Пучок теплообменных труб с поперечными ребрами

(1)с Р 28 Р 1/24 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АТЕЯ тут машино иМО 72 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(54) ПУЧОК ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ С ПОПЕРЕЧНЫМИ РЕБРАМИ(57) Использование; в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин натепловых и атомных электростанциях. Сущность изобретения: в пучке теплообменныхтруб 1 с поперечными ребрами 2, выполненЯО 2000532 С ными в нижней части со срезами в продольном направлении трубы, имеющими прямолинейные участки 3, в зоне вертикальной оси трубы 1 выполнены потокоорганизую- . щие выступы 1, примыкающие к прямолинейным участкам срезов. В ысота поперечных ребер 2 трубы 1 увеличивается сверху к нижней части трубы, а в верхней части последней выполнен продольный паз 5 под элемент 6 желоба 1 глубиной, превышающей высоту ребра 2 в верхней части трубы. Причем боковые стороны 8 продольного паза 5 расположены под углом, не превышающем угол сектора трубы 1, охватывающего паз 5. Элемент 6 выполнен полым с полостью 9, сообщенной с полостью 10 желоба, при этом высота элементов б и глубина паза 5 равны между собой, а с обеих сторон элемента 6 в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость 9 элемента 6 с этими канавками. 2 э,п, ф-лы, 6 ил, 20005325 10 15 20 25 30 Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам и может быть использовано в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин на тепловых и атомных электростанциях.Известна горизонтальная теплообменная труба конденсатора с поперечным оребрением на наружной поверхности 1. На поперечных ребрах происходит конденсация рабочего тела (пара). Указанные ребра по сравнению с гладкой наружной поверхностью труб увеличивают поверхность конденсации рабочего тела. Межреберные канавки служат для отвода конденсата с поперечных ребер,Недостатком такой теплообменной трубы является низкий коэффициент теплоотдачи, так как верхняя часть трубы из-эа малого наклона межреберных канавок, приводящего к малой скорости конденсатора в них, работает неэффективно, а нижняя часть покрыта толстой пленкой конденсата. Поэтому максимальная интенсификация теплообмена на горизонтальных трубах и поперечными ребрами достигает не более 100-120, в то время как для вертикальный труб с продольным оребрением она достигает 500-600.Известен также теплообменный элемент конденсатора 2, содержащий расположенные друг под другом трубы, между которыми расположен соединительный элемент, причем верхняя труба выполнена с поперечными ребрами и канавками на наружной поверхности и имеет в верхней час ти продольный паз под элемент, верхняя труба имеет гладкую поверхность и ее полость сообщена с канавками нижней трубы, боковые стороны продольного паза расположены под углом, превышающем угол сек тора трубы, охватывающего паз, элемент выполнен полым с полостью, сообщенной с полостью верхней трубы, при этом высота элемента и глубина паза равны высоте поперечного ребра нижней трубы, а на боко вых поверхностях элемента в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость элемента с этими канавками.Недостатками такого теплообменного элемента конденсатора являются сложно сть конструкции, необходимость принудительной подачи конденсата в верхнюю гладкую трубу с отверстиями, а также недостаточная эффективность конструкции в связи с тем, что из отверстий верхней трубы 55 в канавки поступает неоформившийся ручей, что уменьшает коэффициент теплоотдачи непосредственно на входных участках в канавки нижней трубы. Наиболее близким к изобретению является пучок теплообменных труб конденсатора с поперечными кольцевыми ребрами 3, выполненными в нижней части со срезами, имеющими прямолинейные участки, расположенные симметрично относительно вертикальной оси трубы, при этом на срезах по крайней мерс каждого второго ребра в зоне вертикальной оси трубы выполнены потокоорганизующие треугольные выступы, примыкающие к прямолинейным участком срезов, расположенных относительно упомянутой вертикальной оси под углом меньше 90,Недостатком прототипа является низкий коэффициент теплоотдачи, так как верхняя часть трубы работает неэффективно вследствие отсутствия равномерно стекающего ручья в канавках между ребрами верхней половины трубы.Целью изобретения является интенсификация теплообмена на наружной поверхности трубы за счет обеспечения эффективного стягивания пленки конденсата с боковой поверхности ребер.