UA111751C2 - Теплообмінний апарат - Google Patents

Abstract

Винахід належить до теплообмінних апаратів, зокрема до апаратів з трубчастими теплообмінними елементами і може бути використаний для нагрівання або охолодження рідинних теплоносіїв, сільському господарстві, промисловості, енергетиці та інших галузях народного господарства.Задачею винаходу є підвищення інтенсифікації теплообміну при поперечному обтіканні пучка потоку теплоносія та одночасному підвищенні експлуатаційної надійності, а також зменшення масогабаритних показників теплообмінного апарата.Поставлена задача вирішується тим, що в теплообмінному апараті при поперечному потоці теплоносія розташовано пучок трубок, утворений рядами трубок, при цьому сусідні трубки кожного ряду дотикаються між собою і почергово зміщені відносно осі ряду на відстань Κ, де, D - діаметр трубки, мм; за умовимм, де С - відстань між центрами трубок сусідніх рядів, які утворюють найвужчий переріз каналу теплоносія, мм. Таке рішення зменшує масо-габаритні показники теплообмінного апарата при значній інтенсифікації теплообміну для всіх діапазонів швидкостей руху теплоносія, якщо порівнювати з кожухотрубним теплообмінним апаратом з шаховим чи коридорним розташуванням трубок та апаратом, у якому труби утворюють суцільний ряд труб, що дотикаються без зміщення суміжних труб.Теплообмінний апарат працює наступним чином. Гарячий теплоносій входить в теплообмінний апарат і направляється в міжтрубний простір пучка 1 (фіг. 1), де відбувається теплообмін з охолоджувальною рідиною, що рухається всередині трубок пучка 1, після чого виходить із протилежної сторони з теплообмінного апарата.Конструкція теплообмінного апарата жорстка і технологічн

Description

охолоджувальною рідиною, що рухається всередині трубок пучка 1, після чого виходить із протилежної сторони з теплообмінного апарата.

Конструкція теплообмінного апарата жорстка і технологічно проста, що дозволяє їй працювати в області високих температур та підвищує експлуатаційну надійність апарата. шен ниви вве ви ШИ ни нин нн м нн в по в

ГО рову шими я ши їх зеддеН А нки пишне ни они и ак !

ЧнНг.2

Винахід належить до теплообмінних апаратів, зокрема до апаратів з трубчастими теплообмінними елементами, і може бути використаний для нагрівання або охолодження рідинних теплоносіїв у сільському господарстві, промисловості, енергетиці та інших галузях народного господарства.

Відомий аналог |(Патент ОА Мо 104559, опубл. 10.02.2014, бюл. Ме3, МПК ЕГ280 7/00), що містить поперечно-обтічний пучок трубок з коридорним розташуванням, у якому сусідні трубки одного ряду пучка дотикаються між собою і формують ряди, які є каналами для руху теплоносія.

Недоліком конструкції є недостатня інтенсифікація теплообміну.

Також відомим є теплообмінний апарат |Патент СССР Мо 1710974, опубл. 07.02.1992, бюл.

Мо5, МПК Б280 9/02|, який містить пучок круглих труб, що розташовані в шаховому порядку і оребрений плоскими пластинами.

Недоліком такого апарата є високий аеродинамічний опір та великі масогабаритні показники.

Задача винаходу - підвищення інтенсифікації теплообміну при поперечному обтіканні пучка потоком теплоносія та покращення масо-габаритних характеристик теплообмінних апаратів шляхом зміни конструкції.

Поставлена задача вирішується тим, що в теплообмінному апараті при поперечному потоці теплоносія застосовано пучок трубок, утворений рядами трубок, при цьому сусідні трубки кожного ряду дотикаються між собою, а у кожному ряді трубки розташовані з почерговим зміщенням відносно осі ряду на відстань К (фіг. 2). Відстань К лежить у межах, описаних виразом ок «3/2 де 0 - діаметр трубки, мм; при умові Серж, де б. відстань між центрами трубок сусідніх рядів, які утворюють найвужчий переріз каналу теплоносія, мм.

Зменшення поперечного кроку З нижче 5 мм є недоцільним та технологічно важким у виконанні. Зміщення трубок зменшує масогабаритні показники теплообмінника, при значній інтенсифікації теплообміну для всіх діапазонів швидкостей руху теплоносія, якщо порівнювати з кожухотрубним теплообмінним апаратом з шаховим чи коридорним розташуванням трубок та апаратом, у якому труби утворюють суцільний ряд труб, що дотикаються без зміщення суміжних труб.

Перелік фігур графічного зображення, що пояснюють пропонований винахід: на фіг. 1

Зо зображено загальний вигляд теплообмінного апарата у трьох проекціях; на фіг. 2 - трубна дошка; на фіг. З - повздовжній розріз запропонованого теплообмінного апарата.

