Трубчатый теплообменник

 

Использование: при создании теплообменников из поперечно обтекаемых пучков труб. Сущность изобретения: трубчатый теплообменник содержит поперечно обтекамый пучок труб большего и меньшего диаметров и коллекторы 2 с трубными досками, общими для труб. Трубы большего диаметра в пучке расположены по вершинам прямоугольника или по вершинам равностороннего треугольника. Трубы меньшего диаметра расположены на пересечении диагоналей прямоугольника или биссектрис треугольника разбивки труб большего диаметра. Конструкция обеспечивает повышение эффективности теплоотдачи, снижение массы и металлоемкости и уменьшение габаритов теплообменника. 3 ил.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании поперечно обтекаемых теплообменных аппаратов в транспортном машиностроении, энергетической, химической и других отраслях промышленности.

Известен теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок труб одного диаметра с разбивкой их по равностороннему треугольнику и коллекторы с трубными досками [1] .

Недостатком этого теплообменника является низкая эффективность теплоотдачи наружной поверхности труб, обусловленная тем, что трубный пучок выполнен из труб одного диаметра.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок труб двух разных диаметров, коллекторы с трубными досками для труб большего диаметра и коллекторы с трубными досками для труб меньшего диаметра [2] .

Недостатком этого теплообменника является низкая эффективность теплоотдачи и высокая металлоемкость. Трубы двух разных диаметров не образуют одной теплообменной поверхности, так как через них проходят разные жидкости и они не работают одновременно. По трубам большего диаметра проходит жидкость, охлаждающая воздух, а по трубам меньшего диаметра - жидкость, нагревающая воздух. Трубы разных диаметров объединены разными коллекторами.

При охлаждении воздуха жидкость по трубам малого диаметра не проходит и они в процессе теплообмена не участвуют. При нагревании воздуха жидкость отсутствует в трубах большего диаметра, которые в этом случае исключены из процесса теплообмена.

Таким образом, снижение эффективности теплоотдачи обусловлено тем, что при работе теплообменника в процесс теплообмена включена только часть трубного пучка: или трубы большего диаметра, или трубы меньшего диаметра.

Наличие отдельных коллекторов с трубными досками для труб большего и меньшего диаметров дополнительно увеличивает металлоемкость теплообменника.

Целью изобретения является повышение эффективности теплоотдачи и снижение металлоемкости.

Указанная цель достигается в трубчатом теплообменнике, содержащем поперечно обтекаемый пучок труб двух разных диаметров с расположением труб большего диаметра по вершинам прямоугольника или по вершинам равностороннего треугольника и расположением труб меньшего диаметра на пересечении диагоналей прямоугольника или на пересечении биссектрис треугольника разбивки труб большего диаметра и выполнением коллекторов с трубными досками общими для труб разных диаметров.

Сопоставительный с прототипом анализ показывает, что предложенный трубчатый теплообменник отличается тем, что трубы большего диаметра в пучке расположены по вершинам прямоугольника или по вершинам равностороннего треугольника, а трубы меньшего диаметра расположены на пересечении диагоналей прямоугольника или на пересечении биссектрис треугольника разбивки труб большего диаметра, при этом коллекторы с трубными досками выполнены общими для труб разных диаметров.

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

Для установления соответствия заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" был произведен поиск известных решений, содержащих выявленные существенные отличительные от прототипа признаки.

Решения со сходными признаками обнаружены не были, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен трубчатый теплообменник, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 при расположении труб большего диаметра по вершинам прямоугольника и труб меньшего диаметра - на пересечении диагоналей прямоугольника; на фиг. 3 - то же, при расположении труб большего диаметра по вершинам равностороннего треугольника и труб меньшего диаметра - на пересечении биссектрис треугольника.

Трубчатый теплообменник содержит поперечно обтекаемый пучок 1 труб двух разных диаметров и коллекторы 2 с трубными досками 3. Трубы 4 большего диаметра в пучке 1 могут быть расположены по вершинам прямоугольника (см. фиг. 2) или по вершинам равностороннего треугольника (см. фиг. 3). Трубы меньшего диаметра 5 расположены на пересечении диагоналей прямоугольника или на пересечении биссектрис треугольника разбивки труб 4 большего диаметра. Коллекторы 2 с трубными досками 3 являются общими для труб 4 большего и труб 5 меньшего диаметров.

При работе трубчатого теплообменника трубный пучок 1 поперечно омывается теплоносителем со средней температурой t₁. Внутри труб 4 и 5 течет другой теплоноситель со средней температурой t₂, который с помощью коллекторов 2 подводится одновременно к трубам 4 и 5 и отводится от них. Теплота от более горячего теплоносителя через стенки труб передается более холодному теплоносителю.

Интенсивность теплопередачи в пучке в значительной мере определяется интенсивностью теплоотдачи между теплоносителем, омывающим трубы, и наружной поверхностью труб 4 и 5.

Возрастание турбулентности потока при поперечном обтекании пучка труб двух разных диаметров и одновременное участие труб 4 и 5 в процессе теплопередачи обеспечивают наибольшую эффективность теплоотдачи по наружной поверхности труб поперечно обтекаемого пучка.

Технико-экономические преимущества изобретения в сравнении с прототипом заключаются: в повышении эффективности теплоотдачи путем размещения в пучке труб большего диаметра по вершинам прямоугольника или по вершинам равностороннего треугольника, а труб меньшего диаметра - на пересечении диагоналей прямоугольника разбивки труб большего диаметра или на пересечении биссектрис треугольника разбивки труб большего диаметра, а также путем выполнения коллекторов с трубными досками, общими для труб разных диаметров.

Указанное размещение труб двух разных диаметров и объединение их общими коллекторами обеспечивает одновременное повышение эффективности теплоотдачи поверхности труб и большего, и меньшего диаметров, обусловленное дополнительной турбулизацией потока теплоносителя.

Кроме того снижение массы и металлоемкости, а также уменьшение габаритов теплообменника повышает эффективность теплоотдачи благодаря включению в одновременный процесс теплопередачи труб разных диаметров и сокращению числа коллекторов. (56) Малинов М. С. и др. Охлаждающие устройства тепловозов, М. : Машгиз, 1962, с. 102-103, фиг. 69.

Заявка Великобритании N 1313336, кл. F 28 F 1/24, опублик. 1973.

Формула изобретения

ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий поперечно обтекаемый пучок труб большего и меньшего диаметров и коллекторы с трубными досками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности теплоотдачи и снижения металлоемкости, трубы большего диаметра расположены в пучке по вершинам прямоугольника или по вершинам равностороннего треугольника, а трубы меньшего диаметра - на пересечении диагоналей прямоугольника или на пересечении биссектрис треугольника разбивки труб большего диаметра, при этом коллекторы с трубными досками выполнены общими для труб обоих диаметров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3