NL8000555A - PIPE UNIT. - Google Patents

Description

ut Η / 70 005b “1“ut Η / 70 005b “1”

Pijpeneenheid.Pipes unit.

De uitvinding heeft betrekking op een pijpeneenheid voor een warmtewisselaar met een mantelbuis en tegen de binnenzijde daarvan aanliggende en zich over de gehele lengte uitstrekkende inbouwelementen.The invention relates to a pipe unit for a heat exchanger with a jacket pipe and built-in elements which rest against the inside thereof and which extend over the entire length.

5 Warmtewisselaars die uit een aantal parallel geschakelde pijpeneenheden van deze soort zijn opgebouwd, waarbij door de binnenzijde van de mantelbuizen een vloeistof wordt geleid en aan de buitenzijde een gas stroomt, worden in het bijzonder voor het koelen van visceuse vloeistoffen, bijv. als smeerolie-10 koeler toegepast. Een karakteristieke waarde voor een warmtewisselaar is het produkt van oppervlak en warmteovergangsgetal, namelijk F x alpha. De ongunstige verhouding van het produkt F x alpha aan de binnenzijde van de pijpeneenheden ten opzichte van de buitenzijde, wordt daarbij verbeterd door de aanwezigheid 15 van de inbouwelementen. Anderzijds gelooft men, dat door juiste vormgeving van de inbouwelementen een werveling in de pijpstro-nring kan worden verwezenlijkt, weliswaar geen echte turbulentie is, echter waarmee de temperatuurverdeling over de pijpdwars-doorsnede aanzienlijk kan worden verbeterd.Heat exchangers made up of a number of parallel-connected pipe units of this kind, in which a liquid is passed through the inside of the casing pipes and a gas flows on the outside, are used in particular for cooling viscous liquids, eg as lubricating oil 10 applied cooler. A characteristic value for a heat exchanger is the product of surface area and heat transition number, namely F x alpha. The unfavorable ratio of the product F x alpha on the inside of the pipe units to the outside is thereby improved by the presence of the built-in elements. On the other hand, it is believed that through proper shaping of the built-in elements a vortex in the pipe stream can be achieved, although this is not real turbulence, but with which the temperature distribution over the pipe cross-section can be considerably improved.

20 Bij een bekende pijpeneenheid van deze soort, die als rib benpi jp wordt aangegeven, zijn de inbouwelementen gevormd uit een kernlichaam en plaatstroken, die volgens een schroeflijn om de kern zijn gewikkeld. De plaatstroken hebben een golfconfi-guratie en vormen bij de omtrek van het kernlichaam afwisselend 25 golftoppen, die met de mantelpijp in aanraking zijn en golfdalen, die tegen het. kernlichaam steunen.In a known pipe unit of this kind, which is referred to as rib benpi jp, the built-in elements are formed from a core body and plate strips, which are wound around the core along a helix. The plate strips have a wave configuration and alternately form wave crests at the periphery of the core body which contact the casing pipe and wave valleys which contact it. support core body.

Ten opzichte van zogenaamde gladde pijpwarmtewisselaars (vrije binnendwarsdoorsnede, bijv. cylindrische pijpen) verschaft een dergelijke ribbenpijp hoge warmteovergangsgetallen.Compared to so-called smooth pipe heat exchangers (free inner cross-section, e.g. cylindrical pipes), such a rib pipe provides high heat transfer numbers.

30 Het is duidelijk, dat dergelijke waarden inherent zijn aan hoge inwendige drukverliezen en derhalve is voor compensatie een hoog energieverbruik nodig. Voor warmtewisselaars met een grote lengte zijn dergelijke ribbenpijpen door de grote drukverliezen ongeschikt. De lengtebeperking wordt bij een inrichting met een 8 0 0 0 5 55 -2- -> «* bepaald vermogen gecompenseerd door een groter aantal warmtewisselaars, waardoor de totale inrichtingskosten overeenkomstig worden verhoogd.It is clear that such values are inherent in high internal pressure losses and therefore high energy consumption is required for compensation. For long-length heat exchangers, such ribs are unsuitable due to the large pressure losses. The length restriction is compensated by a greater number of heat exchangers in a device with a capacity of 8 0 0 0 5 55 -2- -> «*, which increases the total furnishing costs accordingly.

