ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве малогабаритного теплообменника в составе сепаратора-пароперегревателя высокого давления (СПП) паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.
Известен однопоточный трубчатый змеевик, преимущественно для конвективной камеры трубчатой печи, содержащий ряды прямых труб, расположенных в шахматном порядке и соединенных на концах отводами с углом загиба 180°, причем крайние трубы каждого ряда снабжены дополнительными отводами, оси которых расположены в плоскости ряда, а угол их загиба определен из соответствующего математического выражения [1.].
Недостатком этого технического решения является ухудшение процесса теплообмена между греющей и нагреваемой жидкостями при увеличении глубины компоновки трубного пучка из-за увеличения теплогидравлических сопротивлений потоку движущегося теплоносителя и, как следствие, уменьшение ресурса надежной работы конструкции, так как большая величина температурного напора между входом и выходом теплоносителя приводит к очень существенным повреждениям в местах контакта металла труб и их опорных конструкций.
Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок теплообменных труб и промежуточные опорные устройства в межтрубном пространстве, выполненные в виде колец с дистанционирующими элементами между трубами, причем каждое опорное устройство дополнительно содержит пару стяжных плит с отверстиями под трубы, а кольцо с дистанционирующими элементами размещено между плитами, при этом дистанционирующие элементы выполнены в виде полос из эластичного материала [2.].
Недостатком этого технического решения является относительно невысокая интенсивность теплообмена между греющей и нагреваемой жидкостями в конструкции теплообменника в целом и, как следствие, невысокие значения величин выходного паросодержания при использовании его в качестве модульного теплообменника, например в составе СПП высокого давления паропроизводящей корабельной ЯЭУ.
Технический результат предлагаемого изобретения - обеспечение максимальной компактности трубного пучка теплообменника и достижение высокой степени эффективности теплообмена за счет компоновки самой поверхности теплосъема во время эксплуатации, увеличение ресурса надежной работы конструкции теплообменника при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого им объема.
Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменнике, состоящем из пучка теплообменных змеевиковых труб, скомпонованных в виде ширмы, концы которых закреплены в трубных досках, каждые две смежные теплообменные змеевиковые трубы скреплены между собой с помощью профильных накладок, разнесенных по высоте ширмы в шахматном расположении, причем профильные накладки и крепеж имеют тот же материал, что и трубы.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 показан продольный разрез теплообменника;
на фиг.2 - поперечный разрез по А-Д;
на фиг.3 - продольный разрез модуля теплообменника;
на фиг.4 показан пучок теплообменных змеевиковых труб;
на фиг.5 показан пучок теплообменных змеевиковых труб с разводкой гибов;
на фиг.6 показан профильные накладки в разрезе;
на фиг.7 показан участок пучка теплообменных змеевиковых труб с профильными накладками.
Теплообменник содержит корпус 0 с нижней (верхней) крышкой 1, патрубками входа 2 и выхода 3 греющего теплоносителя, входа 4 и выхода 5 нагваемой жидкости (влажного пара), причем все патрубки имеют камеру 6 раздачи теплообменивающихся жидкостей с соответствующей крышкой 7, трубные доски 8, к которым подсоединены модульные 9 теплообменники с патрубками 10 и 11, 12 и 13 с помощью трубопроводов, причем модульные 9 теплообменники относительно корпуса 0 дистанционированы распорками 14. Каждый модульный 9 теплообменник имеет камеру входа 15 и выхода 16 теплоносителя, камеру входа 17 и выхода 18 нагреваемой жидкости, при этом камеры входа 17 и выхода нагреваемой жидкости имеют трубные доски 19 и 20 соответственно, к которым крепится пучок теплообменных змеевиковых труб 21, камеры входа 15 и выхода 16 теплоносителя имеют трубные перфорированные доски 22 и 23 соответственно. Пучок теплообменных змеевиковых труб 21 состоит из ширм, собранных из змеевиковых труб, которые последовательно расположены в одной плоскости по прямым участкам, а гнутые участки разведены в одну сторону от плоскости расположения прямых участков, причем каждая труба имеет разводку в разные стороны. Прямые участки труб имеют профильные накладки 24 и 25, соединяемые между собой жестко стальными стяжками 26, причем профильные накладки 24 и 25 разнесены по высоте ширм в шахматном расположении.
Теплообменник работает следующим образом.
Греющий теплоноситель поступает через патрубок 2 в камеру 6 раздачи, откуда по трубопроводам (не показано) поступает в патрубок 10 модульного 9 теплообменника, в камеру 15 раздачи и по перфорации доски 22 в межтрубное пространство трубного пучка 21. Далее теплоноситель поступает через перфорацию доски 23 в камеру 16, откуда через патрубок 11 и по трубопроводу выходит через патрубок 3. Нагреваемая жидкость (влажный пар) поступает через патрубок 4 в камеру 6 раздачи, откуда по трубопроводам (не показано) - в патрубок 12 модульного 9 теплообменника, далее в камеру 17 раздачи с поступлением в полости пучка теплообменных змеевиковых труб 21, в камеру 18, откуда через патрубок 13 по трубопроводам в камеру 6 и выходит через патрубок 5. Конструкция крепления позволяет надежно дистанционировать трубы и исключить перетирание металла труб.
Выполнение конструкции теплообменника предлагаемого вида позволит применить его в качестве модульного теплообменника с максимально компактным трубным пучком паропроизводящей корабельной ЯЭУ, работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок, отвечающим требованиям надежности, технологичности, монтажа, при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого объема.
Ссылка
1. Цинкалов Г.П. и др. Однопоточный трубчатый змеевик. SU. Патент №1386637, C10G 9/20. Приоритет - 07.01.86. Опубл. бюллетень изобретений №13. 07.04.1988 - аналог.
2. Филимонов М.И. Кожухотрубный теплообменник. SU. А.с. №1232924. F28F 9/02.
Приоритет - 30.12.84. Опубл. бюллетень изобретений №19. 23.05.1986 - прототип.