Теплообменник типа “труба в трубе”

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ТЕПЛООБМЕННИК ТИПА ТРУБА В ТРУБЕ(71) Заявитель Производственное объединение Минский моторный завод(73) Патентообладатель Производственное объединение Минский моторный завод(57) 1. Теплообменник типа труба в трубе, внутренняя труба которого снабжена спиральными ребрами,примыкающими торцами к наружной трубе, на боковых поверхностях которых выполнены углубления с острыми кромками по всей высоте ребра, отличающийся тем, что углубления выполнены в виде канавок,направленных от наружного торца ребра к его основанию, причем конец и часть дна каждой канавки размещены на наружной поверхности внутренней трубы, а глубина канавки меньше половины толщины ребра. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что профиль ребра в поперечном сечении имеет вогнутость боковых граней, причем длина боковой гранисвязана с диаметром наружной трубыи диаметром наружной поверхности внутренней трубысоотношением 2665 1 Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменным аппаратам типа труба в трубе, и может быть использовано в двигателестроении, химической промышленности, энергетике и др. для теплопередачи между отдельными теплоносителями. Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении интенсивности теплообмена при уменьшении энергозатрат на перемещение охлаждаемого теплоносителя (уменьшение сопротивления) и уменьшение трудоемкости изготовления (спиральных ребер и устройства для турбулизации) теплообменника. Известен теплообменный аппарат 1 типа труба в трубе, в котором внутренняя труба снабжена спиральными ребрами, примыкающими к внутренней поверхности наружной трубы. Охлаждающий теплоноситель проходит по внутренней трубе, а охлаждаемый - между наружной поверхностью внутренней трубы и внутренней поверхностью наружной трубы. В указанном теплообменнике отсутствует турбулизация, улучшающая процесс теплообмена между теплоносителями для отвода значительного количества тепла требуется увеличение габаритов и массы теплообменника. Известна система охлаждения ДВС с теплообменником 2 типа труба в трубе, в котором размещенная в кольцевой полости между трубами внешняя поверхность внутренней трубы маслоохладителя выполнена в виде многозаходного червяка, установленного с натягом во внешней трубе. Недостатком этого аналога можно считать отсутствие турбулизации, улучшающей процесс теплообмена. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа теплообменник 3 типа труба в трубе, внутренняя из которых снабжена спиральными ребрами,примыкающими к наружной трубе, причем ребра на боковых поверхностях выполнены с углублениями,имеющими острые кромки по всей высоте ребер. У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки внутренняя труба снабжена спиральными ребрами, примыкающими к наружной трубе имеется устройство для турбулизации потока. Теплообменник типа труба в трубе обеспечивает прохождение охлаждающей жидкости вдоль оси теплообменника, омывая наружную поверхность наружной трубы и внутреннюю поверхность внутренней трубы, а охлаждаемый теплоноситель движется в промежутке между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхностью внутренней трубы. Спиральные ребра, расположенные в этом промежутке, увеличивают время контакта охлаждаемого теплоносителя с охладителем за счет увеличения длины пути прохождения охлаждаемого теплоносителя, тем самым обеспечивая теплоотвод. У прототипа устройство для турбулизации потока выполнено на боковых поверхностях ребер в виде углублений, имеющих острые кромки. Углубления выполнены по всей высоте ребер в направлении, перпендикулярном оси трубы, сверлением или литьем. Теплоноситель турбулизируется в процессе контакта с углублениями, при этом пограничный слой теплоносителя разрушается, осуществляется интенсификация теплообмена. У заявляемого изобретения углубления выполнены в виде канавок, имеющих направленное расположение от наружного торца ребра к его основанию, причем конец и часть дна каждой канавки размещены на наружной поверхности внутренней трубы. Пограничный слой теплоносителя в месте контакта с боковыми поверхностями ребер разрезается на отдельные потоки (т.