De uitvinding beoogt een pijpeneenheid met lage inwendige 5 drukverliezen bij hoge warmteovergangsgetallen, een en ander door beïnvloeding van de stromingsomstandigheden.The object of the invention is a pipe unit with low internal pressure losses at high heat transition numbers, all this by influencing the flow conditions.

Hiertoe is de pijpeneenheid volgens de uitvinding gekenmerkt door een aantal rechte pijpvormige ihbouwlichamen, die onderling en ten opzichte van de as van de mantelpijp evenwijdig verlopen.To this end, the pipe unit according to the invention is characterized by a number of straight pipe-shaped construction bodies, which run parallel to one another and relative to the axis of the casing pipe.

10 De uitvinding berust op het inzicht, dat in het gebied van de in aanmerking komende Reynolds getallen, maatregelen die gericht zijn op omkering of wervelvorming in de stroming, bijv. dwarsstromingen, waarmee de thermische grenslaag bij de wand van de mantelpijp moet worden afgebroken, alleen al door de 15 daardoor optredende vergroting van de stromingsweerstand, geen succes kunnen hebben. De met de pijpeneenheid volgens de uitvinding bereikbare lage drukverliezen bij verrassend hoge warmteover-gangsgetallen wordt in hoofdzaak verklaard, doordat alle door de inbouwlichamen gevormde wandvlakken in de stromingsrichting lig-20 gen.The invention is based on the recognition that, in the area of the eligible Reynolds numbers, measures aimed at reversal or vortex formation in the flow, eg transverse flows, with which the thermal boundary layer at the wall of the casing pipe must be broken down, just because of the increase in the flow resistance occurring as a result, cannot be successful. The low pressure losses achievable with the pipe unit according to the invention at surprisingly high heat transition numbers is mainly explained by the fact that all wall surfaces formed by the built-in bodies lie in the flow direction.

Een met betrekking tot de verhouding warmteovergangsgetal en drukverliezen bijzonder gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding is die, waarbij de inbouwlichamen in langsrichting, d.w.z. de stromingsrichting, wandoppervlakken vormen met een afmeting, 25 die overeenkomt met de diameter van het lichaam. Daarbij kunnen de pijpvormige inbouwlichamen in een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, gezien in langsrichting, zijn uitgerust met een aantal langwerpige onderbrekingen in hun wand, die in hoofdzaak dwars op de langsas daarvan verlopen.A particularly advantageous embodiment of the invention with respect to the ratio of heat transition number and pressure losses is that in which the built-in bodies, in the longitudinal direction, i.e. the flow direction, form wall surfaces corresponding to the diameter of the body. In a preferred embodiment of the invention, the tubular built-in bodies, viewed in the longitudinal direction, can be provided with a number of elongated interruptions in their wall, which run substantially transverse to the longitudinal axis thereof.

30 Aangenomen wordt, dat de in het voorgaande genoemde bijzon der gunstige verhouding van warmteovergangsgetal tot drukverliezen kan worden verklaard, doordat het typische parabolische snelheidsprofiel van de laminaire pijpstroming zich pas op een bepaalde afstand van de pijpingang stabiliseert en dat ook op 35 een kort traject een vrijwel rechthoekig snelheidsprofiel, dus 80 0 0 5 55 -3- c een wrijvingsvrije stroming aanwezig is.It is assumed that the aforementioned particularly favorable ratio of heat transition number to pressure losses can be explained by the fact that the typical parabolic velocity profile of the laminar pipe flow only stabilizes at a certain distance from the pipe inlet and that even on a short path a almost rectangular velocity profile, so 80 0 0 5 55 -3- c a friction-free flow is present.

