ТЕПЛООБМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ Российский патент 1998 года по МПК F28F1/14 

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к теплообменным поверхностям из оребренных труб с продольным движением теплоносителей, и направлено на повышение интенсивности теплообмена между теплоносителями, снижение массогабаритных характеристик теплообмена.

Известна теплообменная поверхность, состоящая из труб с петельно-проволочным оребрением и поперечно омываемая снаружи теплоносителем [1].

Недостатком такой поверхности является низкая интенсивность теплообмена в сравнении с условиями продольного омывания внешним теплоносителем труб с петельно-проволочным оребрением [2]. Также недостатком такой поверхности являются повышенные массогабаритные характеристики из-за наличия свободных промежутков-каналов между трубами с петельно-проволочным оребрением.

Известна теплообменная поверхность, состоящая из труб с петельно-проволочным оребрением, продольно омываемая снаружи теплоносителем [3] - (прототип).

Недостатком такой поверхности является низкая интенсивность теплообмена, так как теплоотдача на наружной поверхности труб с петельно-проволочным оребрением в данном случае ниже [3], чем теплоотдача этих же труб, заключенных в кожух [2]. К недостаткам относятся также повышение массогабаритные характеристики из-за наличия промежутков-каналов между трубами с петельно-проволочным оребрением.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении интенсивности теплообмена между теплоносителями и снижении массогабаритных характеристик теплообменной поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что в теплообменной поверхности, состоящей из продольно омываемых труб с петельно-проволочным оребрением:
-в промежутках-каналах между окружностями наружных образующих петельно-проволочного оребрения установлены трубы, имеющие продольное оребрение;
- продольное оребрение может быть выполнено из четырех ребер желобкового вида, изогнутых во внутреннюю полость желобков, расположенных на трубе крестообразно и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб;
- продольное оребрение может быть выполнено из четырех изогнутых ребер, соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб;
- продольное оребрение может быть выполнено комбинированным из четырех ребер желобкового вида, изогнутых во внутреннюю полость желобков, расположенных на трубе крестообразно, направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб и четырех изогнутых ребер, соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб,
- поверхность продольного оребрения может быть выполнена гладкой,
- поверхность продольного оребрения может иметь искусственную шероховатость в виде перфорации, впадин, выступов или накатки.

Для других технических решений, известных из уровня техники, авторами обнаружено не было. Таким образом, наше техническое решение соответствует критерию "Новое".

Известны теплообменная поверхность, содержащая трубы с петельно-проволочным оребрением и омываемая теплоносителем снаружи поперечно [1], одиночная труба с петельно-проволочным оребрением, заключенная в кожух, продольно омываемая теплоносителем [2], и теплообменная поверхность, состоящая из труб с петельно-проволочным оребрением, омываемая теплоносителем продольно [3]. Известно выполнение поверхности продольного оребрения гладким или же с целью увеличения интенсивности теплообмена шероховатым.

Однако использование совокупности отличительных признаков для повышения интенсивности теплообмена между теплоносителями, снижения массогабаритных характеристик теплообменной поверхности авторами обнаружено не было. Таким образом, можно сделать вывод, что предлагаемое изобретение имеет "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение "Промышленно применимо", так как может быть использовано в промышленности, в частности в теплотехнике, в подогревателях газа на тепловых электростанциях [4] в технологической схеме газотурбинных установок - в качестве воздухоохладителя, устанавливаемого после компрессора высокого давления [5].

На фиг. 1, 2, 3 показано 1 - теплообменные трубы с петельно-проволочным оребрением, 2 - петельно-проволочное оребрение, 3 - трубы с продольным оребрением, 4 - продольные ребра желобкового вида, изогнутые во внутренние полости желобков, расположенные на трубе крестообразно, 5 - каналы среди петельно-проволочного оребрения, 6 - каналы между продольными ребрами, 7 - продольные изогнутые ребра.

