Теплообмінна труба

Теплообмінна труба, яка містить розташований у її порожнині шнековий завихрювач, вісь котрого збігається з поздовжньою віссю труби, яка відрізняє ться тим, що вона додатково має поперечні елементи шорсткості, виконані у вигляді западин на зовнішній та відповідних їм виступів на внутрішній поверхні труби, які розташовані перпендикулярно її поздовжній осі, крім того, між шнековим завихрювачем та виступом існує зазор. Пропонуємий пристрій відноситься до теплообмінних тр уб, завдяки яким здійснюється нагрів рідини, наприклад, у енергетичній промисловості або у котлах водонагрівальної системи. Відома, використовувана у теплообмінних пристроях [а.с. 1776968, CPCP, MKB 5 F28F1/24, БВ №43, 1992] поверхня теплообміну, яка має елементи шорсткості у вигляді паралельних виступів, розташованих один від одного на відстані, яка дорівнює 12-14 їх висоти, між якими розташовані додаткові турбулізатори, при цьому додаткові турбулізатори виконані у вигляді канавок, розташованих паралельно виступам на відстані, яка дорівнює 10 висот виступ у. Недоліками цього пристрою є низький рівень тепловіддачі від продуктів згоряння до поверхні теплозйому з-за відриву потоку від виступів та формування його стискання до вісі після розвороту на канавках і, як наслідок, низька ефективність конструкції. Найбільш близьким по технічній суті до пропонуємого винаходу є теплообмінна труба [а.с. 1772576, CPCP, MKB 5 F28F1/30, 13/12, БВ №40, 1992], яка має розташований у її запоні елемент охолоджування та шнековий завихрювач, вісь яко го збігається з поздовжньою віссю труби, при цьому вісь елемента охолоджування паралельно зміщена відносно вісі труби та на периферійних ділянках шнекового завихрювача виконані отвори під елемент охолоджування. Проте, ця теплообмінна труба також не забезпечує повний теплозйом від стінки з-за утворення ліній зриву струменю з шнекового завихрювача на поверхні його контакту з трубою, які також сприяють погіршенню її прогріву та зниженню тепловіддачі від неї зовні. В основу винаходу поставлена задача поліпшення тепловіддачі теплообмінної трубою та збільшення її коефіцієнта корисної дії (ККД), за рахунок виконання водночас і кільцевих западин на зовнішній і відповідно ним кільцевих виступів на внутрішній поверхні труби, які розташовані перпендикулярно її поздовжньої вісі, крім того між шнековим завихрювачем та виступом існує зазор. Це забезпечує виключення точек зриву потоку та рівномірність епюри швидкостей. Поставлена задача вирішується тим, що в теплообмінній трубі, завдяки реалізації нової сукупності суттєви х відзнак (19) UA (11) 84711 (13) C2 (21) a200602433 (22) 06.03.2006 (24) 25.11.2008 (46) 25.11.2008, Бюл.№ 22, 2008 р. (72) ПАРШИН АНАТОЛІЙ ІВАНОВИЧ, U A, КОНЮХОВ СТАНІСЛАВ МИКОЛАЙОВИЧ, U A, МОШНЕНКО ЮРІЙ ІВАНОВИЧ, U A, ГОЛУБКОВ ГЕНАДІЙ МИ ХАЙЛОВИЧ, UA, ВАСИЛІНА ВОЛОДИ МИР ГРИГОРОВИЧ, UA, БЕЛЕЦЬКИЙ СЕРГІЙ ВІКТОРОВИЧ, UA, ЖУРБА СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ, UA, БОЙКО АНАТОЛІЙ ЛЕОНІДОВИЧ, U A (73) ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО "ПІВДЕННЕ" ІМ. М.К. ЯНГЕЛЯ", UA (56) UA 48349 A,15.08.2002 UA 37687 A, 15.05.2001 3 84711 загальних - розташований у запоні труби шнековий завихрювач, вісь якого збігається з віссю труби, та відмітних - тр уба додатково має поперечні елементи шорсткості, виконані у вигляді западин на зовнішній та відповідно ним виступів на внутрішній поверхні труби, які розташовані перпендикулярно її поздовжньої вісі, крім того між шнековим завихрювачем та виступом існує зазор, забезпечується виключення точек зриву потоку та рівномірність епюри швидкостей, що поліпшує тепловіддачу тр уби та збільшує ККД. Суть винаходу міститься в дальшому. Виконання в теплообмінній трубі додатково поперечних елементів шорсткості, у вигляді западин на зовнішній та відповідно ним виступів на внутрішній поверхні