Способ охлаждения газа в аппаратах воздушного охлаждения и устройство для его реализации

Изобретение относится к способам охлаждения газа в аппаратах воздушного охлаждения и устройствам для их реализации. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения газа в оребренных пучках труб теплообменников воздушного охлаждения вышеуказанных аппаратах воздушного охлаждения. Путем закручивания охлаждающего воздуха в каналах, образованных спиралевидными элементами лепестков, в форме которых выполнено оребрение пучков труб теплообменников воздушного охлаждения в радиальном направлении по отношению к трубам, что приводит к существенному увеличению времени контакта охлаждающего воздуха с пучком оребренных труб, а также снижению статического давления охлаждающего воздуха за счет его интенсивной закрутки, что способствует снижению его температуры и как результат - эффективному снижению энтальпии охлаждающего газа за счет повышения теплоотдачи от него к охлаждающему воздуху. Способ воздушного охлаждения газа, включающий подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу охлаждающего воздуха в межтрубное пространство, с формированием зигзагообразного характера движения воздуха с интенсивной турбулентностью за счет наружного оребрения трубного пучка, содержащего элементы оребрения, размещенные по окружности на равном расстоянии друг от друга, образованные каждый вложенными друг в друга желобами, продольно размещенными на трубном пучке, скрепленными с последним и между собой средними частями оснований, и выполненные на боковых образующих желобов с поперечно развернутыми в одном или противоположном по отношению к смежным лепесткам, расположенным продольными рядами, боковые образующие смежных желобов расположены в каждом элементе на расстоянии одна от другой, не превышающем ширину лепестков, выполненных по всей высоте боковых образующих и расположенных в смежных рядах с взаимным смещением, при этом дополнительно к зигзагообразному поступательному движению охлаждающий воздух направляют по каналам, образованным спиралевидными элементами лепестков, и закрутки в устойчивое вращательное движение относительно осей, радиальных по отношению к трубам. Наружное оребрение теплообменной трубы, содержащее элементы оребрения в форме пространственной спирали Архимеда, с уменьшением диаметра спирали по мере приближения к трубе размещенные по окружности на равном расстоянии друг от друга. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам охлаждения газа в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) и устройствам для их реализации, то есть к АВО, используемым для охлаждения газа на компрессорных станций газопроводов с целью снижения его вязкости, позволяя существенно повысить эффективность охлаждения газа в оребренных пучках труб теплообменников воздушного охлаждения (ТВО) вышеуказанных АВО.

Способ охлаждения реализуется путем закручивания охлаждающего воздуха в спиралевидных вихревых турбулизаторах, образованных спиралевидными элементами лепестков, в форме которых выполнено оребрение пучков труб ТВО в радиальном направлении по отношению к трубам, что приводит к существенному увеличению поверхности и времени контакта охлаждающего воздуха с пучком оребренных труб, а также снижению статического давления охлаждающего воздуха за счет его интенсивной закрутки, способствуя снижению его температуры и как результат - эффективному снижению энтальпии охлаждающего газа за счет повышения теплоотдачи от него к охлаждающему воздуху.

АВО компрессорных станций магистральных газопроводов включает в себя ТВО и вентилятор. ТВО состоит из пучка оребренных труб, теплоохлаждающие элементы которых размещены по окружности труб на равном расстоянии друг от друга и образованы каждый вложенными друг в друга желобами, а это оребрение выполнено в виде лепестков, которые закручены по спирали и представляют собой спиралевидный вихревой турбулизатор. Вентилятор располагается в нижней части АВО и производит подачу охлаждающего воздуха в межтрубное пространство, со спиралевидным вихревым движением по оси турбулизатора и зигзагообразным движением воздуха между ребер. При этом, чем интенсивней вихревое и зигзагообразное движение воздуха тем эффективней теплообмен и охлаждения газа.

Для существенного повышения эффективности теплоотдачи, за счет увеличения поверхности теплообмена, времени контакта воздуха с поверхностью теплообмена, роста турбулизации, то есть устойчивого вихреобразования предложен способ формирования устойчивой системы вихрей, - создаваемых спиралевидными каналами, образованными лепестками ребер, которые позволяют закручивать воздух и увеличивать время его контакта с ТВО. Охлаждающие ребра труб ТВО, выполненные в форме "спиралевидного вихревого турбулизатора" позволяют увеличить коэффициент теплообмена между охлаждающим воздухом и газом, протекающим в оребренных трубах ТВО.