е. разрушается) . При направленном движении от наружного торца ребра к его основанию поток, встречая препятствие в виде наружной поверхности внутренней трубы, ударяясь, вызывает турбулизацию. Кроме того, расположение канавок глубиной , меньшей чем половина толщины ребра , по всей площади боковой поверхности ребра, а также профиль ребра, имеющий в поперечном сечении вогнутость боковых граней, причем длина боковой грани (-)/2, развивают боковую поверхность ребра, увеличивая тем самым проходное сечение для прохода охлаждаемого теплоносителя, уменьшая сопротивление теплообменника. Недостатками прототипа являются увеличение энергозатрат (сопротивления) на перемещение в каналах охлаждаемого теплоносителя, что приводит, например, в системах смазки ДВС для обеспечения требуемого давления в системе, к повышению производительности масляного насоса и, следовательно, увеличению мощности на привод последнего высокая трудоемкость изготовления спиральных ребер и турбулизаторов. Нарезка ребер резцом и далее изготовление турбулизаторов путем сверления отверстий на всю глубину ребер представляет собой трудоемкий процесс. Указанный недостаток обусловлен тем, что устройство для турбулизации потока, выполненное в виде углублений, имеющих острые кромки, расположенных по всей высоте ребра, а именно в направлении, перпен 2 2665 1 дикулярном оси трубы, интенсифицирует теплообмен, однако при этом представляет собой дополнительное сопротивление (острые кромки и прорезанные ребра) при перемещении охлаждаемого теплоносителя. Для обеспечения требуемого теплоотвода необходимо выполнить турбулизаторы путем сверления отверстий на всю глубину ребер, например при длине рабочей поверхности теплообменника 448 мм на ребрах внутреннего элемента выполняются 896 отверстий глубиной 10 мм, что требует больших трудозатрат. Достигаемый технический результат при использовании предлагаемого изобретения увеличение поверхности теплообмена между теплоносителями обеспечение турбулизации увеличение проходного сечения для прохода теплоносителя обусловливает следующий общественно полезный результат увеличение поверхности теплообмена между теплоносителями посредством направленного расположения канавок глубиной , меньшей чем половина толщины ребра Н, от наружного торца ребра к его основанию по всей площади боковой поверхности ребра обусловливает увеличение интенсивности теплообмена обеспечение турбулизации посредством разрушения пограничного с боковыми поверхностями ребра слоя теплоносителя, а также направленного движения от наружного торца ребра к его основанию пограничного потока охладителя и встречи его с наружной поверхностью внутренней трубы обусловливает увеличение интенсивности теплообмена увеличение проходного сечения для прохода теплоносителя посредством развития боковой поверхности ребра за счет расположения канавок глубиной, меньшей чем половина толщины ребра, по всей площади боковой поверхности ребра, а также за счет вогнутого профиля ребра в поперечном сечении обусловливает уменьшение сопротивления при движении охлаждаемого теплоносителя. Для получения указанного технического результата заявляемое изобретение содержит следующие существенные признаки внутренняя труба со спиральными ребрами, примыкающими к наружной трубе углубления, имеющие острые кромки, выполненные на боковых поверхностях ребра углубления в виде канавок, направленных от наружного торца ребра к его основанию, причем конец и часть дна каждой канавки размещены на наружной поверхности внутренней трубы глубина канавок , связана с толщиной ребра Н следующим соотношением/2,где- глубина канавки,Н - толщина ребра профиль ребра, имеющий в поперечном сечении вогнутость боковых граней, причем длина боковой грани больше, чем высота ребра, обусловленная диаметром наружной трубыи диаметром наружной поверхности внутренней трубы . 1(-)/2,где 1 - длина боковой грани ребра,- диаметр наружной трубы, - диаметр наружной поверхности внутренней трубы. По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки 1. Углубления в виде канавок, расположенных по всей боковой поверхности ребер, направленных от наружного торца ребра к его основанию, причем конец и часть дна каждой канавки размещены на наружной поверхности внутренней трубы, а глубина канавкисвязана с толщиной ребраследующим соотношением/2. 