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 Mechahic, Hydro- und Aerodynamik, T1 1-3, В. 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. А также увеличение площади поверхности нагрева за счет гофрировки без изменения габаритных размеров котла, тем сам увеличивается количество производимого пара.
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, при этом гофры ориентированы по спирали, кроме того, интенсификатор конвективного теплообмена выполнен в виде направляющего аппарата содержащего неподвижные лопатки, концы которых скреплены с поверхностью парогенерирующей трубы, выполненные с возможностью закручивания газового потока, предпочтительно согласно с направлением его закручивания гофрами дымогарной трубы. Кроме того, концы неподвижных лопаток скреплены с внутренней поверхностью дымогарной трубы, на участках максимально сближенных с поверхностью парогенерирующей трубы.
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 чертежах показаны дымогарная труба 1, в полости 2 которой размещена парогенерирующая труба 3, неподвижные лопатки 4 направляющего аппарата, участки 5 максимально сближенные с поверхностью парогенерирующей трубы. 3 Кроме того, показаны нижний 6 и верхний 7 каналы парогенерирующей трубы 3, газовый поток 8.
2
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 м. Они ориентированы по спирали.
Гофрированный участок дымогарной трубы 1 может быть выполнен, как предварительной штамповкой желобчатой ленты с горизонтальными отгибами, скручивания этой желобчатой ленты в спираль и сварки обращенных друг к другу кромок отгибов (с образованием спирального шва), либо пластическим деформированием трубчатых заготовок, с формированием на них участков с чередующимися выступами и впадинами с образованием спиралевидной гофрированной поверхности.
Гофрированной выполняется по меньшей мере, часть стенки дымогарной трубы (желательно, в районе расположения парогенерирующей трубы 3). Неподвижные лопатки 4 расположенные на уровне впадин гофров дымогарной трубы 1 (на участках 5 максимально сближенных с поверхностью парогенерирующей трубы 3) 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 6 входит вода, а через верхний 7 выходит пароводяная смесь в паровое пространство котла (на чертежах не обозначено).
Горячие газы входят в дымогарную трубу, через ее нижнее (приемное) отверстие и движутся по спиральному каналу образованному гофрами дымогарной трубы, неподвижными лопатками 4 газо-направляющего аппарата и парогенерирующей трубы. 3, отдавая тепло стенкам дымогарной и парогенерирующей 3 труб. Неподвижные лопатки 4 направляющего аппарата установленные на парогенерирующей трубе 3 обеспечивают турбулизацию газового потока в полости дымогарной трубы 1, что приводит к интенсификации теплообмена и снижению сажеобразования. Гофрировка поверхности дымогарной трубы 1 увеличивает площадь теплообмена и тем самым повышает количество теплоты, используемое для подогрева воды. Теплота газового потока аккумулируемая неподвижными лопатками 4 передается на парогенерирующую трубу 3, способствуя повышению интенсивности парообразования.