Известен способ охлаждения газа в АВО, который заключается в использовании штырьковых теплообменных поверхностей полученных литьем, фрезерованием или использованных сборных конструкций, в которых штырьки закрепляются развальцовкой, сваркой или пайкой что существенно увеличивает поверхность теплообмена, однако, отличается повышенным термическим сопротивлением в месте сборки с несущим основанием. Ограничение отношения длины штырька к его поперечному сечению автоматически ограничивает возможность получения больших площадей теплообменной поверхности [1]. Термическое сопротивление в месте контакта штырьков с трубами ТВО и отсутствие вихревого движения охлаждающего воздуха, невысокая плотность штырьков не позволяют существенно повысить эффективность охлаждения газа.

Наиболее близкий по исполнению к предлагаемому способу охлаждения газа в АВО, является способ реализованных в лепестковых теплообменных поверхностях ТВО. Способ включает в себя подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка ТВО и подачу охлаждающего воздуха вентилятором в межтрубное пространство, с формированием зигзагообразного характера движения воздуха с интенсивной турбулентностью за счет наружного оребрение трубного пучка содержащего элементы оребрения, размещенные по окружности на равном расстоянии друг от друга, образованные каждый вложенными друг в друга желобами, продольно размещенными на трубном пучке, скрепленными с последним и между собой средними частями оснований, и выполненные на боковых образующих желобов с поперечно развернутыми в одном или противоположном по отношению к смежным лепесткам, расположенным продольными рядами, боковые образующие смежных желобов расположены в каждом элементе на расстоянии одна от другой, не превышающем ширину лепестков, выполненных по всей высоте боковых образующих и расположенных в смежных рядах с взаимным смещением. Поток охлажденного газа АВО движется не только прямолинейно, но и он обтекая лепестки, совершает зигзагообразное движения [2].

Данный способ повышения эффективного охлаждения газа в АВО реализует увеличение поверхности теплообменной оребренной трубы зигзагообразные завихренные движения охлаждающего газа, снижение технического сопротивления.

Однако вышеуказанный способ не в полной мере обеспечивает охлаждение газа в АВО, потому что отсутствует устойчивой интенсивное завихренное движение охлаждающего воздуха и нет возможности получать оребрение с малым шагом расположения лепестков, что приводит к невысокой плотности и низкому коэффициенту увеличения площади охлаждаемой поверхности.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в достижении воздушного охлаждения газа, включающего подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу охлаждающего воздуха в межтрубное пространство, с формированием зигзагообразного характера движения воздуха с интенсивной турбулентностью за счет наружного оребрение трубного пучка содержащего элементы оребрения, размещенные по окружности на равном расстоянии друг от друга, образованные каждый вложенными друг в друга желобами, продольно размещенными на трубном пучке, скрепленными с последним и между собой средними частями оснований, и выполненные на боковых образующих желобов с поперечно развернутыми в одном или противоположном по отношению к смежным лепесткам, расположенным продольными рядами, боковые образующие смежных желобов расположены в каждом элементе на расстоянии одна от другой, не превышающем ширину лепестков, выполненных по всей высоте боковых образующих и расположенных в смежных рядах с взаимным смещением, отличающиеся тем, что дополнительно к зигзагообразному поступательному движению охлаждающий воздух направляют по каналам, образованным спиралевидными элементами лепестков, и закрутки в устойчивое вращательное движение относительно осей, радиальных по отношению к трубам. Скорость вращения воздуха увеличивается по мере приближения к трубе. Способ эффективного теплообмена воздушного охлаждения газа реализуется за счет использования устойчивого турбулентного вихревого движения охлаждающего воздуха в форме «Вихревой дорожки Кармана», создаваемого посредством лепестковых охлаждающих элементов, выполненных в форме спирали Архимеда типа "Спиралевидный турбулизатор" и закрепленных на теплообменных трубах.

