Трубчатый спиральный теплообменник

(19) (11) 51)5 Г 28 О 7/02 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ у(56) Авторское свидетельство СССРМ 840662, кл. Р 28 О 7/00, 1981,Авторское свидетельство СССРйт 542902, кл. Е 28 О 7/02, 1977,(57) Изобретение относится к теплообменным аппаратам. Цель изобретения - интенсификация теплообмена и повышение компактности при использовании плоско- овальных труб, На сердечник 1 навиты плоскоовальные трубы 2 с проволочным спиральным оребрением. Сердечник 1 с трубами 2 заключен в обечайку 4 с крышками 5. Геометрия труб 2 определяется следующими соотношениями: 1,5 Ьт/ат, 3 ат/дт10;3 ат/оп10, где ат - наимень 1 щий размер сечения трубы; Ь, - наибольший размер сечения трубы; д, - толщина стенки трубы; бп - диаметр проволоки оребрения. 2 ил.30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к трубчатым спиральным теплообменникам, применяемым в криогенной технике, преимущественно в криогенных гелиевых установках (КГУ).Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок винтообразно закрученных труб овального профиля, установленных с касанием соседних труб по максимальному размеру овала и закрепленных прямыми кольцами в трубных досках.Недостатками такого теплообменника являются невысокая термодинамическая эффективность, значительная его масса и габариты в случае применения в КГУ.Известен также трубчатый спиральный теплообменник, содержащий сердечник с навитыми на него в несколько слоев круглыми трубами, имеющими проволочное спиральноее оребрение.Применение таких труб не обеспечивает достаточно высокую интенсификацию теплообмена и компактность как в трубном пространстве, так и в межтрубном пространстве аппарата.Целью изобретения является интенсификация теплообмена и повышение компактности. Поставленная цель достигается тем, что в трубчатом спиральном теплообменнике, содержащем трубы с проволочным спиральным оребрением, навитые в несколько слоев на сердечнике и заключенные в обечайку, при использовании плоскоовальных труб, должны выдерживаться следующие соотношения: 1,5 Ьт/ат5; 3 ат/дт10; 3 ат/б10 (отношение наибольшего размера овальной трубы Ь к наименьшему размеру а должно быть более 1,5 и менее 5; отношение наименьшего размера овальной трубы ат к толщине стенки трубы д должно быть более 3 и менее 10; отношение наименьшего размера трубы ат к диаметру проволоки спирального оребрения бп должно быть более трех и менее 10).Плоскоовальная форма труб приводит к интенсификации теплообмена как в трубном так и в межтрубном пространстве, повышению компактности теплообменника. Кроме того, в межтрубном пространстве обеспечивается постоянство расстояния между оребренными трубами, что позволяет равномерно распределять обратный поток по поперечному сечению теплообменника и обеспечить высокую термодинамическуюэффективность при малых габаритах и массе теплообменника,При отношении Ь/ат меньше 1,5 необеспечивается заметная интенсификация 5 10 15 20 25 теплообмена как в трубном, так и в межтрубном пространстве.При отношении Ьт/ат больше 5 не удается обеспечить овальность профиля при изготовлении овальных труб круглого поперечного сечения. Профиль принимает вид так называемой "восьмерки", при этом расстояние между стенками трубы в середине овала становится меньше, чем на периферии. При этом невозможно обеспечить прилегание проволочного спирального оребрения по всему наружному периметру трубы, Вследствие этого уменьшается КПД проволочного ребра и ухудшается термодинамическая эффективность теплообменника, компенсировать уменьшение которой можно только увеличивая габариты и массу теплообмен ника,При отношении а/д, менее трех большое термическое сопротивление стенки трубы не компенсируется интенсификацией теплообмена внутри трубы.При отношении ат/дт больше 10 снижается надежность теплообменника в связи с вероятностью разрушения стенки трубы при придании овальности трубам круглого поперечного сечения или при навивке овальных труб с относительно малой толщиной на сердечник или нижележащие слои.При отношении ат/оп менее трех навивка проволоки на трубу должна производиться с большим усилием, что может привести как к нежелательной деформации овального профиля, так и к скручиванию трубы.При отношении а/б более 10 не удается обеспечить надежный контакт проволоки с трубойчто приводит к уменьшению КПД проволочного ребра и эффективности теплообменника,На фиг. 1 показан трубчатый спиральный теплообменник, продольное сечение; на фиг.2 - плоскоовальная труба с проволочным спиральным оребрением поперечное сечение.Навитые на сердечник 1 в несколько слоев плоскоовальные трубы 2 с проволочным спиральным оребрением 3 заключены в обечайку 4, Обечайка с двух сторон закрыта крышками 5, к которым подведены трубо проводы 6 обратного потока ирасположены коллекторы 7,Трубчатый спиральный теплообменникработает следующим образом. Прямой поток гелия среднего давления(0,8 - 2,5 МПа) распределяется в коллекторе 7 по оребренным проволокой 3 плоскоовальным трубам 2, Затем, пройдя навитыена сердечник 1 плоскоовальные трубы 2,через коллектор 7 выходит из теплообменника.1726954 оставитель М.Косоротовехред М,Моргентал орректор А.Осаулен дактор ндур каз 1270 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагаоина, 101 При движении по плоскоовальным трубам 2 прямой поток гелия охлаждается обратным потоком, проходящим противотоком через межтрубное пространство теплообменника и подводящий и отводящий трубопроводы 6,Использование данного устройства в КГУ позволит за счет интенсификации теплообмена уменьшить объем в 2 раза, а массу теплообменника в 1,6 раза.Формула изобретения Трубчатый спиральный теплообменник для криогенной техники, содержащий трубы с проволочным спиральным оребрением, навитые в несколько слоев на сердечник и заключенные в обечайку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью интенсификации тепло обмена и повышения компактности при использовании плоскоовальных труб, геометрия труб определяется следующими соотношениями: 1,5 Ьт/ат5, 3 ат/дт10, 3 ат/бп10, где ат - наименьший размер 10 сечения трубы, Ьт - наибольший размер сечения трубы, д, - толщина стенки трубы, б - диаметр проволоки оребрения.