Теплообмінний апарат (фіг. 1) складається з бокових 5 та верхніх 4 стінок, закріпленими в ньому трубними дошками 2 (фіг. 2), між якими встановлений вертикальний пучок трубок 1 (фіг 1). Трубки в рядах пучка 1 дотикаються між собою (фіг. 2) та кожна друга зміщена відносно осі ряду на відстань К, таке розташування трубок у пучку утворює криволінійний канал. Кожен ряд трубок в пучку 1 має технологічні зазори (фіг. 2), що ділить ряди на три частини, так як теплообмінний апарат триконтурний по охолоджувальній рідині і має перегородку З у верхньому та нижньому колекторі (фіг 3). Підведення та відведення охолоджуючої рідини здійснюється через патрубки 6 та 7 (фіг. 3). Корпус, який складається з бокових 5 та верхніх 4 стінок являє собою суцільну жорстку конструкцію та з торців має фланці, що утворені з кутників 8 та 9 (фіг. 1).

Теплообмінний апарат працює наступним чином. Гарячий теплоносій входить в теплообмінний апарат і направляється в міжтрубний простір пучка 1 (фіг. 1), де відбувається теплообмін з охолоджувальною рідиною, що рухається в середині трубок пучка 1, після чого виходить з протилежної сторони теплообмінного апарата.

У статті (Горобець В.Г. Моделювання процесів переносу та теплогідравлічна ефективність кожухотрубного теплообмінника з компактним розташуванням пучків труб / В. Г. Горобець, В. І.

Троханяк. - Науковий вісник НУБіП України. - 2014. - Мо 194, ч. 2. - С. 147-155) проведено дослідження енергетичної ефективності для різних конструкцій трубних пучків, а саме: відстань зміщення кожної другої трубки відносно осі ряду (Ю здійснювалась для п'яти варіантів конструкції пучка починаючи з 1 мм і до 5 мм з приростом в 1 мм для кожної конструкції.

Усереднені значення коефіцієнта тепловіддачі Є для досліджуваних конструкцій зростають від 210 Вт/м"К для зміщення на 1 мм до 450 Вт/м"К для зміщення на 5 мм, що безумовно показує вплив зміщення трубок на інтенсивність теплообміну на поверхні пучка трубок.

Аналіз отриманих у вищенаведеній статті залежностей показує, що з точки зору інтенсифікації процесів теплопереносу на поверхні пучків, найкращі характеристики має конструкція із зміщенням труб на 5 мм. Усереднені значення коефіцієнта тепловіддачі Х для цієї конструкції у 2,1 разу перевищують відповідні значення Є для конструкції зі зміщенням труб на 1 мм і суттєво перевищують 5 для конструкції з прямими рядами без зміщень.

При цьому досягається значне зниження температури охолоджуваного теплоносія на виході з каналу і зменшення габаритних показників на 15 95 порівняно з конструкцією з прямими рядами без зміщень і на 6095 порівняно з традиційною шаховою компоновкою.

Гідравлічні втрати зі збільшенням величини зміщення між сусідніми трубами зростають, але в абсолютному значенні суттєвого падіння загального тиску не спостерігається і це не призводить до значного підвищення потужності насоса, який використовується для прокачування теплоносія.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Теплообмінний апарат, що містить поперечно-обтічний пучок трубок, утворений рядами трубок, при цьому сусідні трубки кожного ряду дотикаються між собою, а сусідні ряди утворюють канали для руху теплоносія, який відрізняється тим, що у кожному ряді трубки розташовані з почерговим зміщенням відносно осі ряду, причому сусідні трубки ряду зміщені між собою на - - 2 - - відстань К, де 0-К «у30/2. О - діаметр трубки, мм; за умови Со мм, де С - відстань між центрами трубок сусідніх рядів, які утворюють найвужчий переріз каналу теплоносія, мм. де К В Нк х їй я АХ : пока Кк - ПТ Вес и ці й ше Об даат ж: Зо : ве У ! що дай Бен ВВЕ щі Я і Най " Ке ВАХКНОІ З ЕН НЕБІ ї | | ВЕК НІ : г ЕНН : Кі РОВКНН: ї | | Що РЕ КАМВАМЕ І ОО тиж щі Пенн Й екон ПД я ше кн А І розне я Йон гей и : ЩО; с

   Фіг. 1 Кт ев Ше нн и нн и в о а ШЕ нн нин а чи Її Уа о Не : ї ше ав нн нн а и в и о ни ра о НН і БО и и ше ев Ми В ван вна в НИ В С В

   Фіг. й б не

   Бк. Шк Енн поскююскккоооово о ШіНЕЕ ЕНН Що ши ще І т Как ЖК в

   Фіг. З