Патент на изобретение №2369818

(54) ТУРБУЛИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛООБМЕННОЙ ТРУБЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструкции турбулизирующих устройств, и может применяться в различных теплообменных трубах промышленных теплообменников. Турбулизирующее устройство для теплообменной трубы, содержащее жестко закрепленные на оси с заданным шагом завихрители-лопасти, обтекаемые потоком теплоносителя, причем 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°. Техническим результатом изобретения является достижение оптимальной интенсификации теплообмена в теплообменных трубах с различными режимами работы за короткий период и без значительных затрат. 1 ил.

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.

Формула изобретения

Турбулизирующее устройство для теплообменной трубы, содержащее закрепленные на оси с заданным шагом завихрители-лопасти, обтекаемые потоком теплоносителя, отличающееся тем, что 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°.

РИСУНКИ