WO2021006769A1 - Turbulizing device for heat exchange tubes - Google Patents

Turbulizing device for heat exchange tubes Download PDF

Info

Publication number
WO2021006769A1
WO2021006769A1 PCT/RU2020/050098 RU2020050098W WO2021006769A1 WO 2021006769 A1 WO2021006769 A1 WO 2021006769A1 RU 2020050098 W RU2020050098 W RU 2020050098W WO 2021006769 A1 WO2021006769 A1 WO 2021006769A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchange
exchange tube
conoid
housing
screw
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/050098
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Павел Евгеньевич ПОРТНОВ
Евгений Владимирович ПОРТНОВ
Original Assignee
Павел Евгеньевич ПОРТНОВ
Евгений Владимирович ПОРТНОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Евгеньевич ПОРТНОВ, Евгений Владимирович ПОРТНОВ filed Critical Павел Евгеньевич ПОРТНОВ
Publication of WO2021006769A1 publication Critical patent/WO2021006769A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F28F13/125—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation by stirring

Definitions

  • Turbulizing device for heat exchange tubes
  • the invention relates to the field of heat engineering, in particular to the design of turbulizing devices, and can be used in heat exchange tubes of industrial straight-tube heat exchangers used in power, metallurgical, oil and gas production, petrochemical, oil and gas processing, pulp and paper, food and other industries.
  • Turbulizing devices for heat exchange tubes are known from the prior art, in which spiral flat strips are used to turbulize the fluid flow (copyright certificate SU JM ° 832299 (23.05.1981); JSTol 103068 (15.07.1984) and 223019 (07.04.1986 g); patent RU 2334188 (20.09.2008); patent JP (Japan) 200012 (2000); patent RU, 2432542 (27.10.2011); patent RU for utility model N ° 181461 (16.07.2018. ; published international applications, CN (China): ⁇ 206488688, 12.09.2017; ° 207850161, 11.09.2018 and ° 205607231, 28.09.2018).
  • the closest to the claimed invention is a turbulizing device for a heat exchange pipe, containing a docking unit and connected to it, with the possibility of rotation, a spiral tape, while the docking unit includes a housing with a plug having a bearing inside with a shaft coming out of the housing, and outside - shaped elements for fixing the body in the pipe (published international application N ° 205607231, 28.09.2018, CN, (China), F28F13 / 12).
  • the disadvantage of the prototype is a large hydraulic resistance, which reduces the efficiency of heat transfer processes.
  • the disadvantage is that if the working medium is a contaminated coolant, then turbulization (swirling) of the liquid flow does not exclude the clogging of the inner surface of the heat exchange tube by impurities, which leads to a decrease in the intensification of heat exchange, to an increase in the thermal power used for pumping the coolant, to growth of dimensions and metal consumption of heat exchangers.
  • the scope of this prototype device is limited.
  • the objective of the present invention is to create such a turbulizing device that will reduce the growth of hydraulic resistance, intensify the heat exchange process, reduce the cost of cleaning pipe surfaces and reduce the mass-dimensional characteristics of heat exchangers.
  • the technical results of the claimed device are a decrease in the growth of hydraulic resistance, an increase in the intensification of heat exchange, and an increase with a uniform distribution along the entire length of the heat exchange tube, as well as an increase in the service life without the formation of contamination along the entire length of the heat exchange tube.
  • l is the pitch of the twisting of the screw conoid, m;
  • V is the flow rate in the heat exchange tube, m / s;
  • D is the inner diameter of the heat exchange tube, m.
  • the inner diameter of the screw conoid should be determined constructively and taking into account the width of the screw conoid tape, equal to 0.25-0, 4D and its thickness equal to 0.9-1.5 mm.
  • FIG. 1 schematically shows a turbulizing device installed in a heat exchange tube, general view.
  • the proposed turbulizing device for heat exchange tubes contains a spiral tape 1, presented in the form of a screw conoid; a docking unit including body 2; plug 3; a bearing mounted inside the housing (item not shown); shaft 4; figured elements 5 for fixing the body in the heat exchange tube 6.
  • the device works as follows.
  • the claimed turbulizing device can be used for both horizontal and vertical heat exchange tubes.
  • the turbulizing device is installed inside the heat exchange tube 6 coaxially with it, while its screw conoid is rigidly fixed on one side on the bearing shaft of the docking unit.
  • the fixation of the device in the heat exchange tube 6 is provided by figured elements 5, fixed on the outer surface of the housing 2 of the docking unit.
  • the sealing of the housing 2 in the heat exchange tube 6 is provided by the plug 3.
  • Free rotation of the screw conoid is carried out in the presence of a gap between the outer diameter (c1nap) and the inner surface of the heat exchange tube 6, by means of a bearing with a shaft 4 inside the housing 2 and when a coolant flow enters the turns of the screw conoid.
