Аппарат воздушного охлаждения с уголковым оребрением
AIR COOLING UNIT WITH ANGLED FINNING

Изобретение относится к аппаратам воздушного охлаждения для проведения теплообменных процессов между теплоносителем и воздухом с использованием подвижных каналов (вращающихся труб) и может быть использовано в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
В патенте РФ на изобретение №2266494 описан аппарат воздушного охлаждения, содержащий вентиляторы для подачи внешней охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата и, но крайней мере, две теплообменные секции с камерами входа и выхода охлаждаемого газа. Одноходовые оребренные теплообменные трубы, расположенные в секции рядами по ее высоте и образующие пучок, заделаны в трубные доски. Каждая камера входа и камера выхода имеют от двух до семи патрубков для присоединения к коллектору подвода или отвода газа, которые сообщены с газопроводом. Суммарная площадь поперечного сечения группы теплообменных труб пучка, сообщенных по потоку охлаждаемого газа преимущественно с ближайшим к ним подающим патрубком, в 1,2-1,7 раза превышает площадь поперечного сечения этого патрубка в зоне примыкания последнего к камере входа газа в теплообменную секцию аппарата.
Общими признаками с предлагаемой конструкцией теплообменника является наличие трубного пучка, наличие трубной решетки, а также охлаждение горячего теплоносителя воздухом.
Недостатком данного изобретения является низкая интенсивность теплообмена, а также высокая материалоемкость.
Аппарат воздушного охлаждения, описанный в патенте РФ на изобретение №2617668, снабжен горизонтально расположенными теплообменными секциями, трубными досками с отверстиями, камерами подвода и отвода теплоносителя, осевым вентилятором с электроприводом, диффузором. Отличительной особенностью конструкции является наличие в диффузоре трех дефлекторов двух типов: S-образного дефлектора для центра теплообменника и двух лопастных дефлекторов для периферийной части теплообменника.
Общими признаками с предлагаемой конструкцией аппарата воздушного охлаждения является наличие трубного пучка, камер подвода и отвода теплоносителя, а также охлаждение теплоносителя при помощи воздуха.
Недостаток аналогичен предыдущему аналогу.
В патенте РФ №2645861 «Теплообменник типа «труба в трубе» с вращающейся трубой» описан теплообменник, который состоит из двух концентрических труб: внутренней трубы и внешней трубы, радиальной турбины, осевой турбины, турбулизатора в виде спиральной ленты, двух подшипников, уплотнений и патрубков для входа и выхода высокоскоростного теплоносителя. Радиальная турбина устанавливается на внутренней трубе и крепится на ней с натягом. Радиальная турбина располагается напротив патрубка для входа высокоскоростного теплоносителя. Во внутреннюю трубу устанавливается с натягом осевая турбина.
Общими признаками с предлагаемой конструкцией теплообменника являются наличие труб, спиральной ленты, подшипников, уплотнений и способность труб совершать вращательное движение.
Недостатком данного изобретения является низкая интенсивность теплообмена.
Наиболее близким по конструкции (прототип) является аппарат воздушного охлаждения, описанный в патенте РФ на изобретение №2705787 «Аппарат воздушного охлаждения», состоящий из кожуха с входом и выходом для воздуха, труб, с патрубками для входа и выхода горячего теплоносителя, с турбулизатором в виде спиральной ленты, лопастными элементами с внешней стороны труб, подшипников, при этом внутри кожуха установлен на подшипниках шахматный пучок труб, внутри которых жестко устанавливаются спиральные ленты, а на внешнюю поверхность труб жестко насаживаются на одинаковом расстоянии между собой лопастные крыльчатки с внешними кольцами, при этом крыльчатки на каждой трубе располагаются со смещением по отношению к крыльчаткам на трубах соседних горизонтальных рядов так, чтобы они при вращении не касались друг друга, а подшипники, на которых лежат трубы, располагаются в трубных решетках.
Общими признаками с предлагаемой конструкцией теплообменника является наличие трубного пучка, вращающихся труб, спиральных лент, наличие трубной решетки с подшипниками, а также охлаждение горячего теплоносителя воздухом.
Недостатком данного изобретения является низкая интенсивность теплообмена.
Задачей изобретения является создание нового высокоэффективного аппарата воздушного охлаждения для проведения теплообменных процессов между горячим теплоносителем и воздухом.
Технический результат изобретения заключается в:
- увеличении интенсивности теплообмена;
- снижении материалоемкости аппарата.
Устранение указанных недостатков и достижение заявляемого технического результата от реализации нового аппарата воздушного охлаждения, достигается за счет того, что на внешней поверхности труб пучка имеется оребрение, увеличивающее площадь теплопередачи и интенсивность теплообмена, причем ребра имеют вид прямоугольных уголков, одним концом приваренных к внешней поверхности каждой трубы, причем уголки на внешней поверхности каждой трубы расположены рядами, в шахматном порядке, причем на внешней поверхности каждой трубы расположено восемь рядов уголков на одинаковом расстоянии друг от друга, причем в соседних рядах уголки направлены прямым углом в противоположные стороны, при этом кожух отсутствует, при этом при вращении труб уголковое оребрение турбулизует воздух, при этом между уголками возникают интенсивные циркуляционные потоки воздуха, что позволяет повысить турбулентность воздуха, увеличить интенсивность теплообмена и снизить рабочий объем и материалоемкость аппарата.
Общими признаками с прототипом являются наличие трубного пучка, вращающихся труб, спиральных лент, наличие трубной решетки с подшипниками, а также охлаждение горячего теплоносителя воздухом.
