Теплообменный элемент типа "труба в трубе Советский патент 1984 года по МПК F28D7/12 

Изобретение относится к теплознергетике и может быть использовано в парогенераторах и других высоконапряженных теплообменниках. Известен теплообменный элемент типа «труба в трубе, в котором для интенсификации процесса теплообмена внутренняя труба , выполнена с переменной толщиной стенки, ступенчато изменяющейся по ходу среды 1.. Недостатки известного теплообменного элемента - повышенное гидравлическое сопротивление элемента в повороте и в кольцевом пространстве между трубами, обусловленное ступенчатой конструкцией внутренней трубы и наличием зон вихреобразования в кольцевом повороте, сравнительно низкая интенсивность теплообмена между нагреваемой и греющей средой и невысокие значения величины выходного паросодержания при использовании теплообменного элемента в парогенераторах. Известен также теплообменный элемент типа « труба в трубе, содержащий внутреннюю опускную трубу и наружную трубу, заглушенную с одной стороны крышкой, внутренняя поверхность которой образована вращением дуги окружности относительно оси трубы 2. Недостатком данного теплообменного элемента также является невысокое выходное паросодержание. Цель изобретения - повышение выходного паросодержания при использовании элемента в высоконапряженных парогенерирующих установках. Поставленная цель достигается тем, что 3 теплообменном элементе типа «труба в трубе, содержащем внутреннюю опускную трубу и наружную трубу, заглушенную с одной стороны крышкой, внутренняя поверхность которой образована вращением дуги окружности относительно оси трубы, наружная поверхность опускной трубы выполнена конической с углом конусности 0,4- 1°, а сама труба - переменной толщины, плавно уменьшающейся в направлении к выходному срезу, обращенному к крышке. Выходной срез опускной трубы может быть размещен от нижней точки крышки на расстоянии 1,25-1,67 внутреннего диаметра опускной трубы. Дуга окружности, образующая при вращении внутреннюю поверхность крыщки, может иметь радиус 0,8-1,2 внутреннего диаметра опускной трубы. На фиг. 1 изображен предлагаемый тег лообменный элемент типа «труба в трубе ; на фиг. 2 - график зависимости коэффициента гидравлического сопротивления теплообменного элемента от величины зазора между выходным срезом опускной трубы и нижней точкой крышки при 0,9, (1 - Re 5000;2-Re 15000); на фиг. 3 - зарзисимости распределения паросодержания по длине теплообменного элемента. Теплообменный элемент содержит внутреннюю опускную трубу 1 и наружную трубу 2, заглушенную с одного торца крыщкой 3. Наружная поверхность крыщки сферическая, а внутренняя образована вращением дуги окружности относительно оси трубы и имеет обтекатель 4. Наружная поверхность опускной трубы 1 выполнена конической, а сама труба - переменной толщины, плавно уменьща.ющейся в направлении к выходному срезу, обращенному к крышке 3. Опускная труба 1 снабжена спиральными ребрами 5, образующими с внутренней поверхностью наружной трубы 2 змеевиковый канал. Работа теплообменного элемента осуществляется следующим образом. Поток теплоносителя, двигаясь по внутренней опускной трубе 1, подогревается потоком, движущимся вверх по змеевиковому каналу. На выходе из опускной трубы 1 поток, встречая обтекатель 4 и внутреннюю поверхность крышки 3, плавно поворачивается на 180° без перестройки профиля скоростей и поступает в змеевиковый канал. Спиральные ребра 5 производят закрутку потока, необходимую для интенсификации теплообмена между теплоносителем и греющей средой. Закрученный поток турбулизируется и. под действием центробежных сил более плотная и холодная часть теплоносителя в потоке отбрасывается к внутренней стенке наружной трубы 2, интенсифицируя тем самым процесс теплообмена с греющей средой за счет разрушения пристенного гидродинамического подслоя, создающего основное термическое сопротивление передавае.мому потоку тепла. Оптимальные геометрические параметры, характеризующие предлагаемый теплообменный элемент были определены опытным путем. Испытания, проведенные в диапазоне чисел Re 3000-16000, который является рабочим для современных теплообменников, показали, что минимальные сопротивления теплообменного канала обеспечиваются при величине зазора между нижним срезом опускной трубы и внутренней поверхностью крыщки -j 1,25-1,67, отношении радиуса окружности, образующей внутреннюю поверхность крышки к внутреннему диаметру опускной трубы - 0,8-1,2. Из фиг. 3 видно, что в теплообменном элементе с цилиндрической опускной трубой паросодержание на выходе уменьшается вследствие перетечек тепла в опускную трубу из змеевикового канала и конденсации пара (кривая 1). Применение конической опускной трубы, ( О 0,4-1°) позволяет

устранить отмеченные недостатки и получить более высокое выходное наросодержание обогреваемой среды (кривая 2).

Указанные геометрические характеристики способствуют плавному безотрывному течению рабочего тела в канале, обеспечивая тем самым хорошие гидродинамические характеристики теплообменного элемента, что исключает возможность возникновения термоциклических пульсаций в районе крышки.

Применение предлагаемого теплообменного элемента позволяет повысить термическое сопротивление тепловому потоку, передаваемому от теплоносителя, движущегося в змеевиковом канале, потоку в опускной трубе, что исключает конденсацию пара, и, тем самым, обеспечить на выходе и; теплообменного элемента высокие значения выходного паросодержания, а также уменьшить зону вихреобразования в кольцевом повороте и, тем самым, уменьшить гидравлическое сопротивление элемента, что способствует сокрашению габаритов теплообменных аппаратов, работаюших на естественной циркуляции, или уменьшить затраты на прокачку теплоносителя при принудительной циркуляции.

1. ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТИПА «ТРУБА В ТРУБЕ, содержащий внутреннюю опускную трубу и наружную трубу, заглушенную с одного торца крышкой, внутренняя поверхность которой образована вращением дуги окружности относительно оси трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения выходного паросодержания при использовании элемента в высоконапряженных парогенерирук щнх установках, наружная поверхность опускной трубы выполнена конической с углом конусности 0,4-1°, а сама труба - переменной толщины, плавно уменьшающейся в направлении к выходному срезу, обращенному к крышке. 2.Теплообменный элемент по п. 1, отличающийся тем, что выходной срез опускной трубы размещен от нижней точки крышки на расстоянии 1,25-1,67 внутреннего диаметра опускной трубы. 3.Теплообменный элемент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дуга окружности, С ж образующая при вращении внутреннюю поверхность крыщки, имеет радиус 0,8-1,2 (О внутреннего диаметра опускной трубы. 00 СХ) 4;: 00