ИНТЕНСИФИЦИРОВАННАЯ ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА ГАЗОВОЗДУШНОГО ТЕПЛОБМЕННОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована для охлаждения продуктов сгорания газотурбинных установок воздухом в парогазовом цикле энергетических установок.
Аналогами являются:
1) Аппарат теплообменный по патенту RU 22233, МПК F28D 7/10, 10.03.2002, содержащий шнековый канал. Один из участвующих в процессе теплоноситель подается во входной патрубок и совершается круговое движение вокруг теплопередающей поверхности, тем самым он передает энергию второму теплоносителю.
Недостатками являются большая длина из-за прямого внутреннего канала, наличие сальников и выжимных втулок, за счет этого имеет место более длительное техническое обслуживание.
2) Теплообменник шнековый по патенту RU 132872, МПК F24H 1/00, 27.09.2013. Первый теплоноситель подается снаружи трубы в шнековый канал и совершает круговые движения, внутри трубы проходит второй теплоноситель. Отличительным от патента RU 22233, МПК F28D 7/10, 10.03.20002, является последовательная работа нескольких блоков для повышения теплообмена.
Недостатками является громоздкость конструкции, наличие манжетного уплотнения и прямого внутреннего канала, что делает его достаточно большим и время на обслуживание тратится больше.
Прототипом является теплообменный элемент по патенту РФ RU 2377490, МПК F28F 1/10, F28F 1/42, 27.12.2009, содержит трубу с продольными ребрами, труба состоит из двух симметричных половин, половины свариваются, внутри устанавливается турбулизатор, он упирается своими углами в стенки трубы.
Недостатками являются малая надежность, вследствие сваривания двух половин, что делает ненадежным при использовании в режиме высоких давлений и температур, также такая форма ребер не позволяет более эффективно проходить теплообменному процессу, вследствие меньшей прижимной силы к стенке теплообменной трубы.
Задачей полезной модели является разработка интенсифицированной теплообменной трубы газовоздушного теплообменного аппарата, в которой устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом полезной модели являются улучшение теплообмена на наружной поверхности за счет поперечного расположения интенсифицирующих колец и их формы, улучшение внутреннего теплообмена связано с наличием турбулизатора, в котором газ движется по спирали, что способствует также уменьшению длины трубы.
Технический результат достигается тем, что интенсифицированная теплообменная труба газовоздушного теплообменного аппарата, содержащая турбулизатор и интенсифицирующие кольца, согласно настоящей полезной модели интенсифицирующие кольца представляют собой приваренные к трубе поперечные кольца когтеобразной формы с плавно измененяемой геометрией волнообразной формы по спинке, то есть наружной поверхности интенсифицирующего кольца и параболической формы по корыту, то есть внутренней поверхности интенсифицирующего кольца, а внутри трубы имеется пруток с треугольными пазами для установки и лабиринтными уплотнениями, на который по спирали приварена металлическая гофрированная полоса, удержание которой осуществляется прутком турбулизатора, пруток удерживается крышкой турбулизатора посадкой с натягом.
Сущность полезной модели представлена на чертеже (фиг. 1), на котором приведена интенсифицированная теплообменная труба газовоздушного теплообменного аппарата в сборе. На фиг. 2 представлена схема движения теплоносителей по трубе, указано направление потоков, где красным обозначен горячий теплоноситель, а синим - холодный.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - крышка турбулизатора;
2 - турбулизатор;
3 - трубная доска;
4 - гайки;
5 - труба;
6 - интенсифицирующее кольцо;
7 - болты;
8 - спинка интенсифицирующего кольца;
9 - корыто интенсифицирующего кольца;
10 - место, по контуру которого производится сварка.
На фиг. 1 представлена конструкция трубного блока. На главном виде показан блок в сборе; вид А показан со стороны входа отработавших газов; вид Б - в разрезе между интенсифицирующими кольцами; вид В - способ крепления турбулизатора в масштабе 4:1; вид Г - показаны канавки, удерживающие поток газов от перетечек.
Данная интенсифицированная теплообменная труба предназначена для использования в кожухотрубчатом теплообменном аппарате и только для работы в газовой среде.
Интенсифицированная труба содержит бесшовную трубу 5, внутри которой установлен турбулизатор 2, который имеет удерживающий пруток с треугольным пазом и лабиринтным уплотнением, на который по спирали наварена гофрированная стальная полоса. Труба 5 фланцем крепится к трубной доске 3, поверх фланца трубы крепится крышка турбулизатора 1, в которой имеются четыре входных канала. Крепление трубы 5 к трубной доске 3 осуществляется с помощью болтов 7, а крышки с помощью гаек 4. Поверх трубы сваркой 10 крепятся литые интенсифицирующие кольца 6, имеющие когтеобразную форму с измененной геометрией.
Предлагаемая интенсифицированная теплообменная труба отличается тем, что посередине крышки выполнен треугольный паз турбулизатора в виде треугольника, который и показан на виде В. Для исключения перемещений турбулизатора, на прутке имеется кольцо. Для предотвращения перетечек через замок турбулизатора имеется лабиринтное уплотнение, показанное на виде Г. Интенсифицирующие кольца 6 позволяют направить больший поток нагреваемого воздуха на теплопередающие стенки. Как видно на фиг. 1, форма интенсифицирующего кольца не прямая, спинка, то есть наружная поверхность 8 выполнена в форме волны, в которой посередине имеется плавное изменение угла направления на 10-15 градусов, это нужно для направления потока воздуха к середине корыта, то есть внутренней поверхности интенсифицирующего кольца 9. Это плавное изменение угла вхождения потока объясняется снижением нагрузки на основание интенсифицирующего кольца. Корыто интенсифицирующего кольца выполнено плавным изменением угла, имеющего вид ветви параболы, разница высоты между концом и корнем спинки интенсифицирующего кольца составляет 1/3 от ширины интенсифицирующего кольца.
Принцип действия предлагаемой интенсифицированной теплообменной трубы изображен на фиг. 2 и описывается следующим образом: горячий поток подается внутрь трубы 5, благодаря турбулизатору 2 потоку придается закрутка, за счет центробежной силы набегающего потока и закрутке теплообмен интенсифицируется. Важными моментами являются направления потоков: горячий поток должен быть направлен как на фиг. 2, т.е. со стороны спинки интенсифицирующего кольца 8, а поток холодного воздуха должен быть направлен в противоположном направлении по отношению к горячему теплоносителю, т.е. со стороны корыта интенсифицирующего кольца 9. На виде А показан вход горячего потока. Движение холодного потока идет по следующей траектории: на первом интенсифицирующем кольце происходит обычное ударение потока о корыто, поток, обтекая его, слегка закручивается, на остальных ступенях поток идет в нескольких направлениях, в первом, поток ударяется о спинку и из-за разности углов перемещается на центр корыта следующего кольца, второй поток начинает вход от верха корыта, смешивается, немного снижая скорость и закручивается. При этом теплообмен интенсифицируется.
Использование предложенной полезной модели, по сравнению с прототипом, позволит интенсифицировать теплообменный процесс на наружной стенке трубы, позволит ее использование при высоких температурах и давлении, позволит отказаться от расходников на техническое обслуживание, а именно от уплотнителей, сальников и тому подобного.
Благодаря этой конструкции охлаждение и нагрев происходит более интенсивно.