Теплообменник

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11 0 И Т ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) ТЕПЛООБМЕННИК57) Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использованов криогенной, авиационной, химической, газовой и других отраслях техники, где требуются теплообменники с интенсивнымпроцессом теплообмена и малым гидравлическим сопротивлением. Цель изобретения- повышение интенсификации теплообменапутем улучшения равномерности поперечного обтекания труб. В теплообменнике, содержащем пучок змеевиковых труб,Изобретение относится к теплообменным аппаратам криогенной, авиационной, химической, газовой и других отраслей техники, где требуются теплообменники с интенсивным процессом теплообмена и малым гидравлическим сопротивлением,. Известен витой трубчатый теплообменник с дистанционными проставками между слоями труб, установленными параллельно оси сердечника.В этой конструкции теплообменника. газ, проходя между слоями труб по сквозным кольцевым каналам, омывает только часть поверхности труб. Вследствие этого интенсивность теплообмена в теплообмен(я)5 Е 28 О 7/02, Е 28 навитых коаксиальными слоями и в шахматном порядке в смежных слоях, и дистанционирующие проставки в виде волнистых лент, размещенных между слоями, трубы в пучке расположены с поперечным и продольным шагами, определяемыми из соотношений11б; б +д12 3,75 с 3, где 11 - поперечный шаг навивки; т 2 - продольный шаг навивки; д - толщина проставки. Теплообменник состоит из корпуса 1 с коллекторами входа и выхода из трубного пространства и штуцерами входа и выхода соответственно из межтрубного пространства, сердечника 6, на который послойно спирально навиты трубы 7 с дистанционными проставками 8 и 9. Для устранения перетечек газа по корпусу и сердечнику на сердечник 6 и последний слой навивки труб 7 уложен шнур 10 из эластичного пористого атериала, нап ример металлорезины, 3 з.п.-лы, 3 ил,нике невысока. Кроме того, недостатком О теплообменника является технологическая сложность соблюдения одинаковой геомет- О рии кольцевых каналов в многослойной на- (Я мотке из-за того, что ширина кольца фиксируется только в местах расположения дискретных проставок,Известен витой теплообменник, кото-ф рый имеет между слоями гладких труб проставки, расположенные по винтовым линиям, с чередованием в смежных слоях правой и левой навивок.Дистанционные проставки, расположеннь 1 е по винтовой линии, улучшают технологические свойства конструкции, однаконе устраняют недостаток, связанный с неполным омыванием поверхности труб и, следовательно, интенсивным теплообменом,Известен теплообменник, в конструкции которого дистанционные проставки выполнены извилистыми. Они расположены между слоями труб параллельно оси сердечника и содержат выступы, определяющие расстояние между витками труб в слое. Центры труб одного слоя по отношению к центрам труб другого слоя находятся в шахматном порядке,Недостатком этой конструкции также является снижение интенсивности теплообмена ввиду неполного обтекания газом поверхности труб,Кроме того, к недостаткам конструкции следует отнести технологическую сложность получения одинаковой и точно выдержанной ширины кольцевых каналов между слоями труб. Заданная ширина канала соблюдается только в местах расположения дискретных проставок, а между проставками положение труб не фиксируется, Вследствие этого форма и размеры кольцевых каналов не могут быть одинаковыми между всеми слоями труб. Это приводит к неравномерному распределению потока газа между слоями труб, неравномерному полю температур, и к снижению эффективности теплообменника.Цель изобретения - повышение интенсивности теплообмена путем улучшения равномерности поперечного обтекания труб, уменьшение металлоемкости и габаритов теплообменника,Указанная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем пучок эмеевиковых труб, навитых коаксиальными слоями и в шахматном порядке в смежных слоях, и дистанционизирующие проставки в виде волнистых лент, размещенных между слоями труб, трубы в пучке расположены с поперечным и продольным шагами, определяемйми из соотношений: б+д2 Иб +д Ь 3,750,где 11 - поперечный шаг навивки;12 - продольный шаг навивки;д - толщина проставки;О - наружный диаметр трубы,Для обеспечения малого гидравлического сопротивления в межтрубном пространстве часть проставок выполнена изэластичного пористого материала, например металлорезины, а остальная часть проставок может быть выполнена иэ жесткогоматериала,Кроме того, проставки,ближайшие к осипучка, выполнены из жесткого материала.5 На фиг, 1 показан теплообменник, общий вид; на фиг. 2 - то же, поперечноесечение навивки (разрез вдоль оси теплообменника); на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2.