Aangenomen mag worden, dat zowel het snelheidsprofiel als ook het temperatuurprofiel ter plaatse van een onderbreking een correctie ondergaat in de zin van een egalisatie, waarvan de 5 mate afhankelijk is van de lengte van de onderbreking. Wezenlijk is evenwel, dat het eerstvolgende pijpdeel met betrekking tot de stromingsomstandigheden niet een voortzetting van de pijp, maar een nieuwe pijpingang vormt, waarin wederom een zich over een bepaalde afstand uitstrekkende wrijvingsvrije stroming moge-10 lijk is.It may be assumed that both the speed profile and the temperature profile at the location of an interruption are subject to correction in the sense of an equalization, the degree of which depends on the length of the interruption. It is essential, however, that the next pipe section does not form a continuation of the pipe with regard to the flow conditions, but forms a new pipe entrance, in which again a friction-free flow extending over a certain distance is possible.

Het warmteovergangsgetal wordt op zichzelf ongetwijfeld gunstig beinvloed, doordat een grenslaag, die een isolerende werking heeft, tot aan het einde van een pijpdeel zich niet of in ieder geval niet volledig kan vormen.The heat transfer number is in itself undoubtedly favorably influenced in that a boundary layer, which has an insulating effect, cannot form or at least not fully form up to the end of a pipe section.

15 Met het volgens de uitvinding toepassen van onderbrekingen in de wand wordt elke pijplengte in een tevoren, bepaalde verhouding ten opzichte, van het inlooptrajeet gebracht en een dergelijk ihbouwlihhaam vormt derhalve een reeks· inlooptrajecten in een groot aantal in lijn liggende pijpdelen, zelfs wanneer 20 de pijpwand in de betreffende dwarsdoorsneden niet over de gehele omtrek is onderbroken. Liggen de overige, het Eeynolds getal beïnvloedende waarden vast, dan wordt deze verhouding bepaald door de pijpdiameter. Een gunstige verhouding wordt verkregen door de lengte van de pijpstukken gelijk aan de pijpdiameter te 25 kiezen. Door de in axiale richting van de mantelpijp in eikaars verlengde liggende pijpstukken liggen ook de kopvlakken in lijn, zodat deze geen wezenlijke storing in de stroming veroorzaken.With the use of interruptions in the wall according to the invention, each pipe length is brought into a predetermined ratio relative to the run-in racket, and such a built-in body therefore forms a series of run-in tracks in a large number of aligned pipe sections, even when the pipe wall in the respective cross-sections is not interrupted over the entire circumference. If the other values influencing the Eeynolds number are fixed, this ratio is determined by the pipe diameter. A favorable ratio is obtained by choosing the length of the pipe pieces equal to the pipe diameter. Due to the pipe pieces which are extended in each other in the axial direction of the jacket pipe, the end faces are also aligned, so that they do not cause any substantial disturbance in the flow.

Ter verduidelijking van de uitvinding zal, onder verwijzing naar de tekening, een uitvoeringsvoorbeeld van de pijpeneenheid 30 voor een warmtewisselaar worden beschreven.To clarify the invention, with reference to the drawing, an exemplary embodiment of the pipe unit 30 for a heat exchanger will be described.

Figuur 1 toont schematisch een warmtewisselaar met een aantal pijpeenheden; figuur 2 toont een detail van deze pijpeneenheid in axiale doorsnede enFigure 1 schematically shows a heat exchanger with a number of pipe units; Figure 2 shows a detail of this pipe unit in axial section and

35 figuur 3 is een doorsnedeaanzicht volgens de lijn. III-IIIFigure 3 is a sectional view along the line. III-III

80 0 0 5 55 -4- > in figuur 2.80 0 0 5 55 -4-> in figure 2.

