ВЕРТИКАЛЬНАЯ ТРУБА КОНДЕНСАТОРА Российский патент 1994 года по МПК F28F1/06 

Изобретение относится к элементам конструкции теплообменных аппаратов, используемых для конденсации пара в энергетике и химической промышленности.

Известны вертикальные продольно-ребренные теплообменные трубы с мелким наружным оребрением и со скругленными вершинами ребер [1] , которые позволяют в зависимости от применяемых сред и геометрий оребрения увеличить в 1,5. . . 6 раз средние значения коэффициентов теплоотдачи, отнесенных к полной площади поверхности теплообмена.

Недостатком известной конструкции является резкое снижение коэффициента теплоотдачи наружной поверхности при приближении толщины ручья к глубине межреберной канавки и, особенно, при полном затоплении поверхности ребер конденсатным ручьем.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является вертикальная труба конденсатора [2] с наружным продольным оребрением, дополнительно снабженная по крайней мере одной проточкой, выполненной на поверхности ребер с наклоном вниз, и кольцевым козырьком, установленным верхней кромкой в проточку с образованием зазоров между основанием ребер и козырьком.

Недостатком такой теплообменной трубы является низкий коэффициент теплоотдачи с ее внутренней стороны вследствие гладкой поверхности последней.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена и повышение надежности при давлении внутри трубы, превышающем внешнее давление.

Указанная цель достигается тем, что предложенная вертикальная труба конденсатора, имеющая наружные продольные ребра по меньшей мере на участке между трубными решетками и по меньшей мере один кольцевой козырек, охватывающий ее снаружи с зазором между его верхней кромкой и основанием ребер, выполнена гофрированной с образованием на упомянутом участке внутренних продольных ребер и снабжена поперечными кольцами, равномерно и с натягом установленными по ее высоте, плотно прилегая внутренними поверхностями к вершинам каждого наружного ребра, при этом вершины по меньшей мере части наружных ребер жестко соединены с кольцами, а верхняя кромка козырька выполнена с профилем, соответствующим профилю наружных ребер, с образованием лепестков, размер каждого из которых не больше половины высоты этих ребер, причем каждый лепесток расположен между смежными ребрами с зазором к ним, симметричным относительно его оси и увеличивающимся от периферии к центру.

Анализ известных технических решений в исследуемой области, т. е. теплообменных элементов конденсатора, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками, описывающими заявляемую вертикальную трубу конденсатора, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

В частности, не известны вертикальные трубы конденсатора, которые были бы выполнены гофрированными с образованием на участке между трубными решетками внутренних продольных ребер и снабжены поперечными кольцами, равномерно и с натягом установленными по ее высоте, плотно прилегая внутренними поверхностями к вершинам каждого наружного ребра, при этом вершины по меньшей мере части наружных ребер были бы жестко соединены с кольцами, а верхняя кромка козырька была бы выполнена с профилем, соответствующим профилю наружных ребер, с образованием лепестков, размер каждого из которых не больше половины высоты этих ребер, причем каждый лепесток был бы расположен между смежными ребрами с зазором к ним, симметричным относительно его оси и увеличивающимся от периферии к центру.

На фиг. 1 изображена вертикальная труба конденсатора; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 3.

Вертикальная труба конденсатора, имеющая продольные ребра 1 по крайней мере на участке между трубными решетками и по меньшей мере один кольцевой козырек 2, охватывающий ее снаружи с зазором 3 между его верхней кромкой 4 и основанием ребер 1, выполнена гофрированной с образованием на упомянутом участке внутренних продольных ребер 5 и снабжена поперечными кольцами 6, равномерно и с натягом установленными по ее высоте, плотно пpилегая внутренними поверхностями к вершинам 7 каждого наружного ребра 1, при этом вершины 7 по меньшей мере части наружных ребер 1 жестко соединены с кольцами 6, а верхняя кромка 4 козырька 2 выполнена с профилем, соответствующим профилю наружных ребер 1, с образованием лепестков 8, размер каждого из которых не больше половины высоты ребер 1, причем каждый лепесток 8 расположен между смежными ребрами 1 с зазором 9 к ним, симметричным относительно его оси 10 и увеличивающимся от периферии к центру.

При этом внутренняя поверхность каждого кольца 6 может быть выполнена цилиндрической с радиусом r₁, меньшим наружного радиуса r₂ трубы на величину, не превышающую половины высоты наружных ребер 1, и имеющей канавки 11 с профилем, соответствующим вершинам 7 последних (фиг. 3).

Козырек 2 может быть выполнен за одно целое с поперечным кольцом 6, верхний торец 12 и наружная поверхность 13 которого имеют форму усеченного конуса, обращенного вершиной к верху трубы (фиг. 4).

Вертикальная труба конденсатора работает следующим образом.

