Теплообменный элемент

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 989302 Союз СоветскинСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 2433,81 (21 ) 3292669/24-06 Р 1 М К 1 з Р 28 Г 1/40Г 28 Г 13/08 сприсоединемиемзаявки Мо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.94 (088.Е) Опубликовано 1501.83. Бюллетень Ио 2 Дата опубликования описания 150133 С.А. Замятин, А.В. Безносов, В.М. Вудови Л.А. ЗвереваусГорьковский политехнический институт им, А.л. Жданова(54) ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в парогенераторах и других высоконапря.- женнык теплообменниках атомных электростанций.Инвестен теплообменный элемент с установленным по оси трубы стержнем, снабженным турбулизатором, размещенными с заданным интервалом по длине 10 трубы, причем турбулизаторы выполнены в виде упругих веерообразных пучков проволок, а свободные концы проволок примыкают к внутренней поверхности трубы (1.Недостатком таких элементов является незначительная интенсификация теплообмена при сравнительно высоком гидравлическом сопротивлении.Известен также теплообменный элемент для прямотрубных теплообменников, содержащий винтовую турбулизирующую вставку, которая выполнена с диаметром, большим максимально возможного в пределах поля допусков внутреннего диаметра трубы, и имеет тонкую винто вую кромку для устранения зазоров ее деформацией при введении вставки в трубу (21.Недостатком данных теплообменных элементов является большое гидравли ческое сопроитвление, которое в зна- чительной мере обуславливается гидравлическими сопротивлениями на входе и выходе жидкости из турбулизирующегося устройства,Наиболее близким техническим решением к изобретению является. теплообменный элемент, содержащий трубу и размещенные по ее оси с задаиньм.интервалом турбулизаторы с винтовыаоребрением 3).Недостатками известных элементов являются незначительнаяинтенсифика ция теплообмена и большое гидравлическое сопротивление Цель изобретения - повьааение экономичности.Цель достигается тем, что турбулизаторы соединены посредством осевого стержня, и каждый иэ них выполнен в виде сопряженных большими основаниями усеченных конусов с конусностью 7-13 Р;Оребрение турбулизаторов может иметь постоянную высоту, равную 0,15- 0,22 й, а шаг - 0,48-0,973, где 6 внутренний диаметр трубы, а интервал между турбулизаторами составляет 5- 6 с 1, что снижает гидравлическое сопро.тивление элемента.Оребрение элемента может иметь переменную высоту и установлено в контакте с внутренней поверхностью трубы, причем шаг оребрения равен 0,68- 1,23 й, а интервал между турбулизаторами составляет 6-8 й, что интенсифицирует теплообмен,На фиг. 1 изображен теплообменный элемент с постоянной высотой оребрения турбулизаторов, равной Ь = 0,15- 0,22 й, шагом Б = 0,48-0,97 й и интер 10 валом между турбулиэаторами 8 = 5-6 й на фиг. 2 - теплообменный элемент с переменной высотой оребрения турбулизаторов, шагом оребрения, равным Б0,68-1,23 д и интервалом между турбулизаторами В = 6-8 й.Описываемый теплообменный элемент содержит трубу 1 и размещенные по ее оси турбулизаторы 2 с винтовым оребрением 3, выполненные в виде сопряжен. ных большими основаниями усеченных ко 20 нусов, соединенные посредством осевого стержня 4.Теплообменный элемент (фиг1) содержит турбулизаторы 2, выполненные в виде сопряженных большими основани ями конусов с конусностью 8 = 8-13 соединенных посредством осевого стержня 4, и установлены с интервалом8 = 5-6 й, а винтовое оребрение имеет постоянную высоту, равную Ь = 0,1530 0,22 й и шаг Б = 0,48-0,97 д.Поверхность турбулизатора 2 и внутренняя поверхность трубы 1 образуют канал для прохода закручиваемого потока, 35Работа теплообменного элемента осуществляется следующим образом.Поток теплоносителя, двигаясь по трубе 1, при подходе к месту соединения стержня 4 и турбулизатора 2 начинает закручиваться, Постоянная высота винтового оребрения 3 (11 = 0,15-0,22 й), выполненного с шагом Б = 0,48- 0,97 й, обеспечивает плавную, гидро- динамически более стабильную закрутку потока на входе. Аналогично постоянная высота винтового оребрения 3 и уменьшающийся по ходу потока диаметр турбулизатора 2 с углом конуснос,ти 6 = 8-13 на выходе иэ завихрителя также уменьшает гидравлическое сопротивление теплообменного элемента.