ДЫМОГАРНАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям дымогарных труб, используемых в теплообменных аппаратах с повышенной тепловой эффективностью, например в паровых и водогрейных котлах.
В известных конструкциях паровых и водогрейных котлов размещается несколько гладкоствольных дымогарных труб диаметром 28…60 мм, которые снаружи омываются водой, а во внутренней части их проходят горячие газы. В таких котлах путем изменения числа труб обеспечивается увеличение поверхности нагрева и, соответственно, увеличение тепловой мощности (В.И. Панин. Котельные установки малой и средней мощности. М, Стройиздат, 1975, с. 156-157).
Однако гладкоствольные дымогарные трубы имеют существенный недостаток - обладают слабой циркуляцией газовых потоков, т.к. между внутренней поверхностью трубы и тубулентным газовым потоком существует ламинарный вязкий пограничный подслой толщиной до δ=0,73 мм. В ламинарном подслое нет турбулентного перемешивания, а перенос количества движения и, следовательно, тепла происходит за счет вязкостного трения. Интенсивность теплообмена определяется переносом теплоты в вязком подслое у поверхности и его увеличение возможно за счет интенсификации процессов переноса именно в этом слое. За пределами пограничного слоя, т.е. в ядре теплового потока, переноса теплоты нет (L.Prandtl. Gesammelte Abhandlungen zur angewandten Mechanik, Hydro- und Aerodynamik, T1 1-3, B. 1961).
Известны конструкции дымогарных труб котельных агрегатов, состоящие из гладкоствольной трубы, в которую вставлен турбулизатор, выполненный из жаростойкой проволоки или ленты в виде спирали, обеспечивающий добавочное вихревое закручивание газового потока теплоносителя, что позволяет уменьшить высоту (толщину) пограничного ламинарного слоя и тем самым повысить интенсивность теплопередачи (см. SU №1476300 от 30.04.89).
Недостатком данной конструкции дымогарной трубы является то, что спиральный турбулизатор обеспечивает, в основном, разрушение ядра газового потока и при этом только частично влияет на процесс течения тепловых потоков в пограничном слое.
Известна также дымогарная труба, в полости которой размещена парогенерирующая труба снабженная интенсификатором конвективного теплообмена (см. Фока А.А. Судовой механик. Справочник. Т. 2, «Феникс», Ростов на Дону, 2010, 1029 с). В огнетрубно-водотрубном котле Санрод, в дымогарных трубах большого диаметра установлены патентованные элементы Санрод, представляющие собой парогенерирующую трубу, наружная поверхность которой покрыта множеством приваренных шипов (поперечное сечение трубы имеет солнцевидную форму, откуда и название элемента). Одним концом ошипованная труба вварена в верхнюю часть топочной камеры или в нижний конец дымогарной трубы, а другим - в верхнюю часть дымогарной трубы. В нижний канал входит вода, а через верхний выходит пароводяная смесь в паровое пространство котла.
Недостатками таких дымогарных труб являются сложность изготовления и эксплуатации дымогарных труб: сложна технология изготовления ошипованных парогенерирующих труб и высока трудоемкость их замены при выходе из строя, даже при наличии запасных элементов, кроме того, трудна их очистка от отложений золы и сажи (известно, что загрязняемость элемента Санрод сажей очень сильна). Кроме того, загрязняемость элемента Санрод приводит к увеличению подшламовой коррозии и снижению интенсивности теплообмена.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение - упрощение конструкции и технологии изготовления дымогарных труб и упрощение их эксплуатации.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи выражается в снижении потерь тепла с уходящими газами при конвективном теплообмене, тем самым повышается количество теплоты, используемое для получения пара, снижается сажеобразование, упрощается чистка котла от сажи и золы.
