Патент на изобретение №2176063

(54) ТЕПЛООБМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для применения в различных областях техники, в частности в регенеративных теплообменниках, применяемых в металлургии, автомобилестроении, сельскохозяйственном производстве. Теплообменная поверхность содержит пакет из нескольких взаимосвязанных между собой с помощью узлов соединения решеток, каждая из которых выполнена из шаров, соединенных между собой цилиндрическими взаимно перпендикулярными перемычками, образующими при пересечении квадраты, в вершинах которых расположены шары, в пакете решетки расположены одна над другой так, что шары в смежных решетках размещаются в шахматном порядке, при этом в узлах соединения решеток цилиндрические перемычки выполняются диаметром, большим диаметра остальных основных перемычек, а на цилиндрической перемычке решетки, размещаемой между ними, выполняется утолщение, взаимодействующее с цилиндрическими перемычками, выполненными большего диаметра, кроме того, обеспечиваются определенные соотношения размеров его отдельных элементов. Изобретение позволяет достичь интенсивной теплопередачи при умеренном гидравлическом сопротивлении. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области регенеративного теплообмена и может быть использовано в различных областях техники, где необходимо иметь интенсивную теплопередачу между двумя теплообменивающимися средами, в частности во вращающихся регенеративных теплообменниках, используемых в теплоэнергетике и других отраслях техники, например в металлургии, автомобилестроении, сельскохозяйственном производстве и т.д.

Известны теплообменные поверхности, применяемые в регенеративных воздухоподогревателях для энергетических котлов, выполненные из тонких гофрированных стальных листов, описанные в SU 144179 или SU 216766. Применение на практике таких теплообменных поверхностей затруднено, т.к. при их эксплуатации возникают большие трудности из-за коробления пластин, их коррозии и загрязнения. Кроме того, такие теплообменные поверхности имеют низкий коэффициент теплопередачи.

Известны теплообменные поверхности, выполненные в виде пакета нескольких решеток, выполненных из прутков. Сведения о таких теплообменных поверхностях приведены в SU 253988, где также отмечено, что такие теплоносители обладают низким коэффициентом теплопередачи, поэтому практического применения они не имеют. Там же, в SU 253988 приведены сведения о теплообменных поверхностях, которые представляют собой систему решеток, каждая из которых выполнена из шаров, соединенных между собой цилиндрическими взаимно перпендикулярными перемычками, решетки расположены одна над другой таким образом, что шары в смежных решетках размещаются в шахматном порядке. Смежные решетки при этом жестко скреплены между собой с помощью нескольких фиксирующих узлов. Такие теплообменные поверхности теоретически отличаются высоким коэффициентом теплопередачи, умеренным гидравлическим сопротивлением, в них обеспечивается возможность их очистки от отложений. Однако практически возможность достижения такого результата затруднена и такие теплообменные поверхности практически не используются из-за трудностей определения наиболее подходящих соотношений их размеров, поскольку их неудачное соотношение влечет за собой высокое аэродинамическое сопротивление теплообменных поверхностей.

В предлагаемом изобретении использованы и учтены проведенные исследования по определению оптимальных соотношений размеров элементов теплообменных поверхностей, обеспечивающих такие показатели по их сопротивлению и теплопередаче, которые позволяют с успехом использовать их на практике.

Обеспечивается отмеченный технический результат за счет выполнения теплообменной поверхности в виде пакета из нескольких взаимосвязанных между собой решеток, каждая из которых выполнена из шаров, соединенных между собой взаимно перпендикулярными цилиндрическими перемычками, образующими при своем пересечении квадрат, в углах которого расположены шары, диаметр которых больше диаметра цилиндрических перемычек, при этом решетки расположены одна над другой таким образом, что шары в смежных перемычках размещаются в шахматном порядке, в узлах соединения решеток цилиндрические перемычки выполняются с диаметром, большим диаметра остальных основных цилиндрических перемычек, а на цилиндрической перемычке решетки, размещаемой между ними, выполняется утолщение, взаимодействующее с цилиндрическими перемычками, выполненными большего диаметра, кроме того, при выполнении предлагаемой теплообменной поверхности обеспечиваются следующие соотношения размеров: S1=(2-5)d_ш; S2= (0,6-2)d_ш; d_n1= (0,4-0,7)d_ш; где S1 – шаг решетки, равный межосевому расстоянию между смежными цилиндрическими перемычками в решетке; S2 – расстояние между продольными осями цилиндрических перемычек в смежных решетках в пакете, которые в пакете размещаются параллельно; d_ш – диаметр шара; d_n1 – диаметр основной цилиндрической перемычки. При этом расстояния между продольными осями цилиндрических перемычек в соседних решетках в пакете равны между собой, а оси основных цилиндрических перемычек в решетке и перемычек в узлах соединения совмещены. Изготавливается предлагаемая теплообменная поверхность из любого температуростойкого материала, прочного и устойчивого к воздействию коррозии, например из чугуна, силумина или ситала. Число решеток в пакете предлагается выбирать кратным трем.

