Кожухотрубный теплообменник

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах горячего водоснабжения и отопления. Изобретение содержит кожух с патрубками впуска-выпуска теплообменных сред, в котором посредством опорных перегородок размещен пучок профилированных трубок, по крайней мере, часть из которых имеет наружную поверхность, выполненную с трапециевидными в продольном сечении ребрами, расположенными по винтовой линии, а внутреннюю с впадинами, образованными под ребрами, которые расположены по длине трубки с шагом, составляющим 7,0-12,0 высоты ребра, и имеют высоту 0,04-0,08 наружного диаметра трубки, при этом ребра, по крайней мере, на части длины трубки имеют в продольном ее сечении форму трапеции, при равенстве величин проекций боковых ее сторон на большее основание трапеции, причем ребра, по крайней мере, на части длины трубки имеют в продольном ее сечении форму неравнобокой трапеции, высота одной из боковых сторон которой превышает высоту другой ее боковой стороны не более, чем на 0,02 наружного диаметра трубки, а впадины образованы сопряженными между собой участками внутренней ее поверхности, очерченными в продольном сечении трубки, предпочтительно равными, радиусами, составляющими 0,0094-0,0156 наружного диаметра трубки и имеющими центры кривизны по обе стороны от внутренней поверхности трубки. Изобретение позволяет значительно расширить область применения теплообменников и обеспечивает высокую надежность, долговечность и эффективность работы теплообменного аппарата, а также снизить гидравлическое сопротивление и интенсифицировать теплообмен. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в системах горячего водоснабжения и отопления.

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух, патрубок для впуска первой теплообменной среды, патрубок для выпуска отработанной первой теплообменной среды, пучок труб, закрепленный в трубных опорных досках, имеющих сообщение с коллекторами для впуска-выпуска другой теплообменной среды, при этом первая среда является, преимущественно, паром, а другая теплообменная среда является, преимущественно, жидкостью, патрубок для впуска первой теплообменной среды установлен соосно внутри патрубка для выпуска отработанной теплообменной среды, который размещен в нижней части кожуха и соединен с конденсатным баком (патент RU 2166716, кл. F 28 D 7/00, опубл. 10.05.2001).

Наиболее близким из известных является водоводяной или пароводяной теплообменник, имеющий кожух, в котором посредством опорных перегородок размещен пучок профилированных трубок, имеющих наружную поверхность с трапециевидными в продольном сечении выступами, расположенными по винтовой линии, а внутреннюю - с впадинами, образованными под выступами, которые могут быть выполнены с шагом, составляющим 0,3-1,5 наружного диаметра трубки, и иметь высоту 0,1-0,2 наружного диаметра трубки (см. RU 6434 U1, F 28 D 7/16, onyбл. 1998 г.).

Известная конструкция теплообменника, также разработанная АО "Промэнерго", позволяет использовать ее как в водоводяных, так и в пароводяных кожухотрубчатых теплообменниках практически в оптимальных условиях теплообмена для обоих случаев.

Однако при доработке данной конструкции теплообменника удалось решить поставленную техническую задачу - оптимизировать определяемые конфигурацией внутренней и внешней поверхностей трубки параметры теплообмена для обеих сред при обеспечении технологичности изготовления конструкции, что позволило также значительно расширить область ее применения при обеспечении высокой технологичности, надежности, долговечности и эффективности работы.

Достигается это тем, что теплообменник, содержит кожух с патрубками впуска-выпуска теплообменных сред, в котором посредством опорных перегородок размещен пучок профилированных трубок, по крайней мере, часть из которых имеет наружную поверхность, выполненную с трапециевидными в продольном сечении ребрами, расположенными по винтовой линии, а внутреннюю - с впадинами, образованными под ребрами, которые расположены по длине трубки с шагом, составляющим 7,0-12,0 высоты ребра, и имеют высоту 0,04-0,08 наружного диаметра трубки, при этом ребра, по крайней мере, на части длины трубки имеют в продольном ее сечении форму трапеции, при равенстве величин проекций боковых ее сторон на большее основание трапеции. При этом ребра, по крайней мере, на части длины трубки могут иметь в продольном ее сечении форму неравнобокой трапеции, высота одной из боковых сторон которой превышает высоту другой ее боковой стороны не более, чем на 0,02 наружного диаметра трубки. Впадины образованы сопряженными между собой участками внутренней ее поверхности, очерченными в продольном сечении трубки, предпочтительно равными, радиусами, составляющими 0,0094-0,0156 наружного диаметра трубки и имеющими центры кривизны по обе стороны от внутренней поверхности трубки или же впадины могут быть образованы участками внутренней ее поверхности, очерченными в продольном сечении трубки, предпочтительно равными, радиусами, составляющими 0,0094-0,0156 наружного диаметра трубки и имеющими центры кривизны, расположенные со стороны наружной поверхности трубки, предпочтительно, симметрично относительно плоскости поперечного сечения, проходящего через точку поверхности впадины, наиболее удаленную от продольной оси трубки. Ширина ребра по большему основанию трапеции составляет 0,0984-0,1641 наружного диаметра трубки, а ширина ребра по меньшему основанию трапеции - 0,0563-0,0938 наружного диаметра трубки, причем внутренний диаметр трубки равен 0,65-0,75 ее наружного диаметра.

Указанные параметры конструкции опробованы на экспериментальных образцах, используемых как в системе холодного, так и горячего водоснабжения, а также в системах отопления, и показали высокие технические результаты.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид теплообменника в разрезе; на фиг.2 схематично представлен продольный разрез профилированной трубки.