Volgens de tekening, in het bijzonder figuur 1, is een warmtewisselaar 2 voorzien van»een aantal pijpeneenheden 1*, een verdeler 6 en een accumulator 8. Via een bovenst roomse leiding 5 10 staat de verdeler 6 in verbinding met een smeeroliecircuit van een (niet afgebeelde) thermische machine, waarop de accumulator 8 via een retourleiding 12 is aangesloten.According to the drawing, in particular figure 1, a heat exchanger 2 is provided with a number of pipe units 1 *, a distributor 6 and an accumulator 8. The distributor 6 is connected to a lubricating oil circuit of ( thermal machine (not shown), to which the accumulator 8 is connected via a return line 12.

Elke pijpeneenheid U is, zoals blijkt uit figuur 2 en 3 voorzien van een aan beide einden (waarvan slechts een is afge-10 beeld) open en met een verdeler 6 resp. een accumulator 8 direkt verbonden mantelpijp ih, alsmede een groot aantal rechte pijp-vormige inbouwlichamen 16 met een cirkelvormige dwarsdoorsnede.As can be seen from Figures 2 and 3, each pipe unit U is provided with one at both ends (only one of which is shown) and with a distributor 6 and 6 respectively. an accumulator 8 directly connected casing pipe ih, as well as a large number of straight pipe-shaped built-in bodies 16 with a circular cross section.

In figuur 2 is de mantelpijp 1¼ in de wandplaat 13 van de verdeler ingelaten afgebeeld. Een enkel pijpvormig inhouwlichaam 18 15 is coaxiaal binnen de mantelpijp lU aangebracht, terwijl de inbouwlichamen 16 de daartussen gevormde ringruimte zodanig opvullen, dat elk van deze inbouwlichamen met twee aangrenzende inbouwlichamen 16, met het centrale inhouwlichaam 18 en tenslotte met de mantel 1h in aanraking zijn. De pijpeneenheid kan ook 2Q zijn voorzien van op de buitenzijde van de mantelpijp 1U aangebrachte,. niet afgebeelde lamellen, .die zich ongeveer evenwijdig aan de stromingsrichting van de als koelmedium dienende lucht uitstrekken.In figure 2 the casing pipe 1¼ is shown inserted into the wall plate 13 of the distributor. A single pipe-shaped insert 18 15 is arranged coaxially within the jacket pipe 1U, while the inserts 16 fill the annulus formed between them such that each of these inserts with two adjacent inserts 16 contact the central insulator 18 and finally the casing 1h . The pipe unit can also be provided with 2Q fitted on the outside of the casing pipe 1U. fins, not shown, which extend approximately parallel to the flow direction of the air serving as cooling medium.

De pijpvormige inbouwlichamen 16 en 18 zijn volgens de uit-25 vinding in langsrichting gezien, uitgerust met een aantal onderbrekingen in de wanden 19 daarvan, welke onderbrekingen een zich volgens .een schroeflijn uitstrekkende spleet 20 vormen, die zich over de gehele lengte van het lichaam uitstrekt. De spleet 20 maakt in het afgebeelde uitvoeringsvoorbeeld een hoek van onge-30 veer 60° met de langsas. Bij voorkeur zijn de inbouwlichamen vervaardigd uit schroeflijnvormig gewikkelde metaalstroken, waarbij de spoed*van de wikkeling groter is dan de breedte van de stroken, waardoor de eindloze spleet 20 ontstaat. Anders dan de mantelpijp iH en de inbouwlichamen 16, die uit koper zijn vervaar-35 digd, is het centrale inbouvlichaam 18 vervaardigd uit staal en 800 0 5 55 * - .¾ -5- wordt onder voorspanning gehouden, bijv. door een voorafgaande axiale elastische uitzetting. Door deze radiale verende voor-spanning oefent het inbouwlichaam 18 op de inhouwlichamen 16 een aandrukkracht uit, waardoor deze vlak tegen de manie Huis 5 1b gehouden worden. Derhalve is tussen alle inhouwlichamen 16 en de mantelpijp 1U een intensief metaal op metaalcontact aanwezig.According to the invention, the tubular built-in bodies 16 are longitudinally provided with a number of gaps in the walls 19 thereof, which gaps form a helical gap 20 extending along the entire length of the body extends. The slit 20 makes an angle of approximately 60 ° with the longitudinal axis in the illustrated embodiment. The built-in bodies are preferably made of helically wound metal strips, the pitch of the winding being greater than the width of the strips, so that the endless gap 20 is created. Unlike the casing pipe iH and the built-in bodies 16, which are made of copper, the central fitting body 18 is made of steel and 800 0 5 55 * -. -5- is kept under pretension, eg by a preceding axial elastic expansion. As a result of this radial spring preload, the mounting body 18 exerts a pressing force on the mounting bodies 16, as a result of which these are kept flat against the mania House 51b. Therefore, an intensive metal to metal contact is present between all the coring bodies 16 and the casing pipe 1U.

