Теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28F1/24 F28D7/04 

Изобретение относится к котельной технике и может быть использовано в качестве конвективных поверхностей нагрева котло- агрегатов, например, водяных экономайзеров.

Как показывает анализ отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы в настоящее время интенсивно ведется разработка сребренных поверхностей нагрева и их внедрение в качестве конвективных элементов различных теплообменных устройств. В частности, применение таких поверхностей в котлоаг- регатах позволяет интенсифицировать теплообмен, существенно снизить расход металла, находящегося под давлением,

уменьшить габариты, сократить затраты мощности на преодоление гидравлических и аэродинамических сопротивлений и, в конечном итоге, получить экономию затрат по энергетическому оборудованию в целом.

Из множества сребренных теплообменников, используемых в котлоагрегатах, можно выделить, два основных типа - теплообменники из труб с продольным и с поперечным оребрением. Такие теплообменники описаны в книге Оребренные поверхности нагрева паровых котлов / Г. И. Левченко, И. Д. Лисейкин, А. М. Копелиович и др. - М.: Энергоатомиэдат. 1986, - 168с.

VJ

ч

о

Ю

о

Ю

Недостатком теплообменников из труб с продольным оребрением является малая степень оребрения. Повышение ее за счет увеличения высоты ребра приводит к увеличению продольных шагов труб в пучке, что, кроме снижения тепловой эффективности ребер, отрицательно сказывается на эффективности теплообменника в целом.

В теплообменниках из труб с поперечными ребрами возможно получение более высокого коэффициента оребрения как за счет увеличения высоты ребер, так и за счет уменьшения шага между ребрами. В этом случае увеличение степени оребрения не ведет к снижению эффективности ребер, как в теплообменнике из труб с продольным оребрением. Но уменьшение шага между ребрами увеличивает вероятность их загрязнения, что существенно снижает, преимущества таких теплообменников.

Примером теплообменника, сочетающего в той или иной мере преимущества теплообменников с продольным и поперечным оребрением может служить теплообменник, описанный в статье Зоз В. Н., Демб Э. П., Медведев В. А. Промышленное опробование конвективных поверхностей нагрева из чередующихся змеевиков с продольным и поперечным оребрением //Комбинированные теплоэнергетические установки: Межвуз. научн. сб. Сарат. политехи, ин-т, 1989. с. 61-63. выполненный по а. с. № 846982 /СССР/, который принимается в данном случае за прототип. Этот тепло- обменник содержит подводящий и отводящий коллекторы, в которые параллельно включены четные и нечетные змеевики из труб, имеющих одинаковую длину, которые образуют шахматный пучок, причем степень оребрения у четных и нечетных змеевиков различна. Такой теплообменник меньше загрязняется наружными отложениями, компактен, удобен в эксплуатации, поскольку имеется возможность свободного выдвижения аварийных змеевиков в горизонтальном направлении при ремонтных работах. Однако ему присущ и существенный недостаток. Теплообменник обладает неравномерностью тепловосприятия параллельно включенных четных и нечетных змеевиков, имеющих различную степень оребрения /поверхность нагрева/ при равных внутренних проходных сечениях, т.е. при одинаковом расходе теплоносителя. Причиной тепловой разверки между змеевиками с различной степенью оребрения является их конструктивная нетождественность. Известно, что тепловые разверки в условиях эксплуатации теплообменника приводят к нежелательным температурным

разверткам и напряжениям в его конструктивных элементах, снижению показателей надежности /4/.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности путем уменьшения температурных разверок между четными и нечетными змеевиками теплообменника.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем подводящий и отводящий коллекторы, в которые параллельно включены четные и нечетные змеевики из труб, имеющих одинаковую длину и образующих шахматный пучок, причем степень оребрения у четных и нечетных

змеевиков различна, а внутренние диаметры труб змеевиков с различной степенью оребрения выбраны в соответствии с соотношением

0,97

.(s

d2 )

0,5

1,03,

(1)

0

5

0

5

где di и d2, p и р2 - соответственно внутренние диаметры труб и степень /коэффи- циент/ оребрения разнотипных змеевиков.

Отличительным признаком заявляемого технического решения от прототипа является соотношение внутренних диаметров труб змеевиков с различной степенью оребрения. Этот признак обусловливает соответствие предлагаемого технического решения критерию новизна.

