Теплообменный элемент
Патент 989302
Авторы
Теплообменный элемент
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 243381 (21 ) 3292669/24-06
< 989302
Союз Советскин
Социалистических
Республик
Р М g+ з сприсоединемиемзаявки Мо
Р 28 Г 1/40
F 28 F 13/08
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК 621. 565. .94 (088.Е) Опубликовано 15.01.83. Бюллетень Ио 2
Дата опубликования описания 150183
Ф
С.A. Замятин, A.B. Безносов, В.М. Вудов и Л.A. Зверева у с
Горьковский политехнический институт им. A.A. И данова (72) Авторы изобретеиия (71) Заявитель . (54) 1ЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в парогенераторах и других высоконапряженнык теплообменниках атомных элект ростанций.
Инвестен теплообменный элемент с установленным по оси трубы стержнем, снабженным турбулизатором, размещенными с заданным интервалом по длине 1О трубы, причем турбулизаторы выполнены в виде упругих веерообразных пучков проволок, а свободные концы проволок примыкают к внутренней поверхности трубы (1).
Недостатком таких элементов является незначительная интенсификация теплообмена при сравнительно высоком гидравлическом сопротивлении.
Известен также теплообменный элемент для прямотрубных теплообменников, содержащий винтовую турбулизирующую вставку, которая выполнена с диаметром, большим максимально возможного в пределах поля допусков внутреннего диаметра трубы, и имеет тонкую винто- 25 вую кромку для устранения зазоров ее деформацией при введении вставки в трубу (21.
Недостатком данных теплообменных элементов является большое гидравли- ЗО ческое сопроитвление, которое в зна- чительной мере обуславливается гидравлическими сопротивлениями на входе и выходе жидкости из турбулизирующегося устройства.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является. теплообменный элемент, содержащий трубу и размещенные по ее оси с задаиньм.интервалом турбулизаторы с винтовыа оребрением (3).
Недостатками известных элементов являются незначительная интенсифика ция теплообмена и большое гидравлическое сопротивление..
Цель изобретения — повьааение экономичности.
Цель достигается тем, что турбулизаторы соединены посредством осевого стержня, и каждый иэ них выполнен в виде сопряженных большими основаниями усеченных конусов с конусностью 7"13 ;
Оребрение турбулизаторов может иметь постоянную высоту, равную 0,150,22 й, а шаг — 0,48-0,97 d, где и внутренний диаметр трубы, а интервал между турбулизаторами составляет 56 d, что снижает гидравлическое сопро.тивление элемента.
989302
Оребрение элемента может иметь переменную высоту и установлено в контакте с внутренней поверхностью трубы, причем шаг оребрения равен 0,681,23 d, а интервал между турбулизаторами составляет 6-8 d, что интенсифицирует теплообмен, На фиг. 1 изображен теплообменный элемент с постоянной высотой оребрения турбулизаторов, равной h = 0,150,22 d, шагом $ = 0,48-0,97 d и интер-10 валом между турбулиэаторами 8 = 5-6 d на фиг. 2 — теплообменный элемент с переменной высотой оребрения турбулизаторов, шагом оребрения, равным S
0,68-1,23 d и интервалом между турбулизаторами 0 = 6-8 d.
Описываемый теплообменный элемент содержит трубу 1 и размещенные по ее оси турбулизаторы 2 с винтовым ореб-рением 3, выполненные в виде сопряженных большими основаниями усеченных ко20 нусов, соединенные посредством осевого стержня 4.
Теплообменный элемент (фиг. 1) содержит турбулизаторы 2, выполненные в виде сопряженных большими основани- 25 ями конусов с конусностью 8 = 8-13 соединенных посредством осевого стержня 4, и установлены с интервалом
0 = 5-6 d, а винтовое оребрение имеет постоянную высоту, равную h = 0,1530
0,22 d и шаг S = 0,48-0,97 d.
Поверхность турбулизатора 2 и внутренняя поверхность трубы 1 образуют канал для прохода закручиваемого потока. 35
Работа теплообменного элемента осуществляется следующим образом.