Tijdens bedrijf van de afgeheelde warmtewisselaar worden alle pijpeneenheden k over hun gehele vrije binnendwarsdoorsnede 10 oppervlak, door de te koelen smeerolie doorstroomt. De stromings-baan is daarbij recht, doordat in geen van de dwarsdoorsneden in de binnenruimte van de inhouwlichamen 16 en 18 en ook niet in de tussen deze inhouwlichamen en de binnenwand van het mantel-liehaam aanwezige dwarsdoorsnedeoppervlakken een omkering of 15 wervelvorming in de stroming wordt opgewekt. Door de geringe wanddikte van de inbouwlichamen,resp, door de geringe dikte van de bij..de vervaardiging daarvan toegepaste stroken (in de tekening zijn voor de duidelijkheid de diktematen aanzienlijk overdreven) hebben ook de kopvlakken, die door het aanbrengen van een 20 spleet worden gevormd, geen storende invloed op de stroming.During operation of the sealed heat exchanger, all pipe units k flow through the lubricating oil to be cooled over their entire free inner cross-sectional area. The flow path is straight, in that no reversal or vortex formation in the flow occurs in any of the cross-sections in the inner space of the insert bodies 16 and 18, nor in the cross-sectional areas present between these insert bodies and the inner wall of the casing body. cheerful. Due to the small wall thickness of the built-in bodies or the small thickness of the strips used in their manufacture (the thicknesses have been exaggerated in the drawing for the sake of clarity), the front surfaces which are formed by the provision of a slit formed, no disturbing influence on the flow.

Voor de stroming in de afzonderlijke inhouwlichamen 16 en 18 gedragen de door de spleet 2Q begrensde wanddelen zich als een reeks pijpdelen of -stukken.For the flow in the individual cutting bodies 16 and 18, the wall parts bounded by the gap 2Q behave as a series of pipe parts or pieces.

De door bijv. axiale uitzetting van het inhouwiichaam 18 25 optredende diameter-verkleining kan bij het monteren van de pijpeneenheid worden benut om de inhouwlichamen 16 en 18 hetzij een voor een, hetzij als pakket in te schuiven. Wordt daarna van het inhouwiichaam 18 de axiale trekkracht weggenomen, dan verbreedt dit lichaam zich in de zin van dismetervergroting en 30 drukt de inhouwlichamen ï6 tegen de mantelpijp 1¼. natuurlijk, kan het inhouwiichaam 18 ook uit een ander metaal met verende eigenschappen,, zoals bijv. brons worden vervaardigd.The diameter reduction which occurs, for example, by axial expansion of the insert body 18, can be utilized when mounting the pipe unit to insert the insert bodies 16 and 18 either one at a time or as a package. If the axial pull force is subsequently removed from the insert body 18, this body widens in the sense of enlargement and the insert bodies 6 press against the jacket pipe 1¼. of course, the body 18 can also be made of another metal with resilient properties, such as e.g. bronze.

