Пучок теплообменных труб с поперечными ребрами

 

Использование: в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин на тепловых и атомных электростанциях. Сущность изобретения: в пучке теплообменных труб 1 с поперечными ребрами 2. выполненными в нижней части со срезами в продольном направлении трубы, имеющими прямолинейные участки 3, в зоне вертикальной оси трубы 1 выполнены потокоорганизующие выступы 1, примыкающие к прямолинейным участкам срезов Высота поперечных ребер 2 трубы 1 увеличивается сверху к нижней части трубы, а в верхней части последней выполнен продольный паз 5под элемент 6 желоба 7 глубиной, превышающей высоту ребра 2 в верхней части трубы Причем боковые стороны 8 продольного паза 5 расположены под углом, не превышающем угол сектора трубы 1, охватывающего паз 5. Элемент 6 выполнен полым с полостью 9, сообщенной с полостью 10 желоба, при этом высота элементов 6и глубина паза 5 равны между собой, а с обеих сторон элемента 6 в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость 9 элемента 6 с этими канавками. 2 э п ф-лы, 6 ил 5 12 73 С ю о о ю ел ,Сл ю о

(я) F 28 F 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4904869/06 (22) 22.01.91 (46) 07.09.93. Бюл. М 33-36 (71) Санкт-Петербургский институт машиностроения (72) Ерченко Г.Н., Богов И.А„Ерченко Н.Г. (73) Ерченко Г.Н„Богов И,А„Ерченко Н,Г, (56) Риферт В.Г., Бобе Л.С. Интенсификация теплопередачи в конденсаторах пара, Общество "Знание" Украинской ССР, Киев, 1985, с. 7-11, рис. 3. в.

Авторское свидетельство СССР

hh 1726950, кл. F 28 F 1/24, 1992.

Авторское свидетельство СССР

N 1679167, кл. F 28 F 1/24, 1991, (54) ПУЧОК ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ С ПОПЕРЕЧНЫМИ РЕБРАМИ (57) Использование; в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин на тепловых и атомных электростанциях. Сущность изобретения: в пучке теплообменных труб 1 с поперечными ребрами 2, выполнен„,RU „„ 2000532 С ными в нижней части со срезами в продольном направлении трубы, имеющими прямолинейные участки 3, в зоне вертикальной оси трубы 1 выполнены потокоорганиэующие выступы 1, примыкающие к прямолинейным участкам срезов. В ысота поперечных ребер 2 трубы 1 увеличивается сверху к нижней части трубы, а в верхней части последней выполнен продольный паэ

5 под элемент 6 желоба 7 глубиной, превышающей высоту ребра 2 в верхней части трубы. Причем боковые стороны 8 продольного паза 5 расположены под углом, не превышающем угол сектора трубы 1, охватывающего паз 5. Элемент 6 выполнен полым с полостью 9, сообщенной с полостью 10 желоба, при этом высота элементов б и глубина паза 5 равны между собой, а с обеих сторон элемента 6 в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость 9 элемента 6 с этими канавками. 2 э,п. ф-лы, 6 ил, (jO !

О (Я 0д

jA

2000532

30 ложенные друг под другом трубы, между которыми расположен соединительный элемент, причем верхняя труба выполнена с поперечными ребрами и канавками на наружной поверхности и имеет в верхней части продольный паз под элемент, верхняя труба имеет гладкую поверхность и ее полость сообщена с канавками нижней трубы, боковые стороны продольного паза расположены под углом, превышающем угол сек- 40 тора трубы, охватывающего паз, элемент выполнен полым с полостью, сообщенной с полостью верхней трубы, при этом высота элемента и глубина паза равны высоте поперечного ребра нижней трубы, а на боко- 45 вых поверхностях элемента в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость элемента с этими канавками.

Недостатками такого теплообменного элемента конденсатора являются сложно- 50 сть конструкции, необходимость принуди-. тельной подачи конденсата в верхнюю гладкую трубу с отверстиями, а также недостаточная эффективность конструкции в связи с тем. что из отверстий верхней трубы в канавки поступает неоформившийся ручей, что уменьшает коэффициент теплоотдачи непосредственно HA входных участках в канавки нижней трубы.

