Скачать ZIP архив.

Текст

(51)5 У 23 1. 15/04 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛ ЬСТ ВТОРСКОМУ С науй Ро ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Институт газа Ан УССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1223016, кл. Г 28 Р 1/16, 1987,Авторское свидетельство СССР(57) Изобретение относится к теплообменной технике и м.б, использовано на нагревательных и термических печах металлургии имашиностроения, Цель изобретения - интенсификация теплообмена посредствомтурбулизации потоков теплообменивающихся сред. Трубы 12 и 15 теплообменныхэлементов снабжЕны кольцевыми канавками 13 и 16 на наружной поверхности и коль-.цевыми выступами 14 и 17 на внутреннейповерхности соответственно. Канавки 13 расположены со смещением О = (0,4 - 0,6)Я относительно выступов 17, где Я - шаг между выступами 16. Днище 18 выполнено полусферическим с центральным выступом 20 вовнутрь теплообменного элемента. Зазор й между. выходным концом внутренней трубы 12 и выступом 20 составляет й = (0,5- 0,6)д, где д - диаметр внутренних труб, При установке рекуператора в вертикальном дымовом канале он может быть снабжен трубной доской 2 1, перпендикулярной теплообменным элементам и перфорированной отверстиями 22, диаметр которых уменьшается по направлению к отверстию 23 в дымовом канале, предназначенному для выхода дымовых газов, Воздух иэ пристенного слоя и из середины погока, прохо- З дя по трубам 12 и 15 теплообменного элемента. интенсивно перемешивается благодаря смещению канавок 13 и выступов 17, Выполнение днища полусферическим на заданном расстоянии позволяет интенсифицировать теплообмен между вытекающей из трубы 12 струей воздуха и днищем. 1 з.п. а ф-лы, 4 ил, о10 15 20 25 30 40 45 50 55 Изобретение относится к конструкциирекуператоров, предназначенныхдля подогрева воздуха, поступающего в горелки,теплом отходящих дымовых газов промышленных печей с целью экономии топлива,Интенсификация процесса передачитеплоты от металлической стенки рекуператора к нагреваемому воздуху позволяет повысить температуру нагрева воздуха, азначит и эффективность. работы рекуператора.Для интенсификации теплообмена впристенном (пограничном) слое воздуха используют различные виды турбулизаторов,в том числе и выполненные в виде периодических выступов или впадин на теплообменной поверхности. Периодическирасположенные выступы или впадины приводят к формированию вихревых зон у поверхности, за счет чего достигаетсяинтенсификация теплообмена при умеренном росте аэродинамического сопротивления.Известна теплообменная труба с кольцевыми канавками на наружной поверхности и соответствующими им выступами навнутренней поверхности, причем в продольномм направлении она разделена на участки с одинаковой высотой выступов в каждомиэ них и различной высотой выступов в смежных, ступенчато изменяющейся от участка кучастку в диапазоне Нс = д 1/О = 0,97-0,88, где,б 1 - минимальный внутренний диаметр трубыв зоне выступов; О - внутренний диаметр глад кой части трубы, Кроме того, выступы выпол 1нены с различным шагом, ступенчатовозрастающим от участка к участку в направлении возрастания высоты выступов вдиапазонедт 20,где т - шаг выступов, д - толщина стенкитрубы.Недостатком известной теплообменнойтрубы являются относительно невысокиезначения температуры подогрева воздухапри использовании ее в качестве теплообменного элемента рекуператора. Это обусловлено тем, что при помощи турбулиэациитолько пристенного слоя трудно обеспечитьзначительное повышение температуры подогрева воздуха, так как не обеспечиваетсяинтенсивное перемешивание объемов воздуха из тонкой пристенной зоны и из значительно большего по размерам ядра потока.Кроме того, изготовление теплообменной трубы с различной высотой выступов подлине и с разным шагом сложно, нетехнологично и практически неосуществимо при промышленном производстве рекуператоров,Известен рекуперативный воздухоподогреватель, содержащий воздухоподводящий и воэдухоотводящий коллекторы, подключенные к ним теплообменные элементы. Последние расположены в газоходе,снабженном газоподводящим и гаэоотводящим патрубками. Теплообменные элементы выполнены иэ внутренней и наружной труб, причем наружная труба заглушена с торца с помощью днища. Днище расположено от выходного торца внутренней трубы с зазором, величина которого составляет 0,5-0,75 от диаметра внутренней трубы. Кроме того, днище заведено в полость наружной трубы на расстояние, равное 0,5 - 1,0 ее диаметра.