SU1746196A1 - Теплообменна труба - Google Patents

Abstract

Использование: в теплообменных аппаратах и конденсаторах паровых турбин. Сущность изобретени : внутри трубы размещена ленточна  вставка 1, имеюща  чередующиес  спирально закрученные 2 и пр молинейные 3 участки. На пр молинейных участках выполнены расположенные в чередующемс  пор дке впадины 4 и выступы 5, имеющие форму эллиптического параболоида , больша  ось которого совпадает с осью трубы. Шаг каждого последующего спирально закрученного участка 2 уменьшаетс  в направлении движени  среды. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к кожухотруб- ным теплообменникам и может быть использовано теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин.

Известна теплообменна  труба, содержаща  конфузорно-диффузорные участки, при этом в наименьшем сечении эти участки имеют форму правильных многоугольников и многоугольник каждого последующего участка повернут относительно предыдущего . При протекании рабочей среды по трубе происходит ее последовательное расширение и сжатие на конфузорно-диффузорном участке (КДУ). При этом среда турбулизует- с . Поворот КДУ и соответственно участков перехода один относительно другого обеспечивает дополнительную турбулентность пристенного сло  потока рабочей среды. Наружный поток рабочей среды турбулизу- етс  за счет переходных участков больше, чем при омывании круглой гладкой трубы.

Недостатком такой теплообменной трубы  вл етс  невозможность использовани  наружного оребрени  дл  интенсификации

теплообмена, а также технологическа  трудоемкость ее изготовлени .

Известна также теплообменна  труба, состо ща  из чередующихс  по длине трубы участков, имеющих овальные входное и выходное сечение с взаимно перпендикул рными большими ос ми овалов. Образующа  трубы на каждом участке выполнена в виде плавной линии, соедин ющей входное и выходное сечение участка. При этом в промежуточных сечени х образуютс  овалы с соотношени ми осей, отличающимис  от соотношений входного и выходного сечений . Большие оси овалов расположены под углом 45° к оси трубы. По длине трубы образуютс  диффузорные и конфузорные участки . В процессе работы трубы среда, проход ща  внутри нее, закручиваетс  благодар  перетеканию из одного сечени  в другое, перпендикул рное ему. Участки увеличенных скоростей во входном и выходном овальных сечени х чередуютс  с участками пониженных скоростей в област х между ними. Это приводит к интенсивному смешиванию слоев жидкости за счет возникновеё

v|

Јь ON

Ю О

ни  кавитационного режима течени  в сопловых сечени х, Около стенок трубы скорость прохождени  особенно увеличиваетс , что разрушает неподвижный слой жидкости на стенках и интенсифицирует теплообмен. Снаружи трубу омывает пар и за счет протекани  внутри трубы охлаждающей среды конденсируетс  на ее поверхности .

Недостатками этой теплообменной тру- бы  вл ютс  невозможность использовани  наружного оребрени  дл  интенсификации теплообмена, а также технологическа  трудоемкость ее изготовлени .

Известна также теплообменна  труба, внутри которой размещена турбулизирую- ща  вставка, выполненна  в виде гофрированной ленты, линии перегибов которой расположены под углом друг к другу и к стенке трубы с образованием на торцах ленты точек пересечени  и размещены в одной плоскости, смещенной относительно центральной оси трубы. Дополнительные линии гибов перпендикул рны торцам ленты , проход т через указанные точки пересе- чени  и расположены в различных плоскост х с образованием в продольном сечении трубы конфузорно-диффузорного канала. Такое выполнение способствует возникновению неоднородного пол  дав- лени  по длине трубы и позвол ет перетекать теплоносителю из одной зоны течени  в другую, что приводит к дополнительной турбулизации потока в плоскости поперечного сечени  трубы, Так как данна  труба кругла  и гладка , то поэтому она может быть выполнена снаружи и сребренной дл  интенсификации теплообмена при конденсации пара на ее наружной поверхности.

Недостатками такой трубы  вл етс  низкий коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны, так как приведенна  конструкци  турбулизирующей вставки не обеспечивает надлежащую закрутку потока, а следовательно, его турбулизацию, что не позвол ет получать высокие коэффициенты теплоотдачи с внутренней стороны трубы, а также неравномерность последнего по длине трубы и периметру трубы вследствие по влени  участков на поверхности трубы, в которых происходит перетекание теплоносител  из одной в другую зону, что также не позвол ет обеспечить максимальный коэффициент теплоотдачи дл  всей внутренней ее поверхности.

Конструктивно наиболее близким к предлагаемцй теплообменной трубе  вл етс  трубчатый элемент теплообменника с размещенным внутри спиральным ленточным завихрителем, состо щим из отдельных секций, соединенных одна с другой посредством проволочных спиралей, длина которых больше длины секций, а спирали выполнены с шагом, составл ющим 1-3d, и диаметром проволоки, равной 0,05-0,15 d, где d - внутренний диаметр трубчатого элемента . Завихритель разбивает турбулизи- рованный поток на две части и закручивает его, способству  интенсивному перемешиванию всего теплоносител , а проволочные спирали разрушают пристенный слой потока среды и интенсифицируют теплообмен.

Недостатком такого трубчатого элемента  вл етс  то, что вставка в него содержит большое количество отдельных элементов, а отсюда и его сложность и трудоемкость установки. Отсутствие внутри трубы конфу- зорно-диффузорных участков, обеспечивающих высокое качество перемешивани  всех слоев жидкости, ухудшает теплоотдачу внутри трубы. Низка  эффективность проволочных спиралей дл  интенсификации теплоотдачи при течении внутри трубы жидкостей, обладающих малой в зкостью, например воды, также снижает теплоотдачу .

