RU194271U1 - Shell and tube heat exchanger - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована при создании теплообменных аппаратов и устройств промышленного и энергетического назначения, основу которых составляют гладкие трубчатые поверхности.Кожухотрубный теплообменник, содержащий корпус, в полости которого расположен пучок труб, снабжен патрубками подвода и отвода охлаждающего воздуха, отличается тем, что в полостях труб размещены стержни с винтовыми лопастями, кроме того, во внутренней части корпуса размещено верхнее основание, имеющее форму усеченного конуса.Техническое решение позволяет увеличить интенсивность теплоотдачи за счет интенсификации тепломассообмена между конденсатом и паровоздушной смесью и минимизировать испарения топлива из резервуаров за счет обеспечения лучшего конденсирования паров и уменьшения скопления конденсата в верхней части теплообменника. 1ил.The utility model relates to heat exchange technology and can be used to create heat exchangers and devices for industrial and energy purposes, the basis of which are smooth tubular surfaces. A shell-and-tube heat exchanger containing a body in the cavity of which a tube bundle is located, is equipped with pipes for supplying and discharging cooling air, differs the fact that in the cavities of the pipes rods with helical blades are placed, in addition, in the inner part of the body there is a top base having the shape of a truncated The technical solution allows to increase the heat transfer rate due to the intensification of heat and mass transfer between the condensate and the air-vapor mixture and to minimize fuel vaporization from the tanks by providing better vapor condensation and reducing condensate accumulation in the upper part of the heat exchanger. 1il.

Description

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована при создании теплообменных аппаратов и устройств промышленного и энергетического назначения, основу которых составляют гладкие трубчатые поверхности.The utility model relates to heat transfer technology and can be used to create heat exchangers and devices for industrial and energy purposes, the basis of which are smooth tubular surfaces.

Известен теплообменник, содержащий пучок труб одинакового диаметра с треугольной или прямоугольной разбивкой и коллекторы с трубными досками (см. авторское свидетельство SU1763842, МПК F28D 7/16, F28F 1/06, 1992.).A heat exchanger is known that contains a bundle of pipes of the same diameter with a triangular or rectangular breakdown and collectors with tube plates (see copyright certificate SU1763842, IPC F28D 7/16, F28F 1/06, 1992.).

Недостатками такого теплообменника являются низкая эффективность теплоотдачи и невысокая компактность поверхности, обусловленные тем, что трубный пучок выполнен из прямых гладких труб одинакового диаметра.The disadvantages of this heat exchanger are low heat transfer efficiency and low surface compactness due to the fact that the tube bundle is made of straight smooth pipes of the same diameter.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кожухотрубный теплообменник, содержащий продольно обтекаемый шахматный пучок теплообменных труб с периодически повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем с углом раскрытия диффузора и конфузора 6-10°, смещенных между собой на половину периода профиля «диффузор-конфузор» (см. патент RU 2489664, МПК F28D 7/16, 2013).The closest technical solution, selected as a prototype, is a shell-and-tube heat exchanger containing a longitudinally streamlined staggered bundle of heat-exchange tubes with a diffuser-confuser profile periodically repeating in length with an opening angle of the diffuser and confuser of 6-10 °, offset from each other by half the period of the diffuser profile -confuser "(see patent RU 2489664, IPC F28D 7/16, 2013).

