изобретени   вл етс  интенсификаци  теплообмена и снижение металлоемкости теплообменника.

Цель достигаетс  тем, что в трубчатом спиральном теплообменнике, содержащем заключенный в обечайку сердечник с многозаходной и многослойной навивкой из труб с проволочным винтовым оребрением, трубы снабжены дополнительным оребрением из витков спиральной проволоки, размещенных между витками винтового оребрени , а направление винтовых линий проволоки в спирали и самой спирали и навивки труб на сердечник одинаковы , причем

tp

1 4

.i 15}

1 S j., э ,

Dcti

Den

3,

где DCP - диаметр витка спиралиf

диаметр спиральной провоen локи,

tp - шаг проволочного винтового оребрени } d - наружный диаметр трубы.

На фиг. 1 изображен трубчатый спиральный теплообменникJ на фиг. 2 - сребренна  труба, продольное сечение; на фиг. 3 - то же, доперечное сечение; на фиг. 4 - сердечник с многозаходной и многослойной навивкой.

Трубчатый спиральный теплообменник содержит сердечник 1, на который навиты трубы 2, покрытые пленкой или порошком 3, например, припо  или кле , и имеющие проволочное винтовое оребрение 4 и дополнительное оребрение из витков спиральной проволоки 5. Сердечник 1 с навивкой из оребренных труб заключен в обечайку б с донышками 7, Концы труб выведены в решетку с коллекторами 8

При отношении диаметра витка спирали DCP к диаметру спиральной проволоки d{, меньше трех радиус гиба будет меньше технологически допустимого «.В этом случае при иэготовле НИИ спирали в материале спиральной проволоки в месте гиба образуютс  трещины.

При отношении диаметра витка спирали к диаметру спиральной прово ,локи больше п тнадцати спираль,- навита  на трубу между витками проволочного оребрени  при навивке оребренных труб на сердечник либо на нижележасше слои снимаетс  из-за недостаточной ее жесткости, В этом

случае не обеспечиваетс  посто нство дистанции между сло ми и витками труб в навивке.

При шаге проволочного винтового оребрени  tp меньше диаметра витка спирали шаг навивки спирали на трубу не совпадает с шагом проволочного винтового оребрени . В этом случае спираль может ложитьс  на проволочное винтовое оребрение и не будет соприкасатьс  с трубой, что приводит к уменьшению КПД спирально проволоки и к изменению наружного диаметра оребренной трубы, что в свою очередь вызывает переменность рассто ни  (.дистанции между сло ми и витками труб в слое и снижает интенсивность теплообмена.

При шаге между витками проволочнго винтового оребрени  больше полутора диаметров витка спирали возможно попадание спирали между витками спиралей нижележащего сло  труб, что приводит к непосто нству дистанции между сло ми и витками труб в навивке.

При диаметре витка спирали больше трех наружных диаметров трубы df не обеспечиваетс  посто нство дистанции между сло ми и витками труб в Кс1ждом слое из-за большой веуврности витков спирали на .трубе Сфиг.З).V

Теплообменник работает следующим образом.

В трубах 2 проходит поток жидкости или газа высокого давлени , который через стенку труб и проволочное винтовое оребрение 4 и оребрение из витков спиральной проволоки 5 ребра передает тепло (холод) потоку газа низкого давлени , проход щему в межтрубном пространстве

0 между сердечником 1 и обечайкой б.

Пример. Трубчатый спиральный теплообменник из 9 медных труб наружном диаметром dy 4 мм с проволочным винтовым оребрением и дополнительным оребрением из витков

5 спиральной проволоки, имеющими следующие геометрические параметры: диаметр медной проволоки винтового оребрени  0,8 мм, шаг проволочного оребрени  t-r 6 мм, диаметр спи0 ральной медной проволоки , О, 8 им, диаметр витка спирали 5,7 мм. Сребренные трубы навиты на сердеч ,ник диаметрВ1М 70 мм в три сло  и заключены в обечайку.

5

Использование предлагаемого изобретени  в воздухоразделительных установках позвол ет уменьшить объем аппарата на 30%, а вес - в 4 раза по по сравнению с трубчатым спиральным

0 ;теплообменником из труб с проволочным винтовым оребрением.

cfjus.i

эСриг .З

cep vMif/fS

Claims (1)

1. ТРУБЧАТЫЙ СПИРАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий заключенный в обечайку сердечник с многозаходной и многослойной навивкой из труб с проволочным винтовым оребрением, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена и снижения металлоемкости, трубы снабжены дополнительным оребрением из витков спиральной проволоки, размещенных между витками винтового оребрения, а направление винтовыхо линий проволоки в спирали и самой

   спирали и навивки труб на сердечник одинаковы, причем 3 < г 15) Ιέ _Р. с 1 5· Г) ·^э ’ ^исп с 3 dr

   где D_Cn - диаметр витка спирали', d_cn - диаметр спиральной проволоки ) tp - шаг проволочного винтового оребрения;

   d_T - наружный диаметр трубы.