  • the rotation of the screw conoid is carried out without an additional power source, and the transformation of the laminar flow into turbulent is carried out at a rotation speed of the screw conoid equal to 300-1800 rpm.
  • the lay pitch is determined by the formula: Where: l is the pitch of the twisting of the screw conoid, m;
  • V is the flow rate in the heat exchange tube, m / s;
  • D is the inner diameter of the heat exchange tube, m.
  • the rotation of the screw conoid occurs with a high angular velocity and turbulization of the flow with an increased hydraulic resistance to flow and energy consumption, and a larger value of the lay step (with a coefficient range, equal to 0.1 -0.2), the rotation of the screw conoid occurs with a lower angular velocity and turbulization with a lower hydraulic resistance to the flow and a reduced energy consumption.
  • the calculated index of the lay pitch according to the specified formula allows the screw conoid to center with the longitudinal movement of the coolant flow relative to the inner surface of the pipe.
  • the body 2 of the docking unit is made of austenitic metal, and the screw conoid is made of a high molecular weight polymer, which has high strength, stiffness, density, wear resistance and stress concentration coefficient.
  • the outer diameter (c1nap) of the screw conoid is determined by the method of constructive calculation and taking into account the need for a gap relative to the inner wall of the heat exchange tube, which ensures free rotation of the screw conoid.
  • the inner diameter of the screw conoid (cW) is also determined by the method of constructive calculation and taking into account the width of the tape of the screw conoid, equal to 0.25 -0.4D, where D is the inner diameter of the heat-exchange tube wall, and its thickness equal to 0.9-1.5 mm.
  • the screw conoid performs three functions: the function of a drive that provides its own rotation, the function of improving heat transfer and the function of preventing contamination deposits on the surface of the heat exchange tube.
  • the function of improving heat transfer is realized by creating a rotating coaxial concentric layer of water at the inner wall of the heat exchange tube and the subsequent destruction of this boundary stagnant layer.
  • the process of destruction of the stagnant layer provides a decrease in the temperature of the water in this hottest area of heat transfer, which actually confirms its performance of the function of improving heat transfer. It was revealed that when using a spiral tape in the form of a screw conoid, the destruction of the boundary stagnant layer occurs even at low water flow rates through the heat exchange tube due to the reduced hydraulic resistance of the device.
  • the function of preventing deposits of contaminants on the surface of the heat exchange tube and washing away deposits is realized due to the dynamic pressure from the flow of cooling water in the wall zone of the tube, created by a rotating screw conoid and by reducing the temperature of the water in the wall layer, which prevents the precipitation and adhesion of hardness salts (CaC0, Mg 2 C0 3 ), with reverse solubility - the higher the water temperature, the worse the solubility and vice versa.
  • the proposed turbulizing device effectively works not only with a helical protrusion of the conoid formed by the movement of a rectangle, as in the claimed device, but also with variants of the configuration of a screw tape, in the case of the formation of a helical protrusion of the conoid by the movement of a square (the tops of the square move along helical lines) and movements triangle and trapezoid.
  • the proposed turbulizing device for a heat exchange tube has practically proven the solution of the tasks and the provision of technical results - compared with the prototype, the heat transfer coefficient increases by at least 20%, the increase in hydraulic resistance decreases by 40-50% and a guaranteed, throughout the entire load carrying , maintaining the heat exchange tube in its original clean state. In addition, it helps to reduce the mass-dimensional characteristics of the heat exchange equipment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of thermal engineering, and more particularly to a design for a turbulizing device. The device comprises a connector assembly and a spiral flexible strip (1) rotatably connected thereto. The connector assembly comprises a housing (2), a plug (3), an internal bearing, a shaft (4) extending out of the housing, and external shaped elements (5) for securing the housing to a heat exchange tube (6). The spiral flexible strip is configured in the form of a helicoid, the helical ridge of which is generated by the movement of a rectangle abutting on the generatrix of a cylinder by one of its short sides. The outside diameter of the helicoid is set to allow for a gap relative to the wall of the heat exchange tube. The inside diameter of the spiral is determined on the basis of the width of the strip. The device makes it possible to increase the heat transfer coefficient and reduce the buildup of hydraulic resistance.

