Кожухотрубный теплообменник



Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный теплообменник

 


Владельцы патента RU 2489664:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к теплообменной технике. Кожухотрубный теплообменник содержит пучок труб переменного сечения с чередующимися соосными одинаковыми по длине цилиндрическими участками двух разных диаметров и соединяющими их диффузорными и конфузорными коническими участками с оптимальными углами раскрытия диффузора и конфузора и коллекторы с трубными досками. Трубы в пучке имеют противоположную относительно друг друга периодичность чередования коническо-цилиндрических участков в условиях продольного и поперечного их обтекания потоком. При этом трубы с прямыми концевыми участками одинакового диаметра расположены в противоположных вершинах прямоугольника разбивки при коридорной компоновке или в вершинах при основании треугольника разбивки трубных досок при шахматной компоновке труб пучка. Конструкция обеспечивает повышение эффективности теплоотдачи трубчатой поверхности, снижение массы и металлоемкости при уменьшении габаритов теплообменника. 7 ил.

 

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

Известен теплообменник, содержащий пучок труб одинакового диаметра с треугольной или прямоугольной разбивкой и коллекторы с трубными досками [1, с.7-8, рис.1.1 а; с.25-26, табл.1.5]. Недостатком такого теплообменника являются низкая эффективность теплоотдачи и невысокая компактность поверхности, обусловленные тем, что трубный пучок выполнен из прямых гладких труб одинакового диаметра.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кожухотрубный теплообменник, содержащий продольно обтекаемый шахматный пучок теплообменных труб с периодически повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем с углом раскрытия диффузора и конфузора 6-10°, смещенных между собой на половину периода профиля "диффузор-конфузор" [2].

Недостатком этого кожухотрубного теплообменника являются пониженная эффективность теплоотдачи и повышенная металлоемкость. Отмеченная пониженная интенсивность теплоотдачи в трубах обусловлена ослабленным взаимодействием потока, сформировавшегося в узком сечении канала на границе конфузорных и диффузорных участков, с поверхностью в области максимального сечения на границе диффузорных и конфузорных участков из-за его "проскока" и отсутствия возможности наиболее полно следовать профилю стенки трубы в условиях отрыва и вихреобразования. Подобное снижение эффекта интенсификации теплоотдачи проявляется и в межтрубном пространстве при внешнем обтекании пучка смежным теплоносителем, поскольку управляющее воздействие формы и геометрии "элементарных" трубных ячеек на структурирование потока недостаточно результативно. Кроме того, использование труб указанного профиля конструктивно реализуется в данном техническом решении только в виде шахматной (треугольной) компоновки пучка.

Задачей изобретения являются повышение эффективности теплоотдачи трубчатой поверхности, снижение металлоемкости и повышение компактности теплообменника.

Указанная задача решается в кожухотрубном теплообменнике, содержащем пучок труб переменного сечения с чередующимися соосными одинаковыми по длине цилиндрическими участками поверхности с большим d1 и меньшим d2 наружными диаметрами (d1>d2) и, соединяющими их диффузорными и конфузорными участками с оптимальными углами раскрытия диффузора и конфузора и коллекторы с трубными досками, отличающийся тем, что трубы в пучке имеют противоположную относительно друг друга периодичность чередования коническо-цилиндрических участков в условиях продольного и поперечного их обтекания потоком; при этом оси труб пучка с прямыми концевыми участками одинакового диаметра d1 или d2 совпадают с противоположными вершинами прямоугольника разбивки трубных досок при коридорной компоновке или с вершинами при основании треугольника разбивки при шахматной компоновке труб пучка, и в каждом компоновочном варианте в межтрубном пространстве реализуется сложное извилистое и перемежающееся течение потока.

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

1. Повышение эффективности теплообмена в трубном пучке за счет дополнительной турбулизации потока, обусловленной созданием благоприятных условий отрывного обтекания поверхности как в межтрубном пространстве, так и в трубах с оптимальным коническо-цилиндрическим профилем.

2. Уменьшение шага разбивки труб в трубных досках за счет использования профильных труб с разными концевыми диаметрами и соответствующее повышение компактности поверхности теплообмена и снижение металлоемкости теплообменника.

На фиг.1 изображена схема кожухотрубного теплообменника с коридорной компоновкой труб пучка (квадратная разбивка), продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - трубная ячейка пучка в сечении А-А; на фиг.5 - трубная ячейка пучка в сечении Б-Б.

В случае шахматной компоновки труб пучка (равносторонняя треугольная разбивка) схема трубных ячеек в соответствующих характерных сечениях А-А и Б-Б показана на фиг.6, 7.

