Кожухотрубный теплообменник (Кожухотрубник)

ABCent,  придётся куб на 100 л. делать чтобы не падал от КТ))

При проектировании очередного кожухотрубного теплообменника, обратил внимание на один немаловажный момент.
А именно – на расположение трубной доски, а вместе с ней и пучка труб относительно входа среды в корпус «КТ».
Существует очевидное и простое правило – все трубки должны иметь максимальный контакт со средой.
Так вот, при различных расположениях этот контакт не будет одинаковым.
В результате произойдёт увеличение или снижение эффективности работы теплообменника.
Рассмотрим два варианта расположения.

Вариант №1.
В этом случае трубки №1, 2, 3, 4 и 7 имеют хороший «лобовой» контакт со средой.
На пути её движения встречается стена из труб.

Номера 5 и 6 не имеют такого прямого контакта.
Но, так-как дальнейшее движение потока будет происходить, как бы по лабиринту эти трубки без работы не останутся.


Вариант №2.
Здесь будет несколько иная картина.
Только три трубки №1, 2, 3 имеют прямой контакт с потоком и несут основную теплообменную нагрузку.
Остальные номера расположенные в «тени» первых трёх трубок будут работать с ощутимым снижением производительности.

Ещё один негативный момент. Он заключается вот в чем.
При таком варианте расположения трубок, между ними образуются «свободные коридоры» и среда с удовольствием «просвистит» по пути наименьшего сопротивления.
Взгляните, на снимке хорошо видны эти межтрубные коридоры.

В отличии от первого варианта, здесь движение потока будет почти прямым.
Это явление будет проявляться тем больше, чем больше межтрубное расстояние.
При сложении этих двух моментов получим снижение производительности теплообменника.

Вывод напрашивается сам собой:
Расположение пучка труб относительно входа среды (не зависимо пар это или теплоноситель), а так же место среза перегородок должны быть выполнены по
Варианту №1.

по мне, так от входа ОЖ в кожух надо перегородки по чаще ставить, далее к выходу частить уже необходимости нет

Advard, интересный подход, но по сути не только это лимитирует эффективность теплопередачи при минимально возможной подачи ОЖ.
При "лабиринтном" движении ОЖ есть застойные зоны. Их  можно убрать двумя способами:
1. если просверлить небольшое отверстие в перегородке с противоположной стороны от движения основного потока,
2. либо делать в перегородке бОльшие отверстия под трубки (с зазором 0,5-0,8 мм) но с центровкой трубок, тогда понадобится только две трубные доски:
- на входе, чтобы обеспечить подпор и равномерное распределение ОЖ вдоль трубок
- перед выходом, чтобы не нарушать гидродинамику потока ОЖ вдоль трубок.
При минимально возможной подачи ОЖ первая конструкция будет эффективна при небольших диаметрах примерно до 50 мм.
Вторая конструкция лучше будет работать чем первая при диаметрах более 50 мм.

Advard,
ты считаешь что трубки имеют нулевой поперечный срез - а это не так
завихрение потока при встрече с препятствием уравняют оба вариантаkiliwin, 20 Мая 16, 07:10

Совершенно верно и справедливо!
Завихрения и турбуленция сделают своё дело.
Это если рассматривать самую распространённую схему кожухотрубного теплообменника, в котором пар подаётся в трубки, а охлаждение в корпус.
При этом мощность устройства небольшая и скорость потока охлаждения тоже.

Теперь попробую объяснить ход своих мыслей.
Для увеличения производительности по теплообмену и сохранения линейных габаритов «КТ» нужно изменить схему подачи сред.
Для этого пар подаём в межтрубное пространство, охлаждение по трубкам. И вот здесь начинается самое интересное.
Всё дело в скорости вхождения пара в корпус. А она немаленькая.
На пример устройство, над которым я сейчас ломаю голову, рассчитывается на работу с 3,5 – 4 кВт.
При этой мощности скорость входа пара в корпус почти 8 метров в секунду! Диаметр корпуса «КТ» 38 х 1.5 мм. подводящая паровая трубка 22 мм.
Представьте, Ваш взгляд совпадает с направлением потока.
Так вот, если развернуть пучок труб относительно входа таким образом:

то становится очевидным, что на этих скоростях он просквозит между трубок, как через редкий штакетник в заборе.
И верхняя часть конденсатора практически выпадет из работы. С увеличением мощности ситуация будет усугубляться ещё больше.

При малых мощностях и скоростях этот факт учитывать совсем не обязательно.

Для этого пар подаём в межтрубное пространство, охлаждение по трубкам. И вот здесь начинается самое интересное.
Всё дело в скорости вхождения пара в корпус. А она немаленькая.
На пример устройство, над которым я сейчас ломаю голову, рассчитывается на работу с 3,5 – 4 кВт.
При этой мощности скорость входа пара в корпус почти 8 метров в секунду! Диаметр корпуса «КТ» 38 х 1.5 мм. подводящая паровая трубка 22 мм.Advard, 20 Мая 16, 11:36

на этих скоростях он просквозит между трубок, как через редкий штакетник в заборе.
И верхняя часть конденсатора практически выпадет из работы. С увеличением мощности ситуация будет усугубляться ещё больше.Advard, 20 Мая 16, 11:36

пар при входе откланяется в сторону зоны низкого давления - то есть к трубкамkiliwin, 20 Мая 16, 11:43

Немного своих соображений, если не против.
Главные условия.
Скорость пара в межтрубном пространстве должна быть ниже скорости конденсации иначе будет проскок.
Перегородки не должны запирать движение пара и конденсата.
Механизм конденсации. В верхней зоне подачи пара должен стоять "распределитель" пара по сечению межтрубного пространства (Имхо лучше сетка с ячейкой 2х2 мм, можно поставить несколько сеток по высоте КТ), либо стоит "заводить пар" с трех точек или в рубашке через сетку (чтобы со всех сторон). Трубная решетка - перегородка "запрет пар.
Расстояние между трубками лучше делать 1,5 раза меньше диаметра трубок. Оптимальные трубки 6х8 мм.
Слив конденсата лучше под углом.
Для такой задачи может подойти V-образная конструкция кожухотрубника (рисунок, в). Здесь трубную решетку можно паять оловом и трубки не порвет. Только в диаметр 38 уже не уложишься. Либо несколько трубок "холодный палец", но сложная конструкция.

