ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА Российский патент 1995 года по МПК F28F1/36 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в энергетической промышленности.

Известна теплообменная труба с винтовым наружным оребрением, ребра которого имеют U-образную форму с центральной частью, закрепленной на поверхности трубы, и боковыми разрезными частями, причем центральная часть ребра выполнена из отдельных прямоугольных элементов, а боковые части из секторов, соединенных между собой со стороны большего радиуса и с прямоугольными элементами центральной части ребра со стороны меньшего радиуса, на боковых частях ребер в зоне соединения секторов выполнены дополнительные турбулизирующие элементы в виде равнобедренных треугольников, вершины которых направлены в сторону большего радиуса, расположенных под углом к плоскости боковой части ребра.

Однако из-за слабой турбулизации потока около боковой поверхности ребер и центральной трубы коэффициент теплоотдачи оребрения и трубы уменьшается и, как результат, поверхность теплообмена, приходящаяся на один виток оребрения, недостаточна, а в целом и величина теплообмена.

Цель изобретения интенсификация теплообмена.

Цель достигается тем, что в теплообменной трубе согласно изобретению турбулизирующие элементы снабжены отогнутыми пластинами в форме прямоугольников, плоскости которых расположены под углом к плоскостям этих элементов.

Интенсификация теплообмена достигается увеличением теплообмена, так как к площади ребер витка с двумя отогнутыми элементами добавляется площадь двух отогнутых пластин в форме прямоугольников, которыми снабжены упомянутые элементы, а также повышением теплоотдачи ребер трубы из-за повышенной турбулизации потока среды около боковой поверхности ребер и наружной поверхности трубы при обтекании отогнутых пластин, которые размещены вблизи трубы.

Использование отличительных признаков в известных устройствах не выявлено, поэтому предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена теплообменная труба, продольный разрез; на фиг. 2 та же труба, вид слева; на фиг. 3 лента после просечки отверстий; на фиг. 4, 5 и 6 показаны соответственно боковой, торцовой виды и вид сверху после придания ленте U-образной формы и отгиба треугольных элементов (вместе с пластинами); на фиг. 7, 8 и 9 соответственно боковой, торцовой виды и вид сверху ленты после дополнительного отгиба отогнутых пластин; на фиг. 10 показана намотка оребрения на трубу с креплением ленты.

Теплообменная труба 1 снабжена наружными ребрами 2, выполненными из ленты U-образной формы, причем боковые части 3 ребер имеют треугольные турбулизирующие элементы 4 из материала ленты, а центральная часть ленты, крепящаяся к трубе 1, состоит из отдельных прямоугольных элементов 5. Турбулизирующие элементы 4 снабжены отогнутыми пластинами 6 в виде прямоугольников, выполненными из материала ленты, причем плоскости отогнутых пластин 6 расположены под углом к плоскости турбулизирующих элементов 4.

Заготовка ленты состоит из прямоугольных элементов 5 и отгибаемых боковых частей 3 с отгибаемыми наружу турбулизирующими элементами 4 и пластинами 6. Турбулизирующие элементы 4 отделены прорезью 7 от боковых частей 3. Пластины 6, выполненные в виде прямоугольников, отделены прорезями 8 и 9 от прямоугольных элементов 5 и прорезями 10 друг от друга. Элементы 4 отбигаются по линии 11 под углом α к плоскости боковых частей 3, отогнутые пластины 6 отгибаются под углом β к плоскости элементов 4 по линии 12.

Турбулизирующие элементы 4 выполнены в виде равнобедренных треугольников, одна сторона каждого треугольника образована прорезью 7, другая (равная первой) линией 11 отгиба, а основание линией 12 отгиба. Пластины 6 выполнены в виде прямоугольников и отделены от элементов 5 (центральной части ленты) прорезями 8, 9, 10, четвертая сторона прямоугольника линия 12 отгиба. Наружные края ленты могут быть отогнуты. Прорези 7 и линии 11 отгиба образуют сектора, формирующие боковые части 3 ребер 2. Лента крепится к трубе 1 контактной сваркой с помощью ролика 13.

Теплообменная труба работает следующим образом.

В трубу 1 подается, например, охлажденная среда, снаружи трубы 1 протекает охлаждающая среда. Тепловой поток за счет повышенной площади теплообмена и повышенной теплоотдачи оребрения 2 и трубы 1 (так как дополнительные пластины 6 расположены вблизи трубы и турбулизуют поток около нее) при пониженных значениях температурного напора направляется от среды внутри трубы через нее и оребрение 2 к охлаждающей среде, т.е. ведется интенсивный теплобмен, так как оребрение имеет повышенную площадь теплообмена на каждый виток (т.е. на каждый погонный метр трубы). Оребрение 2 формируют путем просечки в ленте прорезей 7, 8, 9 и 10, последующего придания ленте U-образной формы с отгибом треугольных элементов 4 и последующим отгибом пластин 6 в форме прямоугольников, навивая ленты на трубу, и крепления элементов 5 к трубе контактной сваркой с помощью ролика.

По сравнению с прототипом предлагаемая теплообменная труба обладает увеличенной поверхностью теплообмена на один виток оребрения, повышенной эффективностью теплообмена за счет турбулизации потока около оребрения и трубы, уменьшенным расходом металла на единицу площади теплообмена, так как у прототипа материал, из которого в заявленном решении выполняются отогнутые пластины, идет в отходы при формировании центрального прямоугольного отверстия.

При наружном диаметре D оребрения и наружном диаметре d трубы:
площадь двух ребер одного витка (в первом приближении)
F_в=2 (D²-d²)
разность длин окружностей наружного оребрения и трубы (т.е. суммарная длина оснований треугольных отогнутых элементов)
L π ˙ (D d),
высота треугольника h (D d)/2,
общая площадь треугольных отогнутых элементов
F_э= 2
площадь дополнительных отогнутых пластин при расстоянии между ребрами U-образной ленты l 0,5d
F_o π ˙ (D d) 0,5d (D d)d.

Увеличение площади теплообмена за счет дополнительных отогнутых пластин
ΔF ,
при D 2d увеличение площади теплообмена
ΔF₁0,25=25%
при D 4d увеличение площади теплообмена
ΔF₂=0,125=12,5%

Использование: в теплообменной аппаратуре, в частности в энергетической промышленности. Сущность изобретения: в теплообменной трубе 1, снабженной наружными ребрами 2, выполненными из ленты U-образной формы, боковые части 3 ребер 2 имеют треугольные отогнутые турбулизирующие элементы 4 из материала ленты, причем элементы 4 снабжены отогнутыми пластинами в виде прямоугольников, выполненных также из материала ленты. 10 ил.

ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА с винтовыми наружными ребрами U-образной формы с центральной частью, закрепленной на поверхности трубы и выполненной из отдельных прямоугольных элементов, а также боковыми разрезными частями в виде секторов, соединенных между собой со стороны большего радиуса и с прямоугольными элементами центральной части ребра, причем в зоне соединения секторов установлены турбулизирующие элементы в виде равнобедренных треугольников, направленных вершиной в сторону большего радиуса и расположенных под углом к плоскости боковой части ребра, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса теплообмена, турбулизирующие элементы снабжены отогнутыми прямоугольными пластинами, плоскости которых расположены под углом к плоскостям упомянутых элементов.