Кожухотрубный теплообменник

 

Использование: в энергетическом и химическом машиностроении. Сущность изобретения: теплообменник содержит кожух 1, в котором установлен шахматный пучок теплообменных труб 2, закрепленных прямыми концами 3 в трубных досках 4. Трубы 2 имеют повторяющийся по длине диффузорно-конфузорный профиль с углом диффузорности (конфузорности) 6-10° и степенью пережатия сечения 0,6-0,8 и образуют в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и суживающиеся каналы с максимальным и минимальным сечениями элементарной ячейки. Соседние трубы 2 в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля диффузор-конфузор, а относительный поперечный шаг труб 2 составляет 1,10-1,16 максимального диаметра трубы 2. Кожух 1 снабжен патрубками 7 для подвода и отвода среды межтрубного пространства и днищами 8 с патрубками 9 для подвода и отвода среды трубного пространства. 5 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891120/06 (22) 17.12.90 (46) 23,09.92, Бюл,. N 35 (71) Брянский институт транспортного машиностроения (72) Ф.B.Âàñèëåâ и В.Т.Буглаев (56) Авторское свидетельство СССР

N 761820, кл, F 28 D 7/00, 1977.

Суза Мендес. Сперроу "Турбулентный обмен и его интенсификация, потеря давления и картина течения жидкостей в трубах с периодическим сужением и расширением проходного сечения" Труды АЯЛЕ, Серия С, Теплопередача, т,106, 1984 N. 4, (54) КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК (57) Использование; в энергетическом и химическом машиностроении. Сущность изобретения: теплообменник содержит кожух

1, в котором установлен шахматный пучок

5U > 1763842 А1

2 имеют повторяющийся по длине диффузорно-конфузорный профиль с углом диффузорности (конфузорности) 6 — 10 и степенью пережатия сечения 0,6 — 0,8 и образуют в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и суживающиеся каналы с максимальным и минимальным сечениями элементарной ячейки. Соседние трубы 2 в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля "диффузор-конфузор", а относительный поперечный шаг труб 2 составляет 1,10 — 1,16 максимального диаметра трубы 2. Кожух 1 снабжен патрубками 7 для подвода и отвода среды межтрубного пространства и днищами 8 с патрубками 9 для подвода и отвода среды трубного пространства. 5 ил, 1763842

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к кожухотрубным теплообменникам, и может быть использовано в энергетическом и химическом машиностроении, Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий винтообразно закрученные трубы фасонного профиля, закрепленные прямыми круглыми концами в трубных досках, Профиль труб выполнен в виде овала, имеющего ширину, равную диаметру прямых концов труб, а шаг закрутки составляет 12 — 15 максимального размера овала. Трубы установлены одна относительно другой с касанием по максимальному размеру овала (авт,св,СССР N 761820, кл. F

28 D 7/00 F 28 F l /06 1977 г.).

Недостатком этого теплообменника является относительно невысокая интенсификация теплообмена наряду со значительным возрастанием гтидравлического сопротивления в спиральных каналах, образованных соседними трубами, Это обусловлено черезмерной закруткой потока тепноносителя, приводящей и перераспределению переноса количества движения и теплоты, выраженного в превалирующем увеличении гидравлического сопротивления по сравнению с повышением интенсивности теплоотдачи, Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок теплообменных труб с повторяющимся по длине диффузорноконфузорным профилем, углом диффузорности (конфузорности) 6 — 10 и степенью пережатия сечения 0,6-0,8, Период "диффузор-конфузор" теплообменной трубы кожухотрубного теплообменника выполнен из симметричных диффузорных и конфузорных участков равной длины, образующих в трубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и сужающиеся каналы (Суза Мендес, Сперроу, Турбулентный обмен и его интенсификация, потери давления и картина течения жидкостей в трубах с периодическим сужением и расширением проходного сечения.

Тр. ASME. Сер,С,Теплопередача, 1984 г., т.106, N 4), Недостатком известного кожухотрубного теплообменника с теплообменными трубами диффузорно-конфузорного профиля является несогласованность оптимальных геометрических размеров диффузорных и конфузорных участков при внутритрубном течении теплоносителя со случаем одновременного продольного обтекания шахматного пучка, скомпонованного из этих труб, которые в общем случае могут быть различ5

55 ными, Это приводит к неполному использованию эффекта интенсификации теплоотдачи и дополнительному возрастанию гидравлического сопротивления при продольном обтекании межтрубного пространства.