Description

Турбулизирующее устройство для теплообменных труб. Turbulizing device for heat exchange tubes.
Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструкции турбулизирующих устройств, и может применяться в теплообменных трубках промышленных прямотрубных теплообменников, используемых в энергетической, металлургической, нефтегазодобывающей, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, пищевой и других отраслях промышленности. The invention relates to the field of heat engineering, in particular to the design of turbulizing devices, and can be used in heat exchange tubes of industrial straight-tube heat exchangers used in power, metallurgical, oil and gas production, petrochemical, oil and gas processing, pulp and paper, food and other industries.
Известно, что параметры турбулентности потока теплоносителя существенно влияют на интенсивность теплоотдачи, поэтому разработка эффективных турбулизирующих устройств, обеспечивающих ускорение перехода от ламинарного течения теплоносителя к турбулентному, является актуальной темой. It is known that the parameters of the turbulence of the coolant flow significantly affect the intensity of heat transfer; therefore, the development of effective turbulizing devices that accelerate the transition from laminar to turbulent coolant flow is a topical issue.
Из уровня техники известны турбулизирующие устройства для теплообменных труб, в которых для турбулизация потока жидкости используют спиральные плоские ленты (авторские свидетельства, SU JM°832299 (23.05.1981 г); JSTol 103068 (15.07.1984 г.) и 223019 (07.04.1986 г.); патент RU 2334188 (20.09.2008г.); патент JP (Япония) 200012 (2000 г.); патент RU, 2432542 (27.10.2011г.); патент RU на полезную модель N°181461 (16.07.2018г.; опубликованные международные заявки, CN (Китай): Ж206488688, 12.09.2017г.; °207850161, 11.09.2018 г. и °205607231, 28.09.2018 г.). Turbulizing devices for heat exchange tubes are known from the prior art, in which spiral flat strips are used to turbulize the fluid flow (copyright certificate SU JM ° 832299 (23.05.1981); JSTol 103068 (15.07.1984) and 223019 (07.04.1986 g); patent RU 2334188 (20.09.2008); patent JP (Japan) 200012 (2000); patent RU, 2432542 (27.10.2011); patent RU for utility model N ° 181461 (16.07.2018. ; published international applications, CN (China): Ж206488688, 12.09.2017; ° 207850161, 11.09.2018 and ° 205607231, 28.09.2018).
Общими недостатками указанных устройств являются: The general disadvantages of these devices are:
- высокое гидравлическое сопротивление току жидкости, и, как следствие, ограничения по улучшению теплообмена и росту общей производительности теплообменников ; - возможность засорения теплообменных труб включениями, содержащимися в жидком теплоносителе, приводящая к ухудшению теплообмена. - high hydraulic resistance to fluid flow, and, as a consequence, limitations on improving heat transfer and increasing the overall performance of heat exchangers; - the possibility of clogging the heat exchange tubes with inclusions contained in the liquid heat carrier, leading to a deterioration in heat transfer.
Кроме того, конфигурации спиральных плоских лент в указанных турбулизирующих устройствах, не позволяют эффективно применять их в теплообменниках, имеющих трубные системы с большим количеством теплообменных труб. In addition, the configurations of spiral flat strips in these turbulizing devices do not allow them to be effectively used in heat exchangers with tube systems with a large number of heat exchange tubes.
Наиболее близким заявляемому изобретению является турбулизирующее устройство для теплообменной трубы, содержащее стыковочный узел и соединённую с ним, с возможностью вращения, спиральную ленту, при этом стыковочный узел включает корпус с заглушкой, имеющий внутри подшипник с валом, выходящим из корпуса, а снаружи - фигурные элементы для фиксации корпуса в трубе (опубликованная международная заявка N°205607231, 28.09.2018 г. CN, (Китай), F28F13/12). The closest to the claimed invention is a turbulizing device for a heat exchange pipe, containing a docking unit and connected to it, with the possibility of rotation, a spiral tape, while the docking unit includes a housing with a plug having a bearing inside with a shaft coming out of the housing, and outside - shaped elements for fixing the body in the pipe (published international application N ° 205607231, 28.09.2018, CN, (China), F28F13 / 12).
Недостатком прототипа является большое гидравлическое сопротивление, которое снижает эффективность процессов теплообмена. Кроме того, недостатком является то, что, если рабочей средой является загрязнённый теплоноситель, то турбулизация (завихрение) потока жидкости не исключает засорения примесями внутренней поверхности теплообменной трубы, которое приводит к снижению интенсификации теплообмена, к увеличению тепловой мощности, используемой на прокачку теплоносителя, к росту габаритов и металлоёмкости теплообменных аппаратов. Область применения указанного устройства прототипа ограничена. The disadvantage of the prototype is a large hydraulic resistance, which reduces the efficiency of heat transfer processes. In addition, the disadvantage is that if the working medium is a contaminated coolant, then turbulization (swirling) of the liquid flow does not exclude the clogging of the inner surface of the heat exchange tube by impurities, which leads to a decrease in the intensification of heat exchange, to an increase in the thermal power used for pumping the coolant, to growth of dimensions and metal consumption of heat exchangers. The scope of this prototype device is limited.