Трубчатый теплообменник содержит кожух 1, в котором размещен пучок труб 2 переменного сечения с чередующимися соосными, одинаковыми по длине, цилиндрическими участками поверхности а и 6 разных диаметров d1 и d2 (d1>d2) и, соединяющими их диффузорными (в) и конфузорными (г) коническими участками с оптимальными углами раскрытия диффузора и конфузора, и коллекторы 3 с трубными досками 4. Профильные трубы закреплены в трубных досках прямыми концами 5 с разными диаметрами, обеспечивая таким образом равномерное распределение по сечению межтрубного пространства поступающего первичного теплоносителя. При этом трубы с одинаковыми концевыми диаметрами d1 или d2 могут быть расположены в противоположных вершинах прямоугольника или в вершинах при основании треугольника разбивки трубных досок, образуя коридорную (прямоугольную) с шагами s и s (фиг.4, 5) или шахматную (треугольную) с шагами s и s (фиг.6, 7) компоновки пучка. Трубы в пучке имеют противоположную относительно друг друга периодичность чередования коническо-цилиндрических участков в условиях продольного и поперечного их обтекания потоком теплоносителя.

Использование пучков труб переменного сечения с представленной конфигурацией в кожухотрубных теплообменных аппаратах позволит осуществить интенсификацию теплоотдачи и снижение гидравлического сопротивления как по наружной их стороне за счет эффекта внешнего благоприятного отрывного обтекания, сокращающего турбулентные потери в ядре основного течения в межтрубных каналах, так и по внутренней, путем генерирования в потоке нестационарных микроотрывов при наличии оптимальных углов раскрытия диффузорных и конфузорных участков трубчатой поверхности. При этом вихревые структуры, образующиеся в диффузорных участках, могут быть полезно использованы для активизации процессов теплоотдачи поверхности в цилиндрических участках канала большего диаметра d1, так же как и эффект увеличения скорости пристенного слоя в конфузорных участках, - в цилиндрических участках канала меньшего диаметра d2. Можно также полагать, что указанная геометрия внутритрубного канала с оптимальными углами раскрытия конических участков не только обеспечит минимально возможный коэффициент потерь напора, но и будет способствовать частичному восстановлению профиля скорости и давления при переходе от диффузорного участка к конфузорному через соединяющие их цилиндрические участки трубы.

При работе кожухотрубного теплообменника теплота от первичного теплоносителя, проходящего в межтрубных продольных каналах со сложной пространственной конфигурацией передается через стенки труб вторичному теплоносителю, проходящему внутри трубных каналов с периодически чередующимися коническо-цилиндрическими участками. В результате обеспечивается положительный эффект дополнительной турбулизации потоков и наибольшая интенсификация теплоотдачи по обеим сторонам трубчатой поверхности и в целом повышение энергетической эффективности теплообменника.

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 SU1763842 А1. Кожухотрубный теплообменник. - БИ №35, 1992.

Кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок труб переменного сечения с чередующимися соосными, одинаковыми по длине, цилиндрическими участками поверхности с большим d1 и меньшим d2 наружными диаметрами (d1>d2) и соединяющими их диффузорными и конфузорными коническими участками с оптимальными углами раскрытия диффузора и конфузора, и коллекторы с трубными досками, отличающийся тем, что трубы в пучке имеют противоположную относительно друг друга периодичность чередования коническо-цилиндрических участков в условиях продольного и поперечного их обтекания потоком; при этом оси труб пучка с прямьми концевыми участками одинакового диаметра d1 или d2 совпадают с противоположными вершинами прямоугольника разбивки трубных досок при коридорной компоновке или с вершинами при основании треугольника разбивки при шахматной компоновке труб пучка, и в каждом компоновочном варианте в межтрубном пространстве реализуется сложное извилистое и перемежающееся течение потока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменниках с трубкой и камерой для перемещения теплообменных сред. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в химической, металлургической и газовой промышленности. .

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в парогенераторах при изготовлении труб парогенераторов. .

Изобретение относится к теплотехнике и предоставляет методы, приборы и системы, в которых имеет место частичное кипячение жидкости в миниканале или микроканале длиной, по крайней мере, 15 см.

Изобретение относится к транспортному машиностроению. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при создании теплообменных устройств. .
Изобретение относится к охлаждающим устройствам, в которых для прокачки теплоносителей используются осевые вентиляторы. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении охладителей синтетического газа. .

Изобретение относится к теплообменным устройствам и может быть использовано в химической, радиохимической и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области обработки горячих топочных газов с целью рекуперации теплоты и конденсированных веществ, содержащихся в этих газах. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть применено в теплообменных системах и непосредственно в осевых теплообменниках. .

Изобретение относится к вихревым аппаратам и может применяться для получения холода и тепла и очистки газовых смесей от конденсирующихся примесей. .

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для теплообмена жидких и газообразных сред в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, нефтяной, газовой, атомной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к теплообменникам, предназначенным для нагревания протекающей внутри теплообменника жидкости в потоке горячих газов, но может использоваться и в других устройствах для нагревания и охлаждения газа или жидкости.

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано на объектах нефтеперерабатывающей, химической, нефтяной, газовой, энергетической и других отраслях промышленности, где используются кожухотрубчатые теплообменники с высоким давлением и большим потоком межтрубной среды.

Изобретение относится к теплообменникам преимущественно погружного типа. .

Изобретение относится к теплотехнике и может использоваться в теплообменниках, содержащих торцевые структуры
Наверх