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам и может быть использовано в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин на тепловых и атомных электростанциях.

Известна горизонтальная теплообменная труба конденсатора с поперечным оребрением на наружной поверхности (1). На поперечных ребрах происходит конденсация рабочего тела (пара). Указанные ребра по сравнению с гладкой наружной поверхностью труб увеличивают поверхность конденсации рабочего тела. Межреберные канавки служат для отвода конденсата с поперечных ребер, Недостатком такой теплообменной трубы является низкий коэффициент теплоотдачи, так как верхняя часть трубы из-эа малого наклона межреберных канавок, приводящего к малой скорости конденсатора в них, работает неэффективно, а нижняя часть покрыта толстой пленкой конденсата.

Поэтому максимальная интенсификация теплообмена на горизонтальных трубах и поперечными ребрами достигает не более

100-120, в то время как для вертикальный труб с продольным оребрением она достигает 500-6007.

Известен также теплообменный элеменФ конденсатора (2), содержащий распо5

Наиболее близким к изобретению является пучок теплообменных труб конденсатора с поперечными кольцевыми ребрами (3), выполненными в нижней части со срезами, имеющими прямолинейные участки, расположенные симметрично относительно вертикальной оси трубы. при этом на срезах по крайней мерс каждого второго ребра в зоне вертикальной оси трубы выполнены потокоорганизующие треугольные выступы, примыкающие к прямолинейным участком срезов, расположенных относительно упомянутой вертикальной оси под углом меньше 90, Недостатком прототипа является низкий коэффициент теплоотдачи, так как верхняя часть трубы работает неэффективно вследствие отсутствия равномерно стекающего ручья в канавках между ребрами верхней половины трубы.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена на наружной поверхности трубы за счет обеспечения эффективного стягивания пленки конденсата с боковой поверхности ребер.

Цель достигается тем, что в предложенном пучке теплообменных труб с поперечными ребрами, выполненными в нижней части со срезами, имеющими прямолинейные участки, расположенные симметрично относительно вертикальной оси трубы. при этом на срезах по крайней мере каждого второго ребра в зоне вертикальной оси трубы выполнены потокоорганизующие треугольные выступы, примыкающие к прямолинейным участкам срезов, расположенных относительно упомянутой вертикальной оси под углом меньше 90", высота поперечных ребер труб увеличивается сверху к нижней части трубы, а в верхней части последней выполнен продольный паз под элемент желоба с торцевыми перегородками глубиной, превышающей высоту ребра в верхней части трубы. причем боковые стороны продольного паза расположены под углом, не превышающем угол сектора трубы, охватывающего паз, указанный элемент выполнен полым с полостью, сообщенной с полостью желоба, высота элемента и глубина паза равны между собой, а t: обеих сторон элемента в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость элемента с этими канавками.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками, описывающими заявляемый пучок теплообменных труб с поперечными ребрами. и признать заявляе20() 0532 мое решение соответствующих критери<о

"существенные отличил".

В частности, не известны пучки теплообменных труб с поперечными ребрами, в которых высота поперечных ребер труб уве- 5 личивалась бы сверху к нижней части трубы. а в верхней части последней был бы выполнен продольный паз под элемент желоба с торцовыми перегородками глубиной, превышающей высоту ребра в верхней части 10 трубы, причем боковые стороны продольного паза были бы расположены под углом, не превышающим угол сектора трубы, охватывающего паз, при этом укаэанный элемент выполнен полым с полостью, сообщенной с 15 полостью желоба, высота элемента и глубина паза равны между собой, а с обеих сторон элемента в з-:не канавок выполнены отверстия, сообщающие полость элемента с этими канавками, 20

На фиг. 1 приведен пучок теплообменных труб с поперечными ребрами, поперечный разрез; на фиг. 2 изобра>кена теплообменная труба с поперечными ребрами и желобом в ее верхней части; на фиг, 25

3 представлено сечение при выпол«ении теплообменной трубы в соответствии с и, 2 формулы изобретения; на фиг. 4 — сечение при выполнении теплообл<енной трубы в соответствии с п. 3 формулы изобретения; на 30 фиг. 5 показана форма выходного отверстия в желобе; на фиг. 6 — форма струи в поперечном сечении ребер непосредственно на входе в канавку.

