Воздухоподогреватель

 

Использование: в теплоэнергетике. Сущность изобретения: трубы 1 воздухонагревателя снабжены ребрами 2, выполненными кольцевыми или спиральными с отогнутыми участками, причем отогнутые участки наклонены друг к другу в каждом ребре или в каждом витке ребра под острым углом, развернутым встречно потоку воздуха , при этом отношение расстояния b линии отгиба ребра от стенки трубы на ее боковой образующей к высоте ребра h составляет 0,3 b/h 0,5, а угол наклона равен 20- 40°. 1 з.п. ф-лы, 2 ил Z ю о о о ел 00 о

(я)5 F 231 15/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПЛТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4950633/06 (22) 26,06.91 (46) 07.09,93. Бюл, М 33 — 36 (71) Всесоюзный теплотехнический научноисследовательский институт им. Ф.Э.Дзержинского (72) Петросян P À., Фомина В.Н., Письменный Е.H., Шелободкин В.А., Качалин Е.А., Савин А,Н. (73) Всесоюзный теплотехнический научноисследовательский институт им. Ф.Э.Дзержинского

„„RU „„2000518 С (54) ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ (57) Использование: в теплоэнергетике.

Сущность изобретения: трубы 1 воздухонагревателя снабжены ребрами 2, выполненными кольцевыми или спиральными с отогнутыми участками, причем отогнутые участки наклонены друг к другу в каждом ребре или в каждом витке ребра под острым углом, развернутым встречно потоку воздуха, при этом отношение расстояния Ь линии отгиба ребра от стенки трубы на ее боковой образующей к высоте ребра h составляет

0,3 < Ь/6 <0,5, а угол наклона равен 2040О, 1 з.п, ф-лы, 2 ил.

О

О

О (Я

2000518

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в котлостроении. .. Основными недостатками рекуперативных воэдухоподогревательных аппаратов (т.е. трубчатых воэдухоподогревателей), применяемых в котельной технике, являются их громоздкость и большая металлоемкость, а также связанное с этим высокое аэродинамическое сопротивление, Для преодоления этих недостатков необходимо увеличить тепловую эффективность воэдухоподогревателя и тем самым повысить его компактность и снизить металлоемкость.

Известны трубчатые воздухоподогреватели котлов (см. например, Кузнецов Н.В.

Рабочие процессы и вопросы усовершенствования конвективных поверхностей нагрева котельных агрегатов. — ГЭИ, 1958, с. 128).

Однако из-за применения в этих воздухоподогревателях гладких труб величина поверхности нагрева, размещаемая в единице объема, весьма мала, что приводит к росту габаритов и металлоемкости всей конструкции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является воэдухонагреватель. содержащий пучок труб, размещенных с заданными относительными шагами в воздуховоде и снабженных кольцевым или спиральным оребрением с отогнутыми по бокам на 90 ребрами (авт.св. СССР М

1476254, кл. F 23 L 15/04, 1987). Использование оребренных труб в этом воздухонагревателе позволяет резко увеличить поверхность нагрева, размещаемую в единице объема, а боковая отгибка ребер позволяет применить в трубном пучке тесные поперечные шаги труб. Все это повышает компактность конструкции, Однако ее тепловая эффективность остается невысокой из-за ухудшенного омывания труб потоком в их кормовой зоне, где имеются большие потери давления на вихреобразования и вторичные течения. Последнее обусловливает и повышенное сопротивление указанного воздухонагревателя.

Целью изобретения является повышение тепловой эффективности и снижение аэродинамического сопротивления воэдухонагревателя.

Цель достигается тем, что в воэдухонагревателе, содержащем пучок труб, размещенных с заданными относительными шагами в воздуховоде и снабженных кольцевым или спиральным оребрением с отогнутыми по бокам на 90 ребрами, плоскости отгиба каждого ребра или каждо10

ro витка спирального ребра в кормовой по ходу воздуха части трубы составляют между собой острый угол, а отношение расстояния

Ь линии отгиба ребра от стены трубы íà ее боковой образующей к высоте h ребра составляет

0,3 "- ЬГЬ % 0,5.

При этом угол между плоскостями отгиба может быть равен 20-40 .

