ПРОТИВОТОЧНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ МАТРИЧНО-КОЛЬЦЕВОЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ РЕКУПЕРАТОР
COUNTER-FLOW LAMINAR MATRIX-CIRCULAR CERAMIC RECUPERATOR

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к газотурбостроению, где создаются высокоэкономичные газотурбинные двигатели и установки с регенерацией теплоты. Одним из важных элементов таких двигателей и установок является рекуператор, в котором теплота уходящих газов передается сжатому цикловому воздуху.
Необходимо отметить, что одним из существенных недостатков современных трубчатых и пластинчатых рекуператоров является их громоздкость и, как следствие, значительные габариты и масса, существенно превышающие аналогичные характеристики всех прочих элементов газотурбинной установки вместе взятых.
Известный пластинчатый рекуператор принят в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения [1, с.357].
Целью настоящего изобретения является значительное повышение технического совершенствования пластинчатого рекуператора. Предложенный рекуператор перспективен для его использования в газотурбинных установках открытого цикла, что убедительно подтверждено выполненными здесь расчетами.
В предлагаемом изобретении указанная выше цель достигается конкретно тем, что:
- рекуператор сконструирован в виде ряда цилиндрических, идентичных по конструкции, теплообменных матриц одинаковой ширины и разного наружного диаметра. При этом матрицы установлены соосно, одна в другой;
- матрицы выполнены в виде цилиндрических стаканов. Нужное количество таких стаканов легко варьируется в зависимости от необходимой теплообменной поверхности рекуператора. Это достигается за счет соответствующего увеличения его наружного диаметра при постоянной высоте рекуператора;
- каждая матрица в конструктивном аспекте представляет собой цилиндрический стакан, собранный в виде стопки плотно сжатых между собой плоских кольцевых листов - пластин с отверстиями и поперечными прорезями, причем последние выполнены с постоянным окружным шагом;
- отверстия и прорези предназначены для раздельного движения в них потоков воздуха и отработанного горячего газа, причем эти воздушные и газовые потоки нигде не смешиваются при их движении в пространстве по спиралевидным ступенчатым цилиндрическим каналам и по коротким поперечным каналам.
Предлагаемое изобретение поясняется схематическими чертежами, представленными на фиг.1-5.
На фиг.1 показана в плане схема компоновки цилиндрических теплообменных матриц разного диаметра, установленных соосно одна в другой. При этом видно, что в плане каждая теплообменная матрица представляет собой кольцо определенного внутреннего диаметра и постоянной у всех матриц ширины. Каждое такое кольцо имеет определенное количество центральных отверстий 1 и периферийных полуотверстий 2. Отверстия представляют собой поперечные сечения каналов, по которым движутся потоки холодного сжатого воздуха, а полуотверстия - поперечные сечения, по которым движутся потоки горячих газов. На фиг.2 представлен продольный разрез рекуператора и показаны направления движения (стрелками) теплоносителей. На фиг.3 изображено поперечное сечение А-А рекуператора. Наконец на фиг.4 и 5 показаны стопка элементов кольца матрицы и элемент кольца матрицы соответственно.
Основой воздушно-газового противоточного пластинчатого матрично-кольцевого малогабаритного керамического рекуператора (в дальнейшем именуемого кратко - рекуператора) являются цилиндрические теплообменные матрицы. Стопка одной из таких матриц показана на фиг.4, а один из элементов кольца матрицы - на фиг.5.
Возвращаясь к фиг.1, можно видеть, что структура рекуператора в рассматриваемом конкретном конструктивном варианте имеет пять цилиндрических теплообменных матриц, включая центральную 3 и периферийную 4 матрицы.
На фиг.2 представлены схемы подвода холодного воздуха 5, отвода нагретого в рекуператоре воздуха 6, подвода горячих газов 7 и отвода охлажденных газов 8.
Рассматриваемый рекуператор работает следующим образом. Сжатый цикловой воздух подводится в рекуператор по стрелкам 5 (фиг.2), изменив направление движения на противоположное, подводится во все отверстия 1 (фиг.5). Горячие газы подводятся в центр рекуператора по стрелкам 7 (фиг.2) и направляются в систему состыкованных полуотверстий 2 (фиг.5), пойдя через которые через всю высоту рекуператора, выпускаются из теплообменника по стрелке 8 (фиг.2).
Выпуск подогретого в рекуператоре сжатого воздуха осуществляется по стрелкам 6. Материалом рекуператора могут служить конструкционная керамика и металлы.