Цель достигается тем, что в предложенном пучке теплообменных труб с поперечными ребрами, выполненными в нижней части со срезами, имеющими прямолинейные участки, расположенные симметрично относительно вертикальной оси трубы. при этом на срезах по крайней мере каждого второго ребра в зоне вертикальной оси трубы выполнены потокоорганизующие треугольные выступы, примыкающие к прямолинейным участкам срезов, расположенных относительно упомянутой вертикальной оси под углом меньше 90", высота поперечных ребер труб увеличивается сверху к нижней части трубы, а в верхней части последней выполнен продольный паз под элемент желоба с торцевыми перегородками глубиной, превышающей высоту ребра в верхней части трубы, причем боковые стороны продольного паза расположены под углом, не превышающем угол сектора трубы, охватывающего паз, указанный элемент выполнен полым с полостью, сообщенной с полостью желоба, высота элемента и глубина паза равны между собой, а с обеих сторон элемента в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость элемента с этими канавками,Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками, описывающими заявляемый пучок теплообменных труб с поперечными ребрами. и признать заявляе 2000532мое решение соответствующих критерио "существенные отличил"В частности, не известны пучки тепло- обменных труб с поперечными ребрами, в которых высота поперечных ребер труб уве личивалась бы сверху к нижней части трубы. а в верхней части последней был бы выпол. нен продольный паз под элемент желоба с торцовыми перегородками глубиной, превышающей высоту ребра в верхней части 10 трубы, причем боковые стороны продольного паза были бы расположены под углом, не превышающим угол сектора трубы, охватывающего паз, при этом укаэанный элемент выполнен полым с полостью, сообщенной с 15 полостью желоба, высота элемента и глубина паза равны между собой, а с обеих сторон элемента в 3:це канавок выполнены отверстия, сообщающие полость элемента с этими канавками, 20На фиг. 1 приведен пучок теплообменных труб с поперечными ребрами, поперечный разрез; на фиг. 2 изобрдкена теплообменцал труба с поперечными ребрами и желобом в ее верхней части; ца фиг, 25 3 представлено сечение при выполцении теплообменной трубы в соответствии с и, 2 формулы изобретения; нд Фиг. 4 - сечение при выполнении теплообмецной трубы о соответствии с п, 3 формулы изобретения; нд 30 фиг, 5 показана форма выходного отверстия в желобе; на фиг. 6 - форма струи в поперечном сечении ребер непосредственно на входе в канавку.Теплообменцые трубы 1 имеют попе речные ребра 2 (фиг. 1), выполненные в нижней части со срезами, имеющими прямолинейные участки 3 (фиг, 1, 3, 4), расположенные симметрично относительно вертикальной оси трубы. Нд срезах по край ней мере каждого второго ребра 2 в зоне вертикальной оси трубы 1 выполнены потокоорганизующие треугольные выступы 4, примыкающие к прямолинейным участкам срезов, расположенных относительно вер тикальной оси под углом мецьше 90 О, Высота поперечных ребер 2 трубы 1 увеличивается сверху к нижней части трубы, а в верхней части последней выполнен продольный паз 5 под элемент 6 желоба с тор цовыми перегородками 7 (фиг. 1, 2, 3, 4) глубиной, превышающей высоту ребра в верхней части трубы, Причем боковые стороны 8 продольного паза 5 (Фиг, 1, 3, 4) расположены под углом, не превышающем 55 угол р сектора трубы 1, охватывающего паз 5. Элемент 6 выполнен полым с полостью 9 сообщенной с полостью 10 желоба, цри этом высота элементов б и глубиназза 5 равны между собой, а с Обеих сторон элеметд б в зоне клнддк 11 дыполцы Отдерстин 12, сообцдгц 1 полости 9 зл мдцт, Гс канадками 11,Глубиа гдзд 5 может рдднлгьсн суммарцои величине высоты ребрд 2 д дерхнеичасти трубы 1 и толцицы осцодднил 13 элемента 6, а отверстия 12 с обеих сторсц элемента 6 могут быть выполнены под острымуглом / к огцовднию 13 последнегп в местеперехода основания 13 к боковой поверхности 14 (Фиг. 3).Глубина паза 5 может быть больше суммарной величины высоты ребра 2 в верхи,йчасти трубы 1 и толщины Основания 13 элемента 6, а отвеостия 12 в последнем могутбыть выполнены на его боковых сторонах 14вплогцуо к внутренней поверхности Основания 13 (риг. 4),В результате предложенного конструкторского решения конденсат, стекающий спотокооргднизующих вьступов 4, расположенных в донной части трубы, в желоб 7нижердсположенцой теплообмецной трубы,через отверстия 12 (фиг. 1, 2) желоба 7 поступает в канавки 11, расположенные междуребрми 2, затем под действием сил тяжести и кинетической энергии движется поканавкам 11 теплообменной трубы и далеев ее донную часть к потокообразующим выступам 4, с которых стекает в желоб нижердсположенной теплообменной трубы, Приэтом вследствие того, что в межреберныеканавки 11 теплообменной трубы конденсатпоступает через отверстия 12 желоба 7 сопределенной скоростью, происходит ускорение процесса стягивания конденсата споверхности ребер и уменьшение толщиныпленки конденсата.