ПЛАСТИНЧАТО-РЕБРИСТЫЙ ГАЗОМАСЛЯНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к области машиностроения и теплотехники, а именно к конструкциям теплообменных аппаратов с пластинчато-ребристым пакетом, и может найти применение в газотурбинных установках газоперекачивающих агрегатов.
При работе теплообменных аппаратов, например, в газоперекачивающих агрегатах важнейшее значение имеют безопасность работы и эффективность теплопередачи в таком теплообменнике. Решение проблемы повышения эффективности теплопередачи важно на всех этапах теплообмена, в том числе и на этапе поступления теплоносителей из входных патрубков в раздающие коллекторы теплообменника, перед распределением теплоносителей по площадям поверхностей теплообмена. Известен ряд технических решений, используемых для обеспечения равномерного распределения подаваемых теплоносителей уже перед входом в каналы теплообменника.
Известно техническое решение по патенту RU 1760844 «Раздающая камера теплообменника», МПК F28F 9/02, опубл. 27.10.2015, в котором раздающая камера теплообменника содержит осевой патрубок для подвода теплоносителя, кожух и крышку, установленную на кожухе с зазором относительно торца осевого патрубка, при этом зазор между торцом осевого патрубка и внутренней поверхностью крышки выполнен переменным по периметру патрубка. При работе теплообменника путем обеспечения заданной закономерности распределения теплоносителя достигается интенсификация теплообмена. Однако выполнение зазора переменным по периметру патрубка усложняет конструкцию теплообменника.
Известна входная камера теплообменника по патенту SU 1720371 «Входная камера теплообменника», МПК F28F 9/00, опубл. 20.03.2005, где входная камера содержит корпус с патрубками и кольцевой гофрированный экран, гофры которого расположены под углом к путям прохождения теплоносителей в теплообменнике. В вариантах исполнения гофры могут быть перпендикулярны или располагаться по винтовой линии, а сам экран может быть образован набором коаксиальных экранов, установленных относительно друг друга с зазором, или иметь форму усеченного конуса. Входные патрубки установлены тангенциально к корпусу. При работе теплообменника конструкция камеры способствует улучшению перемешивания сред с разной температурой.
Недостатком известного технического решения является применение в теплообменнике дополнительного гофрированного экрана как неотъемлемой конструктивной части, что повышает металлоемкость, усложняет конструкцию, не влияет на безопасность работы теплообменника.
В части обеспечения безопасности работы теплообменника наиболее близким по технической сущности к предложенному техническому решению является «Способ безопасного подогрева топливного газа и газомасляный теплообменник для его осуществления», патент РФ №2312241, МПК F02C 7/08, F28D 9/00, дата публикации 10.12.2007, в котором газомасляный теплообменник имеет пластинчатые каналы для масла и для газа, содержит пластинчатые буферные каналы, причем все каналы объединены в многослойный пакет с примыкающими к нему раздающими и собирающими коллекторами. Буферные каналы расположены между чередующимися каналами для масла и каналами для газа, разделяя их. Все каналы содержат несущие стенки, гофрированные насадки и бруски, последние из которых расположены по двум противоположным краям, параллельно друг другу, а между ними установлены гофрированные насадки, при этом насадки буферных каналов перпендикулярны насадкам каналов для газа и каналов для масла, а два противоположных края буферных каналов открыты в атмосферу. Каналы для масла и каналы для газа содержат в двух противоположных перекрестных углах граничащие с распределителями входа и выхода буферные полости, ограниченные брусками и имеющие выход вдоль гофрированных насадок в атмосферу. Такое конструктивное исполнение каналов решает важнейшую задачу обеспечения безопасной работы теплообменника. Однако существенным недостатком этого технического решения является то, что в предлагаемой конструкции подаваемый для теплообмена газ поступает из входного патрубка в раздающий коллектор для газа вертикально со скоростью несколько десятков метров в секунду и соответственно неравномерно распределяется по каналам теплообмена, и подаваемый теплоноситель - масло поступает из входного патрубка в раздающий коллектор для масла вертикально с напором и также неравномерно распределяется по каналам теплообмена, в связи с чем уменьшается смачиваемость поверхностей теплообменных пластин, снижается эффективность теплообмена.
Задача предложенного технического решения - улучшение равномерности распределения потока теплоносителя на входе в раздающий коллектор, без усложнения конструктивного исполнения входных патрубков и раздающих коллекторов теплообменника.
Поставленная задача решается в пластинчато-ребристом газомасляном теплообменнике с раздающими и собирающими коллекторами с патрубками для масла и газа, а также содержащем объединенные в многослойный пакет чередующиеся пластинчатые каналы для масла, для газа и буферные каналы, которые расположены между каналами для масла и каналами для газа, разделяя их. Все каналы содержат несущие стенки, гофрированные насадки как оребрение каналов, и бруски, которые расположены по двум противоположным краям пластинчатых каналов параллельно друг другу, а между ними параллельно им установлены гофрированные насадки с возможностью направления истечения сред. Гофрированные насадки буферных каналов расположены перпендикулярно гофрированным насадкам каналов для газа и каналов для масла, а два противоположных края буферного канала открыты в атмосферу. Каналы для масла и каналы для газа содержат в двух противоположных перекрестных углах граничащие с распределителями входа и выхода буферные полости, ограниченные брусками и имеющие выход вдоль гофрированных насадок в атмосферу. Каждый патрубок для подачи масла и газа установлен в соответствующем раздающем коллекторе теплообменника наклонно, под углом менее чем 180 градусов к вертикальной оси симметрии теплообменника.
