ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель предназначена для применения в области теплоэнергетики, в частности в подогревателях низкого и высокого давления, а также может быть использована в других отраслях, изготавливающих или использующих теплообменное оборудование, рассчитанное на осуществление пароконденсатных режимов.
Известна конструкция теплообменника, включающая корпус с патрубками подвода пара и отвода конденсата греющего пара, поверхность теплообмена, водяную камеру с патрубками подвода и отвода воды, трубную доску с канавками с паровой и водяной сторон, причем трубная доска с паровой стороны выполнена выпуклой (патент на полезную модель РФ №123498 МПК F22D 1/32, опубл. 27.12.12). Недостатками данного теплообменника являются: высокие массогабаритные характеристики водяной камеры (из-за большого диаметра водяной камеры равного диаметру корпуса); разная глубина перфорации трубной доски, усложняющая процесс вальцовки и (или) гидрораздачи теплообменных труб.
Известен также кожухотрубный теплообменник, включающий распределительную камеру, разделенную перегородкой на входную и выходную полости и ограниченную корпусом с патрубками подвода-отвода нагреваемой среды и одной или несколькими трубными решетками с отверстиями для соединения теплообменных трубок, а также присоединенный к трубной решетке кожух теплообменника, охватывающий пучок теплообменных трубок, с патрубками подвода и отвода греющей среды, трубную решетку, выполненную полусферической выпуклой в сторону среды с меньшим давлением, неперфорированную часть трубной решетки, выполненную с выступом для подсоединения кожуха теплообменника, причем выступ образован кольцевой выточкой, причем распределительная камера со стороны нагреваемой среды выполнена в виде сферы (патент РФ №2215961, МПК F28D 1/00, F28D 7/16, опубл. 10.11.2003). Недостатками данного теплообменника являются: высокие массогабаритные характеристики водяной камеры (из-за большого диаметра водяной камеры, который равен диаметру корпуса); разная глубина перфорации трубной доски, усложняющая процесс вальцовки и (или) гидрораздачи теплообменных труб.
Данное техническое решение как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату выбрано за прототип.
Полезная модель направлена на решение проблемы - повышение массогабаритных характеристик аппарата при сохранении возможности эксплуатации в широком диапазоне параметров.
Техническая проблема в заявленной полезной модели решается тем, что теплообменник выполнен в виде корпуса с патрубками подвода пара и отвода конденсата с заключенной в корпус вертикальной трубной системой, состоящей из пучков трубчатых элементов и включающей блок теплообмена и блок охлаждения конденсата, объединенных в пару и соединенных через перфорированную часть камеры питательной жидкости, которая в свою очередь разделена на входную и выходную части, при этом камера питательной жидкости выполнена меньшим диаметром, чем корпус теплообменника, имеет радиальную перфорацию сферической части для закрепления трубчатых элементов и частично или полностью заключена в корпус теплообменника.
Полезная модель иллюстрируется рисунком продольного разреза теплообменника - фиг. 1.
Теплообменник включает корпус 1, с патрубками подвода пара 5, отвода конденсата 7, в зависимости от назначения теплообменника на корпусе могут быть установлены и другие патрубки (вход конденсата, вход неконденсирующихся газов), распределительная водяная камера 2, выполненная в виде сферы, имеющая перегородку разделяющую камеру на входную и выходную часть, перфорацию сферической части для закрепления трубчатых элементов имеющих перевернутый U-образный профиль, или П-образный профиль, или профиль со множеством перегибов, водяная камера частично или полностью заключена в корпус теплообменника, с патрубками входа 4 и выхода 3 нагреваемой жидкости, на камере установлен люк-лаз 6, трубная система 8 имеет встроенный охладитель пара (при необходимости), встроенный охладитель конденсата (при необходимости) с направляющими перегородками, охладитель пара и охладитель конденсата имеют кожухи, при необходимости кожухи может быть выполнен по всей длине теплообменной поверхности.
Полезная модель иллюстрируется чертежом фиг. 1.
Теплообменник работает следующим образом. Поток нагреваемой жидкости через патрубок 4 поступает во входную часть камеры 2, из камеры поступает в трубную систему 8, где нагревается за счет охлаждения конденсата пара. Далее ее нагрев в трубной системе происходит за счет конденсации пара в зоне конденсации и за счет перегретого пара в зоне охладителя пара. Нагретая жидкость поступает в выходную часть камеры 2 и через патрубок 3 выводится из теплообменника. Поток греющего пара поступает в охладитель пара (при необходимости) через патрубок 5, установленный на корпусе 1. После охладителя пара пар поступает на трубчатые элементы поверхности теплообмена в зону конденсации. С этой поверхности конденсат греющего пара стекает на уровень конденсата. Величина нормального уровня поддерживается в расчетном положении регулирующим клапаном, устанавливаемым на трубопроводе за патрубком 7 выхода конденсата пара из охладителя конденсата. При противоточном движении в охладителе конденсата конденсат омывает трубчатые элементы поверхности теплообмена, охлаждается и выводится через патрубок 7. Весь охладитель конденсата находится под уровнем конденсата, что исключает проникновение в его внутреннее пространство греющего пара, которое могло бы привести к гидроударам и разрушению охладителя. Кроме того, возникновение незначительных неплотностей в сварных соединениях кожуха охладителя, хотя и ухудшает его работу, не вызывает необходимости срочного отключения из работы всего теплообменника. Расположение всего охладителя под уровнем конденсата исключает контакт охлаждаемого конденсата через стенки кожуха с охлаждаемым паром.
Основная масса теплообменника сосредоточена в водяной камере для камерного ПВД, это до 50% и более его массы, так как в прототипе сферическая камера большего диаметра, она будет массивней не только из-за больших габаритов, но и из-за большей площади внутренней поверхности, которая из-за увеличения нагрузки на стенку от действия давления приводит к увеличению толщины стенки с увеличением диаметра камеры. Радиальная перфорация камеры для закрепления теплообменных труб позволяет использовать камеру меньшего размера, чем корпус теплообменника, что в свою очередь приводит к снижению массы.
Таким образом, техническая проблема - повышение массогабаритных характеристик аппарата при сохранении возможности эксплуатации в широком диапазоне параметров полностью достигнута.
Данное техническое решение позволят кроме снижения массогабаритных характеристик на 25% также создать конструкцию теплообменника для эксплуатации в более широком диапазоне рабочих параметров и обеспечить длительный срок эксплуатации.