Причинно-следственная связь между отличительными признаками и целью изобретения заключается в том, что при отгибе боковых кромок под углом 20-40 в кормовой части резко уменьшаются размеры кормовой зоны с ухудшением омыванием станок труб и соответственно сокращаются потери на вихреобразование и вторичные течения. Это приводит к росту средней теплоотдачи по окружности каждой трубы и к снижению аэродинамического сопротивления трубного пучка, При этом степень огибки ребра должна удовлетворять условию

0,3 ЬГЬ 50,5, так как при большей или меньшей степени отгиба совместный эффект роста теплоотдачи в кормовой части труб и снижения аэродинамического сопротивления не достигается, Таким образом, заявленная совокупность признаков обеспечивает достижение цели, Наличие отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

Применение профилированных (гнутых) ребер известно в теплотехнике, например, при изготовлении теплообменников из труб с продольными ребрами, из шероховатых труб. Однако такие оребренные (или шероховатые) трубы применялись с целью срыва пограничного слоя с поверхности трубы и интенсификации теплообмена по всей поверхности, причем степень этой интенсификации была невелика, а сопутствующий ей рост аэродинамического сопротивления весьма значителен.

В заявленном техническом решении при отгибе боковых ребер под острым углом в кормовой зоне интенсификации теплоотдачи сопутствует снижение аэродинамического сопротивления (за счет сокращения вихревых потерь в кормовой зоне труб), При этом при отгибе ребер в соответствии с вышеуказанным соотношением 0,3 < b/h < 0,5 степень интенсификации теплоотдачи достаточно высока (составляет 10-20%), а доля снижения аэродинамического сопротивления составляет 10-15 . Таким образом, предложенная совокупность признаков является

2000518 новой, проявляет новые свойства и соответствует критерию "существенные отличия", На фиг. 1 показан воздухонагреватель; на фиг, 2 — одна из его труб.

Воздухонагреватель содержит шахматный пучок труб 1, размещенных в воздуховоде (на чертеже не показан) с заданными относительными шагами S< и Sg и снабженных кольцевыми или спиральными отогнутыми ребрами высотой h, расположенными на трубе с шагом t. Ребра 2 выполнены с

Г-образным профилем путем отгиба их боковых кромок так, что образуют между собой острый угол j3 в кормовой зоне труб.

На фиг. 2 показана отдельная труба из пучка, Острый угол Р в кормовой зоне трубы составляет 20-40 . а степень ошибки ребер определяется соотношением

0,3 Ь/h 0,5.

Воздухонагреватель работает следующим образом, В трубы 1 подается греющая среда (пар, горячая вода, дымовые газы), Воздушный поток поперечно омывает оребренные участки труб, хорошо тубулизуется, отводя тепло, переданное греющей средой. Наличие отогнутых под острым углом друг к другу ребер на трубах резко сужает кормовую зону потока за трубами, уменьшая тепловые и аэродинамические потери на вихреобраэование в этой зоне.

При расположении кромок под углом

P > 40 резко возрастает лобовое сопротивление труб (за счет расположения отогнутой кромки поперек потока), а при угле P < 20 эффект сужения кормовой зоны за трубами практически не сказывается.

Э кспериментально установлено, что отгиб кромок ребер на величину — > 0,5 пракЬ

h тически не дает эффекта, так как при этом кормовая зона потока за трубой практически не меняется, При отгибе кромок на веЬ личину — < 0,3 резко возрастает сопротивh ление труб (эа счет наслоения ребер друг на друга на боковой части трубы и образования

5 шероховатой боковой стенки), кроме того, из процесса теплообмена исключается часть поверхности нагрева (тем большая, чем меньше Ь/R).

Таким образом, укаэанные геометриче10 ское соотношения (отгиб кромок под углом

20 — 40 в кормовой зоне трубы и выбор величины отгибки ребер в пределах 0,3 < — „ 0,5)

Ь обеспечивают повышение тепловой зффек15 тивности воздухонагревателя при одновременном снижении его аэродинамического сопротивления.

Благодаря высокой компактности и хорошим аэродинамическим характеристикам

20 воздухонагреватель легко может быть размещен в габаритах действующих котлов.

Фор мула изобретения

1. Воздухоподогреватель, содержащий пучок труб. размещенных в воздуховоде с

25 заданным шагом и снабженных кольцевым или спиральным оребрением с отогнутыми по бокам на 90 участками ребер, образующих на последних скошенные кромки, о тл и ча ю щ и йс я тем, что, с целью повыше30 ния тепловой эффективности и снижения аэродинамического сопротивления, скошенные кромки ребер расположены друг к другу в каждом ребре или витке под острым углом, развернутым встречно потоку возду35 ха, при этом отношение расстояния Ь скошенной кромки ребра от стенки трубы образующей к высоте ребра h составляет

0,3 < †„ < 0,5.

40 2. Воздухоподогреватель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что упомянутый угол между скошенными кромками ребер составляет 20-40О.

2000518

Еи3/уи, ьi noro

Pug. /

Составитель P.Ïåòðoñÿí

Редактор Т.Юрчикова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.К1ско

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4 5

Заказ 3074

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,(л,ц,; . 10!