2. Профиль ребра, имеющий в поперечном сечении вогнутость боковых граней, причем длина боковой грани 1 больше, чем высота ребра, обусловленная диаметром наружной трубыи диаметром наружной поверхности внутренней трубы , 1(-)/2. Первый вышеуказанный признак выполняет следующую функцию разрушение пограничного с боковой поверхностью ребра слоя теплоносителя, направленное движение его от наружного торца ребра к его основанию, а также развивает боковую поверхность ребра. Технический результат от использования этого признака заключается в том, что углубления в виде канавок в сочетании с их расположением увеличивают поверхность теплообмена между теплоносителями и обеспечивают турбулизацию, а также увеличивают проходное сечение для прохода теплоносителя. Второй вышеуказанный признак выполняет следующую функцию развивает боковую поверхность ребра. Технический результат от использования этого признака заключается в том, что увеличивается проходное сечение для прохода теплоносителя. Между отличительными признаками и техническим результатом существует следующая причинноследственная связь увеличение поверхности теплообмена между теплоносителями обусловливает увеличение интенсивности теплообмена 3 2665 1 обеспечение турбулизации обусловливает интенсивность теплообмена увеличение проходного сечения для прохода теплоносителя снижает сопротивление (энергозатраты) при движении охлаждаемого теплоносителя. По имеющимся у заявителя сведениям предлагаемая совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, не известна из уровня техники, следовательно, изобретение соответствует критерию новизна. Сущность заявляемого изобретения не следует явным образом из известного уровня техники. Совокупность признаков, характеризующих известные устройства, не обеспечивает достижение новых свойств и только наличие отличительных признаков позволяет получить новые свойства, новый технический результат. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретательский уровень. Предлагаемая сущность заявляемого изобретения может быть использована в двигателестроении, химической промышленности, энергетике и др. для теплопередачи между отдельными теплоносителями. Получение технического результата, заключающегося в обеспечении интенсивности теплообмена при уменьшении энергозатрат на перемещение охлаждаемого теплоносителя позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию промышленная применимость. Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 изображен общий вид теплообменника. На фиг. 2 - разрез по А-А на фиг.1. На фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг.1. На фиг. 4 - выносной элемент В на фиг. 1. Заявляемый теплообменник типа труба в трубе в соответствии с формулой изобретения содержит наружную 1 и внутреннюю 2 трубы, последняя из которых снабжена спиральными ребрами 3. На боковых поверхностях 4 ребра 3 расположены углубления 5, имеющие острые кромки 6. Углубления 5 в виде канавок 7 направлены от наружного торца 8 ребра 3 к наружной поверхности 9 внутренней трубы 2 и выполнены на глубину, меньшую, чем половина толщины ребра Н. Профиль 10 ребра 3 в поперечном сечении имеет вогнутость боковых граней 11, с длиной боковой грани (-)/2. Внутренняя труба 2 установлена в наружную трубу 1 с натягом или монтажным зазором. Спиральные ребра 3 и углубления 5 на боковых поверхностях ребер могут быть выполнены, например,встречным фрезерованием дисковой фрезы одновременно за один проход. В процессе работы предлагаемого теплообменника охлаждающая жидкость движется вдоль оси теплообменника, омывая наружную поверхность трубы 1 и внутреннюю поверхность трубы 2. Охлаждаемый теплоноситель движется по спиральным каналам, образованным боковыми поверхностями спиральных ребер 3 и внутренней поверхностью трубы 1 в направлении, противоположном направлению движения охлаждающей жидкости. Углубления в виде канавок, расположенные по боковым поверхностям ребра с глубиной, меньшей чем половина толщины ребра, увеличивают поверхность теплообмена между охлаждаемым теплоносителем и охлаждающей жидкостью, улучшая тем самым теплообмен. Кроме того, направленное расположение канавок от наружного торца ребра к его основанию разрезает в месте контакта с боковыми поверхностями ребер пограничный слой теплоносителя на отдельные потоки, т.е. разрушает его, вызывая турбулизацию, а также при направленном движении от наружного торца ребра к основанию, встречая препятствие на пути в виде наружной поверхности внутренней трубы. Этот пограничный слой, ударяясь, дополнительно турбулизируется. Углубления в виде канавок с глубиной, меньшей чем толщина ребра, на боковой поверхности ребер, а также профиль ребра в поперечном сечении, имеющий вогнутость боковых граней, увеличивают проходное сечение для прохода охлаждаемого теплоносителя, тем самым уменьшая сопротивление теплообменника. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.