Недостатком известного рекуператора является низкая интенсивность теплообмена вследствие отсутствия турбулизации потока на гладких трубах,Целью изобретения является интенсификация теплоотдачи,Поставленная цель достигается тем, что в рекуператоре, включающем воздухоподводящий и воэдухоотводящий коллекторы и присоединенные к ним теплообменные элементы, содержащие внутреннюю и заглушенную с одного торца днищем наружную трубы, выполненные с кольцевыми канавками на наружных поверхностях с образованием соответствующих им выступов на внутренних поверхностях, кольцевые канавки на внутренних трубах расположены со смещением д относительно кольцевых выступов на наружных трубах равным д = (0,4 - 0.6)Я, а днище выполнено полусферическим с центральным выступом вовнутрь теплообменного элемента, причем зазор й между выходным концом внутренней трубы и в.ыступом составляет (0,5 - 0,6)б, где Я - шаг между кольцевыми выступами на наружных трубах, б, - диаметр внутренней трубы,Кроме того, для интенсификации тепло- отдачи при установке рекуператора на вертикальном участке дымового канала, он может быть снабжен трубной доской, перпендикулярной теплообменным элементам и перфорированной отверстиями, размещенными соосно теплообменным элементам, причем диаметры отверстий в трубной доске уменьшаются по направлению к отверстию в дымовом канале, предназначенном для выхода дымовых газов,На фиг.1 представлен рекуператор, продольный разрез; на фиг.2 - рекунератор на вертикальном участке дымового канала, продольный разрез; на фиг.З - график зави 5 1195055510 20 25 симости среднего коэффициента теплоотдачи к воздуху. аот смещения д/Я при начальной скорости воздуха во внутренней трубе ЧЧ = 10 м/с; на фиг.4 - график зависи. мости коэффициента теплоотдачи к воздуху, истекающему из внутренней трубы, о от полусферического днища с выступом от величины зазора и между выступом и выходным концом внутренней трубы (6/ = 10 м/с).Рекуператор содержит воздухоподводящий коллектор А, воздухоотводящий коллектор В и теплообменные элементы С, Воздухоподводящий коллектор 1 А образован крышкой 1 с присоединенным к ней по центральной оси подводящим патрубком 2, боковыми стенками 3 - 6 разделительной стенкой 7 с отверстиями 8. Воздухоотводящий коллектор В образован боковыми стенками 3 - 6 с присоединенным к последней отводящим боковым патрубком 9, нижней стенкой 10 с отверстиями 11,Каждый теплообменный элемент С содержит закрепленную в отверстии 8 разделительной стенки 7 воздухоподводящего коллектора А внутреннюю трубу 12. Она выполнена с кольцевыми канавками 13 на на-, ружной поверхности, образующими кольцевые выступы 14 на внутренней поверхности, Коаксиально с внутоенней трубой 12 расположена наружная труба. 15. закрепленная верхним концом г отверстии 11 нижней стенки 10 воздухооводящего коллектора В. Она выполнена с кольцевыми канавками 13 на наружной поверхности, образукщими кольцевые выступы 14 на внутренней поверхности, Коаксиально с внутренней трубой 12 расположена наружная труба 15, закрепленная верхним концом в отвеостии 1 нижней стенки 10 воздухоотводящего коллектора В, Она выполнена с кольцевыми канавками 16 на наружной поверхности, образующими кольцевые выступы 17 на внутренней поверхности, выполненные с шагом Я. Причем выступы 17 располокены со сме цением относительно канавок 13, равным д:= (0,4-0.6)Я. Наружная труба 15 заглушена с нижнего торца полусферическим днищем 18,По центру наружной поверхности днища 18 выполнсна впадина 19, образующая на внутрен"ей поверхности днища выступ 20, и,:ичем зазор Ь, между выходным концом внутренней трубы.12 и выступом 20 составляет и = 0,5-0,6)д, где б - диаметр внутренней трубы,Рекуператор может быть снабжен трубной доской 21 с отверстиями 22, размещенными соосно теплгобменным элементам С, причем диаметры отверстий 22 выполнены уменьша:ощимися по направлю юо к отьер стию в дымовом канале 23, предназначенному для выхода дымовых газов.