Конденсация пара происходит на наружной поверхности трубы. При этом выполнение последней гофрированной с образованием по крайней мере на участке между трубными решетками внутренних продольных ребер 5 приводит к резкому увеличению поверхности теплообмена с внутренней стороны трубы, благодаря чему возрастает коэффициент теплоотдачи. Для повышения надежности трубы при давлении внутри нее, превышающем внешнее давление, она снабжена поперечными кольцами 6, равномерно и с натягом установленными по высоте трубы. Кольца 6 приводят к дополнительной интенсификации теплообмена на наружной поверхности трубы за счет их турбулизирующего воздействия на обтекающий трубу пар. Исключение возможного перемещения поперечных колец 6 в осевом направлении трубы достигается жестким соединением вершин 7 по меньшей мере части наружных ребер 1 с кольцами 6.

Кольцевой козырек 2 служит для сброса излишков конденсата, стекающего по межреберным канавкам вниз, и тем самым обеспечивает увеличение коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности трубы. Выполнение верхней кромки 4 козырька 2 с профилем, соответствующим профилю наружных ребер 1, с образованием лепестков 8, размер каждого из которых не больше половины высоты ребер 1, при этом каждый лепесток 8 расположен между смежными ребрами 1 с зазором 9 к ним, симметричным относительно его оси 10 и увеличивающимся от периферии к центру, обеспечивает надежный пропуск вниз части ручья конденсата и предотвращает деформацию лепестков при работе трубы при возможном смещении вершин 7 ребер 1.

Величина зазора между лепестком 8 и смежными ребрами 1, между которыми он расположен, а также количество козырьков 2 и расстояние между ними выбираются из условия достижения максимального коэффициента теплоотдачи. Кольцевой козырек 2 нижней поверхностью может прилегать к одному из поперечных колец 6.

С целью увеличения жесткости конструкции и предотвращения при работе трубы возможного перемещения в "горизонтальной плоскости" вершин 7 отдельных ребер 1 вследствие деформации оребрения внутренняя поверхность каждого кольца 6 может выполняться цилиндрической с радиусом r₁, меньшим наружного радиуса r₂ трубы на величину, не превышающую половину высоты наружных ребер 1, и имеющей канавки 11 с профилем, соответствующим вершинам 7 последних. Выполнение канавок 11 на внутренней поверхности кольца 6 глубиной, не превышающей половину высоты наружных ребер 1, обеспечивает надежный пропуск стекающего ручья конденсата по межреберной канавке под кольцо 6 и далее в низ конденсатора.

Роль козырька 2 может выполнять поперечное кольцо 6, для чего козырек выполняется за одно целое с кольцом 6. При этом для обеспечения надежного сброса конденсата с кольца 6 его верхний торец 12 и наружная поверхность 13 имеют форму усеченного конуса, обращенного вершиной к верху трубы.

Использование данной вертикальной трубы конденсатора позволяет интенсифицировать теплообмен за счет увеличения коэффициента теплопередачи, повысить надежность при уменьшении толщины стенки и давлении внутри трубы, превышающем внешнее давление, за счет установки поперечных колец, а также существенно уменьшить габариты и массу конденсатора.

Использование: в теплообменных аппаратах для конденсации пара, применяемых в энергетике и химической промышленности. Сущность изобретения: для интенсификации теплообмена и повышения надежности при давлении внутри трубы, превышающем внешнее давление, труба выполнена гофрированной с образованием внутренних продольных 5 и наружных 1 ребер и снабжена поперечными кольцами 6, равномерно установленными по ее высоте, прилегая внутренними поверхностями к вершинам ребер 1. При этом вершины части ребер 1 жестко соединены с кольцами 6, а верхняя кромка 4 козырька 2 выполнены с профилем, соответствующим профилю ребер 1, с образованием лепестков 8, размер каждого из которых не больше половины высоты ребер 1. Каждый лепесток 8 расположен между смежными ребрами 1 с зазором к ним, симметричным относительно его оси и увеличивающимся от периферии к центру. Внутренняя поверхность каждого кольца может быть выполнена цилиндрической с радиусом, меньшим наружного радиуса трубы на величину, не превышающую половину высоты ребер 1, и имеет канавки с профилем, соответствующим вершинам 7 последних. 4 ил.

ВЕРТИКАЛЬНАЯ ТРУБА КОНДЕНСАТОРА, имеющая наружные продольные ребра по меньшей мере на участке между трубными решетками и, по меньшей мере один кольцевой козырек, охватывающий ее снаружи с зазором между его верхней кромкой и основанием ребер, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации теплообмена и повышения надежности при давлении внутри трубы, превышающем внешнее давление, она выполнена гофрированной с образованием на упомянутом участке внутренних продольных ребер и снабжена поперечными кольцами, равномерно и с натягом установленными по ее высоте, плотно прилегая внутренними поверхностями к вершинам каждого наружного ребра, при этом вершины по меньшей мере части наружных ребер жестко соединены с кольцами, а верхняя кромка козырька выполнена с профилем, соответствующим профилю наружных ребер, с образованием лепестков, размер каждого из которых не больше половины высоты этих ребер, причем каждый лепесток расположен между смежными ребрами с зазором к ним, симметричным относительно его оси и увеличивающимся от периферии к центру.