Теплообменный элемент конденсатора

 

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам и может быть использовано в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин на тепловых и атомных электростанциях. Целью изобретения является повышение эффективности работы путем увеличения коэффициента теплоотдачи. Теплообменный элемент конденсатора выполнен из двух горизонтальных раземещнных одна над другой труб 1 и 2, нижняя 2 из которых выполнена с оребрением, а верхняя 1 снабжена отверстиями 3 в нижней части, размещенными с шагом, равным шагу впадин 4, образованных ребрами 5 нижней трубы 1. При этом верхняя труба 1 и нижняя 2 примыкают друг к другу своими образующими и нижняя труба выполнена с поперечным сечением в виде эллипса 6 с вертикальной большей осью 7, причем высота ребер в верхней части нижней трубы меньше высоты ребер в ее нижней части. 2 ил.

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

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому теплообменному элементу конденсатора является выбранный в качестве прототипа теплообменный элемент конденсатора, содержащий расположенные друг под другом и соединенные вертикальной пластиной трубы, причем на наружной поверхности пластины и нижней трубы выполнены поперечные ребра и канавки, верхняя труба имеет гладкую поверхность, а в ее нижней части выполнены два ряда отверстий, сообщенные с канавками пластины.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент теплоотдачи из-за увеличивающегося затопления конденсатом боковой поверхности ребер нижней трубы при его движении в межреберной канавке сверху вниз и наличия значительного затопления нижней поверхности трубы донным слоем конденсата, а также малой скорости конденсата в межреберной канавке на нижней половине трубы вследствие ее малой высоты.

Целью изобретения является повышение эффективности работы путем увеличения коэффициента теплоотдачи за счет улучшения условий стягивания пленки конденсата с боковой поверхности ребер вследствие увеличения высоты трубы, уменьшения затопления стекающим вниз по межреберной канавке конденсатом боковой поверхности ребер и резкого уменьшения затопления нижней поверхности оребренной трубы.

Цель достигается тем, что в отличие от прототипа нижняя труба с оребрением выполняется с поперечным сечением в виде эллипса с вертикальной большей осью, причем высота ребер в верхней части нижней трубы меньше высоты ребер в ее нижней части.

Сопоставительный анализ прототипа и предложенного технического решения позволяет сделать вывод о том, что предложенный теплообменный элемент конденсатора отличается тем, что верхняя труба установлена с примыканием ее нижней образующей к верхней образующей трубы, которая выполнена с поперечным сечением в виде эллипса с вертикальной большей осью, причем высота ребер в верхней части нижней трубы меньше высоты ребер в ее нижней части.

На фиг. 1 изображен теплообменный элемент конденсатора; на фиг. 2 - вариант схемы подачи конденсата в верхнюю трубу теплообменного элемента.

Теплообменный элемент конденсатора выполнен из двух горизонтально размещенных одна над другой труб 1 и 2, нижняя 2 из которых выполнена с оребрением, а верхняя 1 снабжена отверстиями 3 в нижней части, размещенными с шагом, равным шагу впадин 4, образованных ребрами 5 нижней трубы 2, при этом верхняя труба 1 установлена с примыканием ее нижней образующей к верхней образующей нижней трубы 2, которая выполнена с поперечным сечением в виде эллипса 6 с вертикальной большей осью 7, причем высота ребер в верхней части нижней трубы меньше высоты ребер в ее нижней части.

Верхняя 1 и нижняя 2 трубы могут соприкасаться не только по образующим, но и верхняя труба 1 может быть уложена в канавку верха трубы 2, выполненную наружным радиусом верхней трубы 1.

В процессе работы конденсат, подаваемый насосом из нижней части конденсатора в верхнюю трубу 1 через отверстия 3, поступает во впадины 4, образованные ребрами 5 нижней трубы 2, и под действием сил тяжести и располагаемой кинетической энергии движется по впадинам 4 нижней трубы 2 и далее - в ее донную часть, с которой стекает в конденсатор. При этом вследствие того, что во впадины 4 нижней трубы 2 конденсат поступает из отверстий верхней трубы 1 с определенной скоростью, а также вследствие большей крутизны (наклона) впадин верха нижней трубы 2, которая выполнена с поперечным сечением в виде эллипса с вертикальной большей осью, и большей ее высоты в сравнении с трубой круглого поперечного сечения при прочих равных условиях, происходит ускорение процесса стягивания конденсата с поверхности ребер 5 и уменьшение толщины пленки последнего. При этом вследствие увеличения высоты ребер 5 сверху вниз трубы 2, т.е. по ходу стекающего конденсата, высота которого во впадине при этом также увеличивается, обеспечивается эффективное стягивание пленки конденсата с поверхности ребер 5. Кроме того, затопление стекающим конденсатом донной поверхности нижней трубы 2 уменьшается. Все это приводит к тому, что скорость стока конденсата по впадинам в нижней части трубы 2 велика и конденсат в зависимости от тепловой нагрузки и начальной скорости его на входе во впадины, образованные ребрами нижней трубы, может стекать в виде струй, т.е. без образования донного слоя.

Близким к оптимальным значениям диаметров отверстий трубы 1 являются значения, определяемые из соотношения d = =(0,15-0,3)˙h, где h - высота ребер по верхней образующей нижней трубы. При этом выбор диаметра отверстий связан со скоростью конденсата на выходе из последних, а также зависит от ширины впадины между ребрами при прочих равных условиях. С увеличением ширины впадины принимается большее значение указанного соотношения.

Конденсатор, набранный из рассмотренных теплообменных элементов, обладает меньшим гидравлическим сопротивле- нием, оказываемым пару, так как площадь сжатого сечения пучка элементов у таких конденсаторов будет больше, чем у конденсаторов, набранных из труб круглого поперечного сечения, при прочих равных условиях. Это позволяет расположить в ряду большее количество труб.

Подача конденсата в верхнюю трубу 1 теплообменного элемента может осуществляться по следующей схеме (см. фиг. 2). Насосом 1 конденсат из нижней части конденсатора 2 подается в герметичный бак 3, из которого по трубе 4 указанный конденсат подается в верхние трубы с отверстиями теплообменных элементов конденсатора. Излишки конденсата из герметичного бака 3 по переливной трубе 5 поступают снова на всасывание насоса 1. При этом верх герметичного бака 3 соединен с верхом конденсатора 2 при помощи трубы 6. Высота размещения бака определяется тем, чтобы избыточное давление в верхней трубе (перед отверстиями) составляло порядка 0,01-0,04 бар (0,1-0,4 м вод. ст. ). Этого давления вполне достаточно, чтобы обеспечить оптимальную скорость ручья конденсата, сбегающего по впадине нижней трубы 2.

Использование изобретения позволяет интенсифицировать теплообмен и увеличить при этом коэффициент теплоотдачи с наружной стороны теплообменного элемента, а следовательно, уменьшить габариты и массу конденсатора.

Формула изобретения

ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ КОНДЕНСАТОРА, содержащий горизонтально размещенные одну над другой трубы, нижняя из которых выполнена с оребрением, а верхняя снабжена отверстиями в нижней части, размещенными с шагом, равным шагу впадин, образованных ребрами нижней трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем увеличения коэффициента теплоотдачи, верхняя труба установлена с примыканием ее нижней образующей к верхней образующей нижней трубы, которая выполнена с поперечным сечением в виде эллипса с вертикальной большей осью, причем высота ребер в верхней части нижней трубы меньше высоты ребер в ее нижней части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2