Задачей предлагаемого изобретения является создание такого турбулизирующего устройства, которое позволит уменьшить рост гидравлического сопротивления, интенсифицировать процесс теплообмена, сократить затраты на чистку поверхностей труб и уменьшить масса- габаритные характеристики теплообменников. Техническими результатами заявленного устройства являются снижение роста гидравлического сопротивления, повышение интенсификации теплообмена, причём повышение с равномерным распределением по всей длине теплообменной трубы, а также повышение срока эксплуатации без образования загрязнений по всей длине теплообменной трубы. The objective of the present invention is to create such a turbulizing device that will reduce the growth of hydraulic resistance, intensify the heat exchange process, reduce the cost of cleaning pipe surfaces and reduce the mass-dimensional characteristics of heat exchangers. The technical results of the claimed device are a decrease in the growth of hydraulic resistance, an increase in the intensification of heat exchange, and an increase with a uniform distribution along the entire length of the heat exchange tube, as well as an increase in the service life without the formation of contamination along the entire length of the heat exchange tube.
Технические результаты достигаются тем, что в известном турбулизирующем устройстве для теплообменной трубы, содержащем стыковочный узел и соединённую с ним с возможностью вращения спиральную ленту, в котором стыковочный узел включает корпус с заглушкой, внутри которого установлен подшипник с валом, выходящим из корпуса, а снаружи - фигурные элементы для фиксации корпуса в трубе, данным изобретением предлагается спиральную ленту выполнить в виде винтового коноида, шаг свивки которого следует определять по формуле: l = (0,05— 0,2)pn VD, The technical results are achieved by the fact that in the known turbulizing device for a heat exchange tube containing a docking unit and a spiral tape connected to it with the possibility of rotation, in which the docking unit includes a housing with a plug, inside which a bearing with a shaft emerging from the housing is installed, and outside - curly elements for fixing the body in the pipe, this invention proposes to make a spiral tape in the form of a screw conoid, the lay step of which should be determined by the formula: l = (0.05 - 0.2) pn VD,
где: Where:
l - шаг свивки винтового коноида, м; l is the pitch of the twisting of the screw conoid, m;
(0,05-0,2)- коэффициент, определяющий пределы изменения шага свивки; p математическая константа (p = 3,14), (0.05-0.2) - coefficient that determines the limits of the lay step change; p is a mathematical constant (p = 3.14),
V - скорость потока в теплообменной трубе, м/с; V is the flow rate in the heat exchange tube, m / s;
D - внутренний диаметр теплообменной трубы, м. D is the inner diameter of the heat exchange tube, m.
Кроме того, в предложенном устройстве предлагается наружный диаметр винтового коноида определять конструктивно с учётом наличия зазора относительно внутренней стенки теплообменной трубы, обеспечивающего свободное вращение винтовому коноиду, внутренний диаметр винтового коноида определять конструктивно и с учётом ширины ленты винтового коноида, равной 0,25-0,4D и её толщины, равной 0,9-1, 5 мм. Изобретение иллюстрируется рисунком (Фиг.), где: In addition, in the proposed device, it is proposed to determine the outer diameter of the screw conoid constructively, taking into account the presence of a gap relative to the inner wall of the heat exchange tube, which ensures free rotation of the screw conoid, the inner diameter of the screw conoid should be determined constructively and taking into account the width of the screw conoid tape, equal to 0.25-0, 4D and its thickness equal to 0.9-1.5 mm. The invention is illustrated in the drawing (Fig.), Where:
схематично представлено турбулизирующее устройство, установленное в теплообменной трубе, общий вид. schematically shows a turbulizing device installed in a heat exchange tube, general view.
Предложенное турбулизирующее устройство для теплообменных труб содержит спиральную ленту 1, представленную в виде винтового коноида; стыковочный узел, включающий корпус 2; заглушку 3; смонтированный внутри корпуса подшипник (поз. не указана); вал 4; фигурные элементы 5 для фиксации корпуса в теплообменной трубе 6. The proposed turbulizing device for heat exchange tubes contains a spiral tape 1, presented in the form of a screw conoid; a docking unit including body 2; plug 3; a bearing mounted inside the housing (item not shown); shaft 4; figured elements 5 for fixing the body in the heat exchange tube 6.
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
Заявленное турбулизирующее устройство может быть использовано как для горизонтальных, так и для вертикальных теплообменных труб. Турбулизирующее устройство устанавливают внутри теплообменной трубы 6 соосно с ней, при этом его винтовой коноид жёстко зафиксирован с одной стороны на валу подшипника стыковочного узла. Фиксацию устройства в теплообменной трубе 6 обеспечивают фигурные элементы 5, закреплённые на наружной поверхности корпуса 2 стыковочного узла. Герметизацию корпуса 2 в теплообменной трубе 6 обеспечивает заглушка 3. The claimed turbulizing device can be used for both horizontal and vertical heat exchange tubes. The turbulizing device is installed inside the heat exchange tube 6 coaxially with it, while its screw conoid is rigidly fixed on one side on the bearing shaft of the docking unit. The fixation of the device in the heat exchange tube 6 is provided by figured elements 5, fixed on the outer surface of the housing 2 of the docking unit. The sealing of the housing 2 in the heat exchange tube 6 is provided by the plug 3.