Теплообменник (фиг.1) состоит из кор 10 пуса 1 с коллекторами входа 2 и выхода 3 изтрубного пространства и штуцерами 4 и 5входа и выхода соответственно из межтрубного пространства, сердечника б, на который коаксиальными слоями спирально15 навиты трубы 7 с дистанционными проставками 8 и 9 в виде волнистых лент,Для устранения перетечек газа по корпусу и сердечнику на сердечник б и последний слой навивки труб 7 уложен шнур 10 из20 эластичного пористого материала, например металлорезиныДистанционные проставки 8, укладыва. емые на сердечнике б, выполнены извилистыми и жесткими из малотеплопроводного25 материала, например стали, и обеспечивают шаг и равномерность навивки. Междуслоями навивки укладываются как жесткиепроставки 8, так и проставки 9 из эластичного пористого материала, например металло 30 резины (фиг, 2 и 3),возможна установкапрокладок только из эластичного материала.Навивка труб 7 выполнена с поперечным т 1 и продольным 12 шагами таким обра 35 зом, что они отвечают соотношениямб+д11о;б +д 12 3,750,где б - наружный диаметр трубки, мм;40 д - толщина проставки, мм,Меньшее значение поперечного шаганавивки 11 ограничено минимально возможным зазором между трубками для проходагаза, равным половине толщины проставок45 8 или 9(фиг,3).А меньшее значение продольного шаганавивки тг ограничено наименьшим расстоянием между центрами труб в смежных слоях 5, которое равно Я = б + д .50 Большее значение поперечного шаганавивки 11 определяется следующим; призначении 11 большем, чем д, в структуренамотки возникают сквозные кольцевые каналы, что снижает эффект поперечного об 55 текания и уменьшает интенсивностьтеплообмена.Большее значение продольного шаганавивки выбрано на основе следующих соображений. Известно, что область наиболь1746185 Фиг,1 шей турбулентности потока за поперечнообтекаемым цилиндром (трубой) распространяется на расстоянии, примерно равномчетырем диаметрам цилиндра (т 2 = 4 о).При дальнейшем увеличении продольного шага 12 наряду с уменьшениемтурбулентности потока и соответственноуменьшением интенсивности теплообменазначительно увеличиваются габариты теплообменника и его металлоемкость. 10Теплообменник функционирует следующим образом,Прямой поток газа поступает из коллектора 2 в трубы 7, где он охлаждается(нагревается) обратным потоком газа. проходящим в межтрубном пространстве. Охлажденный (нагретый) поток газа в трубах 7выходит из теплообменника через коллектор 3. Обратный поток газа поступает черезштуцер 4 в межтрубное пространство. движется в противотоке с газом, проходящим втрубах 7, нагревается (охлаждается) за счеттеплообмена с газом, проходящим в трубах,и через штуцер 5 выходит из теплообменника. 25Предлагаемый теплообменник позволит путем интенсификации теплообмена вмежтрубном пространстве снизить металлоемкость примерно в 2 раза, что особенноважно для.транспортного варианта, а также 30улучшить технологичность изделия,Формула изобретения1, Теплообменник, содержащий пучокзмеевиковых труб, навитых коаксиальнымислоями и в шахматном порядке в смежныхслоях, и дистанционирующие проставки ввиде волнистых лент, размещенных междуслоями труб, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что,с целью повышения интенсификации теплообмена путем улучшения равномерностипоперечного обтекания труб, последниерасположены в пучке с поперечным и продольным шагами, определяемыми иэ соотношенийб+д511 о,б +д 2 3,75 б,где О - поперечный шаг навивки;2 - продольный шаг навивки;д - толщина проставки;б - наружный диаметр трубы;2, Теплообменник по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что часть проставок выполненаиз эластичного пористого материала.3, Теплообменник по п,2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что остальная часть проставоквыполнена из жесткого материала,4. Теплообменник по пп. 1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что проставки, ближайшиек оси пучка, выполнены из жесткого материала.1746185Составитель Т.Мищенко Редактор Н.бобкова Техред М.Моргентал Корректор А,Осауленк Заказ 2386 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Рэушская наб 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1