Трубчатый спиральный теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D7/02 

(pue.i

Изобретение относится к трубчатым спиральным теплообменникам, применяемым в криогенной технике, преимущественно в криогенных гелиевых установках (КГУ).

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок винтообразно закрученных труб овального профиля, установленных с касанием соседних труб по максимальному размеру овала и закрепленных прямыми кольцами в трубных досках.

Недостатками такого теплообменника являются невысокая термодинамическая эффективность, значительная его масса и габариты в случае применения в КГУ.

Известен также трубчатый спиральный теплообменник, содержащий сердечник с навитыми на него в несколько слоев круглыми трубами, имеющими проволочное спиральное оребрение.

Применение таких труб не обеспечивает достаточно высокую интенсификацию теплообмена и компактность как в трубном пространстве, так и в межтрубном пространстве аппарата.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена и повышение компактности.

Поставленная цель достигается тем, что в трубчатом спиральном теплообменнике, содержащем трубы с проволочным спиральным оребрением, навитые в несколько слоев на сердечнике и заключенные в обечайку, при использовании плоскоовальных труб, должны выдерживаться следующие соотношения: 1,5 Ьт/ат 5; 3 10; 3 aT/dn 10 (отношение наибольшего размера овальной трубы Ьт к наименьшему размеру ат должно быть более 1,5 и менее 5; отношение наименьшего размера овальной трубы ат к толщине стенки трубы дт должно быть более 3 и менее 10; отношение наименьшего размера трубы ат к диаметру проволоки спирального оребрения dn должно быть более трех и менее 10).

Плоскоовальная форма труб приводит к интенсификации теплообмена как в трубном так и в межтрубном пространстве, повышению компактности теплообменника. Кроме того, в межтрубном пространстве обеспечивается постоянство расстояния между сребренными трубами, что позволяет равномерно распределять обратный поток по поперечному сечению теплообменника и обеспечить высокую термодинамическую эффективность при малых габаритах и массе теплообменника,

При отношении Ьт/ат меньше 1,5 не обеспечивается заметная интенсификация

теплообмена как в трубном, так и в межтрубном пространстве.

При отношении Ьт/ат больше 5 не удается обеспечить овальность профиля при

изготовлении овальных труб круглого поперечного сечения. Профиль принимает вид так называемой восьмерки, при этом расстояние между стенками трубы в середине овала становится меньше, чем на периферии. При этом невозможно обеспечить прилегание проволочного спирального оребрения по всему наружному периметру трубы. Вследствие этого уменьшается КПД проволочного ребра и ухудшается термодинамическая эффективность теплообменника, компенсировать уменьшение которой можно только увеличивая габариты и массу теплообменника.

При отношении ат/бт менее трех большое термическое сопротивление стенки трубы не компенсируется интенсификацией теплообмена внутри трубы.

При отношении ат/бт больше 10 снижается надежность теплообменника в связи с

вероятностью разрушения стенки трубы при придании овальности трубам круглого поперечного сечения или при навивке овальных труб с относительно малой толщиной на сердечник или нижележащие слои.

При отношении ат/dn менее трех навивка проволоки на трубу должна производиться с большим усилием, что может привести как к нежелательной деформации овального профиля, так и к скручиванию трубы.

При отношении aT/dn более 10 не удается обеспечить надежный контакт проволоки с трубой,, что приводит к уменьшению КПД проволочного ребра и эффективности теплообменника.

На фиг. 1 показан трубчатый спиральный теплообменник, продольное сечение; на фиг.2 - плоскоовальная труба с проволочным спиральным оребрением:поперечное сечение. Навитые на сердечник 1 в несколько

слоев плоскоовальные трубы 2 с проволочным спиральным оребрением 3 заключены в обечайку 4. Обечайка с двух сторон закрыта крышками 5, к которым подведены трубопроводы 6 обратного потока и

расположены коллекторы 7,

Трубчатый спиральный теплообменник работает следующим образом.

Прямой поток гелия среднего давления (0,8-2,5 МПа) распределяется в коллекторе

7 по сребренным проволокой 3 плоскоовальным трубам 2. Затем, пройдя навитые на сердечник 1 плоскоовальные трубы 2, через коллектор 7 выходит из теплообменника.

При движении по плоскоовальным трубам 2 прямой поток гелия охлаждается обратным потоком, проходящим противотоком через межтрубное пространство теплообменника и подводящий и отводящий трубопроводы 6.

Использование данного устройства в КГУ позволит за счет интенсификации теплообмена уменьшить объем в 2 раза, а массу теплообменника в 1,6 раза.

Формула изобретения

Трубчатый спиральный теплообменник для криогенной техники, содержащий трубы

0

с проволочным спиральным оребрением, навитые в несколько слоев на сердечник и заключенные в обечайку, отличающий- с я тем, что, с целью интенсификации теплообмена и повышения компактности при использовании плоскоовальных труб, геометрия труб определяется следующими соотношениями: 1,5 Ьт/ат 5, 3 10, 3 ai7dn 10, где ат - наименьший размер сечения трубы, Ьт - наибольший размер сечения трубы, dj - толщина стенки трубы, dn - диаметр проволоки оребрения.

Изобретение относится к теплообмен- ным аппаратам. Цель изобретения - интенсификация теплообмена и повышение компактности при использовании плоскоовальных труб. На сердечник 1 навиты плоскоовальные трубы 2 с проволочным спиральным оребрением. Сердечник 1 с трубами 2 заключен в обечайку 4 с крышками 5. Геометрия труб 2 определяется следующими соотношениями: 1,5 Ьт/ат; 3 Ю; 3 ат/dn 10, где ат - наименьшей размер сечения трубы; Ьт - наибольший размер сечения трубы; 5т - толщина стенки трубы; dn - диаметр проволоки оребрения. 2 ил.

фие.2