Недостатком этого кожухотрубного теплообменника является пониженная эффективность теплоотдачи. Отмеченная пониженная интенсивность теплоотдачи в трубах обусловлена ослабленным взаимодействием потока, сформировавшегося в узком сечении канала на границе конфузорных и диффузорных участков, с поверхностью в области максимального сечения на границе диффузорных и конфузорных участков из-за его «проскока» и отсутствия возможности наиболее полно следовать профилю стенки трубы в условиях отрыва и вихреобразования. Подобное снижение эффекта интенсификации теплоотдачи проявляется и в межтрубном пространстве при внешнем обтекании пучка смежным теплоносителем, поскольку управляющее воздействие формы и геометрии «элементарных» трубных ячеек на структурирование потока недостаточно результативно.The disadvantage of this shell-and-tube heat exchanger is the reduced heat transfer efficiency. The noted reduced heat transfer intensity in the pipes is due to the weakened interaction of the flow formed in a narrow section of the channel at the boundary of the confuser and diffuser sections with the surface in the region of the maximum section at the boundary of the diffuser and confuser sections due to its “slip” and the inability to fully follow the wall profile pipes in conditions of separation and vortex formation. A similar decrease in the effect of heat transfer intensification is also manifested in the annular space during external flow around the beam with an adjacent coolant, since the control action of the shape and geometry of the "elementary" tube cells on the flow structure is not effective.

Задачей полезной модели является увеличение интенсивности теплоотдачи.The objective of the utility model is to increase the intensity of heat transfer.

Техническим результатом, на достижение которого направлена настоящая модель, является минимизация испарений топлива из резервуаров.The technical result, the achievement of which the present model is directed, is to minimize the evaporation of fuel from the tanks.

Поставленная задача решается тем, что кожухотрубный теплообменник, содержащий корпус, в полости которого расположен пучок труб, снабжен патрубками подвода и отвода охлаждающего воздуха, отличается тем, что в полостях труб размещены стержни с винтовыми лопастями, кроме того, во внутренней части корпуса размещено верхнее основание, имеющее форму усеченного конуса.The problem is solved in that the shell-and-tube heat exchanger containing the housing, in the cavity of which the tube bundle is located, is equipped with pipes for supplying and discharging cooling air, characterized in that rods with screw blades are placed in the pipe cavities, in addition, the upper base is located in the inner part of the housing having the shape of a truncated cone.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом совокупность существенных признаков формулы полезной модели позволяет увеличить интенсивность теплоотдачи за счет интенсификации тепломассообмена между конденсатом и паровоздушной смесью и минимизировать испарения топлива из резервуаров за счет обеспечения лучшего конденсирования паров и уменьшения скопления конденсата в верхней части теплообменника.At the same time, the set of essential features of the utility model formula makes it possible to increase the heat transfer rate due to the intensification of heat and mass transfer between the condensate and the air-vapor mixture and to minimize fuel vaporization from the tanks by providing better vapor condensation and reducing condensate accumulation in the upper part of the heat exchanger.

На фиг. изображен теплообменник в разрезе.In FIG. sectional view of a heat exchanger.

На чертеже показаны корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 основания, пучок труб 4, стержни 5 с винтовыми лопастями, внутренние перегородки 6, патрубки 7 и 8 для подвода и отвода охлаждающего воздуха, фланцы 9 и 10.The drawing shows the housing 1, upper 2 and lower 3 bases, a bunch of pipes 4, rods 5 with screw blades, internal partitions 6, pipes 7 and 8 for supplying and removing cooling air, flanges 9 and 10.

Кожухотрубный теплообменник содержит корпус 1 в виде цилиндра (например, из углеродистой стали) с верхним 2 и нижним 3 основаниями. Верхнее основание 2 имеет форму усеченного конуса, что обеспечивает лучший массоперенос сконденсированных паров, тем самым позволяет уменьшить скопление конденсата в верхней части теплообменника. В полости корпуса 1 расположен пучок труб 4, которые закреплены верхним 2 и нижним 3 основаниями (например, припайкой). Дополнительный крепеж пучка труб 4, а также интенсификацию теплообмена обеспечивают пластинчатые перегородки 6, которые расположены перпендикулярно трубкам 4 и отстоят друг от друга с определенным шагом. В полостях труб 4 размещены стержни 5 с винтовыми лопастями, обеспечивающие увеличение тепломассообмена между конденсатом и паровоздушной смесью. На корпусе 1 установлены патрубки 7 и 8 для подвода и отвода охлаждающего воздуха соответственно. Для присоединения к дыхательной арматуре резервуара корпус 1 снабжен верхним 9 и нижним 10 фланцами.The shell-and-tube heat exchanger comprises a housing 1 in the form of a cylinder (for example, carbon steel) with upper 2 and lower 3 bases. The upper base 2 has the shape of a truncated cone, which provides better mass transfer of condensed vapors, thereby reducing the accumulation of condensate in the upper part of the heat exchanger. In the cavity of the housing 1 is a bundle of pipes 4, which are fixed by the upper 2 and lower 3 bases (for example, soldering). Additional fixture of the tube bundle 4, as well as the intensification of heat transfer provide plate partition 6, which are perpendicular to the tubes 4 and are spaced from each other with a certain step. In the cavities of the pipes 4 are placed rods 5 with screw blades, providing an increase in heat and mass transfer between the condensate and the vapor-air mixture. On the housing 1, nozzles 7 and 8 are installed for supplying and removing cooling air, respectively. To connect to the respiratory valves of the tank, the housing 1 is equipped with an upper 9 and lower 10 flanges.

