SU1772572A1

SU1772572A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: SU1772572A1
Application number: SU894759685A
Authority: SU
Inventors: Eduard V Zakharevich; Aleksandr M Bulavko; Valerij D Sizov; Nikolaj P Omelchuk; Sergej V Kozel
Original assignee: Bruss Polt I
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1992-10-30

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике. в частности к теплообменникам-утилизаторам теплоты отходящих газов, удаляемых от печей, в которых сжигается органическое топливо.The invention relates to a power system. in particular, heat exchangers utilizing the heat of exhaust gases removed from furnaces in which fossil fuels are burned.

Известен теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, обрамленный соосной обечайкой с образованием кольцевой полости для прохода теплоносителя, патрубки для входа и выхода первичного и вторичного теплоносителей, а также установленный в корпусе шнек с приводом для изменения шага витков (1).A heat exchanger is known that contains a cylindrical body framed by a coaxial shell to form an annular cavity for the passage of the coolant, nozzles for the entry and exit of the primary and secondary coolants, and a screw installed in the housing with a drive for changing the pitch of the turns (1).

Известен также теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, обрамленный соосной обечайкой с образованием кольцевой полости для прохода нагреваемого теплоносителя, патрубки для входа и выхода теплоносителей, установленный в корпусе шнек, соединенный валом с приводом вращения и выполненный в виде трубы с винтообразной направляющей. Через шнек подается охлаждающая вода. Внутри трубы установлены ребра, увеличивающие теплообменную поверхность [2].A heat exchanger is also known, which contains a cylindrical body framed by a coaxial shell to form an annular cavity for the passage of the heated coolant, nozzles for entering and leaving the coolants, a screw installed in the housing, connected by a shaft with a rotation drive and made in the form of a pipe with a helical guide. Cooling water is supplied through the auger. Inside the pipe, ribs are installed that increase the heat exchange surface [2].

Недостатки данных теплообменников следующие:The disadvantages of these heat exchangers are as follows:

теплоноситель, проходящий в кольцевой полости, движется по пути наименьшего сопротивления, в результате чего образуются застойные зоны, что приводит к снижению интенсивности теплообмена;the heat carrier passing in the annular cavity moves along the path of least resistance, as a result of which stagnant zones are formed, which leads to a decrease in the heat transfer intensity;

при большом зазоре между цилиндрическим корпусом и обечайкой прогибы корпуса и обечайки из-за малой их жесткости не влияют на распределение скоростей теплоносителя в кольцевой полости, но так как зазор большой, скорость теплоносителя малая и интенсивность теплообмена низкая. При малом зазоре интенсивность теплообмена будет выше, однако низкая жесткость корпуса и обечайки приводит к неравномерному распределению скоростей теплоносителя, а следовательно, к снижению интенсивности теплообмена.with a large gap between the cylindrical body and the shell, the deflections of the body and the shell due to their low rigidity do not affect the distribution of the coolant velocities in the annular cavity, but since the gap is large, the coolant velocity is small and the heat transfer rate is low. With a small gap, the heat transfer intensity will be higher, however, the low rigidity of the housing and the shell leads to an uneven distribution of coolant speeds, and therefore, a decrease in the heat transfer intensity.

Низкая жесткость вала и шнека не позволяет увеличить частоту вращения шнека более 300...500 об/мин с целью интенсификации теплообмена со стороны первичного теплоносителя, например отходящих газов.The low rigidity of the shaft and the screw does not allow to increase the frequency of rotation of the screw more than 300 ... 500 rpm in order to intensify heat transfer from the primary coolant, such as exhaust gases.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена.The purpose of the invention is the intensification of heat transfer.

Поставленная цель достигается тем, что теплообменник содержит цилиндрический корпус, обрамленный соосной обечайкой с образованием кольцевой полости для прохода нагреваемого теплоносителя, патрубки для входа и выхода-теплоносителей, установленный в корпусе шнек, соединен ный валом с приводом вращения и выполненный в виде трубы с винтообразной направляющей, и в нем кольцевая полость сообщена с патрубками входа и выхода нагреваемого теплоносителя через соответствующие камеры, внутри кольцевой полости равномерно по периметру закреплены продольные вставки для поддержания постоянного зазора между обечайкой и корпусом, внутри трубы шнека на валу установлены диски жесткости.This goal is achieved in that the heat exchanger contains a cylindrical body framed by a coaxial shell to form an annular cavity for the passage of the heated coolant, nozzles for the inlet and outlet of the coolant, a screw installed in the housing, connected by a shaft with a rotation drive and made in the form of a pipe with a helical guide , and in it the annular cavity is in communication with the inlet and outlet nozzles of the heated coolant through the respective chambers, uniformly fixed around the perimeter inside the annular cavity longitudinal insert to maintain a constant clearance between the shroud and the housing of the screw inside the tube mounted on the shaft stiffness wheels.

