ДИСТАНЦИОНИРУЮЩАЯ ПРОСТАВКА ТЕПЛООБМЕННОГО ПУЧКА

Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована при креплении пучка теплообменных труб высокотеплонапряженного теплообменника для энергетических установок атомных станций.
Известны дистанционирующие элементы, выполненные в виде волнообразной ленты для крепления труб в трубном пучке теплообменников. Дистанционирующие волнообразные элементы выполнены с выступами в виде поперечных надсечек. Причем выступы ленты имеют профиль аналогичный профилю волн ленты. (Авторское свидетельство СССР № 800582, МПК F28F 9/013, опубл. 30.01.1981).
Известен воздухоохлаждаемый теплообменник представляющий пучок теплообменных труб (патент на полезную модель РФ №118411, МПК F28D 1/04, опубл. 22.02.2012). Для крепления теплообменных труб используются промежуточные опоры, которые обеспечивают поддержание труб и исключают провисание и возникновение вибраций. Форма выполнения промежуточных опор в виде шпилек, закрепленных на швеллерах, и связанных со шпильками волнистых опорных лент, охватывающие теплообменные трубы.
Известно также крепление в виде дистанционирующих проставок для дистанционирования теплообменных труб теплообменника в виде обода с рядами планок, расположенных в каждом ряду параллельно, а в смежных - под углом относительно друг от друга. Планки одного ряд, образуя ячейки для труб. Параллельные планки одного ряда наклонены относительно продольной оси труб, а угол наклона планок, в порядке очередности рядов, выполнен по винтовой линии (патент РФ № 2384805, МПК F28F 9/013, 20.03.2010).
Наиболее близким техническим решением является дистанционирующая проставка, описанная в патенте на изобретение РФ №2387936, МПК F28D 7/00, 27.04.2010. Теплообменник содержит трубы, снабжение дистанционирующими планками, расположенными по обе стороны от труб. Обе дистанционирующие планки выполнены в виде полос с дистанционирующими гофрами и в зонах между наружными трубами скреплены между собой стягивающими элементами.
По меньшей мере, одна дистанционирующая полоса в зоне расположения наружных труб выполнена с частями, вырубленными по неполному периметру и отогнутыми в сторону смежной ширмы 4.
Недостаток указанной конструкции заключается в невозможности жесткого раскрепления теплообменных труб между соседними рядами из-за разных фактических диаметров поставляемых труб. При этом в одном ряду невозможно жестко раскрепить теплообменные трубы дистанционирующими проставкави в виде полос без дополнительных стягивающих элементов, что приводит к возникновению вибрационных нагрузок при эксплуатации, и как следствие к механическим повреждениям теплообменных труб и сокращению срока службы теплообменного пучка.
Кроме того, изготовление и сборка подобных дистанционирующих проставок теплообменного пучка является трудновыполнимой задачей и приводит к большим трудозатратам.
Полезная модель направлена на решение технической проблемы низкой эксплуатационной стойкости пучка теплообменных труб за счет возникновения в нем вибрационных нагрузок.
Техническая проблема в заявленной полезной модели решается тем, что в дистанционирующей проставке теплообменного пучка, содержащей две гофрированных полосы, расположенные параллельно относительно друг друга и имеющие периодически повторяющиеся участки контакта с трубами теплообменного пучка, каждая гофрированная полоса имеет синусоидальный профиль и вогнутую внутрь арку с прямоугольным основанием, образованным продольными надсечками, а арка и соседняя гофрированная полоса соединены между собой в точках максимального изгиба арок и половины периода синусоидального профиля гофрированной полосы, причем участки контакта с трубами теплообменного пучка находятся на внешних поверхностях гофрированных полос в точках их соединения с арками.
Также особенностью заявляемого технического решения является то, что диаметр труб пучка D сформирован в соответствии с соотношением D=(0,6÷1,0)T=T, где T - период синусоиды профиля.