Выполнение кольцевых канавок и соответствующих им кольцевых выступов на трубах теплообменного элемент приводит к турбулизации пристенного слоя воздуха на внутренних стенках как внутренней, так и наружной труб за счет турбулизирующего воздействия кольцевых выступов, способствующих периодическому выбросу в основной поток порций воздуха из пристенного слоя, Наличие кольцевых канавок на наружной поверхности внутренней трубы, способствует образованию микровихрей в канавках и периодическому выбросу порций воздуха в пристенный слой, расположенный на наружной трубе, За счет размешения кольцевых канавок на наружной поверхности внутренней трубы со смещением д= (0,5 - 0,6)5 относительно выступов на наружной трубе происходит интенсивное перемешивание основного потока воздуха с воздухом, расположенным в пристенном слое. Это приводит к интенсификации теплообмена и повышению температуры подогрева воздухаВыполнение днища в виде полусферы с выступом в центре, расположенным с зазором по отношению к выходному концу внутренней трубы равным Ь = г 0.5 - 0,6)б, позволяет интенсифицировать теплообмен между вытекающей из внутренней тоубь; струей роэдуха и днищем, Интенсификация теплообмеяа на этом участке теплообменного элемента вызвана установкой выступа в центре полусферического днища, что приводит к уменьшению зоны заторможенного потока, которая образуется при ударе струи о днище,Полученные соотношения определены экспериментальным пут,м. При проведении экспериментов получены заявленные диапазоны оптимальных значений д и и, а также проведено сравнение показателей работы предлагаемого рекуператора с прототипом.Провед-ны исследования влияния взаимного расположения кольцевых канавок на гну ф:-:ней трубе предлагаемого рекуператора и кольцевых выступов на наружной трубе на средний коэффициент теплоотдачи к воздуху. Начальная скорость воздуха во внутренней трубе изменялась в пределах й =- 5-20 м/с, что соответствует диапазону скоростей, применяемому в промышленных рекуператорах, На модели рекуператора получены значения среднего коэффициента теплоогдачи для тех же скоростей воздуха. Полученные данные по зависимостиг, = :( д/3 ) для скаоасти воздуха Ю = 10м/с представлены в виде графика на фиг,з,Анализ данных, поедставленных 118фиг,э покязывяе 1, цтса максимальная интеггсификация теплаабмена достигается в диапазоне зна 81 ий смещения д= (0,5-0,65,чта саатьетствует зачеленнаму соатнашегию, При этом значения среднего коэффициента теплоатдячи у предлагаемогордкуператора на 25-;15%, выше, чем у граГ ) тИП П Ри Ой ке СКОРОСТИ ЕО ДУХЯГграеедены эксггериментялъные иссггедаеа 1 гия е 1 ияния велифлны 3830 ря междуВгходргым кан.гор 1 внутренн 8 й тргубьг и вь 1"ступам 1 я полусферическом днище ня каэффциент теплаатдаи ат днигца к воздуху.Я 8и 1 и1гги О1ф 11 С 81 Е Рг И Я Е аз гг У Ха И ЗвйутрерНей трубы 1 менилась е пределахЮ = 5 - 20 м/с, Ча мадери рекуператораПРОЛГатИПЯ ПОЛУЧЕНЫ ЗначЕНИЯ КазффИЦИЕНта теплоа грачи от днища к воздуху для техже скоростей истечения воздуха из внутреннг"1 трубы. Полученные дан гые по зависимости съ=- гп/б) для скорости истечениявоздуха 1 Ч =- 10 м/с представлены е видег;)афикя на фиг.4,Анализ данных, представленных нафиГ.4 ггаказы 1 Яет, чта максимальная инт 8 НсификЯЦия теплЗаб;ена ДастиГВется в Диапязо 118 з нече 11; 88 личины Зазорна гггд,э 0,6)0, Та соответствует заявленномуСЬОТОшениО, Грн эгЗм значения коэффициента тепдаотдечи о 1 днища к воздуху упредла гаема га оеупе рата ра на 12 - 14еьгшечем у прототипа при тай )ке скоростиеозДуа,Яки 1 образам, заявл 8 ннь 8 Диапазонысоотношения д = (О,-":О.б)3 и 1 = (0,5-0,6)ОПОЗЗОЛЯЮ 1 Маг;СИМЯЛЬНО ИНТ 8 НСИфИЦИРОвать теплаатдачу, Гга обеспегиеаег дас" н"жение гОставленной цели.Гри установке рекуперятаза е еерт;кЗльнам дьмаеам канал 8 тр 4 бчатые теплаабменные зл,;менты неравномерноомываются дынавыми газами, вследствиеодностороннего атоадя последних, Гегглоотдача к трубчатым тпглоабменньм элементам, расположенным у стенки дьрмавоГОканала, противоположной отверстию длявыхода дымовых газов, ниже, чем тег лоотдачя к трубчатым теплаобменным элементвм, гояспалаженным Олиж 8 к Ог в 8 рсти 1 О,установка трубной доски, перпенДикулярнай теплообменньгм элементам и перфорированной отверстиями, размегценньгмисоосг-.