Относительно большая равномерность протекания нагреваемого теплоносителя по кольцевой полости и, следовательно, более высокая интенсивность теплообмена стали возможны ввиду того, что в камерах потери давления при движении теплоносителя не менее чем на два порядка меньше потерь давления из-за его вытекания из отверстий в боковых стенках камер. Большая равномерность подачи теплоносителя, а также большая жесткость, а следовательно, и надежность конструкции обеспечиваются и тем, что внутри кольцевой полости равномерно по периметру закреплены продольные вставки для поддержания зазора между обечайкой и корпусом.A relatively greater uniformity in the flow of the heated coolant along the annular cavity and, therefore, a higher heat transfer rate became possible due to the fact that in the chambers the pressure loss during the movement of the coolant is not less than two orders of magnitude less than the pressure loss due to leakage from the openings in the side walls of the chambers . Greater uniformity of the coolant supply, as well as greater rigidity, and, consequently, structural reliability are ensured by the fact that longitudinal inserts are evenly fixed around the perimeter of the annular cavity to maintain a gap between the shell and the housing.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменника; на фиг. 2 и 3 - сечения А-А (Б-Б) и В-В на фиг. 1.In FIG. 1 shows a general view of a heat exchanger; in FIG. 2 and 3 are sections A-A (BB) and BB in FIG. 1.

Теплообменник состоит из цилиндрического корпуса 1, обрамленного соосной обечайкой 2 с образованием кольцевой полости 3 для прохода нагреваемого теплоносителя, имеются патрубки 4 и 5 для входа соответственно первичного и вторичного теплоносителей и патрубки 6 и 7 выхода соответствующих теплоносителей. В цилиндрическом корпусе 1 установлен шнек 8, выполненный в виде трубы 9 с винтообразной направляющей 10. Шнек 8 посредством ребер жесткости 11 закреплен на валу 12. Концы вала снабжены охлаждающими дисками 13. Шнек 8 приводится во вращение электродвигателем 14. Кольцевая полость 3 сообщена с патрубками входа 5 и выхода 7 нагреваемого теплоносителя через соответствующие камеры 15 и 18. Указанные камеры сообщены с кольцевой полостью 3 посредством отверстий 17 и 18. Внутри кольцевой полости 3 равномерно по периметру закреплены продольные вставки 19 для поддержания постоянного зазора между цилиндрическим корпусом 1 и обечайкой 2.The heat exchanger consists of a cylindrical body 1, framed by a coaxial shell 2 with the formation of an annular cavity 3 for the passage of the heated fluid, there are nozzles 4 and 5 for the entrance of the primary and secondary fluids, respectively, and the outlet pipe 6 and 7 of the respective fluids. In the cylindrical housing 1, a screw 8 is installed, made in the form of a pipe 9 with a helical guide 10. The screw 8 is mounted on the shaft 12 by means of stiffeners 11. The ends of the shaft are equipped with cooling disks 13. The screw 8 is rotated by an electric motor 14. The annular cavity 3 is in communication with the nozzles input 5 and output 7 of the heated fluid through the respective chambers 15 and 18. These chambers are communicated with the annular cavity 3 through holes 17 and 18. Inside the annular cavity 3, longitudinal inserts 19 are uniformly fixed around the perimeter for holding constant the gap between the cylindrical body 1 and the shell 2.

