ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве модуля малогабаритного теплообменника в составе паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.
Известен теплообменный элемент типа "труба в трубе" с переходником для сред, причем переходник выполнен в виде фасонной пробки, образующей с наружной трубой переточные окна для среды, протекающей в кольцевом пространстве между трубами, и имеющей осевой и радиальные каналы, подключенные к внутренней трубе и выведенные за пределы наружной трубы [1].
Недостатком этого технического решения является наличие конструктивного зазора в соединении фасонной пробки с трубой, что может привести к возникновению трещины в сварном соединении как в процессе сварки, так и при работе в условиях высоких теплонапряжений из-за разницы температур между трубой и фасонной пробкой. Процессу возникновения трещины способствует вибрация внутренней трубы. Кроме того, в плотном пучке теплообменных элементов затруднен надежный вход греющего теплоносителя в канал внутренней трубы. Существенным недостатком этой конструкции теплообменного элемента является сравнительно низкая интенсивность теплообмена между греющей и нагреваемой жидкостями и, как следствие, невысокие значения величин выходного паросодержания при использовании теплообменного элемента в составе модульного теплообменника корабельной ЯЭУ.
Известен теплообменный элемент типа "труба в трубе", преимущественно трубка Фильда, причем внутренняя труба имеет переменную толщину, ступенчато изменяющуюся по ходу среды [2].
Недостатком этого технического решения является невысокая надежность теплообменного элемента из-за конструкции внутренней трубы, так как сварные швы соединяемых участков этой трубы могут привести к возникновению трещин в режиме переменных термоциклических напряжений во время эксплуатаци, а также наличие больших гидравлических сопротивлений при движении жидкости в проходном сечении внутренней трубы из-за его резких расширений. Этому будет способствовать вибрация внутренней трубы относительно наружной, так как поток жидкости движется под большим давлением. Кроме того, ухудшается процесс теплообмена между греющей и нагреваемой жидкостями из-за влияния опускного потока на нагреваемую жидкость, проходящую линию раздела жидкость-газ.
Технический результат предлагаемого изобретения - увеличение ресурса работы за счет повышения надежности конструкции теплообменника при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого им объема, уменьшение гидравлических сопротивлений в условиях высоких перепадов температур теплообменивающихся жидкостей и их гидротурбулентных параметров, а также интенсификация теплообмена за счет увеличения поверхности теплосъема во время эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус с пучком теплообменных труб, закрепленных в трубных досках, трубу подвода питательной воды, коллектор питательной воды, коллектор перегретого пара, электрокабель для магнитогидродинамического насоса, внутри прямого участка каждой теплообменной трубы установлена труба с возможностью входа и выхода через нее теплоносителя, причем на ней выполнены компенсационные гибы, расположенные последовательно по винтовой линии с касанием каждого гиба с наружной трубой, на внешней поверхности которой установлены элементы-интенсификаторы, вырезы которых способствуют дополнительной закрутке теплоносителя для увеличения коэффициента теплопередачи.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - продольный разрез теплообменника;
на фиг.2 - продольный разрез теплообменной трубы;
на фиг.3 - поперечный разрез теплообменной трубы по А-А.
Теплообменник содержит корпус 0 с патрубками 1 и 2, соответственно входа питательной воды и выхода перегретого пара, перфорированный участок 3 входа теплоносителя и кольцевое пространство 4 его выхода. Внутри корпуса 0 установлены: пучок теплообменных труб 5, укрепленных нижними концами в трубной доске 6 "плавающей головки", в которой имеется коллектор 7 питательной воды в виде конуса, усеченного плоскостью, параллельной трубной доске 6, а верхними концами в трубной доске 8, жестко соединенной с корпусом 0, образующим с трубной доской 8 коллектор 9 перегретого пара, и составные обечайки 10 и 11, причем трубная доска 8 жестко соединена в рассечку этих обечаек 10 и 11. В полости составных обечаек 10 и 11 коаксиально им с зазором установлена труба 12 подвода питательной воды, причем верхний конец жестко соединен с корпусом 0, а нижний конец оставлен свободным для линейных перемещений за счет зазора между трубой 12 и составными обечайками 10 и 11. Внутри трубы 12 подвода питательной воды помещен электрокабель 13 для МГД-насоса (не показан), жестко соединенного с нижними кромками теплообменника, и продувочная труба 14, нижний конец которой своим загнутым патрубком обращен к придонной зоне коллектора 7 "плавающей головки". На теплообменных трубах 5 установлены дистанционные интенсификаторы в виде элементов-интенсификаторов 15, вырезы которых способствуют дополнительной закрутке теплоносителя для увеличения коэффициента теплопередачи, а внутри теплообменной трубы 5 за счет переходников установлена труба 16 меньшего диаметра, на которой выполнены компенсационные гибы 17.
Теплообменник работает следующим образом.
Теплоноситель поступает в корпус 0 теплообменника через перфорацию 4 и распределяется в межтрубном пространстве, где организуется интенсивный теплообмен. Кроме того, теплоноситель поступает в полость внутренней трубы 16, за счет которой организуется двухсторонний теплообмен нагреваемой жидкости, причем за счет элементов-интенсификаторов 15, расположенных на прямых участках теплообменных труб 5, трубный пучок дистанционируется, при этом вырезы элементов-интенсификаторов 15 способствуют дополнительной закрутке теплоносителя, тем самым увеличивается коэффициент теплопередачи. Далее, теплоноситель движется между корпусом 0 и "плавающей головкой", затем через кольцевое пространство 4 выходит за пределы теплообменника. Питательная вода через патрубок 1 подвода питательной воды поступает в собирающую камеру, откуда по трубе 12 подвода питательной воды поступает в коллектор 7 "плавающей головки", откуда через дроссельные устройства входных участков равномерно раздается по теплообменным трубам 5, где организуется двухсторонний теплообмен. Далее, поступает в коллектор 9 перегретого пара, в кольцевое пространство между корпусом 0 и частью составной обечайки 10, выходит через патрубок 2 перегретого пара. Электрокабель 13 питает электроэнергией МГД-насос, который устанавливается в нижней части теплообменника и осуществляет прокачку жидкометаллического теплоносителя через теплообменник в едином контуре с активной зоной ЯЭУ. Продувочная труба 14 осуществляет удаление солей и шламовых отложений со дна коллектора 7 "плавающей головки". Теплообменная труба 5 за счет помещения внутри нее трубы 16 меньшего диаметра и выполнения компенсационных гибов 17 позволяет организовать двухсторонний обогрев нагреваемой жидкости. Кроме того, на трубе 5 установлены дистанционные интенсификаторы, которые совместно с компенсационными гибами 17 улучшают процесс теплообмена.
Выполнение конструкции теплообменника предлагаемого вида позволит применить его в качестве модуля теплообменника погружного типа паропроизводящей корабельной ЯЭУ, работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок, отвечающих требованиям надежности, технологичности, монтажа, при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого объема. Кроме того, появляется возможность удаления солей и шлама из нижней камеры подачи питательной воды, являющегося причиной зарождения межкристаллитной коррозии под давлением.
Источники информации
1. Зубков Е.Т. и др. Теплообменный элемент - SU. А.с. N 399708. F28D 7/10. Приоритет - 16.09.71. Опубл. бюллетень изобретений N 39. 03.10.1973 - аналог.
2. Дунцев Ю.А. и др.Теплообменный элемент типа "труба в трубе". SU. А.с. N 422935. F28D 7/10. Приоритет - 15.11.71. Опубл. бюллетень изобретений N 13. 05.04.1974 - прототип.