Теплообмінна труба

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах, применяемых в энергетике, строительстве, холодильной, нефтяной, химической и пищевой промышленностях для интенсификации теплообмена со стороны конденсирующегося пара. Известны теплообменные аппараты (конденсаторы, подогреватели, испарители), в которых применяются вертикальные теплообменные трубы с конденсацией пара на их наружной поверхности. К недостаткам работы таких теплообменных труб следуе т отнести низкие коэффициенты теплоотдачи из-за большого термического сопротивления гравитационно стекающей вниз пленки конденсата (Исаченко В.П. и др. Теплопередача. - М.: Энергия, 1969). Известны технические решения (продольное и поперечное оребрение, выполнение вдавок различной формы и проточек на теплообменной трубе) направленные на интенсификацию теплообмена за счет перераспределения и уменьшения толщины пленки конденсата на поверхности трубы (Авт. св. СССР №352108, кл. F28f1/08, Бюл. №26, 1972; Авт. св. СССР №1590927, кл. F28f1/42, Бюл. №33, 1990; Заявка Японии №2 - 638, кл. F28f1/12, опубл. 1990, №5 16). Однако известно, что по мере накопления конденсата на поверхности трубы эффективность ее работы в верхней и нижней части отличается в несколько раз. Поэтому использование оребренных тр уб значительной интенсификации не дает так, как количество образовавшегося конденсата на теплообменной поверхности не уменьшается. В качестве прототипа принята вертикальная теплообменная труба, на поверхности которой через интервал по ее длине расположены плотнооблегающие конденсатоотеодящие кольца (Ми хеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973. - С.143). Кольца выполнены в форме усеченного конуса и расположены на поверхности вертикальной трубы большим основанием вниз. К недостаткам данного решения следует отнести то, что при удалении конденсата с поверхности колец в виде капель или ручейка не исключается возможность попадания его на нижерасположенные кольца. В результате происходит разбрызгивание и конденсат снова попадает на теплообменную поверхность. В этом случае большая часть длины вертикальных труб будет работать, практически, с той же эффективностью как и при гравитационном течении конденсата по ее поверхности. Следует отметить, что разбрызгивание конденсата происходит с любой точки периметра кольца и это оказывает влияние на все близлежащие трубы теплообменного пучка. Кроме того, стекание конденсата с колец в виде капель или ручейка создает дополнительное препятствие для радиального движения пэра к теплообменной поверхности трубы. Особенно это ощутимо в нижней части теплообменника, где плотность пара, незначительна, а количество падающей жидкости максимально. Таким образом, при накоплении конденсата по длине трубы за счет разбрызгивания или при больших тепловых потоках, нижняя часть вертикального теплообменного пучка будет работать неэффективно независимо от высоты теплообменных труб. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования теплообменной трубы, в которой за счет воронкообразного выполнения разрезных конденсатоотводящих колец снижается количество конденсата, находящегося на ее поверхности, что в свою очередь снижает затраты энергии в теплообменном оборудовании. Задача решается тем, что на наружной поверхности, через интервал по ее длине, установлены примыкающие без зазора к поверхности воронкообразные кольца, имеющие вырез, которыми ориентированы они вдоль одной образующей тр убы. Кольца могут быть выполнены в виде навитой спирали разрезанной вдоль трубы. Для организации удаления конденсата, уменьшения растекания конденсате по поверхности в вырезах колец с зазором к их краям расположена продольная вставка, являющаяся продольным ребром и направляющей осевого течения конденсата. Конструктивное выполнение теплообменной трубы, в которой образующийся конденсат удаляется с поверхности в форме ручейка по одной ее образующей с одновременной турбулизацией его течения из имеющихся источников информации, авторам неизвестно. На фиг.1 изображен поперечный разрез гладкой теплообменной трубы с воронкообразными кольцами на наружной ее поверхности; на фиг.2 - то