Ниже приведены характеристики конкретного теплообменника согласно рабочим чертежам и данным натурных испытаний. Зазор кольцевой полости 3 в испытанном теплообменнике составляет 4 мм и поддер живается равномерным по всему периметру с помощью продольных вставок 19. Для интенсификации теплообмена целесообразно до минимума свести толщину зазора кольцевой полости 3. Однако сделать ее менее 4 мм при диаметре цилиндрического корпуса 0,8 м затруднительно по технологии изготовления цилиндрического корпуса 1 и обечайки 2. Интенсивность теплообмена в полости с малым зазором будет выше, чем 8 полости с перегородками (см. прототип), причем в заявляемом устройстве из-за применения камер теплоноситель будет нагреваться более равномерно, так как эффективнее участвует в теплообмене вся цилиндрическая поверхность корпуса 1. Отношение суммарной площади отверстий 17 и 18 к площади поперечного,сечения соответствующих камер составляет около 0,1. В теплообменнике, испытанном в натурных условиях, отверстия 17 и 18 имеют форму, близкую к полукругу радиусом 4 мм. Длина вала теплообменника составляет 2000 мм. Частота вращения шнека равна 960об/мин. Расход нагреваемой воды 1,335 м³/ч. Вода нэгревалась от 12,4 до 65°С при начальной температуре газов 340°С.Below are the characteristics of a particular heat exchanger according to the working drawings and field test data. The gap of the annular cavity 3 in the tested heat exchanger is 4 mm and is kept uniform along the entire perimeter using longitudinal inserts 19. To intensify heat transfer, it is advisable to minimize the gap thickness of the annular cavity 3. However, make it less than 4 mm with a diameter of a cylindrical body of 0.8 m difficult on the manufacturing technology of the cylindrical body 1 and the shell 2. The heat transfer in the cavity with a small gap will be higher than 8 cavities with partitions (see prototype), and in the inventive device and due to the use of chambers, the coolant will heat more evenly, since the entire cylindrical surface of the housing 1 participates in heat transfer more efficiently. The ratio of the total area of the openings 17 and 18 to the cross-sectional area of the corresponding chambers is about 0.1. In a heat exchanger tested under natural conditions, openings 17 and 18 have a shape close to a semicircle with a radius of 4 mm. The length of the heat exchanger shaft is 2000 mm. The screw speed is 960 rpm. The consumption of heated water 1,335 m ³ / h Water was not heated from 12.4 to 65 ° C at an initial gas temperature of 340 ° C.

Теплообменник работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Первичный теплоноситель (газ) через патрубок 4 поступает в кольцевую полость между корпусом 1 и шнеком 8. Электродвигатель 14 приводит во вращение шнек 8, который турбулизирует поток газа и осуществляет омывание стенок корпуса 1 газом со скоростью, близкой к линейной скорости вращения винтообразной направляющей 10 шнека, что обеспечивает высокий коэффициент теплоотдачи от газов к стенке цилиндрического корпуса 1. Газы, пройдя через теплообменник, выходят из патрубкаThe primary coolant (gas) through the pipe 4 enters the annular cavity between the housing 1 and the screw 8. The electric motor 14 drives the screw 8, which turbulizes the gas flow and flushes the walls of the housing 1 with gas at a speed close to the linear speed of rotation of the screw guide 10 of the screw that provides a high coefficient of heat transfer from gases to the wall of the cylindrical body 1. Gases, passing through the heat exchanger, exit the pipe

6. Вторичный теплоноситель (вода) поступает в патрубок 5, а затем в камеру равномерной раздачи 15, из которой через отверстия 17 вытекает в кольцевую полость 3, где нагревается, Затем вода поступает через отверстия 18 в камеру 16, откуда вода через патрубок 7 отводится из теплообменника.6. The secondary coolant (water) enters the nozzle 5, and then into the uniform distribution chamber 15, from which it flows through the openings 17 into the annular cavity 3, where it is heated. Then the water enters through the openings 18 into the chamber 16, from where water is discharged through the nozzle 7 from the heat exchanger.

Вал с целью предупреждения износа подшипников опор охлаждается с помощью дисков 13.The shaft in order to prevent wear of the bearings of the bearings is cooled by means of disks 13.

Преимуществом предлагаемого теплообменника по сравнению с прототипом и другими известными устройствами являются увеличение в 2...4 раза коэффициента теплопередачи от первичного к вторичному теплоносителю и повышение надежности работы теплообменника.The advantage of the proposed heat exchanger in comparison with the prototype and other known devices is an increase in 2 ... 4 times the heat transfer coefficient from primary to secondary heat carrier and increase the reliability of the heat exchanger.

Claims

Claim

1. A heat exchanger comprising a cylindrical body enclosed by a coaxial shell to form an annular cavity for passage of a heated coolant, equipped with pipes for supplying and discharging the latter, and coaxially mounted in the shell, a screw with a central cavity connected by a shaft with a drive for rotation and made with a helical guide characterized in that, in order to increase the efficiency of heat transfer by uniform distribution of the coolant, it further comprises distribution chambers of the coolant, size Closed at the end sections of the annular cavity and communicated each respectively with the latter by means of holes in the walls adjacent to the said cavity, and supply and exhaust pipes, and the ratio of the total area of the holes in the wall of each chamber to its cross-sectional area is about 0.1.

2. The heat exchanger according to claim 1, which includes the fact that longitudinal inserts in the form of cylindrical rods are additionally installed uniformly around its perimeter in the annular cavity, and the radial size of the annular cavity between the body and the shell is 4 mm.

3. The heat exchanger according to claim 1, with the fact that in the cavity of the screw additionally installed transverse stiffness disks.

A-A (B-B)

Fit. 2