Кожухотрубный теплообменник

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 76384 7/16, Р 28 Р 1/Об 5 Р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) КОЖУХОТР (57) Испол ьзов мическом маш бретения; тепл 1, в котором у Й ТЕПЛООБМЕННИ энергетическом и хи ении, Сущность изо ник содержит кожу ен шахматный пучо УБНЬ ние; в иностр ообме танов- 4(71) Брянский институт транспортного машиностроения(56) Авторское свидетельство СССРМ. 761820, кл, Р 28 О 7/00, 1977.Суза Мендес. Сперроу "Турбулентныйобмен и его интенсификация, потеря давления и картина течения жидкостей в трубах спериодическим сужением и расширениемпроходного сечения" Труды АРЛЕ, Серия С,Теплопередача, т,106, 1984 М 4,теплообменных труб 2, закрепленных прямыми концами 3 в трубных досках 4. Трубы 2 имеют повторяющийся по длине диффузорно-конфузорный профиль с углом диффузорности (конфузорности) б - 10 и степенью пережатия сечения 0,6 - 0,8 и образуют в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и суживающиеся каналы с максимальным и минимальным сечениями элементарной ячейки, Соседние трубы 2 в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля "диффузор-конфузор", а относительный поперечный шаг труб 2 составляет 1,10 - 1,16 максимального диаметра трубы 2. Кожух 1 снабжен патрубками 7 для подвода и отвода среды межтрубного пространства и днищами 8 с патрубками 9 для подвода и отвода среды трубного пространства, 5 ил,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к теплотехнике, а именно к кожухотрубным теплообменникам, и может быть использовано в энергетическом и химическом машиностроении,Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий винтообразно закрученные трубы фасонного профиля, закрепленные прямыми круглыми концами в трубных досках, Профиль труб выполнен в виде овала, имеющего ширину, равную диаметру прямых концов труб, а шаг закрутки составляет 12 - 15 максимального размера овала. Трубы установлены одна относительно другой с касанием по максимальному размеру овала (авт,св,СССР М 761820, кл. Г 28 О 7/00 Е 28 Р 1/06 1977 г.)Недостатком этого теплообменника является относительно невысокая интенсификация теплообмена наряду со значительным возрастанием гтидравлического сопротивления в спиральных каналах, образованных соседними трубами, Это обусловлено чрезмерной закруткой потока тепноносителя, приводящей и перераспределению переноса количества движения и теплоты, выраженного в превалирующем увеличении гидравлического сопротивления по сравнению с повышением интенсивности теплоотдачи,Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок теплообменных труб с повторяющимся по длине диффузорноконфузорным профилем, углом диффузорности (конфузорности) 6 - 10 и степенью пережатия сечения 0,6-0,8, Период "диффузор-конфузор" теплообменной трубы кожухотрубного теплообменника выполнен из симметричных диффузорных и конфузорных участков равной длины, образующих в трубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и сужающиеся каналы (Суза Мендес, Сперроу, Турбулентный обмен и его интенсификация, потери давления и картина течения жидкостей в трубах с периодическим сужением и расширением проходного сечения. Тр, АЯМЕ, Сер,С,Теплопередача, 1984 г., т.106, М 4),Недостатком известного кожухотрубного теплообменника с теплообменными трубами диффузорно-конфузорного профиля является несогласованность оптимальных геометрических размеров диффузорных и конфузорных участков при внутритрубном течении теплоносителя со случаем одновременного продольного обтекания шахматного пучка, скомпонованного из этих труб, которые в общем случае могут быть различными, Это приводит к неполному использованию эффекта интенсификации теплоотдачи и дополнительному возрастаниюгидравлического сопротивления при продольном обтекании межтрубного пространства,Цель изобретения - интенсификациятеплообмена,Указанная цель достигается тем, что вкожухотрубном теплообменнике содержится шахматный пучок теплообменных труб сповторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем, углом диффузорности(конфузорности) 6-10, степенью пережатия сечения 0,6 - 0,8, и образующих в межтрубном пространстве продольныекриволинейные периодически расширяющиеся и суживающиеся каналы. Соседниетрубы в пучке размещены со смещениеммежду собой на половину периода профиля"диффузор-конфузор", а относительный поперечный шаг труб составляет 1,10-1,16максимального диаметра трубы,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый кожухотрубный теплообменник отличается тем, чтотрубы в пучке размещены со смещениеммежду собой на половину периода профиля,"диффузор-конфузор", а относительный поперечный шаг труб составляет 1,10 - 1,16максимального диаметра трубы,Таким образом, заявляемый кожухотрубный теплообменник соответствует критерию изобретения "новизна".