Een andere mogelijkheid om de inhouwlichamen 18-tegen de mantelpijp li· gedrukt te houden, is die, waarbij men als centraal 35 inhouwiichaam een cylindrische pijp met gesloten wand. toepast, 80 0 0 5 55 if welke pijp na inbouw van alle lichamen door plastische vervorming wordt verwijd. Deze zelfde maatregel isr bijzonder gunstig in die gevallen, waarbij de inbouwlichamen niet uit strookma-teriaal zijn gewikkeld, maar bijv. uit getrokken pijpen bestaan.Another possibility to keep the insert bodies 18 pressed against the casing pipe is that in which a cylindrical pipe with closed wall is used as the central insert body. 80 0 0 5 55 if which pipe is widened by plastic deformation after installation of all bodies. This same measure is particularly favorable in those cases in which the built-in bodies are not wound from strip material, but consist for example of drawn pipes.

5 Onderbrekingen in dergelijke getrokken pijpen kunnen ook door naderhand uit te voeren bewerkingen, bijv. een verspanende bewerking, worden verkregen. Zo kunnen deze onderbrekingen een vorm hebben van spleten, die .in omtreksrichting verlopen.Interruptions in such drawn pipes can also be obtained by subsequent operations, eg a machining operation. For example, these interruptions can take the form of gaps which run in the circumferential direction.

0 80 0 0 5 550 80 0 0 5 55

Claims (5)

1. Pijpeneehheid voor een warmtewisselaar, met een mantelpijp en tegen de "binnenzijde daarvan rustende en over de lengte daarvan verlopende inbouvelementen, gekenmerkt door een aantal 5 rechte pijpvormige inbouwlichamen (16), die onderling en ten opzichte van de mantelpijp (lU) evenwijdig verlopen.1. Unit of pipe for a heat exchanger, with a jacket pipe and inserts resting against the "inside thereof and running along its length, characterized by a number of straight tubular built-in bodies (16) which run parallel to one another and with respect to the jacket pipe (1U) . 2. Eenheid volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk inbouwlichaam (16), gezien in langsrichting, is voorzien van een aantal langwerpige onderbrekingen (2G) in de wand (19), 10 welke onderbrekingen in hoofdzaak dwars op de langsas verlopen.Unit according to claim 1, characterized in that each built-in body (16), viewed in longitudinal direction, is provided with a number of elongated interruptions (2G) in the wall (19), which interruptions run substantially transverse to the longitudinal axis. 3. Eenheid volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de onderbrekingen door een doorgaande, schroeflijnvormige spleet (20} worden gevormd. i. Eenheid volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat 15 de inbouwlichamen (16) een cirkelvormige dwarsdoorsnede hebben.Unit according to claim 2, characterized in that the interruptions are formed by a continuous helical slit (20}. Unit according to claims 1-3, characterized in that the built-in bodies (16) have a circular cross section . 5. Eenheid volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inbouwlichamen (18, 16) zich tegen elkaar en tegen de mantelpijp (11*) geklemd houden en waarbij aangrenzende lichamen met elkaar in aanraking zijn. • 20 6. Eenheid volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de spankracht wordt geleverd door tenminste een, in radiale richting onder een veervoorspanning staande inbouwlichamen (18, 16). J. Eenheid volgens conclusies 5 of 6, met het kenmerk, dat 25 een van de inbouwlichamen (18} coaxiaal is opgesteld en de overige inbouwlichamen (16) de ringruimte tussen de mantelpijp (1U) en het ene inbouwlichaam (18). vullen.Unit according to claim 1, characterized in that the built-in bodies (18, 16) are clamped against each other and against the casing pipe (11 *) and wherein adjacent bodies are in contact with each other. 6. Unit according to claim 5, characterized in that the tensioning force is provided by at least one built-in bodies (18, 16) which are under radial spring tension. J. Unit according to claim 5 or 6, characterized in that one of the built-in bodies (18} is arranged coaxially and the other built-in bodies (16) fill the annular space between the jacket pipe (1U) and the one built-in body (18). 8. Eenheid volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de spankracht wordt geleverd door het coaxiaal opgestelde in-30 bouwlichaam (18). 800 0 5 55Unit according to claim 6 or 7, characterized in that the tensioning force is provided by the coaxially arranged in-body (18). 800 0 5 55