ТУРБУЛИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛООБМЕННОЙ ТРУБЫ
TURBULISING UNIT FOR HEAT EXCHANGING PIPE

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструкции турбулизирующих устройств, и может применяться в различных теплообменных трубах промышленных теплообменников.
Известно турбулизирующее устройство для теплообменной трубы (JP №2976538, кл. F28F 1/40, 1999), представляющее собой элемент со спиральным гребнем, формирующий поток теплоносителя. Канал для прохода теплоносителя образован между цилиндрическим участком элемента и внутренней стенкой теплообменной трубы, при этом поток теплоносителя имеет вихревое движение.
Известен турбулизатор для теплообменной трубы (US №5497824, кл. F28F 13/02, опубл. 1996), содержащий двойную полосу, свернутую в спираль, при этом турбулизатор устанавливают соосно внутри трубы теплообменника так, что он контактирует со стенками трубы или удален от внутренней поверхности стенки.
Известно турбулизирующее устройство для теплообменной трубы (SU №624104, кл. F28F 13/12, 1978), содержащее попарно установленные вдоль трубы на неподвижной оси завихрители с лопастями и возможностью вращения, при этом лопасти повернуты на угол 40-60° относительно своей оси симметрии и размещены в трубе с зазором, равным (0,03-0,1)L, расстояние между завихрителями в каждой паре равно (1,0-1,5)L, при этом пары расположены одна от другой на расстоянии (30-70)L, где L - максимальный размер завихрителей в плане.
Недостатками указанных способов является низкая технологичность в изготовлении, а также невозможность достижения оптимальной работы при смене режимов работы теплообменников, в частности расхода теплоносителя.
Наиболее близким к заявленному изобретению является турбулизирующее устройство для теплообменной трубы (SU №966482, кл. F28F 13/12, 1982), содержащее ось, выполненную с возможностью вращения, и установленные на оси с заданным шагом жестко укрепленные завихрители с лопастями, при этом лопасти, через один, наклонены под разными углами к оси, а у остальных завихрителей угол наклона всех лопастей одинаков и составляет 30-50°. Завихрители установлены на оси с шагом, равным 5-8 внутренним диаметрам трубы.
Недостатками данного устройства являются низкая технологичность в изготовлении, невозможность достижения оптимальной работы одного и того же турбулизирующего устройства для теплообменной трубы при изменении режимов протекания потока теплоносителя внутри трубы, трудоемкий и достаточно длительный процесс перенастройки оборудования под конкретный режим работы теплообменника.
Технической задачей предлагаемого изобретения является достижение оптимальной интенсификации теплообмена в теплообменных трубах с различными режимами работы за короткий период и без значительных затрат.
Поставленная задача решена тем, что турбулизирующее устройство для теплообменной трубы, содержащее закрепленные на оси с заданным шагом завихрители-лопасти, обтекаемые потоком теплоносителя, при этом ось выполнена в виде двух скрученных между собой стержней, завихрители-лопасти выполнены в виде прямоугольных пластин, закрепленных между скрученными стержнями и установленных по длине трубы на расстоянии от 0,5 до 5 внутренних диаметров трубы, причем величина скрутки изменяет угол поворота плоскости пластин относительно потока теплоносителя на угол 1-15°, а угол поворота завихрителей-лопастей относительно друг друга на 15-90°.
Сущность изобретение поясняется подробнее чертежом и описанием к нему.
На фиг.1 схематично изображено турбулизирующее устройство, содержащее ось 1 в виде двух скрученных между собой стержней, завихрители-лопасти 2, представляющие собой прямоугольные пластины, закрепленные между скрученными стержнями. Турбулизирующее устройство расположено в теплообменной трубе 3.
Турбулизирующее устройство работает следующим образом.
Поток теплоносителя поступает в трубу 3, натекает на расположенные внутри трубы завихрители-лопасти в виде прямоугольных металлических пластин 2, которые закреплены центральной (средней) частью между скрученных металлических стержней (ось) 1, причем пластины могут удерживаться прижимающими их с двух сторон стержнями или крепиться к одному из стержней с помощью сварки или пайки. Завихрители установлены по длине трубы на расстоянии от 0,5 до 5 внутренних диаметров трубы (расстояние между пластинами в указанном диапазоне может быть одинаковым или различным). Плоскость завихрителей-лопастей (пластин) параллельна потоку теплоносителя. При изменении силы скрутки стержней относительно друг друга, например при увеличении величины закручивания, плоскость пластин (завихрителей-лопастей) смещается на угол 1-15° относительно потока теплоносителя (пластины разворачиваются), при этом пластины поворачиваются относительно друг друга на угол 15-90°. Происходит интенсификация процесса теплообмена.
При попадании потока теплоносителя на завихрители-лопасти происходит его турбулизация, улучшается теплообмен и одновременно увеличиваются гидравлические потери. Теплоноситель при одной и той же конструкции теплообменника может иметь различные параметры (температуру, вязкость, давление и др.) и расход. Использование заявленного турбулизирующего устройства позволяет формировать поток теплоносителя с наиболее оптимальным сочетанием между величиной теплоотдачи и гидравлическими потерями при изменении режима протекания теплоносителя. Это достигается простым изменением величины закрутки стержней относительно друг друга и, тем самым, изменением угла поворота плоскости пластин (завихрителей-лопастей) относительно друг друга и относительно потока теплоносителя.
Закрутка стержней и изменение ее величины могут быть выполнены с помощью различных устройств, например с помощью двух струбцин зажимающих концы стержней, с поворотом одной из струбцин на заданный угол с учетом величины упругости материала, из которого выполнены стержни. Выбор материала, из которого выполняются стержни и турбулизаторы, определяется конкретными условияли работы теплообменника.
Таким образом, предложенное турбулизирующее устройство для теплообменной трубы может быть использовано в теплообменных аппаратах с различными параметрами и расходами теплоносителя.