Теплообменный элемент типа “труба в трубе

(54) (57) 1. МЕНТ ТИПА жаший внут ружную труб ца крышкой, рой образов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. А вторское с видетел ьство СССР422935, кл. Г 28 Р 7(10, 1972.2. Патент США3532159,кл, 65 - 105, опублик. 1968. ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕТРУБА В ТРУБЕ, содереннюю опускную трубу и нау, заглушенную с одного торвнутренняя поверхность котона вращением дуги окружно, ЯО 1118843 сти относительно оси трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения выходного паросодержания при использовании элемента в высоконапряженных парогенерируЮ- щих 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, а образующая при вращении внутреннюю поверхность крышки, имеет радиус 0,8 - 1,2 внутреннего диаметра опускной трубы.С: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, обус 510 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. 20 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 оси трубы 2. 25 Недостатком данного теплообменного элемента также является невысокое выходное па росодерж ание.Цель изобретения - повышение выход 30 ного паросодержания при использовании элемента в высоконапряженных парогенерирующих установках. Поставленная цель достигается тем, что з теплообменном элементе типа труба в трубе, содержащем внутреннюю опускную35 трубу и наружную трубу, заглушенную с одной стороны крышкой, внутренняя поверхность которой образована вращением дуги окружности относительно оси трубы, наружная поверхность опускной трубы выполне на конической суглом конусности 0,4 - 1, а сама труба - переменной толщины, плавно уменьшающейся в направлении к выходному срезу, обращенному к крышке.Выходной срез опускной трубы может 45 быть размещен от нижней точки крышки на расстоянии 1,25 - 1,67 внутреннего диаметра опускной трубы. Дуга окружности, образующая при вращении внутреннюю поверхность крышки, 50может иметь радиус 0,8 - 1,2 внутреннегодиаметра опускной трубы. На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменный элемент типа труба в трубе; на фиг. 2 - график зависимости коэффициента гидравлического сопротивления теп лообменного элемента от величины зазора между выходным срезом опускной трубы и нижней точкой крышки при ф = 0,9,(1 - К, = 5000;2-К,= 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 с(рерическая, 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 окйружности, образующей внутреннюю поверхность крышки к внутреннему диаметру опускной трубы -з. -- 0,8 - 1,2.РИз 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;м витель В. ЬаранепИ. Верес К5 ЗО Пного комитета Сений и открытийРаушская наб.,Ужгород, ул. Прое СостьТех ред Тираж И Государстве делам изобрет осква, Ж - 35,Патент, г. Реда к тор М. Келе ме щЗаказ 7414/28ВНИИПпо113035, МФилиал ППП орректор А. Тяско одписноеССР д. 4/5 ктная,устранить отмеченные недостатки и получить более высокое выходное паросодержание обогреваемой среды (кривая 2).Указанные геометрические характеристики 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, движуцсгося 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 теплообменных аппаратов, работаюших на естественной циркуляции, или уменьшить затрать 1 на прокачку теплоносителя при принудительной циркуляции.