Кожухотрубный теплообменник содержит кожух с патрубками впуска-выпуска теплообменных сред, в котором посредством опорных перегородок размещен пучок профилированных трубок, имеющих наружную поверхность с трапециевидными в продольном сечении ребрами, расположенными по винтовой линии, а внутреннюю - с впадинами, образованными под ребрами, которые расположены по длине трубки с шагом, составляющим 7,0-12,0 высоты ребра, и имеют высоту 0,04-0,08 наружного диаметра трубки, при этом ребра, по крайней мере, на части длины трубки имеют в продольном ее сечении форму трапеции, при равенстве величин проекций боковых ее сторон на большее основание трапеции. При этом ребра, по крайней мере, на части длины трубки могут иметь в продольном ее сечении форму неравнобокой трапеции, высота одной из боковых сторон которой превышает высоту другой ее боковой стороны не более, чем на 0,02 наружного диаметра трубки. Впадины образованы сопряженными между собой участками внутренней ее поверхности, очерченными в продольном сечении трубки, предпочтительно равными, радиусами, составляющими 0,0094-0,0156 наружного диаметра трубки и имеющими центры кривизны по обе стороны от внутренней поверхности трубки, или же впадины могут быть образованы участками внутренней ее поверхности, очерченными в продольном сечении трубки, предпочтительно равными, радиусами, составляющими 0,0094-0,0156 наружного диаметра трубки и имеющими центры кривизны, расположенные со стороны наружной поверхности трубки, предпочтительно, симметрично относительно плоскости поперечного сечения, проходящего через точку поверхности впадины, наиболее удаленную от продольной оси трубки. Ширина ребра по большему основанию трапеции составляет 0,0984-0,1641 наружного диаметра трубки, а ширина ребра по меньшему основанию трапеции - 0,0563-0,0938 наружного диаметра трубки, причем внутренний диаметр трубки равен 0,65-0,75 ее наружного диаметра.

В кожухе 1 теплообменника профилированная трубка, предпочтительно для водоводяных или пароводяных теплообменников, выполнена с наружной поверхностью, имеющей трапециевидные в продольном сечении ребра 2, расположенные по винтовой линии. Внутренняя поверхность трубки выполнена со впадинами 3, образованными под ребрами 2. Ребра 2, по крайней мере, на части длины трубки имеют в продольном ее сечении форму неравнобокой трапеции или подобную ей, высота одной из боковых сторон 4 которой превышает высоту другой ее боковой стороны 5 не более, чем на 0,02 диаметра "D" трубки, при равенстве величин проекций этих сторон на большее основание трапеции. В процессе изготовления обеспечивается высокая точность, соосность отверстий, что позволяет увеличить количество перегородок, смонтированных на единице длины трубок, что, в свою очередь приводит к повышению тепловой эффективности работы устройства в целом, увеличить тепловую мощность за счет дополнительной турбулизации потока. Возникающая в процессе работы трубок вибрация не приводит к разрушению за счет перетирания в месте контакта с перегородками. Значительно снижена масса устройства в целом и увеличена его долговечность. При работе теплообменника с описанной выше трубкой или трубками происходит теплообмен между средой, протекающей внутри трубки, и средой, протекающей вне трубки. Форма выполнения канала трубки практически исключает образование каких-либо отложений на ее стенках за счет траектории движения потока. Форма, расположение ребер 2 на поверхности трубки, обеспечивают оптимальные условия и параметры теплообмена, что подтверждено экспериментальным путем на опытных образцах. Достигнутые результаты позволяют рекомендовать описанную трубку для широкого внедрения в различных областях, где необходимо осуществлять эффективный теплообмен при длительном эксплуатационном сроке и межремонтном периоде.

Формула изобретения

1. Кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с патрубками впуска-выпуска теплообменных сред, в котором посредством опорных перегородок размещен пучок профилированных трубок, по крайней мере, часть из которых имеет наружную поверхность, выполненную с трапециевидными в продольном сечении ребрами, расположенными по винтовой линии, а внутреннюю - с впадинами, образованными под ребрами, которые расположены по длине трубки с шагом, составляющим 7,0-12,0 высоты ребра, и имеют высоту 0,04-0,08 наружного диаметра трубки, при этом ребра, по крайней мере, на части длины трубки имеют в продольном ее сечении форму трапеции, при равенстве величин проекций боковых ее сторон на большее основание трапеции.

2. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором ребра, по крайней мере, на части длины трубки имеют в продольном ее сечении форму неравнобокой трапеции, высота одной из боковых сторон которой превышает высоту другой ее боковой стороны не более, чем на 0,02 наружного диаметра трубки.

3. Кожухотрубный теплообменник по п. 1 или 2, в котором впадины образованы сопряженными между собой участками внутренней ее поверхности, очерченными в продольном сечении трубки, предпочтительно равными, радиусами, составляющими 0,0094-0,0156 наружного диаметра трубки и имеющими центры кривизны по обе стороны от внутренней поверхности трубки.

4. Кожухотрубный теплообменник по любому из п. 1-3, в котором впадины образованы участками внутренней ее поверхности, очерченными в продольном сечении трубки, предпочтительно равными, радиусами, составляющими 0,0094-0,0156 наружного диаметра трубки и имеющими центры кривизны, расположенные со стороны наружной поверхности трубки, предпочтительно, симметрично относительно плоскости поперечного сечения, проходящего через точку поверхности впадины, наиболее удаленную от продольной оси трубки.

5. Кожухотрубный теплообменник по любому из пп. 1-4, в котором ширина ребра по большему основанию трапеции составляет 0,0984-0,1641 наружного диаметра трубки, а ширина ребра по меньшему основанию трапеции - 0,0563-0,0938 наружного диаметра трубки, причем внутренний диаметр трубки равен 0,65-0,75 ее наружного диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2