Теплообмінна труба

Реферат: UA 86482 U UA 86482 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі теплотехніки й призначена для використання в теплообмінних апаратах різної конструкції. Найпоширенішими теплообмінними апаратами є кожухотрубні теплообмінники. їх застосовують для теплообміну й термохімічних процесів між різними рідинами, парами та газами - як без зміни, так і зі зміною їх агрегатного стану. У деяких конструкціях таких теплообмінників при протіканні рідини в міжтрубному просторі та рідини в трубах для підвищення коефіцієнта тепловіддачі застосовують труби з ребрами. Теплообмінники часто працюють із забрудненими рідинами при високих температурах і тисках, тому їх необхідно конструювати так, щоб забезпечити легкість ремонту та очищення. Відома теплообмінна труба [патент РФ №2177133, МПК F28F1/36 Опубл. 20.12.2001], що містить зовнішні поперечні ребра, на яких виконано виступи та западини у формі хвиль, розміщених в плоскості ребра концентрично відносно труби, поперечні ребра виконано по спіралі, причому ребра розміщені поруч мають виступи и западини, утворюючи хвилі, різної глибини та ширини, при цьому хвилі несиметричні відносно плоскості ребра. Дане конструктивне виконання хвиль тільки по периферії ребра в діаметрально протилежних секторах знижує питому площу розсіювання, що призводить до зниження теплообміну. Вищеописане розташування хвиль на ребрах не забезпечує необхідну турбулізацію потоку, що знижує процес теплообміну. Крім того, складність ремонту та очищення міжреберного простору представляє проблему, тому що виступи на сусідніх ребрах збігаються. Найбільш близька по технічній суті, та результату, що досягається є теплообмінна труба [Патент України №42625, МПК C02F3/00, F16L9/12, опубл. 15.10.2001], що містить порожнистий герметичний циліндр з коаксіальними зовнішньою і внутрішньою поверхнями, по зовнішній поверхні якого рівномірно розташовані подовжні паралельні ребра, які виконані з того ж матеріалу, що і циліндр, або з більш щільного матеріалу, ніж циліндр. Висота ребер над стінкою труби складає від 0,5 до 1 товщини стінки труби, а ширина ребер в їх основі складає від 0,5 до 2 висоти ребер. Конструктивне виконання відомої труби забезпечує легкість ремонту та очищення міжреберного простору. Однак коефіцієнти тепловіддачі на поверхні міжтрубного простору відомої конструкції невисокі, що знижує коефіцієнт теплопередачі в пристрої. Розташування на зовнішній поверхні порожнистого циліндра паралельних подовжніх ребер знижує питому площу розсіювання, що призводить до зниження теплообміну. До отого ж конструктивне виконання ребер не забезпечує необхідну турбулізацію потоку, що знижує процес теплообміну, Технічною задачею пропонованої корисної моделі є вдосконалення конструкції теплообмінної труби шляхом збільшення питомої площі розсіювання й коефіцієнта теплопередачі, що забезпечують інтенсифікацію теплообміну. Поставлена задача вирішується тим, що теплообмінна труба, що містить порожнистий герметичний циліндр з коаксіальними зовнішньою і внутрішньою поверхнями, по зовнішній поверхні якого рівномірно розташовані подовжні паралельні ребра, які виконані з того ж матеріалу, що і циліндр, відповідно до винаходу, ребра виконані навитими по зовнішній поверхні по спіралі синусоїдної конфігурації, при цьому ребра в поперечному перерізі виконані трапецієподібної форми з округленими кутами при основі під прямим кутом відносно один до одного. Висота ребер над зовнішньою поверхнею труби складає від 0,1 до 0,5 товщини стінки труби, а ширина ребер при вершині складає від 0,5 до 2,5 висоти ребер. Навивка ребра виконана під кутом 25° відносно осі труби з лівобічним напрямком спіралі. Ця конструкція дозволяє значно збільшити міцнісні характеристики. Збільшується пружність теплообмінної труби, усувається можливість прогинання її відносно горизонтальної площини, зберігається прямолінійність труби, що важливо при використанні труби в кожухотрубних теплообмінниках. Прогин труби знижується за рахунок нижченаведеного ребра знаходяться зовні циліндра труби, матеріал ребер при температурі завжди зберігає пружні властивості, ребра не розм'якшуються, не розтягуються, не стискуються, ребра працюють подібно лозин арматури, які затискають по зовнішньому периметру циліндра труби і не дозволяють йому прогинатися. Наявність спіральних навитих подовжніх ребер на зовнішній поверхні труби дозволяє збільшити довжину прольоту труби між опорними дошками теплообмінника від 1 м до 3 м або довжину консолі труби від опори від 0,5 м до 1,5 м, що зменшує число опор і, відповідно, число елементів кріплень труби при їх застосуванні. Те, що ребра виконані трапецієподібної форми в поперечному перерізі з округленими кутами в основі трапеції при висоті ребер в пропонованих межах забезпечує мінімально 1 UA 86482 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 необхідну площу охолоджування кожного ребра труби для підтримки необхідної їм пружності, а при ширині ребер в межах, що