а теплаОбменным злем 8 нтам и имеющими диаметры, уменьшающиеся па направлению к отверстию для выходадымОВых Газов, позволяет Ор янизаея"ь 10 15 20 25 30 35 у 0 45 50 55 равномерное омывание трубчатыхтеплообменных элементов дымовыми газами и тем самьгм интенсифицировать теплаотдачу,Рекуператор работает следующим об- РЯЗОМ,Холодный воздух через патрубак 2 подают в еазДухопОДВОДЯЩий коллектор А, Откуда ан Ч 8 рез Отеерсти 51 9 разДелительнай стенки 7 поступает во вн тренние трубы 12 теплообменных элементов С, снабженные кольцевыми канавками 13 с образованием ня внутренней поверхности кольцевых выступое 14, Из вргутренн ГЙ трубы 12 воздух ггатекает на полусферическое днище 18 с выступам 20, плавно поворачивает на 180 и движется по кольцевой щели между внутренней трубой 12 и наружной 15, снабженной кольцевыми канавками 16, образуюЦими на внутренней поверхности тоубы кольцевые выступы г 7, Вследствие наличия заявляемого смецгерИя между кольцевыми канавками 13 и вьступами 17 происходит интенсивное перемешиеание воздуха из пристенного слоя и ядра потока, Из патрубка 9 еоздухоотводящего коллектора В воздух отводят из рекуператора,Зкономический эффект по сравнению с прототипом достигается за счет интенсификации теплоотдачи, вследствие чего температура нагрева воздуха повышается на 20-30% при прочих равных условиях, Зто ведет к повьшению экономии топлива в среднем на 7%. При расходе ваз 1 рхя на предлагаемом рекуператоре 1000 м /ч, что соответствует сжигянио 100 м/ч природного газа, трехсменном режиме работы рекуператора (т.е, 7500 ч в Гад) годовой экономический эффект ат использования предлагаемого рекуператоаа гго сравнению с прототипом составит1,957500 1001,9675001 ООО 1 ООО1.:а один рекуператор,Кроме того, предлагаемый рекуператор в отличие от аналога техналогичен в изготовлении, так как имеет одинаковый по длине трубы шаг и высоту накатки,Формула изобретения 1, Рекуператар, в (лючягащигг ьаздухаподводящий и ваздухоотвсдящий коллекторы и подключеннье к ним, установленные вЯзаходе, снабженном в ега боковых стен - ках входным.и выходным патрубкями, теплаабменные элементы, выполненные в виде внутренней и наружной труб, последняя из которых заглушена с торца с помощью днища, размещенного на заданном расстоянии от конца внутреннай трубы, о т л и ч аю рц и Й с я тем, что, с целью интенсификацги теплоатдячи, трубы выполнены с коль1695055 и = (0,5-0,6)б АпмЬыаРаздут сфЖ 7 ЪЮРруг цевыми канавками на наружных поверхностях с образованием соответствующих им выступов на внутренних поверхностях, причем кольцевые канавки на внутренних трубах расположены со смещением д относительно кольцевых выступов на наружных трубах, равным д =(0,4-0,6) Я, а днище выполнено полусферическим с центральным выступом вовнутрь тепло- сменного элемента, причем зазор й между концам внутренней трубы и выступом со- ставляет где Б шаг между кольцевыми ьысупами на наружных трубах;д - диаметр внутренней тоубы.2, Рекуператор по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации теплоатдачи при установке теплообменных элементов в вертикальном газоходе. снабженном входным патрубком в нижнем участке, а выходным патрубком - в боковой 10 стенке, он дополнительно снабжен размещенной поперек газохода перегородкой с отверстиями, а теплообменные элементы заведены в эти отверстия, причем последние выполнены с уменьшающимся в стого ну выходного патрубка диаметром.1695 О 55 рректор И, Муск Редактор Ю. Сер Заказ 4150 Тираж П ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наба,10 Производственно-издательский комбинат Патент", г. Уж Составител Техред М.М евероватал одписноеи открытиям при ГКНТ С

Смотреть

Заявка

4767839, 23.10.1989

ИНСТИТУТ ГАЗА АН УССР

СЕЗОНЕНКО БОРИС ДМИТРИЕВИЧ, ЕРИНОВ АНАТОЛИЙ ЕРЕМЕЕВИЧ, СКОТНИКОВА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА, ПОЛЕТАЕВ ЯРОСЛАВ БОРИСОВИЧ, ПИЛИПЕНКО РАИСА АНДРЕЕВНА, ХОРУНЖИЙ ЮРИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ, БЕЛОКОПЫТОВ ЯКОВ ИЛЬИЧ, МАХОВ ЛЕОНИД ПАВЛОВИЧ, ЕНА ВИТАЛИЙ АФАНАСЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: F23L 15/04

Метки: рекуператор

Опубликовано: 30.11.1991

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1695055-rekuperator.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Рекуператор</a>

Похожие патенты