УЗЕЛ ЗАЩИТЫ СОЕДИНЕНИЙ ДЫМОГАРНЫХ ТРУБ С ТРУБНОЙ ДОСКОЙ

Заявленная полезная модель относится к области котлостроения и может быть использована при изготовлении или ремонте газотрубных котлов.
Известна конструкция котла-утилизатора тепла Функе [2] тип WRA200, где защитный экран узлов крепления дымогарных труб выполнена из перфорированного листа металла с закрепленными в отверстиях перфорации короткими трубкам, имеющих наружный диаметр меньше чем внутренний диаметр теплообменных труб. Перфорированный лист через слой изоляции контактирует с трубной доской котла-утилизатора, причем концы коротких трубок защиты располагаются внутри теплообменных труб котла.
Недостатком данной конструкции является то, что при нагреве защитного экрана при работе котла вследствие значительной разницы температур экрана и трубной доски и неодинакового температурного расширения этих элементов в зоне контакта теплообменных труб и коротких труб экрана возникают значительные механические напряжения, которые приводят к разрушению экрана, либо к нарушению целостности узлов крепления трубок. Кроме того, входные участки коротких трубок в защитном экране не имеют аэродинамически эффективной формы, что приводит к увеличению сопротивления газа в трубной системе котла.
Наиболее близким к представленному техническому решению является предохранитель соединений дымогарных труб с трубными досками [1].
Известен предохранитель соединений дымогарных труб с трубными досками [1]. Конструкция представляет собой развальцованную трубку, плотно вставленную на входе в жаровую трубу и закрывающую узел закрепления дымогарной трубы от потока горячих газов.
Данное техническое решение также имеет недостатки. Поскольку в составе предохранителя дымогарных труб отсутствует теплоизоляционный материал, тепловая защита передней трубной доски недостаточна. Для обеспечения надежного крепления предохранителя в трубной доске он должен вставляться в теплообменную трубу с некоторым натягом. При этом из-за значительно более высокой температуры предохранителя в сравнении с температурой теплообменной трубы на границе контакта этих элементов возникают высокие механические напряжения, способные повредить теплообменные трубки котла. Кроме того, входные участки предохранителей выполнены с малыми радиусами скругления, что также создает лишнее сопротивление газу на входе в трубный пучок.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, - защита узла закрепления трубок от воздействия высокой температуры и механических нагрузок, снижение сопротивления газу на входе в трубный пучок.
Указанная задача решается тем, что в предлагаемом узле защиты соединений труб с трубной доской, содержащем теплоизоляционный экран и металлический трубный защитный элемент переменного диаметра, установленный в дымогарной трубе и закрывающий собой узел закрепления, проточная часть трубчатого элемента содержит входной участок в виде конфузора с плавным изменением диаметра, цилиндрический участок и выходной диффузорный участок, на котором выполнены продольные прорези в плоскостях, проходящих через ось элемента так, что находящиеся между прорезями концевые сегменты диффузора образуют упругие лепестки.
Благодаря сочетанию указанных существенных признаков достигается положительный эффект защиты узла крепления дымогарной трубы в трубной доске от воздействия высокой температуры газа, снижения механической нагрузки со стороны металлического трубчатого защитного элемента и уменьшению сопротивления газа в трубной системе котла.
На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - трубная доска, 2 - дымогарная труба, 3 - теплоизоляционный экран, 4 - входной участок металлического трубного защитного элемента переменного диаметра в виде конфузора, 5 - цилиндрический участок металлического трубного защитного элемента, 6 - выходной диффузорный участок металлического трубного защитного элемента, 7 - продольные прорези выходного диффузорного участка металлического трубного защитного элемента.
Узел защиты работает следующим образом. Теплоизоляционный экран изолирует переднюю трубную доску (1) от воздействия высокой температуры газа. Металлический трубчатый защитный элемент переменного диаметра фиксирует на передней трубной доске (1) теплоизоляционный экран, закрывает узел закрепления дымогарной трубы от непосредственного соприкосновения с горячими газами и воздействия высокой температуры.
Входной участок в виде конфузора (4) с плавным изменением диаметра благодаря аэродинамически эффективной форме обеспечивает меньшие, по сравнению с предохранителем [1] и защитным экраном Функе [2], потери давления газа. Выходной диффузорный участок (6) обеспечивает восстановление части давления потока газа, возникающей в цилиндрической средней части из-за разницы диаметров теплообменной трубы и защитного элемента. Выполненные на данном участке продольные прорези (7) в плоскостях, проходящих через ось элемента так, что находящиеся между прорезями концевые сегменты диффузора образуют упругие лепестки обеспечивающие механическую фиксацию без возникновения высоких механических напряжений на границе контакта этих элементов. Кроме того, поскольку металлические трубчатые защитные элементы устанавливаются индивидуально в каждую дымогарную трубу с некоторым необходимым зазором в зоне цилиндрического участка между дымогарной трубой и элементом, то разница температур трубной доски и элементов не приводит к возникновению контактных механических напряжений в зоне контакта теплообменных труб и предложенных защитных элементов.
[1] - иллюстрированный технический словарь на шести языках «Паровые котлы, машины и турбины» под редакцией В.Ю.Вагнера Издание К.Л.Риккера, СпБ, 1908 г. - 1322 с
[2] - http://www.techenpribor.ru/index.php?mid=33 утилизаторы тепла Функе тип WRA200