Заявленное устройство работает следующим образом. Корпус 1 теплообменника закрепляют верхним 9 и нижним 10 фланцами на дыхательной арматуре резервуара с топливом. К патрубку подвода 7 подключают пневмолинию с охлаждающим воздухом. Поток паровоздушной смеси (ПВС), выходя из резервуара с топливом стремится от нижнего основания 3 до верхнего основания 2, проходя через пучок труб 4 вдоль стержней 5 с винтовыми лопастями, охлаждается за счет теплообмена с холодным воздухом, проходящим от патрубка подвода 7 в полость корпуса 1 теплообменника через пластинчатые перегородки 6 до патрубка отвода 8. Образовавшийся при теплообмене конденсат из ПВС за счет действия гравитационных сил поступает обратно в резервуар с топливом, двигаясь от верхнего основания 2 до нижнего основания 3 через пучок труб 4 вдоль стержней 5 с винтовыми лопастями, при этом верхнее основание 2, выполненное в форме конуса, способствует скатыванию капель конденсата к пучку труб 4, а сами капли за счет абсорбции интенсифицируют процесс массопереноса ПВС обратно в резервуар с топливом. Газовая фаза ПВС отводится к дыхательному клапану, к которому теплообменник подключен с помощью верхнего фланца 9.The claimed device operates as follows. The housing 1 of the heat exchanger is fixed with the upper 9 and lower 10 flanges on the breathing valves of the fuel tank. To the inlet pipe 7 connect a pneumatic line with cooling air. The vapor-air mixture (PVA) flow, leaving the fuel tank, tends from the lower base 3 to the upper base 2, passing through a bundle of pipes 4 along rods 5 with screw blades, is cooled by heat exchange with cold air passing from the supply pipe 7 to the body cavity 1 of the heat exchanger through the plate walls 6 to the branch pipe 8. The condensate formed from the PVA during heat exchange due to the action of gravitational forces flows back into the fuel tank, moving from the upper base 2 to the lower base 3 h Through the bundle of pipes 4 along the rods 5 with screw blades, the upper base 2, made in the form of a cone, facilitates the rolling of condensate droplets to the bundle of pipes 4, and the droplets themselves, due to absorption, intensify the process of mass transfer of PVA back to the fuel tank. The gas phase of the PVA is diverted to the breathing valve, to which the heat exchanger is connected using the upper flange 9.

Claims (1)

Кожухотрубный теплообменник, содержащий корпус, в полости которого расположен пучок труб, снабжен патрубками подвода и отвода охлаждающего воздуха, отличающийся тем, что в полостях труб размещены стержни с винтовыми лопастями, кроме того, во внутренней части корпуса размещено верхнее основание, имеющее форму усеченного конуса.A shell-and-tube heat exchanger containing a body, in the cavity of which a tube bundle is located, is equipped with pipes for supplying and discharging cooling air, characterized in that rods with helical blades are placed in the pipe cavities, in addition, an upper base having the shape of a truncated cone is placed in the inner part of the body.

Images