Поток теплоносителя, двигаясь по трубе 1, при подходе к месту соединения стержня 4 и турбулизатора 2 начи-4п нает закручиваться. Постоянная высота винтового оребрения 3 (h = 0,15-0,22
d) выполненного с шагом S = 0,480,97 d, обеспечивает плавную, гидродинамически более стабильную закрутку потока на входе. Аналогично постоянная высота винтового оребрения 3 и уменьшающийся по ходу потока диаметр турбулизатора 2 с углом конуснос,ти 8 = 8-13 на выходе иэ завихрителя также уменьшает гидравлическое со противление теплообменного элемента.
После выхода из эмеевикового канала поток, перемещаясь по трубе 1, раскручивается за счет сил трения. При этом шаг закрутки возрастает, а интен55 сивность теплопереноса уменьшается.
Для достижения значительной интенсификации теплообмена поток своевременно подкручивается следующим турбулиэатором 2, расположенным на расстоя- @) нии 0 = 5-6 d от предыдущего.
Теплообменный элемент (фиг. 2) содержит трубу 1, в которой посредством осевого стержня 4 установлены с интервалом 0 = 6-8 d турбулизаторы, выпол-gg ненные в виде сопряженных большими основаниями конусов с конусностью 7-9 о с винтовым оребрением 3, выполненным с шагом 0,68-1,23 d. Боковые поверхности оребрения 3 и внутренняя поверхность трубы 1 образуют канал переменного сечения для прохождения теплоносителя.
Работа теплообменного элемента осуществляется следующим образом.
Поток теплоносителя, двигаясь по трубе 1 в месте соединения стержня 4 .и турбулизатора 2, закручивается с плавным безударным входом. При движении вдоль оребрения 3 происходит закручивание потока, необходимое для интенсификации теплообмена. Закрученный поток плавно с малым гидравлическим сопротивлением выходит из турбулизатора 2 и, двигаясь вдоль трубы 1, обеспечивает интенсификацию теплообмена за счет разрушения пристенного гидродинамического подслоя, создающего основное термическое сопротивление передаваемому тепловому потоку. По мере движения теплоносителя за счет сил трения происходит раскрутка потока и, как следствие, снижается интенсивность теплопереноса. Для обеспечения высоких значений коэффициента теплоотдачи теплоноситель подкручивается аналогичным турбулиэатором, установленным на расстоянии 6-8 d от предыдущего.
Оптимальные геометрические параметры (8, h, S, Р ), характеризующие описанный теплообменный элемент, определяются опытным путем.
Применение предложенного теплообменного элемента позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление отдельной теплообменной трубы и теплообменника в целом, сохраняя при этом степень закрутки потока и требуемую интенсификацию теплообмена.
Реализация данных теплообменных элементов, например, в парогенераторах ядерной энергетической установки позволяет наряду с уменьшением габаритов парогенератора уменьшить потребный напор и мощность питательных насосоа, их габариты и затраты энергии на прокачку теплоносителя, а также уменьшить металлоемкость оборудования, что в целом повышает экономичность.
Формула изобретения
1. Теплообменный элемент, содержаI щий трубу и размещенные по ее оси с заданным интервалом турбулизаторы с винтовым оребрением, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения экономичности, турбулиза горы соединены посредством осевого стержня, и каждый иэ них выполнен в виде сопряжен.ных большими основаниями усеченных конусов с конусностью 7-13
9&9302
Составитель В. Баранец
Редактор М. Дылын Техред С.Мигунова Корректор М, Шароши
Заказ 11102/56 Тираж 670 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
11303 5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4
2. Элемент по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления, оребрение имеет постоянную высоту, равную
0,15-0,22 d, шаг — 0,48-0,97 d,.где
d — внутренний диаметр трубы, а интер-5 вал между турбулизаторами составляет
5-6 d.
3. Элемент по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, оребрение имеет l0 переменную высоту и установлено в контакте с внутренней поверхностью трубы, причем шаг оребрения равен 0,68,23 d, а интервал между турбулизатоами составляет 6-8 d.
Источники инфо рма ции, принятые во внимание при экспертизе
1 Авторское свидетельство СССР
9 478992, кл. Р 28 F 1/40, 1973.
2. Авторское свидетельство СССР
В 222409, кл. F 28 F 1/40, 1967.
3. Патент ФРГ 9 1054099, кл. 17с, 13/01, опублик. 1959.