Задачей изобретения является повышение теплоотдачи за счет увеличения поверхности теплообменных поверхностей, времени движения воздуха и закрутки его. Закручивание охлаждающего воздуха спиралевидными элементами лепестков приводит к существенному увеличению времени контакта охлаждающего воздуха с пучком оребренных труб, а также снижению статического давления охлаждающего воздуха за счет его интенсивной закрутки. "Спиралевидный вихревой турбулизатор" как основной элемент эффективного охлаждения газа в ТВО, выполнен в форме лепестков пространственной спирали Архимеда. Исследования механизма взаимодействия устойчивой «Вихревой дорожки Кармана» в спиралевидном вихревом турбулизаторе подтверждают существенное снижение статического давление за счет интенсивного вихревого движения, что приводит к существенному снижению температуры охлаждающего воздуха, в соответствии с теорией Менделеева-Клайперона:

где ΔР - снижение статического давления, Па,

ρ - плотность воздуха, кг/м3,

ΔT - снижение абсолютной температуры, К°.

Таким образом, высокие скорости вращения потока в зоне контакта с трубой теплообменной поверхности приводят к существенному снижению температуры охлаждающего воздуха и повышения эффективности ТВО, как результат существенному снижению температуры охлаждаемого газа.

Техническим результатом использования предлагаемого изобретения является:

- Увеличение времени контакта охлаждающего воздуха с пучком оребренных труб.

- Снижение статического давления охлаждающего воздуха за счет его интенсивной закрутки.

- Снижение температуры и как результат -эффективному снижению энтальпии охлаждающего газа за счет повышения теплоотдачи от него к охлаждающему воздуху.

- Снижение вязкости газа за счет существенного повышения эффективности его охлаждения газа в оребренных пучках труб теплообменников воздушного охлаждения позволяет снизить затраты на транспортирование газа.

Задача изобретения решается, а технический результат достигается за счет того, что в способе охлаждения газа в АВО, включающим в себя подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу охлаждающего воздуха в межтрубное пространство, с формированием зигзагообразного характера движения воздуха с интенсивной турбулентностью за счет наружного оребрения трубного пучка содержащего элементы оребрения, размещенные по окружности на равном расстоянии друг от друга, образованные каждый вложенными друг в друга желобами, продольно размещенными на трубном пучке, скрепленными с последним и между собой средними частями оснований, и выполненные на боковых образующих желобов с поперечно развернутыми в одном или противоположном по отношению к смежным лепесткам, расположенным продольными рядами, боковые образующие смежных желобов расположены в каждом элементе на расстоянии одна от другой, не превышающем ширину лепестков, выполненных по всей высоте боковых образующих и расположенных в смежных рядах с взаимным смещением, при этом дополнительно к зигзагообразному поступательному движению охлаждающий воздух направляют по каналам, образованным спиралевидными элементами лепестков, и закручивают относительно осей, радиальных по отношению к трубам в устойчивое вращательное движение.

Способ охлаждения газа в АВО реализован в устройстве, представлен на чертежах.

На фиг. 1 изображен ТВО, реализующий предложенный способ охлаждения газа в аппаратах воздушного охлаждения (оребренная труба, вид на ось трубного пучка).

На фиг. 2 представлен вид А на фиг. 1 - п. 4 изобретения.

На фиг. 3 представлена 3D модель трубы ТВО с одним рядом оребрения в виде стержней лепестков, выполненных в форме пространственной спирали Архимеда с уменьшением диаметра спирали по мере приближения к трубе.

Труба многорядного одноходового трубного пучка ТВО аппарата воздушного охлаждения содержит элементы оребрения, в виде пространственной спирали Архимеда - 1, размещенных по ее окружности на равном расстоянии друг от друга, образованные каждый вложениям друг друга желобами, продольно размещенными на трубе 2, скрепленными с последней с между собой средними частями основаниями -3.

