Теплообменный элемент типа "труба в трубе

 

1. ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ, содержащий внутреннюю опускную трубу и наружную трубу, заглушенную с одного торца крышкой, внутренняя поверхность которой образована вращением дуги окружности относительно оси трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения выходного паросодержания при использовании элемента в высоконапряженных парогенерирук щнх установках, наружная поверхность опускной трубы выполнена конической с углом конусности 0,4-1°, а сама труба - переменной толщины, плавно уменьшающейся в направлении к выходному срезу, обращенному к крышке. 2.Теплообменный элемент по п. 1, отличающийся тем, что выходной срез опускной трубы размещен от нижней точки крышки на расстоянии 1,25-1,67 внутреннего диаметра опускной трубы. 3.Теплообменный элемент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дуга окружности, С ж образующая при вращении внутреннюю поверхность крыщки, имеет радиус 0,8-1,2 (О внутреннего диаметра опускной трубы. 00 СХ) 4;: 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК здд F 28 D 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3387851 24-06 (22) 18.01. 82 (46) 15.10.84. Бюл. № 38 (72) С. А. Замятин, В. М. Будов, А. В. Безносов, В. А. Фарафонов и В. И. Чурюмов (71) Горьковский политехнический институт им. А. А. Жданова (53) 621.565.94 (088.8) (56) 1. Авторское с видетел ьство СССР № 422935, кл. F 28 D 7/10, 1972.

2. Патент США № 3532159, кл. 165 — 105, опублик. 1968. (54) (57) l. ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ», содержащий внутреннюю опускную трубу и наружную трубу, заглушенную с одного торца крышкой, внутренняя поверхность которой образована вращением дуги окружно,„SU„, 1118843 A сти относительно оси трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения выходного паросодержания при использовании элемента в высоконапряженных парогенерируЮщих установках, наружная поверхность опускной трубы выполнена конической с углом конусности 0,4 — 1, а сама труба— переменной толщины, плавно уменьшающейся в направлении к выходному срезу, обращенному к крышке.

2. Теплообменный элемент по п. 1, от- . личающийся тем, что выходной срез опускной трубы размещен от нижней точки крышки на расстоянии 1,25 — 1,67 внутреннего диаметра опускной трубы.

3. Теплообменный элемент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дуга окружности, @ образующая при вращении внутреннюю поверхность крышки, имеет радиус 0,8 — 1,2 внутреннего диаметра опускной трубы.

С:

1118843

Изобретение относится к теплоэнергегике и может быть использовано в парогенераторах и других высоконапряженных теплообменниках.

Известен теплообменный элемент типа

«труба в трубе», в котором для интенсификации процесса теплообмена внутренняя труба, выполнена с переменной толщиной стенки, ступенчато изменяющейся по ходу среды (1) .

Недостатки известного теплообменного элемента — повышенное гидравлическое сопротивление элемента в повороте и в кольцевом пространстве между трубами, обус5

10 ловленное ступенчатой конструкцией внутренней трубы и наличием зон вихреобразования в кольцевом повороте, сравнительно низкая интенсивность теплообмена между нагреваемой и греющей средой и невысокие значения величины выходного паросодержания при использовании теплообменного эле мента в па рогенераторах.

Известен также теплообменный элемент типа «труба в трубе», содержащий внутреннюю опускную трубу и наружную трубу, заглушенную с одной стороны крышкой, внутренняя поверхность которой образована вращением дуги окружности относительно оса трубы (2).

Недостатком данного теплообменного элемента также является невысокое выходное па росодерж ание.

Цель изобретения — повышение выход30 ного паросодержания при использовании элемента в высоконапряженных парогенерирующих установках.

Поставленная цель достигается тем, что з теплообменном элементе типа «труба в трубе», содержащем внутреннюю опускную

35 трубу и наружную трубу, заглушенную с одной стороны крышкой, внутренняя поверхность которой образована вращением дуги окружности относительно оси трубы, наружная поверхность опускной трубы выполне- 40 на конической с углом конусности 0,4—

1, а сама труба — переменной толщины, плавно уменьшающейся в направлении к выходному срезу, обращенному к крышке.