пропонуються, досягається збільшення питомої площі розсіювання й коефіцієнта теплопередачі, що забезпечують інтенсифікацію теплообміну. Виконанням теплообмінної труби із ребрами під прямим кутом відносно один до одного, тобто 4-реберними, досягається в статичному стані набагато менший прогин через ребра жорсткості. Крім цього, спіральна навивка дозволяє забезпечити мінімальний коефіцієнт зіткнення розташованих рядом труб. У динамічно навантаженім стані, коли усередині труб відбувається турбулентне переміщення рідини з високою температурою й швидкістю, 4хреберні труби забезпечують необхідну вібраційну стійкість конструкції теплообмінника. Завдяки тому, що висота ребер над стінкою труби h складає від 0,1 до 0,5 товщини стінки труби S, а ширина ребер b при вершині складає від 0,5 до 2,5 висоти ребер h, а також виконання навивки ребер під кутом α = 25° забезпечує те, що результати у заглибинах ребер не є більш або менш безперервним закрученим потоком, який повертається до заглибин ребер після бокових сторін ребер і призводить до утворення небажаних "вихорів" у заглибинах ребер. Точніше, турбулентність, що утворилася у заглибинах ребер, стає відокремлюваною від сторін ребер і сприймається закрученим потоком. Енергія закручення, що вводиться ребрами, прискорює частинки газу і призводить до більш високої загальної швидкості. Це призводить до зниження температури металу труби і також робить останню більш однорідною, а також роблячи температуру і час перебування по поперечному перерізу труби більш однорідними Суть технічного рішення пояснюється наступними зображеннями. Фігура 1 - креслення теплообмінної труби, вигляд збоку Фігура 2 - креслення поперечного перерізу А-А на фіг. 1. Фігура 3 - креслення вузла В на фіг .2. Фігура 4 - фото загального вигляду теплообмінної труби Теплообмінна труба містить (фіг. 1) порожнистий герметичний циліндр 1 з коаксіальними зовнішньою і внутрішньою поверхнями Труба виконана з корозійностійкого матеріалу - сплав на основі титану. Простір порожнистого циліндра 1 труби між зовнішньою і внутрішньою поверхнями утворює кільцеву стінку труби з кільцевим поперечним перерізом. Зовнішня поверхня порожнистого циліндра 1 містить подовжні ребра 2 з того ж матеріалу, що і циліндр 1 труби. Спірально навиті ребра 2 виступають із зовнішньої поверхні порожнистого циліндра 1 і відлиті заодно з порожнистим циліндром 1 труби. Ребра 2 мають трапецієподібну форму (див. фіг. 2 і фіг. 3) з поперечним перерізом кожного ребра 2 у вигляді трапеції зі округленими кутами при основі трапеції. Величина кута трапеції β = 30°. Радіус округлення перерізу ребра 2 при основі R=0,3 мм, а радіус округлення перерізу ребра 2 при вершині трапеції r=0,2 мм. Пропонована теплообмінна труба працює наступним чином. Кожухотрубні теплообмінники складаються з пучків вищевказаних труб, укріплених в трубних дошках, кожухах, кришках, камер, патрубків та опор. Труби, укріплені в трубних дошках, встановлюють в теплообміннику на опорах з відстанню між опорами від двох до трьох метрів. Заповнюють теплообмінник водою. Після подачі води в трубу в останній виникає через підіймальну силу між опорами згинаючий момент. Усередині труби відбувається турбулентне переміщення рідини з високою температурою й швидкістю. Труба при цьому не прогинається від горизонталі, оскільки ребра 2 охолоджуються і температура ребер 2 підтримується в стабільному режимі У робочому температурному режимі матеріал ребер зберігає достатню пружність і не розм'якшується, а оскільки ребра 2 жорстко сполучені з циліндром 1 труби, то циліндр ніби стає затиснутим між ребрами 2, і труба має підвищену пружність на відстані між опорами до 3 м. Запропонована конструкція теплообмінної труби може бути виготовлена в умовах промислового виробництва на металургійних підприємствах з трубної заготовки, обточеної та розточеної після гарячого переділу та калібровки на станах ХПТ. Трубу виготовляють безшовною шляхом холодної деформації із сплаву ПТ-7М. 2 UA 86482 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Теплообмінна труба, що містить порожнистий герметичний циліндр з коаксіальними зовнішньою і внутрішньою поверхнями, по зовнішній поверхні якого рівномірно розташовані подовжні паралельні ребра, які виконані з того ж матеріалу, що і циліндр, яка відрізняється тим, що ребра виконані навитими по зовнішній поверхні по спіралі синусоїдної конфігурації, при цьому ребра в поперечному перерізі виконані трапецієподібної форми з округленими кутами при основі під прямим кутом відносно один до одного. 2. Теплообмінна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що висота ребер над зовнішньою поверхнею труби складає від 0,1 до 0,5 товщини стінки труби, а ширина ребер при вершині складає від 0,5 до 2,5 висоти ребер. 3. Теплообмінна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що навивка ребра виконана під кутом 25° відносно осі труби з лівобічним напрямком спіралі. 3 UA 86482 U 4 UA 86482 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5