Предложенное изобретение поясняется чертежами, где оно изображено на фиг. 1 и 2.

Предлагаемая теплообменная поверхность содержит пакет из нескольких решеток 1, каждая из которых выполнена из шаров 2, соединенных между собой цилиндрическими взаимно перпендикулярными перемычками 3, образующими при пересечении квадраты, в углах которых размещены шары 2. Решетки 1 расположены одна над другой таким образом, что шары 2 в смежных решетках размещаются в шахматном порядке, а продольные оси цилиндрических перемычек решеток 1 в пакете лежат в параллельных плоскостях.

Смежные решетки 1 в пакете соединены между собой с помощью узлов соединения 4, где цилиндрические перемычки 5 выполнены с диаметром d_n2, большим диаметра d_n1 остальных основных цилиндрических перемычек 3, а на цилиндрической перемычке решетки, размещаемой между ними, выполнено утолщение 6, с которым взаимодействуют цилиндрические перемычки 5 с диаметром d_n2. При этом обеспечиваются следующие соотношения: S1=(2-5)d_ш; S2= (0,6-2)d_ш; d_n1=(0,4-0,7)d_ш, где S1 – шаг решетки 1, равный межосевому расстоянию между смежными перемычками в решетке 1; S2 – paсстояние между продольными осями цилиндрических перемычек в смежных решетках в пакете; d_ш – диаметр шара 2, d_n1 – диаметр основной цилиндрической перемычки 3. Расстояние между продольными осями цилиндрических 1 перемычек соседних решеток 1 в пакете равны между собой, а оси основных цилиндрических перемычек 3 в решетке и перемычек 5 в узлах соединения 4 совмещены. Все решетки 1 изготавливаются из любого температуростойкого материала, устойчивого к воздействию коррозии, например из чугуна или силумина, или ситала. Число решеток в пакете выбирается кратным трем.

Предлагаемые соотношения размеров получены с помощью лабораторных исследований и расчетов. Были изготовлены теплообменные поверхности, отвечающие всем описанным выше признакам формулы, и применены в регенеративных воздухоподогревателях для энергетических установок, где холодный воздух дутьевыми вентиляторами подается на предварительно нагретую теплообменную поверхность. Предварительный нагрев осуществляется потоком уходящих горячих газов парогенератора, далее нагретая теплообменная поверхность при вращении перемещается в зону потока холодного воздуха, который нагревается от нее. Далее цикл повторяется. Проведенные испытания показали, что предлагаемые теплообменные поверхности обеспечивают интенсивную теплопередачу при умеренном гидравлическом сопротивлении. Они дешевы и просты в изготовлении, удобны в эксплуатации, т.к. не создают трудностей при их очистке.

Формула изобретения

1. Теплообменная поверхность, содержащая пакет из нескольких взаимосвязанных между собой с помощью узлов соединения решеток, каждая из которых выполнена из шаров, соединенных между собой цилиндрическими взаимно перпендикулярными перемычками, образующими при пересечении квадрат, в вершинах которого расположены шары, в пакете решетки расположены одна над другой так, что шары в смежных решетках размещаются в шахматном порядке, отличающаяся тем, что в узлах соединения решеток цилиндрические перемычки выполняются диаметром, большим диаметра остальных основных цилиндрических перемычек, а на цилиндрической перемычке решетки, размещаемой между ними, выполняется утолщение, взаимодействующее с цилиндрическими перемычками, выполненными большего диаметра, при этом обеспечиваются следующие соотношения: S1=(2-5)d_ш; S2=(0,6-2)d_ш; d_п1=(0,4-0,7)d_ш, где S1 – шаг решетки, равный межосевому расстоянию между смежными цилиндрическими перемычками в решетке, S2 – расстояние между продольными осями цилиндрических перемычек смежных решеток в пакете; d_ш – диаметр шара; d_п1 – диаметр основных цилиндрических перемычек решетки, соединяющих шары, при этом расстояния между продольными осями цилиндрических перемычек решеток в пакете равны между собой, а оси основных цилиндрических перемычек в решетке и перемычек в узлах соединения совмещены.

2. Теплообменная поверхность по п.1, отличающаяся тем, что изготавливается из любого температуростойкого материала, устойчивого к воздействию коррозии.

3. Теплообменная поверхность по п.2, отличающаяся тем, что изготавливается из чугуна, или силумина, или ситала.

РИСУНКИ