ПРЯМОТОЧНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПАРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к теплообменному оборудованию, в частности к парогенераторам, а точнее к парогенераторам ядерных энергетических установок. Она может быть использована в качестве теплообменника.
Известен прямоточный вертикальный парогенератор, содержащий закрепленные в его трубных досках теплообменные элементы типа труба в трубе, патрубок подвода сверху греющей среды одновременно в межтрубное пространство и во внутренние трубы, патрубок подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости между наружными и внутренними трубами, патрубки отвода греющей среды и пара (патент РФ №2072067, F 28 D 7/10, публ. 1997 г.).
Недостатки данного парогенератора:
- неэффективное заполнение корпуса генератора теплообменными элементами, т.к. между трубными досками и корпусом выполнены окна для входа среды в межтрубное пространство и ее выхода, а также пространство по всей высоте аппарата для распределения среды между трубами;
- движение межтрубной среды с образованием застойных зон на участках, прилегающих к трубным доскам, диаметрально удаленных от окон для входа среды в межтрубное пространство и ее выхода;
- неорганизованное движение среды в межтрубном пространстве, плохой доступ ее к трубам, прилегающим к осевой зоне корпуса парогенератора.
Также известен прямоточный вертикальный парогенератор, содержащий закрепленные в его трубных досках теплообменные элементы
типа труба в трубе, патрубок подвода греющей среды сверху одновременно в межтрубное пространство и во внутренние трубы, патрубок подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости между наружными и внутренними трубами, патрубки отвода греющей среды и пара. В трубных досках, прилегающих к межтрубному пространству, выполнены отверстия, расположенные между отверстиями для крепления наружных труб и сообщающие образованные в межтрубном пространстве каналы между наружными трубами с коллекторами для подвода и отвода греющей среды, причем внутренние трубы сообщены с этими же коллекторами, а кольцевые полости - с коллекторами для подвода рабочей среды и отвода пара. Каналы для межтрубной среды образованы стенками наружных труб и продольными наружными ребрами, выполненными отдельными разнесенными между собой участками с винтовыми искривлениями на нижних концах, (патент РФ №2140608, F 22 B 1/02, F 28 D 7/10, публ. 1999 г.).
В данном парогенераторе не обеспечивается равномерное поступление греющей среды во множество каналов межтрубного пространства из коллектора подвода греющей среды через отверстия в трубной доске, имеющие небольшое проходное сечение вследствие того, что они размещены между отверстиями для крепления наружных труб. В отверстия, прилегающие к входному патрубку, греющей среды поступает больше, чем в отверстия, удаленные от этого патрубка.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является прямоточный вертикальный парогенератор, содержащий закрепленные в его трубных досках теплообменные элементы типа труба в трубе, патрубок подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости между наружными и внутренними трубами, патрубки отвода греющей среды и пара, патрубок подвода греющей среды сверху одновременно во внутренние трубы и каналы, образованные в межтрубном пространстве, через отверстия в трубных досках, прилегающих в межтрубному пространству,
смонтированные в корпусе. Теплообменные элементы размещены рядами и сгруппированы с образованием центральных каналов в каждой группе, а отверстия в трубных досках выполнены соосно этим каналам. Ряды теплообменных элементов в группах выполнены в виде концентричных колец, а в трубных досках выполнены дополнительные отверстия, соосные каналам, образованным между примыкающими группами элементов. Соосно отверстиям в трубных досках между досками вертикально смонтированы стержни с жестко закрепленными и плотно примыкающими друг к другу воронками, образующими плавный конфузорно-диффузорный профиль. (Свидетельство на полезную модель №13835, F 28 D 7/10, публ. 2000 г).
Недостатки данного парогенератора:
- слабая турбулизация греющей среды в центральных каналах групп теплообменных элементов;
- отсутствие организованных потоков среды по ее удалению от оси центральных каналов;
- завышение массы теплообменника из-за установки по оси центральных каналов каждой группы элементов стержней с жестко закрепленными и плотно примыкающими друг к другу воронками, образующими плавный конфузорно-диффузорный профиль. Указанные стержни несут незначительные технологические функции;
- слабое взаимодействие греющей среды с теплообменными элементами крайних рядов групп.
Решаемая задача - повышение эффективности использования парогенератора за счет более интенсивного взаимодействия греющей среды с теплообменными элементами в центральных каналах групп элементов и за счет организованного обтекания наружных труб, удаленных от оси группы потоками греющей среды.