Цель изобретени  - интенсификаци  теплообмена.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в теплообменной трубе с ленточной вставкой, имеющей чередующиес  спирально закрученные и пр молинейные участки, на пр молинейных участках выполнены расположенные в чередующемс  пор дке впадины и выступы, имеющие форму эллиптического параболоида, причем шаг каждого последующего спирально закрученного участка уменьшаетс  в направлении движени  среды.

Анализ известных технических решений в исследуемой области, т.е. теплооб- менных труб со вставками, позвол ет сделать вывод об отсутствии в них признаков , сходных с существенными отличительными признаками, описывающими за вл емую теплообменную трубу с ленточной вставкой, и признать за вл емое решение соответствующим критерию существенные отличие.

В частности, не известны теплообмен- ные трубы с ленточными вставками, в которых на пр молинейных участках вставки были бы выполнены расположенные в чередующемс  пор дке впадины и выступы, имеющие форму эллиптического параболоида , больша  ось которого совпадала бы с осью трубы, причем шаг каждого последующего спирально закрученного участка уменьшалс  бы направлении движени  среды .

На чертеже изображена предлагаема  труба.

. В теплообменной трубе с ленточной вставкой 1, имеющей чередующиес  спирально закрученные 2 и пр молинейные 3 участки, на пр молинейных 3 участках выполнены расположенные в чередующемс  пор дке впадины 4 и выступы 5, имеющие форму эллиптического параболоида, больша  ось 6 которого совпадает с осью трубы, причем шаг h каждого последующего спирально закрученного 2 участка уменьшаетс  в направлении движени  среды

В результате при протекании рабочей среды по трубе происходит с помощью лен- точной вставки 1 разбивка среды на две части и ее последовательное закручивание на спирально закрученных 2 участках вставки 1, расширение и сжатие на пр молинейных 3 участках с впадинами 4 и выступами 5, образующими КДУ, при этом среда на спирально закрученном 2 участке турбули- зуетс , происходит перемешивание жидкости в  дре потока, а также разрыв пристенного ламинарного сло  Смежные спирально закрученные 2 участки вставки 1 могут иметь как одинаковое направление закрутки, так и противоположное. Участки увеличенных и пониженных скоростей на КДУ привод т к интенсивному смешива- нию всех слоев жидкости за счет возникновени  кавитационного режима течени  в сопловых сечени х. Около стенок трубы скорость прохождени  среды особенно увеличиваетс  на стороне выступов 5, что разрушает неподвижный слой жидкости на стенках и интенсифицирует теплообмен. При этом благодар  размещению между спирально закрученными участками 2 КДУ, образованных выступами 5, достигаетс  интенсификаци  теплообмена, так как на последних п ти участках происходит как разрушение пристенного ламинарного сло  жидкости на стенках трубы, так и интенсивное перемешивание всех слоев жидкости в указанном участке трубы. Так как КДУ расположенный на противоположной стороне пр молинейного 3 участка с выступом 5t имеет значительно большее проходное сечение по сравнению с последним, гидравли- ческое сопротивление на этом участке с указанной стороны ленточной вставки 1 оказываетс  примерно таким, как и при пр мом участке без впадин 4.

Выполнение шага каждого последую- щего спирально закрученного участка 2 в направлении движени  среды меньшим шага предыдущего участка вставки в св зи с уменьшением температурного напора между теплообмениеающимис  средами в указанном направлении, а следовательно, уменьшением количества теплоты, передаваемой от одной среды к другой через единицу длины трубы, позвол ет дополнительно интенсифицировать теплообмен. Наибольша  интенсификаци  теплообмена достигаетс  при наличии на пр молинейных участках ленточной вставки 1 впадин 4 и выступов 5 по сравнению с другими формами последних в форме эллиптического параболоида , больша  ось 6 которого совпадает с осью трубы, благодар  увеличению относительной по отношению к длине L конфу- зорного участка, на котором происходит сжатие среды, длины I этого же участка, имеющего минимальную площадь сжатого сечени , где скорость среды достигает максимальной величины.

Геометрические размеры выступов, шаг спиральных участков и их длина завис т от геометрических характеристик теплообменной трубы с ленточной вставкой и характеристик теплообмена, определ ютс  из условий достижени  максимальной теплоотдачи при допустимом увеличении гидравлического сопротивлени . При этом вследствие интенсификации теплообмена длина теплообменных труб уменьшаетс , что в свою очередь, значительно компенсирует увеличение гидравлического сопротивлени  в сравнении, если бы такого уменьшени  длины труб не происходило.

Таким образом, чередование участков трубы с закруткой потока жидкости в них и КДЦ, обеспечивающих интенсивное смешивание слоев жидкости за счет возникновени  кавитационного режима течени  в сопловых сечени х, приводит к интенсификации теплообмена. Така  теплообменна  труба с ленточной вставкой может иметь наружное оребрение, и при этих услови х габариты теплообменника уменьшаютс  значительно.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Теплообменна  труба с ленточной вставкой, имеющей чередующиес  спирально закрученные и пр молинейные участки, отличающа с  тем, что, с целью интенсификации теплообмена, на пр молинейных участках выполнены расположенные в чередующемс  пор дке впадины и выступы, имеющие форму эллиптического параболоида, больша  ось которого совпадает с осью трубы, причем шаг каждого последующего спирально закрученного участка уменьшаетс  в направлении движени  среды.