ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА Российский патент 1994 года по МПК F28F1/24 F28B1/06 

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам и может быть использовано в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых труб.

Известна горизонтальная теплообменная труба конденсатора с поперечным оребрением на наружной поверхности. На поперечных ребрах происходит конденсация рабочего тела (пара). Указанные ребра по сравнению с гладкой наружной поверхностью трубы 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-за малого наклона межреберных канавок, приводящего к малой скорости конденсата в них, работает неэффективно, а нижняя часть покрыта пленкой конденсата. Поэтому максимальная интенсификация теплообмена на горизонтальных трубках с поперечными ребрами достигает не более 100-120% , в то время как для вертикальных труб с продольным оребрением она достигает 500-600% .

Известен также конденсатор, содержащий теплообменные элементы, включающие теплообменные трубы с установленными над ними желобами с отверстиями в нижней части, соединенными с ребрами, боковые поверхности которых выполнены вогнутыми, а торцы желобов снабжены поперечными перегородками.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент теплоотдачи из-за гладкой нижней трубы и необходимость установки теплообменного элемента, а следовательно, и конденсатора строго горизонтально для обеспечения надежного и равномерного выхода конденсата из отверстий желоба.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому теплообменному элементу горизонтального конденсатора является горизонтальная труба конденсатора, содержащая примыкающую к ее донной части профильную пластину, которая в поперечном сечении имеет профиль, состоящий из монотонно сужающегося книзу участка и примыкающего к нему расширенного участка, причем высота пластины равномерно изменяется вдоль трубы по крайней мере на части длины трубы.

Недостатком известной конструкции является низкий коэффициент теплоотдачи, так как верхняя часть трубы из-за малого наклона межреберных канавок, приводящего к малой скорости конденсата в них, а также вследствие формирования ручья на части длины канавки работает неэффективно.

Цель изобретения - повышение коэффициента теплоотдачи.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции теплообменного элемента горизонтального конденсатора, содержащего трубу с поперечными ребрами и канавками на наружной поверхности, элемент содержит расположенный над трубой желоб, имеющий более широкую верхнюю ступень и более узкую нижнюю ступень, высота которой превышает высоту ребер трубы, а также торцевые и промежуточные перегородки, высота которых меньше высоты боковых сторон этого желоба, а в ребрах верхней части трубы выполнен продольный паз, глубиной равной высоте ребер, в котором закреплена вышеупомянутая нижняя ступень желоба, причем промежуточные перегородки расположены в плоскости ребер трубы, а на участке верхней ступени желоба, примыкающем к нижней ступени, выполнены отверстия, сообщающие полость желоба с канавками трубы, расположенные между промежуточными перегородками.

Сопоставительный анализ известных технических решений - аналогов и прототипа - в исследуемой области, т. е. элементов теплообменных аппаратов, используемых для конденсации пара, позволяет сделать вывод, об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками, описывающими предлагаемый теплообменный элемент горизонтального конденсатора, и признать предлагаемое решение соответствующий критерию "существенные отличия".

В частности, не известны теплообменные элементы горизонтального конденсатора, в которых элемент содержал бы расположенный над трубой желоб, имеющий более широкую верхнюю ступень и более узкую нижнюю ступень, высота которой превышает высоту ребер трубы, а также торцевые и промежуточные перегородки, высота которых меньше высоты боковых сторон этого желоба, а в ребрах нижней части трубы выполнен продольный паз глубиной, равной высоте ребер, в котором закреплена вышеупомянутая нижняя ступень желоба, причем промежуточные перегородки расположены в плоскости ребер трубы, а на участке верхней ступени желоба, примыкающем к нижней ступени, выполнены отверстия, сообщающие полость желоба с канавками трубы, расположенные между промежуточными перегородками.

На фиг. 1 представлен предложенный теплообменный элемент горизонтального конденсатора; на фиг. 2 - вид сверху на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 на фиг. 4 - боковой вид желоба 4.