Выходной срез опускной трубы может 4 быть размещен от нижней точки крышки на расстоянии 1,25 — 1,67 внутреннего диаметра опускной трубы.

Дуга окружности, образующая при вращении внутреннюю поверхность крышки, S0 может иметь радиус 0,8 — 1,2 внутреннего диаметра опускной трубы.

На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменный элемент типа «труба в трубе»; на фиг. 2 — график зависимости коэффициента гидравлического сопротивления теп- 5 лообменного элемента от величины зазора между выходным срезом опускной трубы и нижней точкой крышки при = 0,9, (1 — R, = 5000;2-R,= 15000); на фиг. 3— зависимости распределения паросодержания по длине теплообменного элемента.

Теплообменный элемент содержит внутреннюю опускную трубу 1 и наружную трубу 2, заглушенную с одного торца крышкой

3. Наружная поверхность крышки сферическая, а внутренняя образована вращением дуги окружности относительно оси трубы и имеет обтекатель 4. Наружная поверхность опускной трубы 1 выполнена конической, а сама труба — переменной толщины, плавно уменьшающейся в направлении к выходному срезу, обращенному к крышке

3. Опускная труба 1 снабжена спиральными ребрами 5, образующими с внутренней поверхностью наружной трубы 2 змеевиковый канал.

Работа теплообменного элемента осуществляется следующим образом.

Поток теплоносителя, двигаясь по внутренней опускной трубе 1, подогревается потоком, движущимся вверх по змеевиковому каналу. На выходе из опускной трубы 1 поток, встречая обтекатель 4 и внутреннюю поверхность крышки 3, плавно поворачивается на 180 без перестройки профиля скоростей и поступает в змеевиковый канал.

Спиральные ребра 5 производят закрутку потока, необходимую для интенсификации теплообмена между теплоносителем и греющей средой. Закрученный поток турбулизируется и. под действием центробежных сил более плотная и холодная часть теплоносителя в потоке отбрасывается к внутренней стенке наружной трубы 2, интенсифицируя тем самым процесс теплообмена с греющей средой за счет разрушения пристенного гидродинамического подслоя, создающего основное термическое сопротивление передаваемому потоку тепла.

Оптимальные геометрические параметры, характеризующие предлагаемый теплообменный элемент были определены опытным путем.

Испытания, проведенные в диапазоне чисел К, = 3000 — 16000, который является рабочим для современных теплообменников, показали, что минимальные сопротивления теплообменного канала обеспечиваются при величине зазора между нижним срезом опускной трубы и внутренней поверхностью крышки — "- =- 1,25 — 1,67, отношении радиуса окЙ ружности, образующей внутреннюю поверхность крышки к внутреннему диаметру опускной трубы -з- — — 0,8 — 1,2.

Из фиг. 3 видно, что в теплообменном элементе с цилиндрической опускной трубой паросодержание на выходе уменьшается вследствие перетечек тепла в опускную трубу из змеевикового канала и конденсации пара (кривая 1). Применение конической опускной трубы, (6 = 0,4 — 1 ) позволяет

1! l 8843

/2 18 18 2/ 24 27

0,4

7 4/м) Составитель В. Баранеп

Реда к тор М. Келе ме ш Техред И. Верес Корректор А. Тя.ко

Заказ 7414/28 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 устранить отмеченные недостатки и получить более высокое выходное паросодержание обогреваемой среды (кривая 2).

Указанные геометрические хар актеристики способствуют плавному безотрывному течению рабочего тела в канале, обеспечивая тем самым хорошие гидродинамические характеристики теплообменного элемента, что исключает возможность .возникновения термоциклических пульсаций в районе крышки.

Применение предлагаемого теплообменного элемента позволяет повысить термическое сопротивление тепловому потоку, передаваемому от теплоносителя, движу1цсгося в змеевиковом канале, потоку в опускной трубе, что исключает конденсацию нара, и, тем самым, обеспечить на выходе из теплообменного элемента высокие значения выходного паросодержания, а также уменьшить зону вихреобразования в кольцевом повороте и, тем самым, уменьшить гидравлическое сопротивление элемента, что способствует сокрашению габаритов теплооб1О менных аппаратов, работаюших на естественной циркуляции, или уменьшить затраты на прокачку теплоносителя при принудительной циркуляции.