ТРУБКА КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА ТИПА ВХД-5

Полезная модель относится к теплотехнике, а также к трубчатым элементам теплообменных аппаратов и может быть использована в энергетической, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.
Для передачи теплоты от одной среды к другой без их перемешивания зачастую используются кожухотрубчатые теплообменные аппараты, где одним из элементов для течения среды выступает трубка. В целях интенсификации теплообмена между средами используют трубки различной конструкции. Так, например, известна конструкция трубки по патенту РФ №2200289 «Теплообменный аппарат», на внутренних поверхностях которой размещены турбулизаторы в виде плавно образованных выступов.
Известна конструкция многоканальной прессованной трубки для теплообменного аппарата по патенту РФ №2155921 «Теплообменный аппарат», содержащая плоские параллельные верхнюю и нижнюю стенки, переднюю и заднюю стенки, соединяющие верхнюю и нижнюю стенки, а также продольные перегородки, соединяющие верхнюю и нижнюю стенки, из которых, по меньшей мере, одна перегородка выполнена криволинейной в продольном направлении с возможностью формирования непараллельных каналов с переменным гидравлическим диаметром по длине. Однако такая конструкция трубки, по нашему мнению, не будет оказывать существенного влияния на интенсификацию теплообмена.
Известна также конструкция трубки по европатенту № ЕР 1705445 «Method for the production of plate type heat exchangers and related apparatus» для теплообменников пластинчатого типа, принятая за прототип, состоящая из двух пластин, соединенных друг с другом сваркой по периметру и точечной сваркой внутри этого периметра. За счет точечной сварки внутри трубки создаются конические углубления, которые располагаются порядно в виде сетки, т.к. необходимы для удерживания ее стенок от распирания при пневматическом или гидравлическом воздействии. Внутреннее пространство такой трубки образуется посредством введения текучей среды под давлением между указанными сваренными пластинами. Для этого необходимо создавать давление в пределах 40÷50 бар, например, с помощью пневматических или гидравлических устройств. Однако производство всех указанных трубок-аналогов представляет собой достаточно трудный технологический процесс.
Основной задачей при создании полезной модели являлась разработка технологически достаточно простой конструкции многоканальной трубки для теплообменного аппарата, обеспечивающей получение такого технического результата как повышение интенсивности теплообмена при работе теплообменных аппаратов за счет формирования в трубках извилистых каналов для текучей среды и обеспечения ее турбулизации.
Указанный технический результат достигается в решении тем, что трубка кожухотрубчатого теплообменного аппарата выполнена в виде прямоугольной обечайки, внутри которой расположены конусообразные обтекатели, формирующие каналы прохода текучей среды. При этом, в отличие от прототипа, обтекатели в трубке установлены в шахматном порядке относительно оси теплообменной трубки.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется представленными двумя рисунками (фиг. 1 и 2).
На фиг. 1 показана теплообменная трубка с коническими углублениями, расположенными в шахматном порядке.
На фиг. 2 показан аналитический расчет скорости движения потоков несжимаемой жидкости внутри трубки при различном расположении обтекателей (в нашем случае - конических углублений).
Трубка с коническими углублениями, показанная на фиг. 1, изготавливается из цельнотянутой трубки круглого сечения, например, из сплава МНЖМц 30-1-1 и может быть использована в теплообменных аппаратах типа ВХД-5 (водяные охладители дизельных двигателей) в качестве теплового проводника и канала для течения жидкости.
Для получения такой трубки на ее внешней поверхности выполняют с двух сторон с помощью механического воздействия (давления) операцию по получению соосных конических углублений, расположенных в шахматном порядке. Для контроля процесса деформации изнутри используется слабосжимаемая текучая среда или гель. После этого трубка помещается в зажимную оснастку и лазерным лучом производится сварка точек состыковки.
a
Конические углубления, сформированные в шахматном порядке, позволяют обеспечить увеличенный коэффициент теплосъема при одинаковых вводных параметрах. На фиг. 2 представлен аналитический расчет скорости движения потоков несжимаемой жидкости (воды) в трубках с различным расположением обтекателей. Расчет производился при помощи ПО FlowVision с учетом следующих параметров: скорость потока на входе v=3 м/с, шероховатость поверхности трубки R=6 мкм, поперечное сечение трубки - прямоугольник 50×5 мм, диаметр обтекателя d=5 мм.
Как видно из фиг. 2, в случае последовательного расположения обтекателей (Фиг. 2а) ламинарный поток разгоняется в пространстве между ними и, при достижении определенной скорости (10 м/с), придерживается ее вплоть до выхода из свободного конца трубки, в пространстве за обтекателями при этом образуется зона, где поток, хотя и имеет некоторую нестабильность, является скорее ламинарным, чем турбулентным. При расположении обтекателей в шахматном порядке (Фиг. 2б) наблюдаются постоянные ускорения и замедления потоков жидкости, движущейся по извилистым каналам, при этом в пространстве за обтекателями, судя по векторам скорости, имеет место более развитая турбулентность, чем в случае последовательного расположения обтекателей.
Оценивая модели на фиг. 2, можно сделать вывод, что за счет конструкции с обтекателями, расположенными в шахматном порядке (Фиг. 2б), на внешней поверхности трубки образуется «теплосъемная сетка», имеющая увеличенный коэффициент теплосъема по сравнению с моделью элемента, где обтекатели располагаются последовательно (Фиг. 2а).
Таким образом, заявленная трубка будет обладать более высокими теплообменными свойствами за счет наличия конических обтекателей, установленных в шахматном порядке для образования извилистых проходов и каналов с переменным гидравлическим диаметром, способных деформировать, возмущать и турбулизировать поток теплоносителя.