Трубчатый теплообменник

 

Изобретение предназначено для применения в теплообменной технике и может быть использовано для создания теплообменных аппаратов и устройств транспортного, энергетического и бытового назначения. Изобретение содержит поперечно обтекаемый пучок труб с шахматной или коридорной компоновкой, коллекторы с трубными досками, при шахматной компоновке оси смежных, однотипных трубных концевых участков-колен расположены совпадающими с вершинами треугольника разбивки трубных досок, обеспечивающими минимально допустимые межтрубные расстояния, причем трубы выполнены с наружной поверхностью, разделенной по длине на одинаковые участки-колена постоянного диаметра, с параллельными осями, эксцентрично расположенными относительно друг друга, соединенные между собой переходными шейками, причем чередующиеся участки-колена наружной трубчатой поверхности последовательно расположены по ходу потока теплоносителя, кроме того, при коридорной компоновке труб пучка, оси смежных, однотипных концевых участков-колен совпадают с вершинами при противоположных горизонтальных основаниях параллелограмма разбивки трубных досок, обеспечивающими по ходу потока равнопроходные сечения и минимально допустимые межтрубные расстояния. Изобретение позволяет повысить эффективность теплоотдачи, снизить металлоемкость и уменьшить объем теплообменника. 4 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].

Недостатком такого теплообменника является пониженная эффективность теплоотдачи и повышенная металлоемкость. Отмеченное снижение интенсивности теплоотдачи обусловлено тем, что для указанных компоновок трубчатых элементов характерно наличие застойных рециркуляционных зон между лобовой и кормовой частями наружной поверхности труб и малоэффективной отрывной структурой потока с недостаточным уровнем его турбулентности. В наибольшей мере указанные недостатки проявляются в системах с коридорным расположением труб.

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

Недостатком этого теплообменника являются сравнительно низкая эффективность теплоотдачи и повышенная металлоемкость. Отмеченное снижение интенсивности теплоотдачи обусловлено тем, что из-за стесненности межтрубного пространства при наличии труб большего и меньшего наружных диаметров наблюдается излишняя диссипация энергии потока, не связанная непосредственно с теплообменом. Кроме того, использование пучка труб большего и меньшего диаметров конструктивно реализуется только в виде треугольной (шахматной) компоновки труб разных диаметров.

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

Указанные задачи решаются в трубчатом теплообменнике, содержащем поперечно обтекаемый пучок труб с шахматной или с коридорной компоновкой, коллекторы с трубными досками, при шахматной компоновке оси смежных однотипных трубных концевых участков-колен расположены совпадающими с вершинами треугольника разбивки трубных досок, обеспечивающими минимально допустимые межтрубные расстояния, причем согласно изобретению трубы выполнены с наружной поверхностью, разделенной по длине на одинаковые участки-колена постоянного диаметра с параллельными осями, эксцентрично расположенными относительно друг друга, соединенные между собой переходными шейками, причем чередующиеся участки-колена наружной трубчатой поверхности последовательно расположены по ходу потока теплоносителя, кроме того, при коридорной компоновке труб пучка оси смежных однотипных концевых участков-колен совпадают с вершинами при противоположных горизонтальных основаниях параллелограмма разбивки трубных досок, обеспечивающими по ходу потока равнопроходные сечения и минимально допустимые межтрубные расстояния.

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

1. Повышение эффективности теплоотдачи за счет дополнительной рациональной турбулизации потока при поперечном обтекании чередующихся в двух измерениях участков-колен трубчатой поверхности постоянного диаметра, формирующих трехмерный характер отрывного течения в межтрубных каналах.

2. Снижение металлоемкости и уменьшение объема теплообменника.

На фиг.1 изображен трубчатый теплообменник, продольный разрез; на фиг.2 - элемент поверхности трубного пучка с трубными досками и его аксонометрическое изображение при коридорной компоновке труб; на фиг.3а - схема расположения труб пучка по вершинам параллелограмма, сечение А-А на фиг.2; на фиг. 3б - схема расположения труб пучка по вершинам равностороннего треугольника, сечение А-А на фиг.2.

Трубчатый теплообменник содержит поперечно обтекаемый пучок труб 1 и коллекторы 2 с трубными досками 3. Трубы выполнены с наружной поверхностью, разделенной по длине на одинаковые участки-колена а и б постоянного диаметра d с параллельными осями, смещенными относительно друг друга на величину эксцентриситета е, соединенные между собой переходными шейками в. Чередующиеся участки-колена наружной трубчатой поверхности последовательно расположены по ходу потока теплоносителя. При этом оси смежных однотипных (одинаково смещенных) концевых участков-колен совпадают с вершинами при соответствующих противоположных горизонтальных основаниях параллелограмма разбивки трубных досок при коридорной компоновке труб пучка с шагами s_1k и S_2к (фиг.3а) или с вершинами треугольника разбивки трубных досок при шахматной компоновке труб пучка с шагами s_1ш и s_2ш (фиг.3б).

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 рациональная турбулизация потока при поперечном обтекании пучка труб со сложной геометрией поверхности в виде чередующихся участков-колен, улучшающей гидродинамическую обстановку в межтрубных каналах, обеспечивает повышенную эффективность теплоотдачи по наружной стороне трубчатой поверхности.

Источники информации, использованные при составлении заявки 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. Патент RU 2006780 С1. Трубчатый теплообменник. БИ 2, 1994.

Формула изобретения

Трубчатый теплообменник, содержащий поперечно-обтекаемый пучок труб с шахматной или коридорной компоновкой, коллекторы с трубными досками, при шахматной компоновке оси смежных, однотипных трубных концевых участков-колен расположены совпадающими с вершинами треугольника разбивки трубных досок, обеспечивающими минимально допустимые межтрубные расстояния, отличающийся тем, что трубы выполнены с наружной поверхностью, разделенной по длине на одинаковые участки-колена постоянного диаметра, с параллельными осями, эксцентрично расположенными относительно друг друга, соединенные между собой переходными шейками, причем чередующиеся участки-колена наружной трубчатой поверхности последовательно расположены по ходу потока теплоносителя, кроме того, при коридорной компоновке труб пучка, оси смежных, однотипных концевых участков-колен совпадают с вершинами при противоположных горизонтальных основаниях параллелограмма разбивки трубных досок, обеспечивающими по ходу потока равнопроходные сечения и минимально допустимые межтрубные расстояния.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3