Полезная модель иллюстрируется рисунками, на которых показаны:
фиг. 1 - общий вид пластинчато-ребристого газомасляного теплообменника с впускными и выпускными патрубками для масла и газа;
фиг. 2 - схема расположения каналов для масла, для газа и буферных каналов в многослойном пакете пластинчато-ребристого газомасляного теплообменника;
фиг. 3 - схема канала для масла пластинчато-ребристого газомасляного теплообменника;
фиг. 4 - схема канала для газа пластинчато-ребристого газомасляного теплообменника;
фиг. 5 - схема буферного канала пластинчато-ребристого газомасляного теплообменника.
Пластинчато-ребристый газомасляный теплообменник содержит собирающий 2 и раздающий 4 коллекторы масла, собирающий 5 и раздающий 3 коллекторы газа с соответствующими входными 27, 29 и выходным 28, 30 патрубками, а также многослойный пакет 1 с пластинчатыми каналами 6 для масла, пластинчатыми каналами 7 для газа, пластинчатыми буферными каналами 8. Пластинчатые каналы 6 для масла состоят из несущих стенок 9, гофрированных насадок 10 и брусков 11, 17, содержат буферные полости 12, 13, распределители входа 14, распределители выхода 15. Буферные полости 12 и 13 пластинчатых каналов 6 для масла с гофрированными насадками ограничены брусками 11 и 17. Пластинчатые каналы 7 для газа состоят из несущих стенок 18, гофрированных насадок 19 и брусков 20, 26, содержат буферные полости 21, 22, распределители входа 23, распределители выхода 24. Буферные полости 21 и 22 пластинчатых каналов 7 для газа с гофрированными насадками ограничены брусками 20 и 26. Пластинчатые буферные каналы 8 состоят из несущих стенок, которые являются одновременно несущими стенками 9 каналов для масла и несущими стенками 18 каналов для газа, гофрированных насадок 16 и брусков 25.
При работе пластинчато-ребристого газомасляного теплообменника горячее масло из опор двигателя или нагнетателя (не показаны) и холодный топливный газ из газопровода после системы подготовки топливного газа (не показана) поступают в многослойный пакет 1 каналов теплообменника. В многослойном пакете 1 организованы каналы 6 для масла, каналы 7 для газа и буферные каналы 8. Горячее масло поступает через входной патрубок 27 для масла в раздающий коллектор 4. Входной патрубок 27 установлен в раздающем коллекторе 4 наклонно, под углом менее чем 180 градусов к вертикальной оси симметрии теплообменника. Поток теплоносителя проходит через наклонный патрубок и поступает под углом на стенки раздающего коллектора. За счет образующихся вихревых потоков обеспечивается максимально равномерное распределение подаваемого теплоносителя непосредственно при входе в теплообменник перед каналами теплообмена. Далее, уже предварительно равномерно распределенное масло поступает через распределители входа 14 в каналы 6, протекает вдоль брусков 11, обтекает гофрированные насадки 10, припаянные к несущим стенкам 9. После конвективного теплообмена, собираясь в распределителях выхода 15, оно поступает в собирающий коллектор 2 для масла и через патрубок 28 возвращается уже охлажденным в опоры двигателя или нагнетателя.
Холодный топливный газ поступает во входной патрубок 29 для газа в раздающем коллекторе 3. Входной патрубок 29 установлен в раздающем коллекторе 3 наклонно, под углом менее чем 180 градусов к вертикальной оси симметрии теплообменника. Поток газа проходит через наклонный патрубок и поступает под углом на стенки раздающего коллектора. За счет образующихся вихревых потоков обеспечивается максимально равномерное распределение подаваемого топливного газа непосредственно при входе в теплообменник перед каналами теплообмена. Предварительно равномерно распределенный топливный газ поступает через распределители входа 23 в каналы 7, протекает вдоль брусков 20, обтекает гофрированные насадки 19, припаянные к несущим стенкам 18. После теплообмена, собираясь в распределителях выхода 24, он поступает в собирающий коллектор 5 для газа и через патрубок 30 поступает уже нагретым в камеру сгорания газотурбинного двигателя или нагнетателя (не показана).
Организованные в многослойном пакете 1 теплообменника буферные каналы 8 с брусками 25 и гофрированными насадками 16 служат для обеспечения безопасности при аварийном разрушении одной или нескольких несущих стенок 18 каналов 7 для газа. Выполненные буферные полости 12 и 13 служат для обеспечения безопасности при разгерметизации по паяному соединению брусков 17 с несущими стенками 9 каналов 6 для масла, а буферные полости 21 и 22 служат для обеспечения безопасности при разгерметизации по паяному соединению брусков 20 с несущими стенками 18 каналов 7 для газа.
Таким образом, монтируя входные патрубки для масла и для газа в соответствующем раздающем коллекторе наклонно, под углом менее чем 180 градусов к вертикальной оси симметрии теплообменника, достигается улучшение равномерности распределения потоков теплоносителей на входе в раздающие коллекторы, повышается эффективность теплообмена без усложнения конструктивного исполнения входных патрубков и раздающих коллекторов с сохранением безопасности работы теплообменника.