В результате анализа известных решений авторами заявки не было обнаружено технического решения с указанным выше отличительным от прототипа признаком. В то же время использование указанного отличительного признака позволяет уменьшить температурные разверки между чередующимися конструктивно нетождественными змеевиками в теплообменнике и таким образом повысить эксплуатационную надежность теплообменника в целом. Изложенное позволяет сделать вывод о том, что заявленное решение соответствует критерию существенные отличия как новая совокупность признаков.

0

В реальных условиях эксплуатации предлагаемого теплообменника, в связи с различными проходными сечениями четных и нечетных змеевиков, расход теплоносителя в этих змеевиках так же различен. Это приводит /в соответствии с уравнением теплового баланса/ к увеличению приращения температуры в змеевиках с меньшим проходным сечением. Снизится температурная раэверка между конструктивно нетождественными змеевиками.

На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменник; на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 2.

Как видно на фиг, 1 и на фиг. 2, предлагаемый теплообменник содержит подводя- щий 1 и отводящий 2 коллекторы, в которые параллельно включены четные 3 с продольным оребрением и нечетные 4 с поперечным оребрением змеевики из труб, имеющих одинаковую длину и образующих шахматный пучок 5, причем степень оребрения у четных и нечетных змеевиков различна, а внутренние диаметры труб змеевиков с различной степенью оребрения в соответствии с соотношением /1/.

Доказательство существования максимального положительного эффекта в предлагаемом интервале изменения соотношения внутренних диаметров конструктивно нетождественных змеевиков и отсутствие такого эффекта за пределами этого интервала дано в приложении к описанию изобретения. Расчеты показали, что в предлагаемом теплообменнике температурную разверку можно снизить только выполнив различными про- ходные сечения конструктивно нетождественных змеевиков.

Таким образом, предложенный теплообменник полностью сохраняет все конструктивные и теплотехнические преиму- щества прототипа, а также позволяет обеспечить повышение эксплуатационной надежности путем уменьшения температурных разверок между змеевиками теплообменника. Выполнение проходных сечений чет- ных и нечетных змеевиков в предложенном соотношении возможно несколькими способами:

-применением труб с различными внутренними диаметрами, при постоянных на- ружных /т.е. труб с разной толщиной стенки/;

-применением труб с различными наружными диаметрами при постоянной толщине стенки труб.

В рабочем состоянии поток греющего теплоносителя /например, дымовых газов/ будет омывать теплообменник в перпендикулярном к трубному пучку направлении. Нагреваемая среда /например, вода/ будет двигаться внутри труб конструктивно нетождественных четных 1 и нечетных 2 змеевиков. Выполнение внутренних диаметров труб четных змеевиков меньшими, чем у труб нечетных змеевиков, приводит соответственно к уменьшению расхода воды в четных змеевиках, т.е. к возрастанию в них приращения температуры воды. В результате этого происходит выравнивание температур воды на выходе из конструктивно нетождественных змеевиков 1 и 2. что, в свою очередь, приводит к снижению температурной разверки между змеевиками теплообменника.

Формула изобретения Теплообменник, содержащий подводящий и отводящий коллекторы и плоские зме- евиковые трубы одинаковой длины, расположенные в чередующемся порядке с образованием шахматного пучка, причем смежные змеевиковые трубы имеют различную степень оребрения, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, внутренние диаметры смежных змеевиковых труб выполнены в соответствии с соотношением

0.97 Ы§) 1.03,

d2 pi)

где ch - внутренний диаметр одной змееви- ковой трубы ряда;

р - степень оребрения этой трубы ряда;

da внутренний диаметр смежной зме- евиковой трубы:

pi - степень оребрения смежной змее- виковой трубы.

Использование: в качестве конвективных поверхностей нагрева котлоагрегатов, водяных экономайзеров. Сущность изобретения: теплообменник содержит подводящий и отводящий коллекторы, в которые параллельно включены четные и нечетные змеевиковые трубы, имеющие одинаковую длину и образующие шахматный пучок. Степень оребрения у четных и нечетных змеевиков различна, а внутренние диаметры труб змеевиков с различной степенью оребрения выбраны в соответствии с заданным соотношением. 3 ил. сл с