турбулизирующее устройство для теплообменной трубы

Формула изобретения

Турбулизирующее устройство для теплообменной трубы, содержащее жестко закрепленные на оси с заданным шагом завихрители-лопасти, обтекаемые потоком теплоносителя, отличающееся тем, что завихрители-лопасти выполнены в виде прямоугольных пластин с острыми кромками на концах, центральная часть пластин расположена параллельно потоку теплоносителя, а концы повернуты относительно друг друга на угол 15-45° в, причем завихрители-лопасти установлены по длине трубы на расстоянии от 1 до 5 внутренних диаметров трубы.

Описание изобретения к патенту

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 (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.

Известно турбулизирующее устройство для теплообменной трубы (SU № 1460581, кл. F28F 13/14, 1989), содержащее ось, жестко и шарнирно связанные с ней завихрители с лопастями, обеспечивающими противоположное направление вращения завихрителей, при этом диаметр жестко связанных с осью завихрителей превышает диаметр шарнирно связанных на 0,5-1,0 внутреннего диаметра трубы.

Недостатками указанных способов является низкая технологичность в изготовлении и ремонте, а также возрастание гидравлических потерь при увеличении тепловой мощности устройств.

Известен турбулизатор для теплообменной трубы (US № 5497824, кл. F28F 13/02, 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.

Данное устройство просто в исполнении, однако имеет низкие значения коэффициентов теплопередачи.

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 одну 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.

Недостатком данного устройства является большое гидравлическое сопротивление протекающего внутри трубки теплоносителя за счет закручивания и вихревой турбулизации всего потока теплоносителя, а также незначительного утонения пограничного слоя крупными вихрями всего потока.

Технической задачей предлагаемого изобретения является интенсификация теплообмена и уменьшение гидравлического сопротивления протекающего внутри трубки теплоносителя при высокой надежности и простоте изготовления.

Поставленная задача решена тем, что в турбулизирующем устройстве для теплообменной трубы, содержащем жестко закрепленные на оси с заданным шагом завихрители-лопасти, обтекаемые потоком теплоносителя, завихрители-лопасти выполнены в виде прямоугольных пластин с острыми кромками на концах, центральная часть пластин расположена параллельно потоку теплоносителя, а концы повернуты относительно друг друга на угол 15-45 градусов, причем завихрители-лопасти установлены по длине трубы на расстоянии от 1 до 5 внутренних диаметров трубы.

В заявленном устройстве происходит турбулизация потока теплоносителя только в пристеночной области с образованием крупных вихрей, а наличие острых прямоугольных кромок на концах пластин-лопастей ведет к дополнительному образованию мелкодисперсных вихрей. Таким образом, наличие вихрей различного диапазона ведет к разрушению и утонению пограничного слоя на внутренней поверхности трубы и интенсификации теплообмена.

Сущность изобретения поясняется подробнее чертежом и описанием к нему.

На чертеже схематично изображено турбулизирующее устройство, содержащее ось 1, завихрители-лопасти 2, представляющие собой прямоугольные пластины, имеющие центральную часть 3 и концы пластин (периферийные части) 4. Турбулизирующее устройство расположено в теплообменной трубе 5.

Турбулизирующее устройство работает следующим образом.

Поток теплоносителя поступает в трубу 5, натекает на расположенные внутри трубы завихрители-лопасти в виде прямоугольных пластин 2, жестко закрепленных центральной (средней) частью 3 на оси 1 с помощью сварки или пайки. Завихрители установлены по длине трубы на расстоянии от 1 до 5 внутренних диаметров трубы (расстояние между пластинами в указанном диапазоне может быть одинаковым или различным). Центральная часть 3 завихрителей-лопастей (пластин) расположена параллельно потоку теплоносителя, а концы пластин (короткие стороны) 4 имеют острые кромки, при этом концы соседних пластин повернуты относительно друг друга на угол, выбранный из интервала 15-45 градусов, в связи с чем происходит турбулизация потока только в пристеночной области с образованием крупных вихрей. Выполнение завихрителей-лопастей в виде прямоугольных полосок с острыми кромками на концах ведет к дополнительному образованию мелкодисперсных вихрей. Наличие вихрей различного размерного диапазона в большей степени ведет к разрушению и утонению пограничного слоя на внутренней поверхности трубы 5.

В результате использования описанного турбулизирующего устройства возрастает коэффициент теплоотдачи и интенсивность теплообмена в трубе на 15-30%. В центральной части трубы около оси происходит стабилизация потока за счет параллельного расположения центральной части пластин по отношению к потоку теплоносителя, что, в общем, приводит к незначительному приросту гидравлического сопротивления потока теплоносителя в целом. Расположение завихрителей-лопастей 2 по всей длине трубы на расстоянии от 1 до 5 внутренних диаметров трубы с поворотом относительно друг друга на 15-45 градусов позволяет осуществить полную интенсификацию теплообмена по всей длине теплообменной трубы.

Таким образом, предложенное турбулизирующее устройство для теплообменной трубы при простоте выполнения обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления протекающего внутри трубы теплоносителя и интенсификацию процесса теплообмена.