Теплообменные трубы 1 имеют попе- 35 речные ребра 2 (фиг. 1), выполненные в нижней части со срезами, имеющими прямолинейные участки 3 (фиг, 1, 3, 4), расположенные симметрично относительно вертикальной оси трубы. На срезах по край- 40 ней мере каждого второго ребра 2 в зо«е вертикальной оси трубы 1 выполнены потокоорганизующие треугольные выступы 4, примыкающие к прямолинейным участкам срезов, расположенных относительно вер- 45 тикальной оси под углом меньше 90О. Высота поперечных ребер 2 трубы 1 увеличивается сверху к нижней части трубы, а в верхней части последней выполнен продольный паз 5 под элемент 6 желоба с тор- 50 цовыми перегородками 7 (фиг. 1, 2, 3, 4) глубиной, превыша<ощей высоту ребра в верхней части трубы. Причем боковые стороны 8 продольного паза 5 (фиг, I, 3, 4) расположены под углом, не превышающем 55 угол р сектора трубы 1, охватывающего паз

5. Элемент 6 выполнен полыл1 с полостью 9 сообщенной с полостью 10 желоба, при этом высота элементов б и глубина зза 5 равны между собой, а с обеих сторон элел<ента б в зоне канавок 11 nh

Глубина паза 5 может patt<«

Глубина паза 5 может быть больше суммарной вели <ины высоты ребра 2 в верхн .il части трубы 1 и толщины основания 13 элемента 6, а отвеостия 12 в последнем могут быть выполнены на его боковых сторонах 14 вплогну<о к внутренней поверхности основания 13 (фиг. 4), В результате предложенного конструкторского решения конденсат, стекающий с потокоорганизующих вь<ступов 4, расположенных в донной части трубы, в желоб 7 нижерасположен«ой теплообменной трубы, через отверстия 12 (фиг. 1, 2) желоба 7 поступает в канавки 11, расположенные между ребр <ми 2, затем под действием сил тяжести и кинетической энергии движется по канавкам 11 теплообменной трубы и далее в ее донную часть к потокообразующим выступал< 4, с которых стекает в желоб нижерасположенной теплообменной трубы. При этом вследствие того, что в межреберные канавки 11 теплообменной трубы конденсат поступает через отверстия 12 желоба 7 с определенной скоростью, происходит ускорение процесса стягивания конденсата с поверхности ребер и уменьшение толщины пленки конденсата.

Увеличение высоты поперечных ребер труб сверху к нижней части трубы приводит к дополнительной интенсификации теплообмена за счет обеспечения эффективного удаления пленки конденсата на всей протяжен<,ости канавки, так как с увеличением высоты ребер в этом же направлении увеличивается и толщина ручья, а также скорость стекающего конденсата в ручье.

Изл«шки конденсата, стекающего в желоб 7 теплообменной трубы !. через торцовые поперечные перегородки последнего переливаются и по трубным доскам конденсатора стекает вниз.

Наличие желоба сверху трубы предотвращает натекание конденсата на нижерасположенные трубы (имеется в <;иду кол< честно, превышающее опти<<альное), что так:+е приводит к увеличению коэффиt,l1(нта Tt. плоотдачи.

Когда разница между высотой ребра 2 в

> .линей части трубы 1 и «

15

25

55 ней части трубы меньше или равна толщине основания 13 элемента 6. глубина паза 5 выполняется равной суммарной величине высоты ребра 2 в верхней части трубы и толщины основания 13 элемента 6, а отверстия 12 с обеих сторон элемента 6 могут быть выполнены под острым углом /3 к основанию 13 последнего в месте перехода основания 13 к боковой поверхности 14 (фиг.