Свободное вращение винтового коноида осуществляется при наличии зазора между наружным диаметром ( с1нар) и внутренней поверхностью теплообменной трубы 6, посредством подшипника с валом 4 внутри корпуса 2 и при поступлении на витки винтового коноида потока теплоносителя. Free rotation of the screw conoid is carried out in the presence of a gap between the outer diameter (c1nap) and the inner surface of the heat exchange tube 6, by means of a bearing with a shaft 4 inside the housing 2 and when a coolant flow enters the turns of the screw conoid.
Вращение винтового коноида осуществляется без дополнительного источника питания и превращение ламинарного потока в турбулентный осуществляется при скорости вращения винтового коноида, равной 300-1800 об/мин. The rotation of the screw conoid is carried out without an additional power source, and the transformation of the laminar flow into turbulent is carried out at a rotation speed of the screw conoid equal to 300-1800 rpm.
При изготовлении винтового коноида шаг свивки определяют по формуле:
Figure imgf000006_0001
где: l - шаг свивки винтового коноида, м; When making a screw conoid, the lay pitch is determined by the formula:
Figure imgf000006_0001
Where: l is the pitch of the twisting of the screw conoid, m;
(0,05-0,2)- коэффициент, определяющий пределы изменения шага свивки; p— математическая константа (p = 3,14), (0.05-0.2) - coefficient that determines the limits of the lay step change; p is a mathematical constant (p = 3.14),
V - скорость потока в теплообменной трубе, м/с; V is the flow rate in the heat exchange tube, m / s;
D - внутренний диаметр теплообменной трубы, м. D is the inner diameter of the heat exchange tube, m.
Практически (в промышленных условиях) доказано, что диапазон показателя коэффициента, определяющего пределы изменения шага свивки, а именно (0,05-0,2), является максимальной величиной и сводится к тому, что: Practically (in industrial conditions), it has been proven that the range of the coefficient indicator that determines the limits of the lay pitch change, namely (0.05-0.2), is the maximum value and comes down to the fact that:
при меньшем значении шага свивки (при диапазоне коэффициента, равном 0,05-0,1), вращение винтового коноида происходит с большой угловой скоростью и турбулизацией потока при повышенном гидравлическом сопротивлении потоку и расходе энергии, а большее значение шага свивки (при диапазоне коэффициента, равном 0,1 -0,2) вращение винтового коноида происходит с меньшей угловой скоростью и турбулизацией при меньшем гидравлическом сопротивлении потоку и сниженном расходе энергии. at a smaller value of the lay step (with a coefficient range of 0.05-0.1), the rotation of the screw conoid occurs with a high angular velocity and turbulization of the flow with an increased hydraulic resistance to flow and energy consumption, and a larger value of the lay step (with a coefficient range, equal to 0.1 -0.2), the rotation of the screw conoid occurs with a lower angular velocity and turbulization with a lower hydraulic resistance to the flow and a reduced energy consumption.
Вычисленный показатель шага свивки по указанной формуле позволяет винтовому коноиду при продольном движении потока теплоносителя центрироваться ему относительно внутренней поверхности трубы. The calculated index of the lay pitch according to the specified formula allows the screw conoid to center with the longitudinal movement of the coolant flow relative to the inner surface of the pipe.
Корпус 2 стыковочного узла изготавливают из металла аустенитного класса, а винтовой коноид - из высокомолекулярного полимера, который имеет высокие показатели по прочности, жёсткости, плотности, износостойкости и по коэффициенту концентрации напряжения. The body 2 of the docking unit is made of austenitic metal, and the screw conoid is made of a high molecular weight polymer, which has high strength, stiffness, density, wear resistance and stress concentration coefficient.
В винтовом коноиде устройства отсутствует сердечник и при его вращении в потоке теплоносителя достигается минимальное гидравлическое сопротивление, поскольку отсутствует препятствие току воды в области его максимальной скорости - в центре винтового коноида и теплообменной трубы. В результате достигается интенсификация теплообмена, в частности, по сравнению с прототипом повышается коэффициент теплопередачи не менее чем на 20%. There is no core in the screw conoid of the device and when it rotates in the coolant flow, the minimum hydraulic resistance, since there is no obstacle to the flow of water in the area of its maximum velocity - in the center of the screw conoid and heat exchange tube. As a result, the intensification of heat transfer is achieved, in particular, in comparison with the prototype, the heat transfer coefficient increases by at least 20%.
Наружный диаметр (с1нар) винтового коноида определяют методом конструктивного расчёта и с учётом необходимости наличия зазора относительно внутренней стенки теплообменной трубы, которое обеспечивает свободное вращение винтовому коноиду. Внутренний диаметр винтового коноида (cW) также определяют методом конструктивного расчёта и с учётом ширины ленты винтового коноида, равной 0,25 -0,4D, где D - внутренний диаметр стенки теплообменной трубы, и её толщины, равной 0,9- 1,5 мм. The outer diameter (c1nap) of the screw conoid is determined by the method of constructive calculation and taking into account the need for a gap relative to the inner wall of the heat exchange tube, which ensures free rotation of the screw conoid. The inner diameter of the screw conoid (cW) is also determined by the method of constructive calculation and taking into account the width of the tape of the screw conoid, equal to 0.25 -0.4D, where D is the inner diameter of the heat-exchange tube wall, and its thickness equal to 0.9-1.5 mm.