После выхода из эмеевикового канала поток, перемещаясь по трубе 1, раскручивается за счет сил трения, При этом шаг закрутки возрастает, а интен 55 сивность теплопереноса уменьшается. Для достижения значительной интенсификации теплообмена поток своевременно подкручивается следующим турбулиэатором 2, расположенным на расстоя- Щ нии 1 = 5-6 й от предыдущего.Теплообменный элемент (фиг. 2) содержит трубу 1, в которой посредством осевого стержня 4 установлены с интервалом 1 = 6-8 с 1 турбулизаторы, выполненные в виде сопряженных большимиоснованиями конусов с конусностью 7-9ос винтовым оребрением 3, выполненнымс шагом 0,68-1,23 й. Боковые поверхности оребрения 3 и внутренняя поверхность трубы 1 образуют канал переменного сечения для прохождения теплоносителя.Работа теплообменного элемента осуществляется следующим образом.Поток теплоносителя, двигаясь потрубе 1 в месте соединения стержня 4.и турбулизатора 2, закручивается сплавным безударным входом. При движении вдоль оребрения 3 происходит закручивание потока, необходимое дляинтенсификации теплообмена, Закрученный поток плавно с малым гидравлическим сопротивлением выходит из турбулизатора 2 и, двигаясь вдоль трубы 1,обеспечивает интенсификацию теплообмена за счет разрушения пристенногогидродинамического подслоя, создающего основное термическое сопротивлениепередаваемому тепловому потоку. Помере движения теплоносителя за счетсил трения происходит раскрутка потока и, как следствие, снижается интенсивность теплопереноса. Для обеспечения высоких значений коэффициента теплоотдачи теплоноситель подкручивается аналогичнымтурбулиэатором, установленным на расстоянии 6-8 б от предыдущего,Оптимальные геометрические параметры (9, Ь, Б, 0 ), характеризующие описанный теплообменный элемент, определяются опытным путем.Применение предложенного теплообменного элемента позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление отдельной теплообменной трубы и теплообменника в целом, сохраняя при этом степень закрутки потока и требуемую интенсификацию теплообмена.Реализация данных теплообменных элементов, например, в парогенераторах ядерной энергетической установки позволяет наряду с уменьшением габаритов парогенератора уменьшить потребный напор и мощность питательных насосов, их габариты и затраты энергии на прокачку теплоносителя, а также уменьшить металлоемкость оборудования, что в целом повышает экономичность.Формула изобретения1. Теплообменный элемент, содержащий трубу и размещенные по ее оси с заданным интервалом турбулизаторы с винтовым оребрением, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности, турбулизаюгоры соединены посредством осевого стержня, и каждый иэ них выполнен в виде сопряжен,ных большими основаниями усеченных конусов с конусностью 7-13989302 оставитель В. Бараехред С.Мигунова Корректор М. Шароши М. Редак н 102/56 Тираж 670ВНИИПИ Государствпо делам изобре113035, Москва, ЖПодписноеного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. Зак/5 илиал ППППатент ф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 2. Элемент по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления, оребрение имеет постоянную высоту, равную 0,15-0,22 д, шаг - 0,48-0,97 д,.где 6 - внутренний диаметр трубы, а интервал между турбулизаторами составляет 5-6 й.3. Элемент по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью интенсификации теплообмена, оребрение имеет 10 переменную высоту и установлено в контакте с внутренней поверхностью трубы, причем шаг оребрения равен 0,68,23 й, а интервал между турбулизато"ами составляет 6-8 б.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 Авторское свидетельство СССР9 478992, кл. Р 28 Р 1/40, 1973,2. Авторское свидетельство СССРВ 222409, кл. Р 28 Р 1/40, 1967.3. Патент ФРГ В 1054099, кл. 17 с 1,13/01, опублик. 1959.