Еще одной особенностью является то, что длина прямоугольного основания арок L выбирается в соответствии с соотношением L=(0,3-0,7)T.
Данные оптимальные размеры конструкции были получены экспериментально продувками на моделях.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
Фиг. 1 - продольный разрез теплообменника;
Фиг. 2 - узел крепления труб.
Фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.
Фиг. 4 - вид Б на фиг. 2.
Фиг. 5 - вид В на фиг 4.
Теплообменник (Фиг. 1, 2) включает входную и выходную камеры 1 и 2, между которыми размещен пучок теплообменных труб, состоящий из трубных досок 5 и заделанных в них теплообменных труб 3. По длине трубного пучка установлены промежуточные опоры 4. Для раскрепления каждого ряда труб относительно друг друга используются по две параллельные дистанционирующие проставки (сверху и снизу трубы.) которые имеют синусоидальный профиль (фиг. 3). В дистанцирующей простаке каждая из арок 7 от полосы 8 соединена (точечной сваркой) с соседней полосой 6 в точках максимального изгиба арок и половины периода синусоидального профиля полос (фиг. 4).
Точно также каждая из арок полосы 6 соединена с полосой 8 в точках максимального изгиба арок и половины периода синусоидального профиля соседней полосы точках максимального изгиба арок и половины периода синусоидального профиля полосы.
В пучке теплообменных труб в процессе эксплуатации возникают вибрационные нагрузки, которые передаются дистационирующим проставкам. За счет амортизирующих свойств конструкции дистанционирующих проставок воздействие от указанных вибрационных нагрузок быстро компенсируется (сокращаются колебания пучка теплообменных труб без потери жесткости проставок).
При сборке пучка теплообменных труб обеспечивается плотное прилегание дистанционирующих проставок синусоидальной формы к теплообменным трубам с различным фактическим диаметром (с учетом допусков на изготовление) за счет податливости (пружинчатости) дистанционирующих проставок.
Общее количество дистанционирующих проставок, установленных между трубами теплообменного пучка, составляет по меньшей мере 2 шт.
Дистанционирующая проставка в теплообменном пучке работает следующим образом:
При движении рабочего пара из входной камеры 1 в выходную камеру 2 по теплообменным трубам 3 возникают вибрационные нагрузки. Нагрузки от трубы 3 (показана нижняя труба на фиг. 4) передаются на полосу 8 дистанционируюшей проставки, которая, в свою очередь, через арку 7 передает их на соседнюю полосу 6 дистанционирующей проставки. Конструкция арки 7 с учетом геометрии полос 6 и 8 создает эффект пружинчатости, за счет чего и происходит погашение вибрационных нагрузок. На фиг. 5 показано прямоугольное основание арки, образованной продольными надсечками длиной L гофрированной полосы
При сборке теплообменного пучка на предприятии-изготовителе для обеспечения соприкосновения теплообменных труб проставка изготавливается заведомо больших геометрических размеров, которые компенсируют минусовые допуска на остальные детали пучка теплообменных труб. После чего создается нагрузка на детали трубного пучка и происходит совместное обжатие дистанционируюшими проставками теплообменных труб. При этом оптимальная нагрузка на трубы и пружинчатость проставок регулируются указанными выше соотношениями: диаметра труб D и периода синусоиды профиля Т, а также соотношениями длины основания арок L от периода синусоиды профиля Т. Данные соотношения размеров были получены путем построения математических моделей и экспериментальными продувками на стендах.
Указанная геометрия проставок обеспечивает надежное закрепление теплообменных труб и снижает повреждаемость теплообменных труб, что приводит, в свою очередь, к увеличению срока службы теплообменника.
Таким образом, техническая проблема низкой эксплуатационной стойкости пучка теплообменных труб за счет возникновения в нем вибрационных нагрузок решена. Это исключает повреждаемость теплообменного пучка при эксплуатации, а также повышает технологичность сборки теплообменного пучка. При этом не ухудшаются показатели технологичности сборки и производительности энергетических установок.