Увеличение высоты поперечных ребертруб сверху к нижней части трубы приводитк дополнительной интенсификации теплообмецд зд счет обеспечения эффективногоудаления пленки конденсата на всей протяжец,ости канавки, так как с увеличениемвысоты ребер в этом же направлении увеличивается и толщина ручья, а также скоростьстекаоцего конденсата в ручье.Излишки конденсата, стекающего в желоб 7 теплообменной трубы " через торцовые поперечные перегородки последнегопереливаются и по трубным доскам конденсатора стекает вниз,Наличие желоба сверху трубы предотвращает натекание конденсата на нижерасположенцые трубы (имеетсл в видукол чество, превышающее оптимальное),что также приводит к увеличению коэффи,иентд т.плоотддчи,Когда разница между высотой ребра 2 вижцей части трубы 1 и го высотки д верх 2000532ней части трубы меньше или равна толщине основания 13 элемента 6, глубина паза 5 выполняется равной суммарной величине высоты ребра 2 в верхней части трубы и толщины основания 13 элемента 6, а отверстия 12 с обеих сторон элемента 6 могут быть выполнены под острым углом 3 к основанию 13 последнего в месте перехода основания 13 к боковой поверхности 14 (фиг.3). Угол р и диаметр отверстия в желобе 7 выбираются такими, чтобы форма выходного отверстия 12 после изготовления тепло- обменной трубы 1 соответствовала форме отверстия на фиг. 5, когда отверстие частично как-бы опущено ниже внутренней поверхности основания 13 элемента 6, а количество поступающего конденсата в канавки 11 обеспечивало наибольшую эффективность стягивания пленки конденсата с ребер 2 трубы 1.Непосредственно на входе канавки 11 форма ручья приобретает вид, представленный на фиг. 6. Благодаря оформившемуся ручью на входе в канавки 11 достигается дополнительное увеличение коэффициента теплоотдачи за счет оптимальных условий для стягивания пленки конденсата на входных участках канавок 11. При этом следует учесть, что расположение боковых сторон 8 проДольного паза 5 (фиг. 1, 3, 4) под углом, не превышающим угол р сектора трубы 1, охватывающего паз 5, приводит к некоторому увеличению теплообменной поверхности трубы эа счет увеличения поверхности ребер 2 благодаря уменьшению ширины паза 5.Когда разница между высотой ребра 2 в нижней части трубы 1 и его высотой в верхней части трубы больше толщины основания 13 элемента 6, глубина паза 5 выполняется больше суммарной величины высоты ребра 2 в верхней части трубы и толщины основания 13 элемента 6, а отверстия 12 в последнем выполнены на его боковых сторонах 14 вплотную к внутренней поверхности основания 13 элемента 6 (фиг.4), В этом случае форма отверстия 12 после изготовления теплообменной трубы соответствует вышеописанному случаю (см. фиг, 5). Достигаемый эффект при этом такой же,Выполнение продольного паза 5 глубиной, не превышающей суммарную величину высоты ребра в верхней части трубы и разницу в высотах ребра соответственно в ниж 30 35 40 45 50 55 102025 ней и верхней частях трубы, не нарушает прочность теплообменной трубы, При мелком оребрении наружной поверхности теплообменной трубы (высота ребер до 3,5 мм) разница в высотах ребра в нижней и верхней частях трубы не превышает 1 мм, исходя из эффективности стягивания пленки конденсата.Таким образом, использование изобретения позволяет интенсифицировать тепло- обмен, увеличив при этом коэффициенттеплоотдачи от пара к наружной поверхности трубы по сравнению с прототипом,Формула изобретения 1. Пучок теплообменных труб с поперечными ребрами и канавками. расположенных горизонтально, причем ребра выполнены в нижней части со срезами, имеющими прямолинейные участки, расположенные симметрично вертикальной оси трубы под углом относительно этой оси, меньшим 90 С, а наупомянутых прямолинейных участках по крайней мере каждого второго ребра в зоне вертикальной оси трубы выполнены потокоорганизующие треугольные выступы с углом при вершине, меньшим 90 С, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью интенсификации теплообмена, высота поперечных ребер труб увеличивается от верхней к нижней части трубы, а в ее верхней части выполнен продольный паз, в котором размещен желоб с торцовыми перегородками и боковыми стенками, имеющий высоту. превышающую высоту ребра в верхней части трубы, причем боковые стороны продольного паза расположены под углом, не превышающим угол сектора трубы, охватывающего паз, а в боковых стенках желоба в зоне канавок выполнены отверстия, сообщающие полость желоба с этими канавками,2, Пучок по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что глубина паза не превышает суммарную величину высоты ребра в верхней части трубы и толщину основания желоба, а отверстия в стенках желоба выполнены под острым углом к основанию последнего на участке перехода основания в боковые стенки.3, Пучок поп,1,отличающийся тем, что глубина паза превышает суммарную высоту ребра в верхней части трубы и толщину основания желоба, а отверстия е последнем примыкают к внутренней поверхности основания желоба.