Немного своих соображений...
В верхней зоне подачи пара должен стоять "распределитель" пара по сечению межтрубного пространства
(Имхо лучше сетка с ячейкой 2х2 мм, можно поставить несколько сеток по высоте КТ),
либо стоит "заводить пар" с трех точек или в рубашке через сетку (чтобы со всех сторон).
Трубная решетка - перегородка "запрет пар.POLE, 20 Мая 16, 13:27

Не плохо бы схему увидеть. На словах сложно понять в чем смысл идеи.

Про верхний "распределитель" пара:
Первое и необходимое условие, на мой взгляд - снижение скорости потока.
Это достигается резким расширением пространства.
Пар сначала должен попасть в расширительную камеру.
И так далее...
Сделаю "железку", будет что обсудить.

Не плохо бы схему увидеть.Advard, 20 Мая 16, 14:31

Здесь одна из возможных конструкций.

холодные пальцы (ХП). интересненько.
одно смущает - подача воды (ОЖ) идет по трубке центральной до низа, но ведь ОЖ затем идет по внешней трубке ХП и так же контачит с центральной трубкой, передавая часть тепла полученного с внешней стенки ХП к ОЖ которая только что вошла.
други просвятите сколько тепла там проходит и нужно ли делать термоизоляцию.
например "термос" из ещё одной трубки

одно смущает - подача воды (ОЖ) идет по трубке центральной до низа, но ведь ОЖ затем идет по внешней трубке ХП и так же контачит с центральной трубкой, передавая часть тепла полученного с внешней стенки ХП к ОЖ которая только что вошла.SedoY, 29 Июля 16, 21:31

что-то мне подсказывает, что работать будет хорошо, а теплопотери за счет описанного эффекта не существенны.
Эта конструкция привлекательна тем, что не будет рвать трубки от трубных решеток и можно поставить нержогофру.
Ввод пара можно организовать и в центр снизу.

Ну теплопотери несущественными только с большим натягом можно считать.

Проверь или поверь)
Если без иронии, то такой теплообменник очень специфичен и трудоемок в изготовлении. Если  теплопотери критичны, то можно теплоизолировать подающую внутреннюю трубку (к примеру кембриком) или сделать ее из пластиковой трубки.
А для наших нужд проще гофротрубу ф16 скрутить витками и подпирать редуктором или клапаном с датчиком температуры (управление по старт/стопу). Предпочитаю дополнительно использовать водяную рубашку на корпусе (к примеру термос).
Но это не из этой темы. Извиняюсь за легкий оффтоп) 

POLE, проще уже делал, переболел, теперь стремления делать правильно))))

Добавлено через 2мин.:

Кембрик тоже пользовал-плавится при сварке. Фторопласт пока не попадался, силикон пробовал тоже не совсем то(распиливать -смотрел.


Добавлено через 1мин.:

Бллл, я дебил. Порядок сборки другой надо!!!! Алилуя, придумал.

Порядок сборки другой надо!!!! Алилуя, придумал.SedoY, 08 Авг. 16, 21:57

Ты гений)))) Тебя просто озарило.

POLE, не придумал, сплавилась опять

Небольшая детализация. Так нагляднее будет.
Вариант 1.
По поводу теплоизоляции вводных трубок - придется этим пренебречь.
Думаю, что тепловой баланс будет соблюдаться.
Скорости входящих и уходящих потоков должны быть разными.
Скорость потока контактирующего со средой должна быть выше, для лучшего теплообмена.
Для этого уменьшаем толщину охлаждающего слоя до 1.5 - 2 мм.
Для большей эффективности теплопередачи применяем спираль в рубашке охлаждения.
Вводную и выводную камеры тоже можно сделать разных объёмов.
Перегородки в паровой зоне предназначены для того, чтобы пар двигался не так, как он хочет, а так как нам надо!
-----------
И вдогонку второй вариант - "классическая" схема "КТ".
Разносим камеры по разным сторонам.
При такой схеме взаимное тепловое влияние потоков охлаждения отсутствует.

Откройте оба варианта и сравните их между собой...

первый вариант - понял, хорошо.
второй вариант не понял - там глухие трубки что-ли?

второй вариант не понял - там глухие трубки что-ли?SedoY, 11 Авг. 16, 05:18

Да, трубки заглушены.
Применение таких вставок улучшает теплообмен без увеличения расхода охлаждающей воды.
Сделано по этому принципу: [сообщение #12230228]

А что мешает вставить кембрик в подающие трубки по первому варианту?
Второй вариант неконструктивен. Много лишних деталей. Увеличить площадь поверхности (для большей площади контакта) можно гофротрубой. Она хорошо паяется.

Заделал вот такой полукожухотрубник или четырехствольный прямоточник, кому как нравится

 

В составе четыре метровые медные 22мм трубки, внешние 32мм ПЭ трубки с внутренним диаметром 26мм. Подачу воды снизу сделаю через гребенку гибкой разводкой.
Холодильник будет использовать для перегонки браги на мощности около 13кВт