Трубчатый теплообменник

 

Устройство предназначено для применения в теплообменной технике. Теплообменник содержит поперечно обтекаемый пучок труб с поверхностью в виде чередующихся одинаковых по длине трубы участков двух разных наружных диаметров и коллекторы с трубными досками. Трубы в пучке с концевыми участками одинакового диаметра расположены в противоположных вершинах прямоугольника или вершинах при основании треугольника разбивки трубных досок. Участки наружной трубчатой поверхности с разными диаметрами располагаются последовательно по ходу потока. Изобретение обеспечивает повышение эффективности теплоотдачи, снижение массы и металлоемкости при уменьшении габаритов теплообменника. 3 ил.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов и устройств транспортного, промышленного и энергетического назначения, основу которых составляют поперечно обтекаемые трубчатые поверхности.

Известен теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок труб одинакового диаметра с прямоугольной или треугольной разбивкой и коллекторы с трубными досками [1, с. 7-8, рис. 1.1a; с. 25-26, табл. 1.5].

Недостатками такого теплообменника являются низкая эффективность теплоотдачи наружной поверхности труб и невысокая компактность поверхности теплообмена, обусловленные тем, что трубный пучок выполнен из труб одинакового диаметра.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является трубчатый теплообменник, содержащий шахматный пучок труб, каждая из которых представляет собой чередующиеся по длине трубы участки поверхности с конфузорно-диффузорным профилем, и коллекторы с трубными досками [2].

Недостатками этого теплообменника являются пониженная эффективность теплоотдачи и повышенная металлоемкость. Отмеченное снижение интенсивности теплоотдачи обусловлено тем, что геометрия конфузорно-диффузорных участков труб не обеспечивает условий нормального поперечного обтекания наружной трубчатой поверхности с углом атаки потока, равным 90^o, что ухудшает гидродинамическую обстановку и уменьшает возможный уровень турбулентности потока теплоносителя, генерируемой трубчатыми элементами поверхности. Кроме того, использование труб с поверхностью такого профиля конструктивно реализуется в данном техническом решении только в виде шахматной (треугольной) компоновки.

Задачами изобретения являются повышение эффективности теплоотдачи, снижение металлоемкости и уменьшение объема теплообменника.

Указанные задачи решаются в трубчатом теплообменнике, содержащем поперечно обтекаемый пучок труб, поверхность которых разделена на чередующиеся по длине участки с разными, большим и меньшим, наружными диаметрами, последовательно расположенные по ходу потока, и коллекторы с трубными досками. При этом оси труб пучка с концевыми участками одинакового диаметра совпадают с вершинами при основании треугольника разбивки трубных досок при шахматной компоновке или с противоположными вершинами прямоугольника при линейной (коридорной) компоновке труб пучка, обеспечивая минимально допустимые межтрубные расстояния.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технико-экономические результаты.

1. Уменьшение шага разбивки труб в трубных досках за счет использования комбинированной поверхности с двумя разными наружными диаметрами и соответствующее повышение компактности поверхности теплообмена при снижении металлоемкости теплообменника.

2. Повышение эффективности теплоотдачи за счет дополнительной турбулизации потока при поперечном обтекании чередующихся в двух измерениях участков трубчатой поверхности с различными наружными диаметрами, формирующих трехмерный характер течения потока в межтрубных каналах.

На фиг. 1 изображен трубчатый теплообменник, продольный разрез; на фиг. 2 - элемент поверхности трубного пучка с трубными досками; на фиг. 3 - схема разбивки труб в трубных досках, сечение А-А на фиг. 2.

Трубчатый теплообменник содержит поперечно обтекаемый пучок труб 1 с наружной поверхностью в виде чередующихся одинаковых по длине трубы участков а и б двух разных диаметров d₁ и d₂ (d₂ < d₁) и коллекторы 2 с трубными досками 3. Трубы в пучке могут быть расположены по вершинам прямоугольника или по вершинам треугольника, образуя коридорную (с шагами S_1к и S_2к) или шахматную (с шагами S_1ш и S_2ш) компоновки элементов трубчатой поверхности. Участки наружной трубчатой поверхности с разными диаметрами расположены последовательно по ходу потока.

При работе трубчатого теплообменника теплота от горячего теплоносителя, проходящего внутри труб, через стенки передается холодному теплоносителю, поперечно омывающему наружную поверхность труб. Эффективность процесса теплопередачи в пучке определяется в значительной мере интенсивностью теплоотдачи между наружной поверхностью труб и омывающим ее теплоносителем. Дополнительная турбулизация потока при поперечном обтекании пучка труб с чередующимися участками поверхности с большим (участок а) и меньшим (участок б) наружными диаметрами, формирующими трехмерный характер течения теплоносителя в межтрубных каналах, обеспечивает наибольшую эффективность теплоотдачи по наружной поверхности труб поперечно обтекаемого пучка.

Источники информации 1. Бажан П.И. и др. Справочник по теплообменным аппаратам/П.И. Бажан, Г. Е. Каневец, В.М. Селиверстов. - М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.

2. Авторское свидетельство на изобретение SU 1763842 A1. Трубчатый теплообменник. Официальный патентный бюллетень. Изобретения. 1992, N 35, с. 156.

Формула изобретения

Трубчатый теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок труб, поверхность которых по длине разделена на участки, при этом оси труб пучка с концевыми участками одинакового диаметра расположены совпадающими с вершинами при основании треугольника разбивки трубных досок при шахматной компоновке труб, коллекторы, отличающийся тем, что участки наружной трубчатой поверхности выполнены чередующимися с различными, большим и меньшим, наружными диаметрами и последовательно расположены по ходу потока, кроме того, при коридорной (линейной) компоновке труб пучка оси труб с концевыми участками одинакового диаметра совпадают с противоположными вершинами прямоугольника, причем при линейной и шахматной компоновке обеспечиваются минимально допустимые межтрубные расстояния.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3