3). Угол Р и диаметр отверстия в желобе 7 выбираются такими, чтобы форма выходного отверстия 12 после изготовления теплообменной трубы 1 соответствовала форме отверстия на фиг. 5, когда отверстие частично как-бы опущено ниже внутренней поверхности основания 13 элемента 6, а количество поступающего конденсата в канавки 11 обеспечивало наибольшую эффективность стягивания пленки конденсата с ребер 2 трубы 1.

Непосредственно на входе канавки 11 форма ручья приобретает вид, представленный на фиг. 6. Благодаря оформившемуся ручью на входе в канавки 11 достигается дополнительное увеличение коэффициента теплоотдачи за счет оптимальных условий для стягивания пленки конденсата на входных участках канавок 11. При этом следует учесть. что расположение боковых сторон 8 проДольного паза 5 (фиг. 1, 3, 4) под углом, не превышающим угол р сектора трубы 1, охватывающего паз 5. приводит к некоторому увеличению теплообменной поверхности трубы эа счет увеличения поверхности ребер 2 благодаря уменьшению ширины паза 5.

Когда разница между высотой ребра 2 в нижней части трубы 1 и его высотой в верхней части трубы больше толщины основания 13 элемента 6, глубина паза 5 выполняется больше суммарной величины высоты ребра 2 в верхней части трубы и толщины основания 13 элемента 6, а отверстия 12 в последнем выполнены на его боковых сторонах 14 вплотную к внутренней поверхности основания 13 элемента 6 (фиг.

4), В этом случае форма отверстия 12 после изготовления теплообменной трубы соответствует вышеописанному случаю (см. фиг, 5). Достигаемый эффект при этом такой же, Выполнение продольного паза 5 глубиной, не превышающей суммарную величину высоты ребра в верхней части трубы и разницу в высотах ребра соответственно в нижней и верхней частях трубы, не нарушает прочность теплообменной трубы. При мелком оребрении наружной поверхности теплообменной трубы (высота ребер до 3.5 мм) разница в высотах ребра в нижней и верхней частях трубы не превышает 1 мм, исходя из эффективности стягивания пленки конденсата.

Таким образом, использование изобретения позволяет интенсифицировать теплообмен, увеличив при этом коэффициент теплоотдачи от пара к наружной поверхности трубы по сравнению с прототипом, Формула изобретения

1. Пучок теплообменных труб с поперечными ребрами и канавками. расположенных горизонтально, причем ребра выполнены в нижней части со срезами, имеющими прямолинейные участки, расположенные симметрично вертикальной оси трубы под углом относительно этой оси, меньшим 90 С, а на упомянутых прямолинейных участках по крайней мере каждого второго ребра в зоне вертикальной оси трубы выполнены потокоорганизующие треугольные выступы с углом при вершине, меньшим 90 С, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, высота поперечных ребер труб увеличивается от верхней к нижней части трубы, а в ее верхней части выполнен продольный паз, в котором размещен желоб с торцовыми перегородками и боковыми стенками, имеющий высоту, превышающую высоту ребра в верхней части трубы, причем боковые стороны продольного паза расположены под углом, не превышающим угол сектора трубы, охватывающего паз, а в боковых стенках желоба в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость желоба с этими канавками.

2, Пучок по Il. 1, отличающийся тем, что глубина паза не превышает суммарную величину высоты ребра в верхней части трубы и толщину основания желоба, а отверстия в стенках желоба выполнены под острым углом к основанию последнего на участке перехода основания в боковые стенки.

3, Пучок по и. 1, отличающийся тем, что глубина паза превышает суммарную высоту ребра в верхней части трубы и толщину основания желоба, а отверстия е последнем примыкают к внутренней поверхности основания желоба.

2000532 авиа б

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

Редактор

Заказ 3075

Составитель Г, Ерченко

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н. Король

Тираж Подписное

НПО " Поиск" Роспатента

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