Практически доказано, что указанные значения ширины и толщины винтового коноида и определяемые с их учётом показатели наружного и внутреннего диаметров, являются оптимальными значениями для достижения технических результатов, в частности, достигается повышение коэффициента теплопередачи на 20% и более по сравнению с прототипом. It has been practically proven that the indicated values of the width and thickness of the screw conoid and the indicators of the outer and inner diameters determined taking them into account are optimal values for achieving technical results, in particular, an increase in the heat transfer coefficient by 20% or more is achieved in comparison with the prototype.
При работе устройства, винтовой коноид выполняет три функции: функцию привода, обеспечивающего собственное вращение, функцию улучшения теплообмена и функцию предотвращения отложений загрязнений на поверхности теплообменной трубы. During the operation of the device, the screw conoid performs three functions: the function of a drive that provides its own rotation, the function of improving heat transfer and the function of preventing contamination deposits on the surface of the heat exchange tube.
Функция улучшения теплообмена реализована за счет создания вращающегося коаксиального концентрического слоя воды у внутренней стенки теплообменной трубы и последующего разрушения этого пограничного застойного слоя. Процесс разрушения застойного слоя, в свою очередь, обеспечивает снижение температуры воды в этой наиболее горячей области теплообмена, что реально подтверждает выполнение им функции улучшения теплопередачи. Выявлено, что при использовании спиральной ленты в виде винтового коноида, разрушение пограничного застойного слоя происходит даже при низких расходах воды через теплообменную трубу за счет сниженного гидравлического сопротивления устройства. The function of improving heat transfer is realized by creating a rotating coaxial concentric layer of water at the inner wall of the heat exchange tube and the subsequent destruction of this boundary stagnant layer. The process of destruction of the stagnant layer, in turn, provides a decrease in the temperature of the water in this hottest area of heat transfer, which actually confirms its performance of the function of improving heat transfer. It was revealed that when using a spiral tape in the form of a screw conoid, the destruction of the boundary stagnant layer occurs even at low water flow rates through the heat exchange tube due to the reduced hydraulic resistance of the device.
Функция предотвращения отложений загрязнений на поверхности теплообменной трубы и смыва отложений реализована за счет динамического напора от тока охлаждающей воды в пристеночной зоне трубки, созданного вращающимся винтовым коноидом и за счет снижения температуры воды в пристеночном слое, что препятствует выпадению и адгезии солей жесткости (CaC0 , Mg2C03), обладающих обратной растворимостью - чем выше температура воды, тем растворимость хуже и наоборот. The function of preventing deposits of contaminants on the surface of the heat exchange tube and washing away deposits is realized due to the dynamic pressure from the flow of cooling water in the wall zone of the tube, created by a rotating screw conoid and by reducing the temperature of the water in the wall layer, which prevents the precipitation and adhesion of hardness salts (CaC0, Mg 2 C0 3 ), with reverse solubility - the higher the water temperature, the worse the solubility and vice versa.
Таким образом, эффективно удаляются отложения солей жесткости, иловые, грязевые, песчаные заносы; органические отложения и исключается биологическое обрастание поверхностей теплообмена, при этом теплообменная труба сохраняет способность «пропускать» примеси (органический и неорганический мусор), содержащиеся в циркулирующей воде. Thus, deposits of hardness salts, silt, mud, sand drifts are effectively removed; organic deposits and biological fouling of heat exchange surfaces is excluded, while the heat exchange tube retains the ability to "pass" impurities (organic and inorganic waste) contained in the circulating water.
Выявлено, что предлагаемое турбулизирующее устройство эффективно работает не только при винтовом выступе коноида, образованным движением прямоугольника, как в заявленном устройстве, но и при вариантах конфигурации винтовой ленты, в случае образования винтового выступа коноида движением квадрата (вершины квадрата движутся по винтовым линиям) и движениями треугольника и трапеции. Предлагаемое турбулизирующее устройство для теплообменной трубы при простоте выполнения практически доказало решение поставленных задач и обеспечение технических результатов - по сравнению с прототипом коэффициент теплопередачи повышается не менее чем на 20 %, уменьшается рост гидравлического сопротивления 40-50% и обеспечивается гарантированное, на всём протяжении несения нагрузки, поддержание теплообменной трубы в исходно-чистом состоянии. К тому же способствует уменьшению масса-габаритных характеристик теплообменного оборудования. It was revealed that the proposed turbulizing device effectively works not only with a helical protrusion of the conoid formed by the movement of a rectangle, as in the claimed device, but also with variants of the configuration of a screw tape, in the case of the formation of a helical protrusion of the conoid by the movement of a square (the tops of the square move along helical lines) and movements triangle and trapezoid. The proposed turbulizing device for a heat exchange tube, with its simplicity of implementation, has practically proven the solution of the tasks and the provision of technical results - compared with the prototype, the heat transfer coefficient increases by at least 20%, the increase in hydraulic resistance decreases by 40-50% and a guaranteed, throughout the entire load carrying , maintaining the heat exchange tube in its original clean state. In addition, it helps to reduce the mass-dimensional characteristics of the heat exchange equipment.