В процессе работы аппарата воздушного охлаждения вентилятор расположенный в нижней части АВО подает охлаждающий воздух на многорядный одноходовой пучок ТВО. Охлаждающий воздух поступает на элементы оребрения, выполненные в виде пространственной спирали Архимеда - 1, закручивается в вихревое спиралевидное движение по оси спиралевидного вихревого турбулизатора - 1, скрепленного с трубой - 2 средними частями оснований - 3. Охлаждающий воздух, двигаясь по спирали, приобретает большую скорость, в результате чего снижается его давление, и как результат снижается его температура по закону Менделеева-Клайперона. Снижение температуры охлаждающего воздуха, увеличение поверхности контакта обусловленная спиралевидным движением способствует существенному снижению температуры газа, который движется по трубам ТВО. При этом за счет средних частей желобов спиралевидного вихревого турбулизатора обеспечивается плотный контакт элементов оребрения с трубой, что способствует эффективному охлаждению газа.

Таким образом, применение данного способа охлаждения газа АВО на базе предложенных технических решений, учитывающих специфику конструкции и условий их эксплуатации, позволяет поднять на качественно новый уровень термодинамическую эффективность АВО, дополнительно способствуя снижению температуры с помощью закрутки воздуха, снижение статистического давления и увеличения времени контакта с пучком оребренных труб.

Источники информации

1. Патент США US 20110079376. В23Р 15/26 Sy-Jenq Loong, Donald Lynn Smith. Cold plate with pins. Заявлен 03.10 2009 г., опубликован 07.04.2011 г.

2. Патент №1462078 «Наружное оребрение теплообменной трубы» Кривешко, Трепутнев, Кесельман. Опубликовано: 28.02.1989.

1. Способ воздушного охлаждения газа, включающий подачу газа в трубы многорядного одноходового трубного пучка и подачу охлаждающего воздуха в межтрубное пространство, с формированием зигзагообразного характера движения воздуха с интенсивной турбулентностью за счет наружного оребрения трубного пучка, содержащего элементы оребрения, размещенные по окружности на равном расстоянии друг от друга, образованные каждый вложенными друг в друга желобами, продольно размещенными на трубном пучке, скрепленными с последним и между собой средними частями оснований, и выполненные на боковых образующих желобов с поперечно развернутыми в одном или противоположном по отношению к смежным лепесткам, расположенным продольными рядами, боковые образующие смежных желобов расположены в каждом элементе на расстоянии одна от другой, не превышающем ширину лепестков, выполненных по всей высоте боковых образующих и расположенных в смежных рядах с взаимным смещением, отличающийся тем, что дополнительно к зигзагообразному поступательному движению охлаждающий воздух направляют по каналам, образованным спиралевидными элементами лепестков, и закручивают в устойчивое вращательное движение относительно осей, радиальных по отношению к трубам.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вращательное движение охлаждающего воздуха относительно смежных спиралевидных лепестков противоположно направлено.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость вращения воздуха увеличивается по мере приближения к трубе.

4. Труба многорядного одноходового трубного пучка для реализации способа по п. 1, отличающаяся тем, что в лепестках боковых образующих желобов выполнены разрезы до основания желобов с образованием равномерно расположенных стержней, выполненных в виде пространственной спирали Архимеда с уменьшением диаметра спирали по мере приближения к трубе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в аппаратах воздушного охлаждения. Аппарат воздушного охлаждения, включающий попарно соединенные между собой гофрированные пластины, образующие чередующиеся между собой каналы для прохода охлаждающего воздуха и герметичные каналы для прохода охлаждаемого продукта, коллекторные камеры, вентилятор с электродвигателем, выполнен так, что герметичные каналы для прохода охлаждаемого продукта соединены отводами с коллекторными камерами и размещены в кожухе; кожух открыт со стороны входа охлаждающего воздуха, на противоположной стороне кожуха установлены один или несколько вентиляторов с электродвигателем.

Группа изобретений относится к излучающему модулю для формирования излучающего корпуса. Технический результат – увеличение срока службы излучающего корпуса, повышение эффективности излучающего корпуса в помещении, в котором его применяют.

Изобретение относится к области теплотехники и может использоваться в отопительных системах транспортных средств. Теплообменник с обеззараживанием нагреваемого воздуха, выполненный в форме стакана, внутри которого установлена горелка, в дно стакана встроен испаритель с трубкой для подачи воды и коллектором пара и, по меньшей мере, один пароперегреватель с паропроводом, соединенный с коллектором пара испарителя, причем испаритель и пароперегреватель выполнены в виде глухих патрубков, а паропровод выполнен в виде трубки, частично погруженной в пароперегреватель и направленной в зону стерилизации потока воздуха, нагреваемого теплообменником, причем кожух горелки размещен внутри стакана теплообменника с образованием зазора для прохода продуктов сгорания.

