CC BY
36
УДК 536.2023
Ю. Ф. Коротков, Г. Х. Гумерова, И. С. Докучаева ТРУБЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ С ИНТЕНСИФИКАТОРАМИ ПОТОКОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
Ключевые слова: теплоноситель, интенсификатор, турбулизатор, спиральная лента, лопастной завихритель.
Рассмотрены недостатки трубчатых теплообменников без интенсификаторов потоков теплоносителей и преимущества теплообменных труб с интенсификаторами потока, защищенных авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ.
Keywords: heat transfer, an intensifier, turbolister, spiral belt, blade swirl.
Drawbacks tubular heat exchangers without the intensification of flows of fluids and benefits of heat exchange tubes with the intensification of the flow, are protected by copyright certificates of the USSR and patents of the Russian Federation.
К существенным недостаткам трубчатых теплообменников можно отнести низкую эффективность теплопереноса, обусловленную интенсивными отложениями на стенках труб твердых и смолистых веществ и сложность чистки стенок труб, особенно в их криволинейных участках. Полностью или частично этих недостатков лишены теплообменники, трубы которых снабжены интенсификаторами потока.
В качестве интенсификаторов потоков теплоносителей могут быть использованы винтовой формы трубы [1, 2], пружины, спиральные ленты и винтовые лопасти.
В теплообменной трубе [3] интенсификатор потока выполнен в виде подпружиненной спиральной ленты, установленной в этой трубе с возможностью вращения и продольного колебательного движения. Теплоноситель поступает в трубу под давлением, заставляя ленту вращаться, при этом сам теплоноситель приобретает вращательно-поступательное (винтовое) движение. Возникающие при пульсациях потоков в трубе колебания приводят к появлению продольных колебаний спиральной ленты. Вращение и продольные колебания ленты усиливают турбулизацию потока теплоносителя в трубе, приводят к соскребанию отложений со стенок теплообменных поверхностей трубы самой лентой и размыванию ламинарного пристеночного слоя.
В теплообменной трубе [4] в качестве интенсификатора потока установлен лопастной завихритель со спиральным турбулизатором, выполненным в виде пружины, соединенной одним концом с завихрителем с возможностью совместного с ним вращения и продольного колебательного движения.
Теплоноситель подаётся под давлением в трубу со стороны лопастного завихрителя. Под воздействие потока завихритель совместно с пружиной приводится во вращение, при этом вращающаяся пружина снимает с внутренней стенки трубы осевшие твердые аморфные частицы и турбулизирует ламинарный пристеночный слой теплоносителя. На ядро потока теплоносителя пружина существенно влияния не оказывает и теплоноситель перемещается в трубе, встречая
незначительное сопротивление со стороны интенсификатора потока.
В теплообменнике «труба - в трубе» [5] во внутренней трубе установлена с возможностью вращения и продольного колебательного движения подпружиненная спиральная лента. На наружной поверхности этой трубы установлена также спиральная лента, выполненная в виде пружины и, жестко соединенная внутренней винтовой поверхностью с внутренней трубой.
Патрубки входа и выхода теплоносителя (горячий газ или пар) наружной трубы расположены тангенциально.
Теплоноситель, поступающий в межтрубное пространство теплообменника через один из тангенциально расположенных патрубков, приобретает в межтрубном пространстве винтовое движение. С прохождением спиральной ленты винтовое движение потока теплоносителя усиливается, что обеспечивает интенсивную турбулизацию потока по всему межтрубному пространству. Кроме того, спиральная лента, навитая на внутреннюю трубу и жёстко соединенная с ней по всей винтовой прилегающей к трубе поверхности, увеличивает отдачу тепла от одного теплоносителя к другому.
В криволинейных участках труб можно устанавливать турбулизаторы, выполненные из соединенных друг с другом спиральной лопасти и пружины [6] .
За пружиной в трубе устанавливается кольцевой упор, препятствующий выталкиванию турбулизатора из трубы. При воздействии потока теплоносителя на спиральную лопасть турбулизатора она вместе с пружиной приобретает вращательное движение. Периодически
отталкиваясь от упора, пружина совершает продольные колебания, турбулизируя, тем самым пристеночный слой теплоносителя и смывая непрерывно оседающие на поверхность криволинейного участка трубы твердые и аморфные частицы.
Спиральная лопасть в комбинации с пружинной работает особенно эффективно в случае трубопроводного транспорта вязких и сильно загрязненных жидкостей [7].
Размещение в теплообменных трубах интенсификаторов потоков теплоносителей связано с решением задачи их монтажа в наружных и внутренних трубах, а также в криволинейных участках труб.
Литература
1. Козулина О.В., Кузнецов М.Г., Коротков Ю.Ф. Аппарат для нагрева и разделения водонефтяной эмульсии //Вестник Казан. технол. ун-та.- 2013.-Т.20, № 17. С.235-237.
2. Авторское свидетельство 1301445 СССР, Б0Ш17/04. Аппарат для разделения и нагрева водонефтяной эмульсии . /Р.С. Гайнутдинов, П.И. Ястребов, Н.А.Макаров, А.А. Каштанов (СССР) - 4003570/23-26; Заявл. 18.11.85; Опубл. 07.04.87, Бюл. № 13. -3с.
3. Авторское свидетельство 1250828 СССР, Е28И/40, 13/10. Теплообменная труба / Н.А. Николаев, Р.С. Гайнутдинов, Ю.Ф. Коротков (СССР) - 3866947/24-06: Заявл. 15.03.85: Опубл. 15.08.86, Бюл. № 30. - 2с.
4. Авторское свидетельство 1273729 СССР, Е28Е 1/40, 13/12.Теплообменная труба /Н.А. Макаров, Р.С. Гайнутдинов, Ю.Ф. Коротков, В.Я. Суслов (СССР) -3934298/24-06; Заявл. 19.07.85; Опубл. 30.11.86. Бюл. № 44. - 2с.
5. Патент 40161 Российская Федерация, 7Е28Е 1/40.Теплообменник «труба - в трубе» /С.И. Поникаров, Е.Ю. Короткова, Д.Г. Поникаров, заявитель и патентообладатель - Казанский государственный технологический университет, № 2004112938/22; Заявл. 29.04.2004; Опубл. 27.08.2004; Бюл. № 24. - 4с.
6. Авторское свидетельство 1688105 СССР, Е28И3/12. Теплообменная труба /Н.А. Макаров, Ю.Ф. Коротков, Н.А. Николаев, Р.С. Гайнутдинов (СССР) - 4758546/06; Заявл. 14.11.89; Опубл. 30.10.91. Бюл. №40. - 2с.
7. Дмитриева, О. С. Разработка тепломассообменного устройства для контакта газа и жидкости в вихревом потоке для систем оборотного водоснабжения / О. С. Дмитриева, А. В. Дмитриев, А. Н. Николаев // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 16. - № 3. - С. 63-65.
© Ю. Ф. Коротков - канд. техн. наук, доц. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ, kuf@yandex.ru; Г. Х. Гумерова - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; И. С. Докучаева - канд. хим. наук, доц. той же кафедры.
© Y. F. Korotkov - K. the so-called, Professor Department of Equipment for food industry", KNRTU, kuf@yandex.ru; G. H. Gumerova - K. the so-called, Professor Department of Equipment for food industry", KNRTU$ I. S. Dokuchaeva - K. h. n., Professor Department of Equipment for food industry", KNRTU.
