Теплообменная труба Советский патент 1992 года по МПК F28F1/42 

Изобретение относится к теплообмен- ным элементам и может быть использовано в химической, энергетической промышленности и других областях техники, связанных с производством и эксплуатацией теплооб- менного оборудования.

Для создания эффективных теплооб- менных устройств необходима интенсификация теплоотдачи. Наиболее реальным и доступным путем интенсификации теплоотдачи в трубах является искусственное нарушение ламинарного слоя потока у стенки трубы.

Известна теплообменная труба с кольцевыми впадинами по наружной поверхности и соответствующими им выступами на внутренней поверхности, имеющими высоту в 1,25-2,5 раза меньшую глубину впадин.

Недостатком описанной конструкции является то, что при наружном продольном обтекании поток теплоносителя в зоне впадины резко турбулизируется, что вызывает опережающий рост аэрогидродинамическогр сопротивления, а при прохождении потока теплоносителя внутри трубы - поток турбулизируется выступом, а за выступом образуются застойные зоны за счет отрыва потока от стенки трубы, что способствует отложениям загрязнений на внутренней стенке трубы, что снижает эффективность использования данной трубы.

Известна теплообменная труба, содержащая канавки на наружной и внутренней поверхностях, причем каждая канавка соединена с соответствующим гладким участком трубы отрезком прямой, расположенным к продольной оси трубы с уклоном, составляющим у наружной канавки не менее 2:1, а у внутренней не более 1:2.

Недостатком известной теплообменной трубы является то, что при прохождении рабочей среды пристеночные ее слои за счет выступов турбулизируются и открываются от поверхности трубы, образуя в канавках застойные зоны, в которых создаются условия для отложения загрязнений. Наличие

Ё

VI ( О СО О О

выступов также способствует опережающему росту аэрогидродинамического сопротивления. Кроме того, известная теплообменная труба нетехнологична для массового производства из-за увеличения и уменьшения диаметров сопрягаемых участков относительно исходного размера трубы, что требует выполнения нескольких разных технологических операций.

При прохождении потока теплоносителя в противоположном направлении, как указано в описании изобретения, аэрогид- росопротмвление возрастает еще больше.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена путем создания вихревой структуры потока теплоносителя, снижения отложений загрязнений на стенках трубы и повышение технологичности изготовления теплообменной трубы.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменной трубе с поперечными впадинами на наружной поверхности и соответствующими им выступами на внутренней поверхности трубы, впадины и выступы выполнены в осевом сечении в виде эллиптического профиля с соотношением малой и большой оси от 1:1,5 до 1:4, а углы наклона большой оси к оси трубы от 5 до 30°, при этом глубина канавки составляет 0,020- 0,035 наружного диаметра трубы.

На фиг. 1 изображена теплообменная труба; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Теплообменная труба 1 содержит поперечные впадины 1 на наружной поверхности 3 и соответствующие им поперечные выступы 4 на внутренней поверхности трубы 5, причем поперечные впадины 2 и выступы 4 выполнены эллиптического профиля с соотношением малой б большой 7 осей от 1:1,5 до 1:4, угол наклона большой оси эллипса к оси 8 трубы от 5 до 30°, а глубина канавки составляет 0,025-0,035 наружного диаметра трубы.

При этом положительный эффект наибольший при меньшем соотношении осей эллипса и при меньшем угле наклона большей оси при большем соотношении осей эллипса при большем угле наклона большой оси.

При меньшем угле наклона большой оси и большем соотношении осей поверхность трубы уменьшается, что отрицательно сказывается на конвективной составляющей. При меньшем соотношении осей и большем угле наклона большой оси увеличивается турбулентность и образование застойных зон, что снижает тепловую эффективность и повышает аэрогидродинамическое сопротивление.

Работа теплообменной трубы рассматривается при следующих комбинациях теплоносителей:

наружная поверхность - газ, внутренняя - жидкость (водяные экономайзеры, пароперегреватели и др.);

внутренняя поверхность - газ, наружная -жидкость (жаровые трубы газотрубных котлов);

0 наружная и внутренняя поверхности трубы - газ (воздухоподогреватели).

При наружном обтекании газового потока теплоносителя рабочая среда, попадая в поперечные впадины 2, закручивается, об5 разуя смерчевой вихрь по всей длине впадины 2, и благодаря более плавному выходу вихрь выходит из впадины 2 без отрыва от стенки трубы 1, Создается сплошная вихревая структура на поверхности трубы 1,

0 При внутритрубном течении газового потока теплоносителя рабочая среда, встречаясь с выступом 4, турбулизуется и, благодаря плавному переходу от выступа 4 к гладкой части трубы 1, поток не отрывается

5 от стенки трубы 1, обеспечивая полное использование стенки трубы 1 для теплопередачи.

При двустороннем течении газовых сред используется суммарная эффектив0 ность профилей каждой стороны.

Применение заявляемой конструкции теплообменной трубы позволяет расширить диапазон ее применения (ширмовые поверхности, водяные экономайзеры, жаровые

5 трубы газотрубных котлов и др. поверхностей котлоагрегатов), снизить температурный напор поверхностей за счет увеличения теплоотдачи, уменьшить образование отложений загрязнений из потока

0 теплоносителя, сократить металлоемкость теплообменного оборудования при высокой технологичности ее изготовления.

Профиль заявляемой теплообменной трубы получается методом поперечно-вин5 товой прокатки за один проход, при этом в процессе изготовления можно регулировать глубину впадины и соответственно величину выступа, что позволяет регулировать интенсивность теплообмена.

0Стоимость профильной трубы возрастает против гладкой на 1,3-1,5 коп. на 1 п.м„ что при снижении металлоемкости теплообменника в 1,3-1,5 раз не влияет на себестоимость изготовления оборудования и дает

5 положительный эффект

В результате стендовых исследований получено увеличение теплоотдачи по внутренней и наружной поверхностям до 2-2,5 раза по сравнению с гладкостенной трубой.

Результаты части экспериментальных данных заявляемой трубы представлены на прилагаемом чертеже фиг. 3, где глубина впадины в трубах 1,2,3 соответственно 0,7; 0,1; 1,5 мм.

Формула изобретения Теплообменная труба с поперечными впадинами несимметричного профиля на наружной поверхности и соответствующи0

ми им поперечными выступами на внутренней поверхности, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, впадины имеют профиль в виде участка эллипса, большая ось которого наклонена к оси трубы под углом 5-30°, соотношение осей эллипса составляет от 1:1,5 до 1:4, а глубина впадины составляет 0,020-0,035 наружного диаметра трубы.

Использование: в теплообменник элементах в химической и энергетической отраслях промышленности. Сущность изобретения: теплообменная труба имеет поперечные впадины на наружной поверхности и соответствующие выступы на внутренней поверхности. Выступы и впадины имеют профиль участка эллипса, большая ось 7 которого наклонена к оси 8 трубы под углом 5-30°, соотношение осей эллипса составляет от 1:1,15 до 1:4, а глубина впадины составляет 0,020-0,035 наружного диаметра трубы. 3 ил.

Фие.1

j б

фиг г

jf Ј j j ;г л sf-i 4J г л J ч i« W

l -jfv-) CM CvjX-V-V. V CSfOQ C.-Ua Wrj f -tvfN 4 ..-.i