Для решения поставленной задачи в прямоточном вертикальном парогенераторе, содержащем закрепленные в его трубных досках теплообменные элементы типа труба в трубе, патрубок подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости между наружными и внутренними трубами, патрубки отвода пара и греющей среды, патрубок подвода греющей среды сверху одновременно во внутренние трубы и каналы в межтрубном пространстве, внутренние трубы снабжены ребрами в виде воронок, направленных малым диаметром вниз. Воронки закреплены в зонах вывода пара и ввода рабочей среды через расстояние между ними, равные 8-10 диаметрам внутренней трубы, а в средней части парогенератора через 20-25 ее диаметров. Воронки снабжены на наружной поверхности спиральными ребрами с прямыми концами, направленными под углом к оси воронки (60-80)° в плане. Размер воронок обеспечивает зазор между ними и ближними наружными трубами канала в пределах 0,2-0,4 диаметра наружной трубы. На наружных краях воронок образованы гибкие лепестки, ширина и длина которых примерно равны.
Выполнение ребер центральной внутренней трубы в виде закрепленных на ней воронок в зонах вывода пара и ввода рабочей среды через расстояние между ними, равное 8-10 ее диаметрам, а в средней части парогенератора через 20-25 диаметров, обеспечивает интенсивное перемешивание и повышенную теплоотдачу от греющей среды к рабочей среде в зоне ее поступления и к пару в зоне пароперегревателя, снижение гидравлических потерь в зоне испарителя.
Снабжение воронок на наружной поверхности спиральными ребрами с прямыми концами, направленными под углом к оси воронкам (60-80)° в плане обеспечивает закручивание и турбулизацию греющей среды и отбрасывание ее от оси центрального канала в зону периферийных наружных труб.
Зазор между воронками и ближайшими наружными трубами канала в пределах 0,2-0,4 диаметра наружной трубы обеспечивает увеличение скорости греющей среды в этих местах.
Образование на наружных краях воронок гибких лепестков, ширина и длина которых равны, обеспечивает их активное колебание в потоке греющей среды и ее дополнительную турбулизацию, т.е. увеличивает интенсивность теплопередачи.
На фиг.1 изображен прямоточный вертикальный парогенератор- общий вид, фиг.2 - узел I, фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, фиг.4 - разрез В-В на фиг.1.
Парогенератор содержит корпус 1 с трубными досками 2 и 3 и закрепленные в досках теплообменные элементы 4 типа труба в трубе. Корпус 1 снабжен патрубком 5 подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости 6 между наружными трубами 7 и внутренними трубами 8, патрубком 9 отвода пара и патрубками 10 и 11 подвода греющей среды и ее отвода. Греющая среда подводится сверху одновременно во внутренние трубы 8 и каналы, образованные в межтрубном пространстве 12 через отверстия 13 в корпусе парогенератора.
Внутренние трубы 8 снабжены ребрами в виде воронок 14, направленных малым диаметром вниз. Они закреплены на трубе на различных расстояниях между собой. Это расстояние в зонах вывода пара и ввода рабочей среды равно 8-10 диаметрам трубы 8, а в средней части парогенератора - 20-25 ее диаметрам.
Воронки 14 на наружной поверхности снабжены спиральными ребрами 15с прямыми концами, направленными под углом к оси воронки, равным (60-80)° в плане. На наружных краях воронок образованы гибкие лепестки, ширина и длина которых примерно равны (фиг.3). Размер воронок такой, что обеспечивается зазор между ними и ближайшими трубами 7 канала в пределах 0,2-0,4 диаметра нарyжной трубы 7.
В качестве элемента, дистанционирующего трубы 7, используются трубные доски 16, закрепленные на корпусе 1 парогенератора через равные
расстояния. Трубные доски 16 способствуют формированию поперечного омывания наружной поверхности труб 7 греющей средой.
Парогенератор работает следующим образом.
Греющая среда через патрубок 10 подается во внутренние трубы 8 и межтрубное пространство 12. Она снаружи нагревает стенки труб 7 и изнутри стенки труб 8. Греющая среда, прошедшая через парогенератор, отводится из него через коллектор 17 и патрубок 11.
Рабочая среда подается через патрубок 5 в кольцевые полости 6 между трубами 7 и 8 и последовательно подогревается и испаряется, интенсивно охлаждая трубы 7 и 8. При движении вверх в межтрубном пространстве рабочая среда контактирует с воронками 14, что приводит к интенсивному перемешиванию и повышению теплоотдачи от греющей среды к рабочей среде в зоне ее поступления и к пару в зоне пароперегревателя, а так же снижению гидравлических потерь в зоне испарителя. Наличие спиральных ребер способствует закручиванию и турбулизации греющей среды и отбрасыванию ее от оси центрального канала в зону периферийных наружных труб Пар в верхней части генератора в зоне ввода греющей среды перегревается и отводится через патрубок 9.
При этом обеспечивается интенсивный нагрев рабочей среды в кольцевых каналах через стенки внутренних и наружных труб за счет интенсивного поступления греющей среды во внутренние трубы и межтрубные каналы.
В предложенном парогенераторе обеспечивается повышение эффективности теплопередачи за счет более равномерного распределения греющего теплоносителя в каналах межтрубной среды и обтекания наружных труб поперечным потоком греющей среды.