Claims

Формула изобретения. Claim.
1.Турбулизирующее устройство для теплообменной трубы, содержащее стыковочный узел и соединённую с ним с возможностью вращения спиральную ленту, при этом стыковочный узел включает корпус с заглушкой, имеющий внутри подшипник с валом, выходящим из корпуса, а снаружи - фигурные элементы для фиксации корпуса в трубе, отличающийся тем, что спиральная лента представляет собой винтовой коноид, шаг свивки которого определяют по формуле: 1.Turbulizing device for a heat exchange pipe, containing a docking unit and a spiral tape connected to it with the possibility of rotation, while the docking unit includes a housing with a plug having a bearing inside with a shaft coming out of the housing, and outside - figured elements for fixing the housing in the pipe , characterized in that the spiral tape is a helical conoid, the lay step of which is determined by the formula:
А = (0,05 - 0,2)pn VI , A = (0.05 - 0.2) pn VI,
где: Where:
l - шаг свивки винтового коноида, м; l is the pitch of the twisting of the screw conoid, m;
(0,05-0,2)- коэффициент, определяющий пределы изменения шага свивки; p— математическая константа (p = 3,14), (0.05-0.2) - coefficient that determines the limits of the lay step change; p is a mathematical constant (p = 3.14),
V - скорость потока в теплообменной трубе, м/с; V is the flow rate in the heat exchange tube, m / s;
D - внутренний диаметр теплообменной трубы, м. D is the inner diameter of the heat exchange tube, m.
2.Турбулизирующее устройство для теплообменной трубы по п. 1, отличающееся тем, что наружный диаметр винтового коноида определяют конструктивно и с учётом наличия зазора относительно внутренней стенки теплообменной трубы, обеспечивающего свободное вращение винтовому коноиду. 2. A turbulizing device for a heat exchange tube according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the screw conoid is determined structurally and taking into account the presence of a gap relative to the inner wall of the heat exchange tube, which ensures free rotation of the screw conoid.
3. Турбулизирующее устройство для теплообменной трубы по п. 1, отличающееся тем, что внутренний диаметр винтового коноида определяют конструктивно и с учётом ширины ленты винтового коноида, равной 0,25- 0,4D и её толщины, равной 0, 9-1, 5 мм. 3. A turbulizing device for a heat exchange tube according to claim 1, characterized in that the inner diameter of the screw conoid is determined structurally and taking into account the width of the tape of the screw conoid equal to 0.25- 0.4D and its thickness equal to 0.9-1.5 mm.
PCT/RU2020/050098 2019-07-11 2020-05-15 Turbulizing device for heat exchange tubes WO2021006769A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019121854A RU2714469C2 (en) 2019-07-11 2019-07-11 Turbulising device for heat exchange pipe
RU2019121854 2019-07-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021006769A1 true WO2021006769A1 (en) 2021-01-14