В теплообменном элементе горизонтального конденсатора (см. фиг. 1, 2, 3), содержащем трубу 1 с поперечными ребрами 2 и канавками 3 на наружной поверхности, элемент содержит расположенный над трубой 1 желоб 4, имеющий более широкую ступень 5 и более узкую нижнюю ступень 6, высота h_н.с. которой превышает высоту h_р ребер трубы 1, а также торцевые 7 и промежуточные 8 перегородки, высота h_п которых меньше высоты h_ж боковых сторон 9 этого желоба 4, а в ребрах 2 верхней части трубы 1 выполнен продольный паз 10 (см. фиг. 2) глубиной, равной высоте h_р ребер 2, в котором закреплена вышеупомянутая нижняя ступень 6 желоба 4, причем промежуточные перегородки 8 расположены в плоскости ребер 2 трубы 1, а на участке верхней ступени 5 желоба 4, примыкающем к нижней ступени 6, выполнены отверстия 11, сообщающие полость желоба 4 с канавками 3 трубы 1 (см. фиг. 1, 2, 3), расположенные между промежуточными перегородками 8.

При этом у элемента на внешних боковых поверхностях 12 нижней ступени 6 желоба 4 на участке выше ребер 2 трубы 1 могут быть выполнены продольные выступы 13 (см. фиг. 1, 4), расположенные в плоскости этих ребер 2, причем отверстия 1 верхней ступени 5 желоба 4 выполнены в промежутках между выступами 13.

Теплообменный элемент горизонтального конденсатора (см. фиг. 1, 2, 3) работает следующим образом. Конденсат, стекающий с донной части вышерасположенной трубы 1 теплообменного элемента в желоб 4 нижерасположенного теплообменного элемента конденсатора, вытекает через отверстия желоба 4 и движется по боковым сторонам 9 этого желоба 4 вниз к канавкам 3, а затем под действием сил тяжести и накопленной кинетической энергии движется по последним 3 и далее - в донную часть трубы 1. Движущийся по канавкам 3 с определенной скоростью конденсат ускоряет процесс стягивания пленки сконденсированного пара с поверхности ребер 2 и уменьшает толщину указанной пленки. При этом обеспечиваются одинаковые условия конденсации пара на наружной поверхности трубы 1 независимо от ее расположения в трубном пучке конденсатора, так как количество поступающего конденсата из отверстий желоба в канавки 3 каждой трубы пучка примерно одинаково и определяется точностью изготовления отверстий желоба, высотой промежуточных перегородок 8 и расстоянием между ними (зависит от возможного монтажного угла наклона конденсатора). Излишки конденсата, стекающего в желоб теплообменного элемента, через торцевые 7 перегородки последнего переливаются на трубные доски и стекают вниз конденсатора. Наличие промежуточных перегородок 8 желоба 4 обеспечивает надежную подачу конденсата через отверстия 11 последнего в канавки 3 трубы 2, так как при установке труб в трубные доски и монтаже конденсатора на штатное место образуется некоторый наклон труб 1 к горизонту. Расстояние между смежными промежуточными перегородками 8 зависит от длины трубы 1 теплообменного элемента и возможного угла ее наклона в работающем конденсаторе. При этом высота промежуточных перегородок 8 не должна превышать высоту торцевых перегородок 7 желоба, а величина превышения высоты боковых сторон 9 желоба 4 над торцевыми перегородками 7 зависит от количества сливаемого через них конденсата и габаритов самого желоба.

При высоте h_н.с. нижней ступени 6 желоба 4 близкой к высоте h_р ребер трубы 1 боковая сторона 9 указанной ступени выполняется гладкой, так как вытекающий конденсат из отверстий 11 желоба 4 непосредственно попадает в соответствующую канавку 3 трубы 1.

С целью увеличения начальной скорости ручья конденсата на выходе в канавку 3 трубы 1, а соответственно интенсификации теплообмена на наружной поверхности последней, нижняя ступень 6 желоба 4 может иметь увеличенную высоту (см. фиг. 2, 4) по сравнению с высотой h_р ребра 2 трубы 1. В этом случае для обеспечения равномерного распределения вытекающего через отверстия 11 желоба 4 конденсата по канавкам 3 трубы 1, а также дополнительного увеличения скорости его необходимо, чтобы стекающий по боковой стороне 9 желоба 4 конденсат к канавкам 3 двигался не в виде пленки, а в форме оформившегося ручья, для чего с обеих сторон желоба 4 выполняются продольные выступы 13 (см. фиг. 1, 4), расположенные в плоскости ребер 2.

Увеличенная высота боковой стороны нижней ступени желоба может оказывать на теплоотдачу такое суммарное влияние, как увеличение количества труб 1 при отсутствии над ними желоба, т. е. коэффициент теплоотдачи в первом случае может возрастать в 2 и более раз по сравнению с последним.