Для решения поставленной задачи дымогарная труба, в полости которой размещена парогенерирующая труба снабженная интенсификатором конвективного теплообмена отличается тем, что, по меньшей мере часть, стенки дымогарной трубы выполнена гофрированной поперечными гофрами, при этом парогенерирующая труба размещена в полости гофрированного кожуха открытого сверху и снизу в полость дымогарной трубы, внешняя поверхность которого конгруэнтна поверхности дымогарной трубы, кроме того, интенсификатор конвективного теплообмена выполнен в виде направляющего аппарата содержащего неподвижные лопатки, скрепленные с поверхностью парогенерирующей трубы, свободные концы которых скреплены с поверхностью гофрированного кожуха, при этом лопатки размещены, как на уровне выступов кожуха, так и их впадин и выполнены с возможностью закручивания газового потока в полости кожуха.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивают решение технической задачи, а именно обеспечивают возможность упрощения конструкции и технологии изготовления дымогарных труб и позволяют упростить их эксплуатацию.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан фрагмент котла с пучком дымогарных труб; на фиг. 2 показан вертикальный разрез дымогарной трубы; на фиг. 3 показан поперечный разрез А-А дымогарной трубы; на фиг.4 показан поперечный разрез Б-Б дымогарной трубы.
На чертежах показаны дымогарная труба 1, в полости 2 которой размещена парогенерирующая труба 3, гофрированный кожух 4, неподвижные лопатки 5 (расположенные на уровне выступов 6 кожуха 4), неподвижные лопатки 7 (расположенные на уровне впадин 8 кожуха 4). Кроме того, показаны нижний 9 и верхний 10 каналы парогенерирующей трубы 3, первый 11 и второй 12 газовые потоки.
Гофры дымогарной трубы 1 выполнены в виде трапецеидальной поверхности с одинаковыми по длине сторонами (в данном случае - 5 см), что позволило увеличить площадь теплообмена на 3,2 м.
Кожух 4 открыт сверху и снизу в полость дымогарной трубы 1,
Гофры кожуха 4 выполнены конгруэнтными поверхности дымогарной трубы 1, в виде трапецеидальной поверхности с одинаковыми по длине сторонами (в данном случае - 3 см).
Дымогарная труба может быть выполнена, как предварительной штамповкой элементов гофрированной части и их последующей сваркой, что недостаточно технологично, либо пластическим деформированием трубчатых заготовок, с формированием на них участков с чередующимися выступами и впадинами.
Неподвижные лопатки 5 (расположенные на уровне выступов 6 кожуха 4), неподвижные лопатки 7 (расположенные на уровне впадин 8 кожуха 4) образуют направляющий аппарат, обеспечивающий закручивание газового потока в полости кожуха, что способствует снижению прилипания частиц сажи к поверхности нагрева в полости кожуха.
Дымогарная труба «работает» следующим образом.
В процессе работы парогенерирующей трубы 3, в ее нижний канал 9 входит вода, а через верхний 10 выходит пароводяная смесь в паровое пространство котла.
Горячие газы входят в дымогарную трубу, через ее нижнее (приемное) отверстие и движутся единым потоком до нижней кромки кожуха 4, после которой единый поток газов разделяется на два: первый 11 движется между поверхностью дымогарной трубы 1 и поверхностью кожуха 4, а второй - 12, движется в полости кожуха 4 между поверхностью парогенерирующей трубы 3 и внутренней поверхностью кожуха 4. Направляющий аппарат (неподвижные лопатки 5 и 7) установленные на парогенерирующей трубе 3 обеспечивают турбулизацию газового потока в полости кожуха 4, приводит к интенсификации теплообмена и снижению сажеобразования. Гофрировка поверхности кожуха 4 увеличивает площадь теплообмена и тем самым повышает количество теплоты, используемое для получения пара. Теплота первого потока 11 газов используется как для прогрева поверхности дымогарной трубы 1 и, тем самым, нагрева воды, так и задействуется на прогрев стенки кожуха 4, способствующий повышению интенсивности парообразования.
Теплота второго потока 12 газов и часть тепла, подводимого в полость кожуха из первого потока 11 газов, теплопередачей через стенку кожуха 4, задействуется на парообразование.