Настоящим изобретением предложен испаряющий теплообменник с воздушным обдувом, снабженный многодольчатыми трубками или трубками арахисоподобной формы, заменяющими стандартные трубки круглого или эллиптического сечения. Эти трубки характеризуются узким горизонтальным сечением и длинным вертикальным сечением, что позволяет увеличить площадь поверхности в том же объеме змеевика с одновременным сохранением или увеличением площади открытого пространства для прохождения воздуха.

Электрическое устройство (1), содержащее участок, генерирующий тепло, и участок для рассеивания упомянутого генерируемого тепла за счет теплообмена с текучей средой, причем упомянутый теплорассеивающий участок содержит средство для генерации турбулентного потока в текучей среде, причем средство для генерации турбулентного потока содержит множество ребер (12), расположенных так, чтобы находиться в контакте с текучей средой, причем ребра (12) из упомянутого множества ребер сгруппированы во множество групп, причем каждая группа (13) содержит множество параллельных ребер (12), причем ребра (12) каждой группы имеют разные размеры, так что их концы образуют две противоположные синусоидальные волны (14).

Предлагаемое изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для отвода большого количества тепла с маленькой поверхности. В микротеплообменнике, содержащем нагреваемое прямоугольное основание с размещенными на нем микроканалами, входы в которые соединены с коллектором подачи теплоносителя, а выходы из микроканалов соединены с коллектором отвода теплоносителя, микроканалы расположены поперек нагреваемого основания, причем каждый из микроканалов имеет от трех до пяти ходов.

Группа изобретений относится к системе (1) противодействия обрастанию, используемой на судне (варианты), способу управления работой противодействующего обрастанию источника и контроллеру (50) для управления работой противодействующего обрастанию источника. Система имеет влажное отделение (10), имеющее по меньшей мере одно впускное отверстие (11) для обеспечения поступления воды во влажное отделение (10), и выполнена с возможностью размещения и управления по меньшей мере одним противодействующим обрастанию источником (30) для излучения противодействующего обрастанию света.

Предложены способ для подводного охлаждения потока углеводородной смеси и устройство для его реализации, содержащее кожух и средство генерирования потока морской воды, выполненные с возможностью направления потока морской воды, причем кожух содержит: патрубки интенсификации притока морской воды, нижний пояс, верхний пояс, средний пояс с расширением, отверстие для вывода отводящего трубопровода; подводящий трубопровод, отводящий трубопровод, множество вертикально расположенных пучков теплообменных трубок, причем каждый из множества пучков теплообменных трубок содержит множество первых теплообменных секций, каждая из которых содержит множество вторых теплообменных секций, каждая из которых содержит множество теплообменных трубок; множество первых верхних коллекторов и множество вторых верхних коллекторов; множество первых нижних коллекторов и множество вторых нижних коллекторов; при этом множество пучков теплообменных трубок, множество коллекторов, подводящий трубопровод и отводящий трубопровод выполнены с возможностью направления потока углеводородной смеси в направлении, противоположном направлению потока морской воды, с обеспечением последовательных равномерного разделения указанного потока по теплообменным трубкам после подводящего трубопровода и соединения потока перед отводящим трубопроводом.

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики, а именно к способам регулирования интенсивности подводного охлаждения жидкостей и газов и устройствам для их реализации, и может быть использовано в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. Предложены способ регулирования интенсивности подводного охлаждения и устройство для его реализации, содержащее подводящий трубопровод, по меньшей мере первый контур охлаждения и второй контур охлаждения, выполненные с возможностью разделения потока после подводящего трубопровода, отводящий трубопровод.

Настоящее изобретение относится к устройству для малотоннажного получения метанола из синтез-газа. Предлагаемое устройство состоит из реакторного блока, ректификационной колонны и теплообменника, при этом продукты синтеза метанола из реакторного блока подаются непосредственно в ректификационную колонну, при этом теплообменник выполнен с возможностью съема тепла из реакторного блока и одновременного подогрева низа ректификационной колонны.
Наверх