Трубчатый спиральный теплообменник

 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам. Цель изобретения - интенсификация теплообмена и повышение компактности при использовании плоскоовальных труб. На сердечник 1 навиты плоскоовальные трубы 2 с проволочным спиральным оребрением. Сердечник 1 с трубами 2 заключен в обечайку 4 с крышками 5. Геометрия труб 2 определяется следующими соотношениями: 1,5 Ьт/ат; 3 Ю; 3 ат/dn 10, где ат - наименьшей размер сечения трубы; Ьт - наибольший размер сечения трубы; 5т - толщина стенки трубы; dn - диаметр проволоки оребрения. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s F 28 О 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ивов (21) 4764299/06 (22) 04.12.89 (46) 15.04.92. Бюл. N 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гелиевой техники (72) В. А. Мартынов (53) 621.565.94(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 840662, кл. F 28 0 7/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР йт 542902, кл. F 28 D 7/02, 1977. (54) ТРУБЧАТЫЙ СПИРАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК (57) Изобретение относится к теплообменным аппаратам. Цель изобретения — интенсификация теплообмена и повышение компактности при использовании плоскоовальных труб, На сердечник 1 навиты плоскоовальные трубы 2 с проволочным спиральным оребрением. Сердечник 1 с трубами 2 заключен в обечайку 4 с крышками 5.

Геометрия труб 2 определяется следующими соотношениями: 1,5< b1/а>, 3< ат/äò < 10;

3< ат/d< < 10, гДе ат — наимень1Щий РазмеР сечения трубы; Ь, — наибольший размер сечения трубы; д, — толщина стенки трубы;

d — диаметр проволоки оребрения. 2 ил. 4

ЬЭ

|о ! !

1726954

50

Изобретение относится к трубчатым спиральным теплообменникам, применяемым в криогенной технике, преимущественно в криогенных гелиевых установках (КГУ).

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок винтообразно закрученных труб овального профиля, установленных с касанием соседних труб по максимальному размеру овала и закрепленных прямыми кольцами в трубных досках.

Недостатками такого теплообменника являются невысокая термодинамическая эффективность, значительная его масса и габариты в случае применения в КГУ.

Известен также трубчатый спиральный теплообменник, содержащий сердечник с навитыми на него в несколько слоев круглыми трубами, имеющими проволочное спиральноее оребрение.

Применение таких труб не обеспечивает достаточно высокую интенсификацию теплообмена и компактность как в трубном пространстве, так и в межтрубном пространстве аппарата.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена и повышение компактности.

Поставленная цель достигается тем, что в трубчатом спиральном теплообменнике, содержащем трубы с проволочным спиральным оребрением, навитые в несколько слоев на сердечнике и заключенные в обечайку, при использовании плоскоовальных труб, должны выдерживаться следующие соотношения: 1,5< Ьт/ат < 5; 3< ат/дт < 10; 3< ax/dn

< 10 (отношение наибольшего размера овальной трубы bT к наименьшему размеру ат должно быть более 1,5 и менее 5; отношение наименьшего размера овальной трубы а к толщине стенки трубы 4 должно быть более 3 и менее 10; отношение наименьшего размера трубы ат к диаметру проволоки спирального оребрения dn должно быть более трех и менее 10).

Плоскоовальная форма труб приводит к интенсификации теплообмена как в трубном так и в межтрубном пространстве, повышению компактности теплообменника. Кроме того, в межтрубном пространстве обеспечивается постоянство расстояния между оребренными трубами, что позволяет равномерно распределять обратный поток по поперечному сечению теплообменника и обеспечить высокую термодинамическую эффективность при малых габаритах и массе теплообменника, При отношении Ь /ат меньше 1,5 не обеспечивается заметная интенсификация

25 теплообмена как в трубном, так и в межтрубном пространстве.

При отношении b>/aT больше 5 не удается обеспечить овальность профиля при изготовлении овальных труб круглого поперечного сечения. Профиль принимает вид так называемой "восьмерки", при этом расстояние между стенками трубы в середине овала становится меньше, чем на периферии. При этом невозможно обеспечить прилегание проволочного спирального оребрения по всему наружному периметру трубы, Вследствие этого уменьшается КПД проволочного ребра и ухудшается термодинамическая эффективность теплообменника, компенсировать уменьшение которой можно только увеличивая габариты и массу теплообменника.

При отношении aT/ä, менее трех большое термическое сопротивление стенки трубы не компенсируется интенсификацией теплообмена внутри трубы.

При отношении ат/дт больше 10 снижается надежность теплообменника в связи с вероятностью разрушения стенки трубы при придании овальности трубам круглого поперечного сечения или при навивке овальных труб с относительно малой толщиной на сердечник или нижележащие слои.

При отношении ат/dn менее трех навивка проволоки на трубу должна производиться с большим усилием, что может привести как к нежелательной деформации овального профиля, так и к скручиванию трубы.

При отношении a>/dn более 10 не удается обеспечить надежный контакт проволоки с трубой„что приводит к уменьшению КПД проволочного ребра и эффективности теплообменника, На фиг. 1 показан трубчатый спиральный теплообменник, продольное сечение; на фиг.2 — плоскоовальная труба с проволочным спиральным оребрением поперечное сечение.

Навитые на сердечник 1 в несколько слоев плоскоовальные трубы 2 с проволочным спиральным оребрением 3 заключены в обечайку 4, Обечайка с двух сторон закрыта крышками 5, к которым подведены трубопроводы 6 обратного потока и расположены коллекторы 7, Трубчатый спиральный теплообменник работает следующим образом.

Прямой поток гелия среднего давления (0,8 — 2,5 МПа) распределяется в коллекторе

7 по оребренным проволокой 3 плоскоовальным трубам 2. Затем, пройдя навитые на сердечник 1 плоскоовальные трубы 2, через коллектор 7 выходит из теплообменника.

1726954

45

Составитель М.Косоротова

Редактор M.Áàíäóðà Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Заказ 1270 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина. 101

При движении по плоскоовальным трубам

2 прямой поток гелия охлаждается обратным потоком, проходящим противотоком через межтрубное пространство теплообменника и подводящий и отводящий трубопроводы 6, Использование данного устройства в

КГУ позволит за счет интенсификации теплообмена уменьшить объем в 2 раза, а массу теплообменника в 1,6 раза.

Формула изобретения

Трубчатый спиральный теплообменник для криогенной техники, содержащий трубы с проволочным спиральным оребрением, навитые в несколько слоев на сердечник и заключенные в обечайку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью интенсификации тепло5 обмена и повышения компактности при использовании плоскоовальных труб, геометрия труб определяется следующими соотношениями: 1,5< Ьт/ат < 5, 3< ат/4 < 10, 3

10 сечения трубы, Ьт — наибольший размер сечения трубы, д, — толщина стенки трубы, d — диаметр проволоки оребрения.