Интенсификация теплообмена в аппаратах гелиевых установок

Инженерный журнал: наука и инновации

# 6·2017 1

УДК 536.24 DOI 10.18698/2308-6033-2017-6-1658

Интенсификация теплообмена в аппаратах

гелиевых установок

, И.А. Фролов

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

ОАО «НПО» ГЕЛИЙМАШ», Москва, 115280, Россия

Для получения статистически однородной структуры теплообменной поверхно-

сти в отечественных криогенных гелиевых установках (КГУ) используются витые

трубчатые теплообменники из медных труб, оребренных медной проволокой.

В такой структуре создаются условия для равномерного распределения потока в

межтрубном пространстве теплообменника. Низкое давление прямого потока в

КГУ-5000/4,5 и в связи с этим уменьшение коэффициента теплоотдачи в трубном

пространстве послужили причинами поиска таких способов интенсификации

теплообмена в трубе, при которых не потребуется увеличивать размеры и массу

теплообменных аппаратов. Проведенный анализ работ Р. Коха и Э.К. Калинина

помог выбрать форму и размеры интенсификаторов в виде плавно очерченных

выступов. Исследования четырех экспериментальных теплообменников из ореб-

ренных проволокой труб, изготовленных с интенсификаторами и без них, под-

твердили, что технологически возможно производство трубчатого витого теп-

лообменника из таких труб с выполненными внутри интенсификаторами в виде

плавно очерченных кольцевых выступов. Установлено, что коэффициент тепло-

отдачи внутри труб будет примерно в 2 раза выше, чем в гладких при сопостави-

мых условиях. Для размещения таких теплообменников в крупной гелиевой уста-

новке удалось уменьшить их массу и габариты.

Ключевые слова:

теплообменник, труба, проволочное оребрение, интенсификация

теплообмена, коэффициент теплоотдачи, кольцевые выступы-диафрагмы, крио-

генная гелиевая установка, статистически однородная структура

В современных отечественных криогенных гелиевых установках

(КГУ) применяются витые теплообменные аппараты из медных труб,

оребренных медной проволокой, с переменными значениями попе-

речного и продольного шагов (рис. 1). Они обеспечивают статисти-

чески однородную структуру теплообменной поверхности. В такой

структуре создаются условия для равномерного распределения пото-

ка в поперечном сечении теплообменника [1–4]. Компактность тепло-

обменной поверхности для труб диаметром 0,3…10 мм составляет

15 000…5000 м

/м

соответственно. Применение этих теплообменни-

ков взамен гладкотрубных позволило уменьшить на 45…50 % габа-

риты криогенных гелиевых блоков, входящих в состав установки.

Создание крупных КГУ обусловило переход от сжатия гелия в порш-

невых и винтовых компрессорах к его сжатию турбокомпрессорах.

Максимально достигнутое давление в этих компрессорах составило