тр уби, а також зазору між ними та шнековим завихрювачем, поліпшує перемішування продуктів згоряння, забезпечує притискування їх та тепловіддачу ними внутрішній поверхні труби, завдяки порушенню ламінарного потоку біля її стінки. Це дозволяє вирівняти епюру швидкостей продуктів згоряння та збільшити тепловіддачу від них, а також інтенсифікувати теплозйом від її зовнішньої поверхні труби, яка контактує з нагріваємою густиною. Поєднання водночас, двох взаємодоповнюючих схем поліпшує перемішування продуктів згоряння та тепловіддачу ними внутрішній поверхні труби завдяки порушенню ламінарного потоку біля стінки труби. По-перше, при застосуванні шнека інтенсифікація теплообміну зі стінкою труби збільшується за рахунок радіальної складової швидкості і побільшання ефективної довжини та площі при конвективній, а також збільшенні променевої тепловіддачі від його розвитої поверхні при високих коефіцієнтах випромінювання теплообміну ε. А по-друге, інтенсифікація конвективного теплообміну для труби з кільцевими виступами досягається за рахунок утворення вихрових зон зі збільшеною турбулізацією, притискуванням до стінки продуктів згоряння за турбулізаторами та збільшення цим тепловіддачі внутрішній поверхні труби. Таким чином, сукупність зазначених вище ознак дозволяє максимізувати теплозйом та коефіцієнт корисної дії теплообмінної труби. Для більш докладного роз'яснення роботи пристрою, що заявляється, наведені креслення і докладний опис. На Фіг. зображено загальний вигляд теплообмінної труби. Пропонуємий пристрій містить теплообмінну трубу 1, впадини 2 на зовнішній та виступи 3 на її 4 внутрішній поверхні, шнековий завихрювач 4 та зазор 5 між трубою та шнековим завихрювачем 4. Робота теплообмінної труби здійснюється наступним чином. Продукти згоряння під тиском подаються у теплообмінну трубу 1. У ній, по-перше, вони набувають обертально-поступовий рух та радіальну складову швидкості на шнековому завихрювачі 4, а по-друге, завдяки цьому, здійснюється притискування продуктів згоряння до стінки, які проходять крізь зазор 5 між виступом труби 3 та завихрювачем 4, чим повністю ліквідується зрив пристінкового шар у. Причому, присутність на наружній поверхні труби западин, вирівнює нагрів густини. Експериментально виконані теплообмінні труби на котлі водогрійному, завдяки рекомендаціям ["Оценка эффективности интенсификации теплообмена с помощью турбулизации потока в трубчатых теплообменнных аппаратах". - Tp. ВЗМИ, 1974, вып.3. Гидравлика, т.10, с.102-114. Дрейцер Г.А., Кузьминов В.А., Неверов А.С., а також Калинин Э.К., Ярхо CA "Исследование интенсификации теплообмена при течении газов и капельных жидкостей в трубах". ИФЖ, 1971, т.20, №4, с.592-599], мали такі розміри d = 0,85 ¸ 0,96 (прийнято ~0,91) D t = 0,5 ¸ 15 (прийнято ~1) , D L = 6 ¸ 12 (прийнято ~8,9), D де D=36мм - внутрішній діаметр труби; d=32,8мм - діаметр по внутрішній поверхні кільцевих виступів; t=36мм - крок кільцевих виступів (відстань між серединами сусідніх кільцевих виступів; L=320мм - крок між вершинами витків шнека. Як показали експериментально виготовлені теплообмінні труби, завдяки наведеним вище відмітним істотним ознакам, коефіцієнт корисної дії становив на котлах водогрійних з номінальною потужністю 0,5МВт, розходом густини 12м 3/год, температурою на вході 65 та на виході 95°C, відповідно: тільки шнекові завихрювачі (92,36-92,53) середній 92,44%; водночас і шнекові завихрювачі, і впадини на зовнішній та виступи на внутрішній поверхні, а також зазор між шнековим завихрювачем та виступом (93,26-96,87) - середній 94,28%. Таким чином, у пристрої, який заявляється, отримується максимальний коефіцієнт корисної дії теплообмінної труби з максимальним економічним ефектом котла водогрійного. 5 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 84711 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601