Кожухотрубный теплообменник

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ теплоэнергетике,нефтехимии,металлургии,автомобилестроении и других отраслях промышленности. Интенсификация процесса теплообмена и увеличение коэффициента теплоотдачи достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике,состоящем из кожуха с патрубком ввода охлаждаемой среды и патрубком вывода охлажденной среды и охлаждающих труб, согласно изобретению, охлаждающие трубы расположены по направлению движения потока охлаждаемой среды с шагом, равным 4-5 диаметрам трубы.(72) Балабеков Оразалы Сатимбекович Голубев Владимир Григорьевич Бекибаев Нурмаханбет Сейтмаханбетович Сыдыков Жарылкасын Есиркепович Ерменов Сапар(57) Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может найти применение в 14131 Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может найти применение в теплоэнергетике,нефтехимии,металлургии,автомобилестроении и других отраслях промышленности. Известен теплообменник (а. с. СССР 787864, кл. 28 7/00, 1980), содержащий трубный пучок,заключенный в кожух и состоящий из секций,каждая из которых выполнена в виде вертикального ряда горизонтальных труб. С целью интенсификации теплообмена участок кожуха,расположенный за его входным участком по ходу теплоносителя, выполнен с цилиндрическими гофрами, охватывающими с зазором боковые участки наружного контура труб, имеющих оребрение. Недостатком данного устройства является сложность конструкции, большая металлоемкость и высокое гидравлическое сопротивление. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является кожухотрубный теплообменник,содержащий кожух с патрубком ввода охлаждаемой среды и патрубком вывода охлажденной среды и охлаждающие трубы, причем охлаждающие трубы в продольном и поперечном направлениях установлены с переменным шагом,увеличивающимся от периферии к центру по закону нн(1-н)2,где н - шаг трубы после -го ряда,отсчитываемого от периферии к центру пучка н - наружный диаметр трубы (а. с. СССР 769284, кл. 28, 1980). Процесс теплообмена осуществляется в указанном теплообменнике неинтенсивно, т.к. не будет одновременного вихреобразования на всех трубах, а напротив, встречные потоки будут гасить друг друга и образовывать застойные зоны. Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация теплообмена путем достижения синфазности в срыве вихрей и увеличение коэффициента теплоотдачи. Поставленная задача решается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, состоящем из кожуха с патрубком ввода охлаждаемой среды и патрубком вывода охлажденной среды и охлаждающих труб,согласно изобретению,охлаждающие трубы расположены по направлению движения потока охлаждаемой среды с шагом,равным 4-5 диаметрам трубы. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1,Кожухотрубный теплообменник содержит кожух с патрубком ввода охлаждаемой среды 4, патрубком вывода охлажденной среды 5, охлаждающие трубы 2, коллекторы 3 для ввода и отвода охлаждающей среды охлаждающие трубы 2 расположены по направлению движения потока охлаждаемой среды с шагом, равным 4-5 диаметрам трубы. Теплообменник работает следующим образом. Парогазовый поток поступает в теплообменник сверху через патрубок 4 в межтрубное пространство и охлаждается за счет контакта с охлаждающей 2 поверхностью. В начальный момент времени движения потока через охлаждающие трубы одновременно за ними происходит вихреобразование. Оторвавшиеся вихри от предыдущих труб перемещаются вместе с потоками и подходят к последующим трубам через время,равное периоду их образования. В момент их касания со всех труб вновь одновременно срываются вихри. Это происходит ввиду равенства времени движения от трубы до трубы по направлению движения потока и времени вихреобразования Т. Из этого условия шаг между трубами определяется по формуле где- скорость движения вихря- скорость движения потока- диаметр трубы- число Струхаля, зависящее от формы контактного элемента. Для трубы, имеющей цилиндрическую форму 0,22 (Жукаускас А.А.,Жюгда И.И. Теплопередача цилиндра в поперечном потоке жидкости. Вильнюс Мокслас, 1979). При таком шаге между трубами моменты возникновения вихрей не растянуты во времени и между ними нет сдвига. Такой режим вихреобразования называется синфазным, он характеризуется одновременным вихреобразованием и максимальным теплообменом для данного устройства (Балабеков О.С. Избранные труды. Физико-химическая гидродинамика и закон о синфазности вихреобразования. Шымкент, ЮКГУ им. Ауэзова, 2000). Охлаждающая среда (например, вода), проходя по охлаждающим трубам, нагревается, охлаждая среду межтрубного пространства, и выводится через коллектор 3. Охлажденный поток выходит из теплообменника снизу через патрубок 5. Применение расположения теплообменных труб с шагом, равным 4-5 диаметрам трубы, позволит интенсифицировать теплообмен в теплообменнике данной конструкции. Пример 1 Парогазовый поток поступает в теплообменник сверху в количестве г 0,5 м 3/с при температуре Тг 280 С. По трубам циркулирует охлаждающая вода в количестве в 20-103 кг/с при температуре Тв 20 С. Трубы расположены с шагом, равным 3 диаметрам трубы, по направлению движения потока охлаждаемой среды. Шаг между трубами 2 в перпендикулярном сечении относительно движения потока равен 2. Средний коэффициент теплоотдачи составляет а 3820 Вт/м 2 град. Пример 2 Условия эксперимента аналогичны приведенным в примере 1, но с тем отличием, что трубы расположены с шагом, равным 3,5 диаметра трубы,по направлению движения потока охлаждаемой среды. Средний коэффициент теплоотдачи составляет 4020 Вт/м 2 град. Пример 3 14131 Условия эксперимента аналогичны приведенным в примере 1, но с тем отличием, что трубы 2 расположены с шагом, равным 4 диаметрам трубы,по направлению движения потока охлаждаемой среды. Средний коэффициент теплоотдачи составляет 4850 Вт/м 2 град. Пример 4 Условия эксперимента аналогичны приведенным в примере 1, но с тем отличием, что трубы расположены с шагом, равным 4,5 диаметрам трубы,по направлению движения потока охлаждаемой среды. Средний коэффициент теплоотдачи составляет 4920 Вт/м 2 град. Пример 5 Условия эксперимента аналогичны приведенным в примере 1, но с тем отличием, что трубы расположены с шагом, равным 5 диаметрам трубы,по направлению движения потока охлаждаемой среды. Средний коэффициент теплоотдачи составляет 4915 Вт/м 2 град. Пример 6 Условия эксперимента аналогичны приведенным в примере 1, но с тем отличием, что трубы расположены с шагом, равным 6 диаметрам трубы,по направлению движения потока охлаждаемой среды. Средний коэффициент теплоотдачи составляет 3790 Вт/м 2 град. Результаты экспериментов сведены в таблицу. Анализ проведенных экспериментов позволяет сделать вывод о том, что при кратности шага,равном 4-5 диаметрам трубы, удается получить максимальные коэффициенты теплоотдачи. Таблица ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Кожухотрубный теплообменник, состоящий из кожуха с патрубком ввода охлаждаемой среды и патрубком вывода охлажденной среды и охлаждающих труб, отличающийся тем, что охлаждающие трубы расположены по направлению движения потока охлаждаемой среды с шагом,равным 4-5 диаметрам трубы.