Цель изобретения — интенсификация теплообмена, Указанная цель достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике содержится шахматный пучок теплообменных труб с повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем, углом диффузорности (конфузорности) 6-10, степенью пережатия сечения 0,6 — 0,8, и образующих в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и суживающиеся каналы. Соседние трубы в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля

"диффузор-конфузор", а относительный поперечный шаг труб составляет 1,10-1,16 максимального диаметра трубы.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый кожухотрубный теплообменник отличается тем, что трубы в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля, "диффузор-конфузор", а относительный поперечный шаг труб составляет 1,10 — 1,16 максимального диаметра трубы.

Таким образом, заявляемый кожухотрубный теплообменник соответствует критерию изобретения "новизна".

Для установления соответствия заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" был проведен поиск известных в науке и технике решений, могущих содержать выявленные существенные отличительные от прототипа признаки, В поиске были использованы источники информации, предусмотренные п.1.08 Инструкции Э3-2-74.

В результате исследования не были об- наружены в науке и технике решения со сходными признаками, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия", На,фиг.1 изображен теплообменник, общий вид; на фиг.2 — сечение А — А на фиг.1; на фиг.3 — сечение Б — Б на фиг,1; на фиг.4— элементарная ячейка межтрубного пространства с максимальным сечением канала; на фиг,5 — элементарная ячейка межтрубного пространства с минимальным сечением канала.

Теплообменник содержит кожух 1, в котором установлен шахматный пучок тепло1763842 обменных труб 2, закрепленных прямыми концами 3 в трубных досках 4.

Трубы 2 имеют повторяющийся по длине диффузорно-конфузорный профиль с углом диффузорности (конфузорности) 6 — 10 5 и степенью пережатия сечения 0,6 — 0,8 и образуют в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и суживающиеся каналы с максимальным 5 (фиг.4) и минимальным 6 10 (фиг,5) сечениями элементарной ячейки, Соседние трубы 2 в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля "диффузор-конфузор", а относительный поперечный шаг труб 2 составляет 15

1,10 — 1,16 максимального диаметра трубы 2.

Кожух 1 снабжен патрубками 7 для подвода и отвода среды межтрубного пространства и днищами 8 с патрубками 9 для подвода и отвода среды трубного пространства. 20

Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом.

Первичный теплоноситель, поступая из входного патрубка 7 в гладкотрубный участок 3 пучка равномерно распределяется по 25 сечению и проходит через непрерывный ряд криволинейных диффузорно-конфузорных каналов пучка в межтрубном пространстве, поступает в очередной гладкотрубный участок 3 и по патрубку 7 выходит из тепло- 30 обменника. С другой стороны вторичный теплоноситель, поступая из входного патрубка 9 в днище 8, проходит через гладкотрубные участки 3, стабилизируется, поступает в соответствующий непрерывный 35 ряд прямых диффузорно-конфузорных каналов трубного пространства и через очередной гладкотрубный участок 3 по днищу 8 и патрубку 9 выходит из теплообменника.

При течении теплоносителей в трубах и 40 межтрубном пространстве с диффузорноконфузорным профилем возникает знакопеременный градиент давления с одним и тем же законом изменения по длине без образования стабильных вихревых структур 45 в ядре потока рабочей среды. Это обеспечивает гарантированное снижение генерирования мелкомасштабных турбулентных вихрей и приводит к перераспределениЮ переноса количества движения и тепловой энергии в пользу последней, Технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения, по сравнению с прототипом, заключаются в том, что использование теплообменных труб с повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем, углом диффузорности (конфузорности) 6 — 10, степенью пережатия сечения 0,6-0,8, смещением соседних труб между собой на половину периода профиля "диффузор-конфузор" и относительным поперечным шагом компоновки труб, составляющим 1,10 — 1,16 максимального диаметра трубы, приводит к возникновению в трубном и межтрубном пространствах зйакопеременного градиен- та давления с одним и тем же законом изменения rio длине. Это обеспечивает перераспределение переноса количества движения и тепловой энергии с интенсификацией процесса теплообмена. Общая теплотехническая эффективность работы теплообменника повышается в целом на 2050

Одновременно улучшается технологичность изготовления теплообменника и снижается неравномерность профиля скорости в поперечном сечении трубного пучка.

Формула изобретения

Кожухотрубный теплообменник, содержащий шахматный пучок теплообменных труб с периодически повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем, имеющих угол раскрытия диффузора и конфузора 6 — 10, степень сужения сечения

0,6 — 0,8, образующих в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и сужающиеся каналы, отличающийся тем, что. с целью интенсификации теплообмена, соседние трубы в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля диффузор-конфузор, а относительный поперечный шаг труб составляет 1.10—

1,16 максимального диаметра трубы.

1763842

Составитель О,Акимова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор З,Салко

Редактор T.Èâàíoaà

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

Заказ 3447 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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