Таким образом, между трубами 1 с петельно-проволочным оребрением 2 установлены теплообменные трубы 3 с продольными ребрами 4 и 7. Петельно-проволочное оребрение 2 содержит каналы 5, между продольными ребрами 4 и 7 имеются каналы 6 для движения внешнего теплоносителя. Внутренний теплоноситель проходит через внутренние полости труб 1 и 3. Продольное оребрение может быть выполнено из четырех ребер желобкового вида 4 (фиг. 1), изогнутых во внутреннюю полость желобков, из четырех изогнутых ребер 7 (фиг. 2), соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения, из комбинации (фиг. 3) четырех ребер желобкового вида 4, изогнутых во внутреннюю полость желобковых и четырех изогнутых ребер 7, соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения 2. У изогнутых ребер 7 радиус кривизны подобран таким образом, что они образуют плотный цилиндрический кожух вокруг петельно-проволочного оребрения 2 каждой трубы 1. Плотный цилиндрический кожух обеспечивает прохождение внешнего теплоносителя через каналы 5 среди петельно-проволочного оребрения 2 таким образом, что создаются условия, аналогичные изложенным в [2].

Устройство работает следующим образом.

Теплообменные трубы 1 с петельно-проволочным оребрением 2 создают теплообменную поверхность, содержащую каналы 5 среди петельно-проволочного оребрения 2 и промежутки-каналы между наружной образующей петельно-проволочного оребрения. В этих промежутках-каналах установлены теплообменные трубы 3 с продольными ребрами 4 и 7, содержащие каналы 6 между продольными ребрами 4 и 7. Через внутренние полости труб 1 и 3 проходит внутренний теплоноситель. Через каналы 5 и 6 продольно движется внешний теплоноситель, смывая теплообменные трубы 1 с петельно-проволочным оребрением 2 и продольными ребрами 4 и 7. За счет того, что интенсивность теплообмена между внешним теплоносителем и трубами 1 с петельно-проволочным оребрением 2, заключенным в кожухи, состоящем из изогнутых ребер 7, увеличивается, согласно экспериментальным данным [2] в 1,2 раза (фиг. 2, 3), а также интенсивность теплообмена увеличивается за счет перераспределения расходов внешнего теплоносителя между каналами 6 и 5 в пользу последних (фиг. 1), снижаются массогабаритные характеристики теплообменной поверхности. Снижение массогабаритных характеристик теплообменной поверхности происходит и из-за того, что заполняются промежутки-каналы между петельно-проволочными оребрением 2 труб 1 теплообменными трубами 3 с продольным оребрением 4 и 7.

Продольное оребрение 4 и 7 теплообменных труб 3 может быть выполнено гладким или иметь искусственную шероховатость для увеличения интенсивности теплообмена. Искусственная шероховатость может быть выполнена в виде перфорации, впадин, выступов или накатки.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: повышение интенсивности теплообмена между теплоносителями, сжигание массогабаритных характеристик теплообменников обеспечивается тем, что теплообменная поверхность состоит из продольно омываемых теплоносителями чередующихся труб с петельно-проволочным оребрением 2 и труб 3 с продольным оребрением, которое может быть выполнено из четырех ребер 4 желобкового вида, изогнутых во внутреннюю полость желобков, расположенных на трубе 3 крестообразно и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением 2 смежных труб 1 или четырех изогнутых ребер, соединенных с трубами 3 в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения 2, направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб 1, а также - из комбинации четырех ребер желобкового вида, изогнутых во внутреннюю полость желобков, направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением 2 смежных труб 1 и четырех изогнутых ребер, соединенных с трубами 3 в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения 2 и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб. Продольное оребрение 4 может быть выполнено гладким или иметь искусственную шероховатость в виде перфорации, впадин, выступов или накатки. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Теплообменная поверхность, включающая продольно омываемые трубы с петельно-проволочным оребрением, отличающаяся тем, что в промежутках-каналах между окружностями наружных образующих петельно-проволочного оребрения установлены трубы, имеющие продольное оребрение. 2. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что продольное оребрение выполнено из четырех ребер желобкового вида, изогнутых во внутреннюю полость желобков, расположенных на трубе крестообразно и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб. 3. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что продольное оребрение выполнено из четырех изогнутых ребер, соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения, и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб. 4. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что продольное оребрение выполнено комбинированным из четырех ребер желобкового вида, изогнутых во внутреннюю полость желобков, расположенных на трубе крестообразно, направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб и четырех изогнутых ребер, соединенных с трубами в средней части линии гиба, имеющих радиус кривизны, равный радиусу окружности наружной образующей петельно-проволочного оребрения, и направленных вершинами в промежутки между петельно-проволочным оребрением смежных труб. 5. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что поверхность продольного оребрения выполнена гладкой. 6. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что поверхность продольного оребрения имеет искусственную шероховатость в виде перфорации, впадин, выступов или накатки.