Дляустановления соответствия заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" был проведен поискизвестных в науке и технике решений, могущих содержать выявленные существенныеотличительные от прототипа признаки, Впоиске были использованы источники информации, предусмотренные п,1,08 Инструкции Э 3-2-74.В результате исследования не были об-наружены в науке и технике решения сосходными признаками, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия",На,фиг,1 изображен теплообменник, общий вид; на фиг.2 - сечение А - А на фиг,1; нафиг.3 - сечение Б - Б на фиг,1; на фиг.4 -элементарная ячейка межтрубного пространства с максимальным сечением канала; на фиг,5 - элементарная ячейкамежтрубного пространства с минимальнымсечением канала,Теплообменник содержит кожух 1, в котором установлен шахматный пучок теплообменных труб 2, закрепленных прямымиконцами 3 в трубных досках 4,Трубы 2 имеют повторяющийся по длине диффузорно-конфузорный профиль с углом диффузорности (конфузорности) 6 - 10 5и степенью пережатия сечения 0,6 - 0,8 и образуют в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодическирасширяющиеся и суживающиеся каналы смаксимальным 5 (фиг,4) и минимальным 6 10(фиг,5) сечениями элементарной ячейки, Соседние трубы 2 в пучке размещены со смещением между собой на половину периодапрофиля "диффузор-конфузор", а относительный поперечный шаг труб 2 составляет 151,10 - 1,16 максимального диаметра трубы 2.Кожух 1 снабжен патрубками 7 для подводаи отвода среды межтрубного пространстваи днищами 8 с патрубками 9 для подвода иотвода среды трубного пространства, 20Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом.Первичный теплоноситель, поступая извходного патрубка 7 в гладкотрубный участок 3 пучка равномерно распределяется по 25сечению и проходит через непрерывныйряд криволинейных диффузорно-конфузорных каналов пучка в межтрубном пространстве, поступает в очередной гладкотрубныйучасток 3 и по патрубку 7 выходит из теплообменника. С другой стороны вторичныйтеплоноситель, поступая из входного патрубка 9 в днище 8, проходит через гладкотрубные участки 3, стабилизируется,поступает в соответствующий непрерывный 35ряд прямых диффузорно-конфузорных каналов трубного пространства и через очередной гладкотрубный участок 3 по днищу 8и патрубку 9 выходит из теплообменника.При течении теплоносителей в трубах и 40межтрубном пространстве с диффузорноконфузорным профилем возникает знакопеременный градиент давления с одним итем же законом изменения по длине безобразования стабильных вихревых структур 45в ядре потока рабочей среды, Это обеспечивает гарантированное снижение генерирования мелкомасштабных турбулентных вихрей и приводит к перераспределениЮпереноса количества движения и тепловойэнергии в пользу последней,Технико-экономические преимуществапредлагаемого технического решения, посравнению с прототипом, заключаются втом, что использование теплообменныхтруб с повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем, углом диффузорности (конфузорности) 6 - 10, степеньюпережатия сечения 0,6-0,8, смещением соседних труб между собой на половину периода профиля "диффузор-конфузор" иотносительным поперечным шагом компоновки труб, составляющим 1,10 - 1,16 максимального диаметра трубы, приводит квозникновению в трубном и межтрубномпространствах зйакопеременного градиен-та давления с одним и тем же законом изменения по длине. Это обеспечиваетперераспределение переноса количествадвижения и тепловой энергии с интенсификацией процесса теплообмена. Общая теплотехническая эффективность работытеплообменника повышается в целом на 2050 ,Одновременно улучшается технологичность изготовления теплообменника и снижается неравномерность профиля скоростив поперечном сечении трубного пучка. Формула изобретения Кожухотрубный теплообменник, содержащий шахматный пучок теплообменных труб с периодически повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем, имеющих угол раскрытия диффузора и конфузора 6 - 10, степень сужения сечения 0,6 - 0,8, образующих в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и сужающиеся каналы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью интенсификации теплообмена, соседние трубы в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля диффузор-конфузор, а относительный поперечный шаг труб составляет 1,10 - 1,16 максимального диаметра трубы,1763842 г Составитель О,АкимоваТехред М.Моргентал ектор З,Салк Редактор Т.Ивано аказ 3447 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101