ТРУБНЫЙ ПУЧОК С БУФЕРНЫМИ ПОЛОСТЯМИ КОЖУХОТРУБНОГО ГАЗОМАСЛЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к, конструктивным исполнениям элементов кожухотрубных теплообменников, может быть применена в конструкциях кожухотрубных, например, газомасляных теплообменников для подогрева топливного газа, охлаждения масла газоперекачивающих агрегатов.
Известен двухтрубный теплообменник безопасности, «Предварительный подогрев топлива - путь повышения КПД газовых турбин». Журнал «Газотурбинные технологии», 2005 г. №.6, Франк Триш - Термо Интеграл, г.Лейпциг, Германия, основными элементами которого являются два пучка труб, соосно вставленных один в другой с зазором, навнутренней стенке наружных труб выполнено параллельное продольное оребрение, а образованное пространство утечек заполнено инертным газом.
Основным недостатком данного технического решения является малая эффективность теплопередачи за счет наличия зазора и достаточно большого объема образованной буферной полости между внутренней и наружной трубами трубного пучка теплообменника. Буферные полости большого объема могут снизить максимальную величину рабочего давления в полости топливного газа за счет уменьшения толщины трубы. Кроме того, применение инертного газа ведет к удорожанию конструкции.
Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются двойные трубки кожухотрубчатого газомасляного подогревателя, представленные в патенте РФ №92934 «Агрегатный блок подготовки топливного газа», кл. F17D 1/00, F28F 1/10, B01D 45/18 опубл. 10.04.2010 г., составленные из внутренней трубки, наружной трубки, и имеющие между наружной и внутренней трубкой зазор, обеспечиваемый посредством канавок, образованных на наружной или внутренней трубке. Газ протекает по внутренней трубке в трубном пространстве, масло проходит в межтрубном пространстве и контактирует с наружной трубкой, а промежуточная полость заполнена инертным газом или промежуточным теплоносителем.
Применение инертного газа или промежуточного теплоносителя ведет к повышению стоимости конструкции в целом, но основным недостатком вышеприведенного кожухотрубчатого газомасляного подогревателя с двойными трубками, является малая эффективность теплопередачи, поскольку охлаждаемое масло и нагреваемый топливный газ имеют тепловой контакт не только через двойные трубы, разделяющие их, но еще и через промежуточный теплоноситель или инертный газ.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности теплопередачи, удешевление конструкции.
Технический результат достигается в трубном пучке с буферными полостями кожухотрубного газомасляного теплообменника, состоящем из двух труб, соосно вставленных одна в другую, по внутренней из которых проходит нагреваемый теплоноситель - топливный газ. Трубы трубного пучка вставлены одна в другую плотно, без зазора, причем внешняя стенка внутренней трубы выполнена с параллельными продольными ребрами, расположенными равномерно по ее поверхности, поперечное сечение которых имеет форму симметричной трапеции с равными боковыми сторонами, меньшее верхнее основание которой плотно, без зазора, прилегает к внутренней стенке внешней трубы трубного пучка, обеспечивая плотный контакт по металлу. Боковые стороны сопредельных ребер образуют параллельные продольные буферные полости между соосными трубами трубного пучка, а поперечное сечение образованных буферных полостей имеет форму равнобедренного треугольника. Образованные буферные полости заполнены воздухом.
Полезная модель иллюстрируется рисунком фиг.1 - поперечное сечение соосных труб трубного пучка.
Трубный пучок с буферными полостями кожухотрубного газомасляного теплообменника содержит две трубы 1 и 3, соосно вставленные одна в другую. По внутренней трубе 3 трубного пучка проходит нагреваемый теплоноситель - топливный газ, внешняя труба 1 трубного пучка помещена в горячее смазочное масло, подаваемое в корпус кожухотрубного газомасляного теплообменника (на чертеже не показан). На внешней стенке трубы 3 выполнены параллельные продольные ребра, сопредельные боковые стороны которых образуют буферные полости 2.
Трубный пучок с буферными полостями кожухотрубного газомасляного теплообменника работает следующим образом. Горячее смазочное масло проходит по межтрубному пространству кожухотрубного теплообменника. Холодный топливный газ проходит по внутренней трубе 3. Тепло от горячего теплоносителя передается к холодному через трубы 3 и 1. Происходит теплообмен, нагревается топливный газ и охлаждается смазочное масло. Если контакт по металлу между двумя соосными трубами отсутствует, то тепловое сопротивление, обусловленное прослойкой инертного газа или промежуточного теплоносителя с более низким коэффициентом теплопроводности, значительно возрастает. Это ведет к нежелательному снижению общего количества тепла, переданного от масла к газу. Поэтому, чтобы обеспечить плотный тепловой контакт по металлу между соосными трубами 1 и 3, а также для образования буферной полости, необходимой для исключения перемешивания теплоносителей, наружную поверхность внутренней трубы 3 выполняют с параллельными продольными ребрами, расположенными равномерно по ее поверхности. Поперечное сечение ребер имеет форму симметричной трапеции с равными боковыми сторонами, меньшее верхнее основание которой плотно, без зазора, прилегает к внутренней стенке внешней трубы 1 трубного пучка, обеспечивая плотный тепловой контакт по металлу. Коэффициент теплопроводности металла (сталь ≈50 Вт/м °С, медь ≈390 Вт/м °С) способствует более интенсивному теплообмену между теплоносителями в кожухотрубном газомасляном теплообменнике.
Форма параллельных продольных определенного сечения ребер внутренней трубы 3 трубного пучка обуславливает образование буферных полостей 2 между соосными трубами 1 и 3 трубного пучка. Топливный газ в трубе 3 находится под высоким давлением, достигающим величины 120 бар. Образованные буферные полости 2 минимально влияют на толщину газовой трубы 3 и одновременно обеспечивают достаточный объем для свободного истечения теплоносителя, например, в специальную полость протечек с сигнализатором. Наличие буферной полости 2 устраняет возможность смешения теплоносителей (топливного газа и смазочного масла) при аварийной утечке. Образованные буферные полостиестественно наполнены окружающим воздухом, что способствует удешевлению конструкции, исключая использование дополнительного промежуточного теплоносителя.
Выполнение в кожухотрубном газомасляном теплообменнике трубного пучка в виде соосных труб, внутренняя из которых с параллельными продольными ребрами, поперечное сечение которых имеет форму симметричной трапеции с равными боковыми сторонами, обеспечивает, с одной стороны, плотный тепловой контакт по металлу между трубами трубного пучка, что увеличивает интенсивность теплопередачи, повышая ее эффективность, с другой стороны, форма поперечного сечения ребер ведет к образованию буферных полостей для предотвращения смешения теплоносителей в случае утечки. Естественное наполнение образованных буферных полостей окружающим воздухом способствует удешевлению конструкции кожухотрубного газомасляного теплообменника в целом.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет существенно повысить эффективность теплопередачи за счет обеспечения дополнительного теплового контакта по металлу, а также удешевить конструкцию теплообменника, исключая применение инертного газа или другого подобного промежуточного теплоносителя в образованных буферных полостях, предотвращающих смешение теплоносителей в случае утечки.