ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в энергетике и смежных с ней отраслях промышленности.
Известен теплообменный аппарат с теплообменным элементом из гладких труб с интенсификаторами в виде пружинных вставок из проволоки, установленных в проточной части канала (см. Ю.Г.Назмиев теплообмен при ламинарном течении жидкости в дискретно-шероховатых каналах. - М.: Энергоатомиздат, 1998 - 371 с.). В известных интенсификаторах при малых шагах проволочной спирали нарушается тепловой контакт выступа (проволоки) с поверхностью трубы, что вызывает существенное падение тепловой эффективности проволочной спирали.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению являются теплообменный элемент, снабженный трубами с винтовой накаткой (см. Назмиев Ю.Г., Конахина И.А. Интенсификация теплообмена при течении вязкой жидкости в трубах с винтовой накаткой. Теплоэнергетика. 1993. №11. с.59-62 - прототип).
Недостатком прототипом является их повышенное гидравлическое сопротивление, снижение прочности на продольный разрыв, вызванный образованием концентраций напряжений при пластической деформации стенки теплообменного элемента в процессе накатки выступов.
Задачей изобретения является интенсификация теплообмена при уменьшении поверхности теплообмена и сохранении тепловой производительности, при снижении мощности прокачки и расходов теплоносителей.
Технический результат достигается тем, что теплообменный элемент выполнен из проволоки в виде тугой пружины, витки которой жестко скреплены.
Отличительным признаком предлагаемого теплообменника от указанного прототипа является выполнение теплообменного элемента путем навивки проволоки заданного диаметра на оправку требуемого диаметра трубы с последующей лазерной сваркой по внешним периметру стыкам пружинной навивки (в случае ее неразъемного варианта) или пайкой по внешнему периметру стыков - свинцом (температура плавления. - 327,4°С) или оловом (температура плавления. - 232°С) в целях оплавления спаев для разведения витков пружины и чистки внутренней проточной части каналов от накипи (механическим путем, промывкой раствором).
Предлагаемый вариант пружинно-витой трубы представлен на фиг.1, на фиг.2 узел А фиг.1.
Теплообменный элемент выполнен из проволоки 1 заданного сечения, (например круглого) из простой или легированной стали с заданным углом подъема винтовой линии с последующей сваркой стыков лазерным лучом или пайкой.
Выполнение теплообменного элемента в виде пружинно-витой спирали позволяет существенно интенсифицировать теплообмен за счет закрутки потока витыми элементами элемента и отрывных течений на выступах, выполненных в виде части окружности. При течении жидкостей в проточной части предлагаемых элементов существенно интенсифицируется процесс разрушения пристенного ламинарного подслоя, происходит образование вихревой структуры у входной
кромки элемента, незатухающей вдоль всей проточной части пружинно-витого теплообменного элемента, что способствует увлечению теплогидродинамической эффективности предлагаемой теплообменного элемента.
Наличие спиральных выступов на наружной поверхности пружинно - витой трубы приводит к возникновению эффекта оребрения трубы с низкими накатанными однозаходными ребрами полукруглого сечения с их малым шагом, тем самым увеличивает поверхность теплообмена.
Использование в теплообменной аппаратуре предлагаемых пружинно-витых элементов обуславливает двухсторонний эффект интенсификации, как со стороны внутренней, так и наружной поверхности. При этом наличие такого рода выступов темпы нарастания коэффициентов теплоотдачи и гидросопротивления примерно одинаковы, а это обеспечивает возможность сокращения размеров теплообменного аппарата. Кроме того, предлагаемый вид теплообменных элементов позволит создать аппараты с плотно упакованным пучком труб, там где невозможно использование оребрения снаружи труб, при этом пружина сама по себе образует теплообменную поверхность.
Способ изготовления таких теплообменных элементов может быть легко автоматизирован, позволяет изготавливать пружинно-витые теплообменные элементы на оборудовании для навивки пружин в широком диапазоне диаметров проточной части канала и толщиной стенки, определяемый диаметром навиваемой проволоки.