же, трубы оребренной. На фиг.3 - вертикальная труба с воронкообразными кольцами, ориентированными вырезом вдоль одной образующей, в вырезах которых с зазором к их краям на поверхности трубы расположена продольная вставка; на фиг.4 - возможное конструктивное выполнение предлагаемой теплообменной трубы с кольцами, выполненными в виде навитой спирали, разрезанной вдоль трубы. Предлагаемая теплообменная труба состоит из гладкой или оребренной трубы 1, на наружной поверхности которой расположены кольца 2 с вырезами 3, внутренняя поверхность колец соответствует профилю наружной поверхности трубы 1 (фиг.1 и 2). В вырезах колец 2 на поверхности трубы расположена продольная вставка 4, которая совместно с прорезями 3 служит направляющей для сбора и удаления конденсата 5 с поверхности тр убы вдоль ее оси. Соответствие соприкасающихся профилей поверхности трубы 1 и колец 2 исключает перетечки конденсата между ними, а продольная вставка 4 ограничивает растекание ручейка по поверхности трубы за счет дополнительных поверхностных сил, образующихся на смоченной поверхности вставки. Воронкообразный профиль колец позволяет собирать образовавшийся конденсат внутри их объема, который затем стекает в их вырезах. Организация удаления конденсата с теплообменной поверхности вдоль одной образующей трубы увеличивает скорость его удаления за счет снижений величины контактной поверхности. Одновременно происходит турбулизация течения конденсата в связи с местным увеличением толщины пленки и, соответственно, ее гравитационных сил. В свою очередь рост скорости течения конденсата приводит к уменьшению общего количества конденсата, находящегося на теплообменной поверхности. Все ранее перечисленные факторы способствуют интенсификации теплообмене при конденсации, которая происходит еще и за счет того, что после каждого установленного кольца условия теплообмена соответствуют начальному участк у трубы, где термическое сопротивление пленки минимальное. Конструктивное выполнение колец отдельно от поверхности тр убы позволяет производить их замену или корректировку ориентации вырезов в процессе монтажа теплообменника и не нарушает прочностных характеристик трубы. С целью экономии металла кольца могут изготавливаться неметаллическими. Изготовление колец для ребристых труб целесообразно производить из той же трубы. Шаг между кольцами выбирается в зависимости от тепловой нагрузки, геометрических размеров трубы и необходимой степени интенсификации теплообмена при конденсации пара. Теплообменная труба работает следующим образом. Образующийся на наружной поверхности трубы 1 конденсат 5 под действием силы тяжести стекает вниз. В вырезах 3 кольца 2 осевое движение конденсата 5 происходит без изменений под действием гравитационных сил. На остальной части периметра трубы 1 конденсат 5 стекает в объем колец. Накопившийся на поверхности колец 2 конденсат 5 за счет естественного уклона и сил поверхностного натяжения подтягивается к вырезу 3 колец движущимся в нем конденсатом. В результате происходит движение конденсата вдоль периметра трубы на одну ее образующую к месту расположения вырезов и продольной вставки 4. Течение конденсата по оси трубы происходит с двух сторон продольной вставки 4 в форме ручейка, который занимает незначительную часть периметра трубы. Таким образом, выполнение вертикальной теплообменной трубы с кольцами, снабженными вырезом, обеспечит минимальную толщин у пленки конденсата на любом участке длины трубы при одновременном увеличении скорости удаления конденсата, так как уменьшается поверхность контакта пленки с поверхностью трубы на всей ее длине. Организация удаления конденсата вдоль одной образующей ограничивает долю периметра трубы, занятую конденсатным ручьем при одновременной турбулизации течения и ликвидации разбрызгивания конденсата. Анализ теоретических решений определения интенсивности теплообмена при конденсации на вертикальной трубе показывает, что использование предложенного решения повышает эффективность процесса в раз, где n количество колец, установленных на трубе длиной H. Практически, по сравнению с гладкой или оребренной трубой не меньше, чем в 3 - 4 раза.