Отличительной особенностью заявляемого изобретения является наличие оребрения, увеличивающего площадь теплопередачи, причем ребра имеют вид прямоугольных уголков, одним концом приваренных к внешней поверхности каждой трубы. При этом уголки на внешней поверхности каждой трубы расположены рядами, в шахматном порядке, и на внешней поверхности каждой трубы расположено восемь рядов уголков на одинаковом расстоянии друг от друга, причем в соседних рядах уголки направлены прямым углом в противоположные стороны. При этом кожух отсутствует, и воздух свободно циркулирует между вращающимися трубами с уголковым оребрением. При вращении труб оребрение в виде уголков турбулизует воздух, при этом между уголками возникают интенсивные циркуляционные потоки воздуха, что позволяет повысить турбулентность воздуха, увеличить интенсивность теплообмена и снизить рабочий объем и материалоемкость аппарата.
Сущность предлагаемого аппарата воздушного охлаждения поясняется чертежами (фиг. 1-4). Перечень фигур:
Фиг. 1. Общий вид теплообменника.
Фиг. 2. Общий вид трубы с уголковым оребрением в перспективе.
Фиг.3. Вид сбоку трубы с уголковым оребрением в перспективе.
Фиг. 4. Вид с торца трубы с уголковым оребрением в перспективе.
Нам фиг.1. приведен общий вид теплообменника. Па фиг. 2 приведен общий вид трубы с уголковым оребрением, спиральная лепта внутри трубы не показана. На фиг. 3 приведен вид сбоку трубы с уголковым оребрением в перспективе. На фиг. 4 приведен вид с торца трубы с уголковым оребрением в перспективе, спиральная лента внутри трубы не показана.
Заявляемый аппарат воздушного охлаждения (фиг. 1-4) состоит из теплообменных труб (1) в виде шахматного пучка (фиг. 1), спиральной ленты (2), уголков (3) (фиг. 2), подшипников закрытого типа (4), трубной решетки (5), патрубка для входа горячего теплоносителя (6), патрубка для выхода горячего теплоносителя (7). Спиральная лента (2) устанавливается в трубу (1) и жестко крепится внутри нее. Прямоугольные уголки (3) привариваются одним концом к внешней поверхности труб (1) (фиг. 2). При этом уголки на внешней поверхности трубы расположены рядами, в шахматном порядке, причем на внешней поверхности каждой трубы расположено восемь рядов уголков, причем в соседних рядах уголки направлены прямым углом в противоположные стороны (фиг. 3), (фиг. 4). Трубы (1) лежат на подшипниках закрытого типа (4). Подшипники закрытого типа (4) располагаются в трубных решетках (5). Герметичность места соединения вращающихся труб (1) с неподвижной трубной решеткой (5) обеспечивается подшипниками закрытого типа (4) (фиг. 1).
Предлагаемый аппарат воздушного охлаждения, предназначенный для охлаждения горячего теплоносителя воздухом, работает следующим образом. Горячий теплоноситель через неподвижный входной патрубок (6) и через трубную решетку (5) поступает в трубы (1), содержащие спиральные ленты (2). Поток горячего теплоносителя взаимодействует с каждой спиральной лентой (2), приводит ее во вращение вместе с трубой (1), установленной на подшипниках закрытого типа (4) (фиг. 1). Каждая труба (1) и спиральная лента (2), жестко прикрепленная к трубе (1), вращаются как одно целое, с одинаковой частотой и направлением вращения.
Вместе с трубой (1) вращаются уголки (3) (фиг. 2), приваренные к внешней поверхности трубы (1). Уголки (3) перемещают, перемешивают и турбулизуют воздух в межтрубном пространстве. Уголки (3) играют также роль оребрения, что увеличивает площадь теплообмена. Кинетическая энергия горячего теплоносителя используется для вращения спиральной ленты (2) и трубы (1) с уголками (3), турбулизации потоков теплоносителей, что позволяет интенсифицировать теплообмен. Теплопередача между горячим теплоносителем и воздухом происходит через стенку трубы (2). Горячий теплоноситель выходит из трубного пространства через неподвижный выходной патрубок (7). Атмосферный воздух поступает в межтрубное пространство, увлекаемый вращающимися вместе с трубами (1) уголками (3). Подшипники закрытого типа (4) служат опорами для труб (1) и предназначены также для герметизации мест соединения труб (1) и неподвижных трубных решеток (5). Таким образом, кинетическая энергия горячего теплоносителя используется для вращения труб (1) с уголками (3) при помощи спиральных лент (2), для турбулизации потоков в межтрубном пространстве и в трубах (1), что позволяет интенсифицировать теплообмен, снизить рабочий объем аппарата и снизить материалоемкость аппарата.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ на изобретение №2266494. Аппарат воздушного охлаждения газа. Овчар В.Г., Даниленко В.Г., Белоусов В.П., Берестов В.А., Терехов В.М., Шляхов С.Б. Опубл.: 20.12.2005.
2. Патент РФ на изобретение №2617668. Аппарат воздушного охлаждения газа. Заринов Ю.М., Наумов A.M., Шишкин Е.С., Черный Л.П. Опубл. 27.04.2017.
3. Патент РФ на изобретение №2645861. Теплообменник типа «труба в трубе» с вращающейся трубой. Бальчугов А.В., Кустов Б.О., Бадеников А.В., Кузнецов К.А., Кузора И.Е. Приоритет изобретения от 26 апреля 2017 г.
4. Патент РФ на изобретение №2705787. Аппарат воздушного охлаждения. Бальчугов А.В., Кустов Б.О., Бадеников А.В. Приоритет изобретения от 24 июля 2019 г.