Повітропідігрівник

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в котлостроении. Основными недостатками трубчатых воздухоподогревателей, калориферов и других рекуперативных теплообменников, применяемых в котельной технике, является их громоздкость и большая металлоемкость, а также связанное с этим высокое аэродинамическое сопротивление. Для преодоления этих недостатков необходимо увеличить тепловую эффективность поверхности нагрева, и тем самым повысить ее компактность и снизить металлоемкость. Известны трубчатые поверхности нагрева воздухоподогревателей котлов [1]. Однако из-за применения в них гладких труб величина теплообменной поверхности, размещаемой в единице объема, весьма мала, что приводит к росту габаритов и металлоемкости всей конструкции. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является воздухоподогреватель, содержащий пучок труб, размещенных с заданными относительными шагами в газоходе и снабженных кольцевым или спиральных оребрением с отогнутыми по бокам на 90° участками ребер [2]. Использование сребренных труб позволяет резко увеличить площадь теплообменной поверхности, размещаемой в единице объема, а боковая отгибка участков ребер позволяет применить в трубном пучке тесные поперечные шаги труб. Все это повышает компактность конструкции, Однако тепловая ее эффективность остается невысокой из-за ухудшенного омывания труб потоком в их кормовой зоне, где имеются большие потери давления на вихреобразования и вторичные течения. Последнее обусловливает и повышенное сопротивление поверхности нагрева. В основу изобретения поставлена задача повышения тепловой эффективности и снижение аэродинамического сопротивления поверхности нагрева. Поставленная задача достигается тем, что в воздухоподогревателе, содержащем пучок труб, размещенных в воздуховоде с заданным шагом и снабженных кольцевым или спиральным оребрением с отогнутыми по бокам на 90° участками ребер, образующи х на последних скошенные кромки, согласно изобретению, скошенные кромки ребер расположены друг к другу в каждом ребре или витке под острым углом, развернутым встречно потоку воздуха, при этом отношение расстояния b скошенной кромки ребра от стенки трубы на образующей к высоте ребра h составляет Угол между скошенными кромками ребер может быть равен 20-40°. Причинно-следственная связь между отличительными признаками и задачей изобретения заключается в том, что, когда скошенные кромки ребер расположены друг к др угу в каждом ребре или витке под углом 2040°, развернутым встречно потоку газов, в кормовой части резко уменьшаются размеры зоны с ухудшенным омыванием поверхности, сокращаются потери на вихреобразование. Это приводит к росту средней по поверхности теплоотдачи каждой трубы и к снижению аэродинамического сопротивления трубного пучка. При этом степень отгибки участков ребра должна удовлетворять условию т.к. при большей или меньшей степени отгиба совместный эффект роста теплоотдачи в кормовой части труб и снижения аэродинамического сопротивления не достигается. Применение профилированных гн уты х ребер известно в теплотехнике, например, при изготовлении теплообменников из труб с продольными ребрами. Однако такие оребренные трубы применялись с целью срыва пограничного слоя и интенсификации теплообмена по всей поверхности, причем степень этой интенсификации была невелика, а сопутствующий ей рост аэродинамического сопротивления весьма значителен. В заявленном техническом решении при отгибе боковых участков ребер под острым углом в кормовой зоне интенсификации теплоотдачи сопутствует снижение аэродинамического сопротивления за счет сокращения вихревых потерь. b 0,3 £ £ 0,5, h При отгибке участков ребер в соответствии с выше указанным соотношением степень интенсификации теплоотдачи достаточно высока (составляет -10-20%), а доля снижения аэродинамического сопротивления составляет - 10-15%. На фиг.1 показана поверхность нагрева, общий вид; на фиг.2 показана крупным планом одна из труб поверхности нагрева. Поверхность нагрева содержит шахматный пучок труб 1, размещенных в газоходе (на чертеже не показан) с заданными относительными шагами S1 и S2 и снабженных кольцевыми или спиральными отогнутыми ребрами высотой h, расположенными на трубе с шагом t. Ребра 2 выполнены с Г-образным профилем путем отгиба их боковых частей таким образом, что последние образуют между собой острый угол β в кормовой зоне труб. На фиг.2 показана отдельная труба из пучка. Острый угол β в кормовой зоне трубы составляет 20-40°, а степень отгибки участков ребер определяется соотношением b 0,3 £ £ 0,5, h где b - расстояние скошенной кромки ребра от стенки трубы на образующей, h - высота ребра. Поверхность нагрева работает следующим образом. В тр убы 1 подается греющая среда (пар, греющая вода, дымовые газы). Газовый поток поперечно омывает оребренные участки труб, хорошо турбулизуется, отводя тепло, переданное греющей средой. Наличие отогнуты х под острым углом друг к другу участков ребер на трубах резко сужает кормовую зону потока за трубами, уменьшая потери на вихреобразование в этой зоне. При расположении кромок под углом β > 40° резко возрастает лобовое сопротивление труб за счет расположения отогнутой кромки поперек потока, а при угле β 0,5 Экспериментально установлено, что отгиб кромок ребер на величину h практически не дает эффекта, т.к. при этом кормовая зона потока за трубой практически не меняется. При отгибе кромок на величину b < 0,3 резко возрастает сопротивление труб (за счет наслоения ребер h друг на др уга на боковой части трубы и образования шероховатой боковой стенки), кроме того, из процесса теплообмена исключается часть поверхности ребер (тем большая, чем меньше b/h). Таким образом, указанные геометрические соотношения (отгиб кромок под углом 20-40° в кормовой зоне b 0,3 £ £ 0,5, h трубы и выбор степени отгибки участков ребер в пределах обеспечивают повышение тепловой эффективности поверхности нагрева при одновременном снижении ее аэродинамического сопротивления. Благодаря своей высокой компактности и хорошим аэродинамическим характеристикам поверхность нагрева легко может быть размещена в габаритах действующи х котлов.