Труба 1 теплообменного элемента может иметь не только поперечное, но и спиральное оребрение. Диаметр отверстий и высота промежуточных перегородок желоба, высота нижней ступени последнего зависят от тепловой нагрузки конденсатора, высоты ребер трубы элемента и выбираются такими, чтобы обеспечить безотрывное от поверхности канавок трубы и желоба стекание конденсата и эффективное стягивание пленки конденсата с ребер трубы. Ориентировочное значение диаметра отверстий желоба определяется из соотношения d = (0,15-0,35)˙ h_р, где h_р - высота ребра трубы. При любых изменениях тепловой нагрузки конденсатора увеличение расхода конденсата сверх оптимального, обеспечивающего наивысший коэффициент теплоотдачи, не произойдет, так как излишки его переливаются через торцевые перегородки желоба вниз конденсатора.

Жесткое соединение желоба с трубой осуществляется при помощи контактной сварки основания первого с днищем паза трубы теплообменного элемента или путем приварки желоба в ряде промежуточных зонах по длине трубы, для чего в основании желоба выполняются отверстия, расположенные с интервалом друг от друга, через которые осуществляется сварка последнего с трубой элемента. Кроме того, после закрепления желоба 4 на трубе 1 с помощью сварки может быть выполнен продольный сварочный шов, соединяющий обе боковые стороны 9 изнутри желоба нижней ступени 6 в зоне перехода последней в верхнюю ступень 5 желоба (см. фиг. 2), для чего перед сваркой боковые стороны 9 нижней ступени 6 в ее верхней части сводят друг к другу.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи от пара к наружной поверхности трубы теплообменного элемента и тем самым интенсифицировать процесс теплообмена за счет обеспечения равномерной и с повышенной скоростью подачи конденсата в канавками трубы элемента. (56) 1. Риферт В. Г. , Бобе Л. С. Интенсификация теплопередачи в конденсаторах пара. Общество "Знание", Украинской ССР, Киев, 1985, с. 7-11, рис. 3, в.

2. Авторское свидетельство СССР N 1661561, кл. F 28 В 1/10, 1989.

Использование: в теплообменных аппаратах и в конденсаторах паровых турбин. Сущность изобретения: в теплообменном элементе горизонтального конденсатора, содержащем трубу 1 с поперечными ребрами 2 и канавками на наружной поверхности, над трубой 1 расположен желоб 4, имеющий более широкую верхнюю ступень 5 и более узкую нижнюю ступень 6, высота которой превышает высоту ребер трубы 1, а также торцевые и промежуточные 8 перегородки, высота которых меньше высоты боковых сторон 9 этого желоба 4, а в ребрах 2 верхней части трубы 1 выполнен продольный паз 10, в котором закреплена вышеупомянутая нижняя ступень 6 желоба 4, причем промежуточные перегородки 8 расположены в плоскости ребер 2 трубы 1, а на участке верхней ступени 5 желоба 4, примыкающем к нижней ступени 6, выполнены отверстия 11, сообщающие полость желоба 4 с канавками трубы 1, расположенные между промежуточными перегородками 8. При этом у элемента на внешних боковых поверхностях нижней ступени 6 желоба 4 на участке выше ребер 2 трубы 1 могут быть выполнены продольные выступы. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА, содержащий трубу с поперечными ребрами и канавками на наружной поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента теплоотдачи, элемент дополнительно содержит расположенный над трубой желоб, имеющий более широкую верхнюю ступень и более узкую нижнюю ступень с высотой, превышающей высоту ребер трубы, а также торцевые и промежуточные перегородки, имеющие высоту, меньшую высоты боковых сторон этого желоба, а в ребрах верхней части трубы выполнен продольный паз глубиной, равной высоте ребер, в котором закреплена упомянутая нижняя ступень желоба, причем промежуточные перегородки расположены в плоскости ребер трубы, а на участке верхней ступени желоба, примыкающем в нижней ступени, выполнены отверстия, сообщающие полость желоба с канавками трубы и расположенные между промежуточными перегородками. 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что на внешних боковых поверхностях нижней ступени желоба на участке выше ребер трубы выполнены продольные выступы, расположенные в плоскости этих ребер, причем отверстия верхней ступени желоба размещены в промежутках между выступами.