Family

ID=67989246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/050098 WO2021006769A1 (en) 2019-07-11 2020-05-15 Turbulizing device for heat exchange tubes

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2714469C2 (en)
WO (1) WO2021006769A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114322628A (en) * 2022-03-15 2022-04-12 山东龙光天旭太阳能有限公司 Heat exchange tube capable of increasing conduction area
CN114440305A (en) * 2022-01-17 2022-05-06 海南特约利节能环保技术开发有限公司 Efficient central air conditioning coil unit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010078187A (en) * 2008-09-24 2010-04-08 Chubu Shatai Kk Refrigerant diffuser for air conditioning device, and air conditioning device using the same
CN205607231U (en) * 2016-04-12 2016-09-28 重庆环际低碳节能技术开发有限公司 Take intensive heat exchange assemblies of screwed connection piece
RU181461U1 (en) * 2018-03-21 2018-07-16 Павел Евгеньевич Портнов DEVICE FOR CLEANING THE HEAT EXCHANGE PIPE
CN207850161U (en) * 2018-02-07 2018-09-11 无锡福特汉姆科技有限公司 A kind of reinforced heat exchanger for pipe heat exchanger

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2334188C1 (en) * 2007-01-09 2008-09-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) Heat exchange tube
RU2432542C2 (en) * 2009-12-22 2011-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Device for heat-exchange intensification in channels of different cross-section

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010078187A (en) * 2008-09-24 2010-04-08 Chubu Shatai Kk Refrigerant diffuser for air conditioning device, and air conditioning device using the same
CN205607231U (en) * 2016-04-12 2016-09-28 重庆环际低碳节能技术开发有限公司 Take intensive heat exchange assemblies of screwed connection piece
CN207850161U (en) * 2018-02-07 2018-09-11 无锡福特汉姆科技有限公司 A kind of reinforced heat exchanger for pipe heat exchanger
RU181461U1 (en) * 2018-03-21 2018-07-16 Павел Евгеньевич Портнов DEVICE FOR CLEANING THE HEAT EXCHANGE PIPE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114440305A (en) * 2022-01-17 2022-05-06 海南特约利节能环保技术开发有限公司 Efficient central air conditioning coil unit
CN114322628A (en) * 2022-03-15 2022-04-12 山东龙光天旭太阳能有限公司 Heat exchange tube capable of increasing conduction area

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019121854A (en) 2019-09-12
RU2019121854A3 (en) 2020-01-22
RU2714469C2 (en) 2020-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021006769A1 (en) Turbulizing device for heat exchange tubes
CN101210791A (en) Self-cleaning reinforcement heat transfer low flow resistance rotor in heat-transfer pipe
CN101968332A (en) EHT (Extra High Tension) self-cleaning energy-saving environment-friendly device and manufacture method thereof
CN2864552Y (en) Spiral baffle high-effective heat exchanger
CN106403699B (en) Magnetic bionic blade rotor in heat exchanger tube
CN108759548A (en) A kind of twisted strip embedded with enhancing skeleton shaft core
CN101813437B (en) Unit-combination type heat transfer enhancement device
CN101839670B (en) Inner diversion type self-tightening hanging part of heat exchange tube
CN2223474Y (en) Automatic rotary screw descaling spoiler tube type heat exchanger
CN101514880A (en) Spiral heat exchange tube
CN201852506U (en) Heat exchange tube and device for reinforcing heat transfer of tube pass fluid
CN102645120A (en) Low drive spoiler rotor in heat exchange tube
CN102645122A (en) Grooving spiral curling rotor in heat exchange tube
CN206959693U (en) A kind of tubular heat exchanger eddy flow scaling prevention device
CN102368028A (en) Elliptical and flat spiral heat exchange tube and processing technology thereof
CN201903279U (en) Self-oscillating high-efficiency heat exchange tube
CN209991825U (en) Sewage heat exchanger
CN101832733B (en) Automatic centering support bracket in heat exchange tube
CN111076601B (en) Corrosion reduction mechanism with outlet spiral guide fins
CN205762786U (en) A kind of magnetic suspension tube cleaning arrangement
CN2201649Y (en) Flared screwed pipe heat exchanger
CN112857127B (en) Self-cleaning end cover and heat exchange equipment
CN102331207A (en) Spiral arc-shaped heat exchange pipe and machining processes thereof
CN209485132U (en) Silicon carbide heat exchanger tube and heat exchanger
CN208012455U (en) Heat exchange pipeline on-line cleaning device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20836157

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 23/05/2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20836157

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1