ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при проектировании воздушных теплообменников систем пассивного отвода тепла, а также при конструировании трубных систем сепараторов-пароперегревателей и подогревателей турбоустановок атомных электростанций.
Известен теплообменник, содержащий продольно размещенные в цилиндрическом корпусе трубчатые вертикальные ширмы, подключенные радиальными концами труб к соответствующим камерам центрального коллектора и выполненные в плане изогнутыми в направлении от коллектора к корпусу, причем в каждой ширме верхние и нижние участки связаны между собой, по меньшей мере, одним вертикальным устройством дистанционирования труб в ширме, а наружные трубы ширм соединены с опорно-кольцевыми горизонтальными балками (Разработка компактных теплообменных аппаратов. / Острецов И.Н. и др. // Энергомашиностроение. №5. 1989. С.31-34).
Такое устройство теплообменника допустимо при использовании ширм относительно небольших длин (до 2-х метров) и веса. При использовании длинномерных ширм с большими весовыми нагрузками описанная система крепления и дистанционирования оказывается неспособной воспринять вес трубной системы.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является теплообменник, содержащий продольно размещенные в цилиндрическом корпусе вертикальные ширмы из труб, подключенных к соответствующим камерам центрального коллектора и выполненных в плане изогнутыми в направлении от коллектора к корпусу, а также вертикальные подвески ширм, расположенные в поперечном сечении корпуса кольцевым рядом, и верхнее опорное кольцо, расположенное над ширмами соосно с центральным коллектором и шарнирно соединенное с верхними участками подвесок (RU 2341749. 20.12.2008).
Такой теплообменник не может обеспечить вибрации в трубной системе в допустимых пределах, поэтому при работе может возникнуть износ труб, снижающий ресурс теплообменника.
Технической задачей изобретения является снижение амплитуды колебания труб, что снизит их износ и повысит ресурс теплообменника.
Техническая задача изобретения решается в теплообменнике, содержащем продольно размещенные в цилиндрическом корпусе вертикальные ширмы из труб, подключенных к соответствующим камерам центрального коллектора и выполненных в плане изогнутыми в направлении от коллектора к корпусу, а также вертикальные подвески ширм, расположенные в поперечном сечении корпуса кольцевым рядом, и верхнее опорное кольцо, расположенное над ширмами соосно с центральным коллектором и шарнирно соединенное с верхними участками подвесок, причем под ширмами соосно с центральным коллектором расположено опорное нижнее кольцо с направляющими под нижние участки подвесок ширм, а каждая направляющая выполнена с возможностью вертикального и радиального перемещения нижнего участка соответствующей подвески относительно опорного нижнего кольца.
Кроме того, каждая направляющая может быть выполнена в виде вертикальной втулки с овальным поперечным сечением и ориентирована большой осью овала радиально по отношению к опорному нижнему кольцу.
Опорное нижнее кольцо, расположенное под ширмами соосно с центральным коллектором, и снабженное направляющими под нижние участки подвесок ширм, а также выполнение каждой направляющей с возможностью вертикального и радиального перемещения нижнего участка соответствующей подвески относительно опорного нижнего кольца обеспечивает снижение амплитуды колебания труб, что снижает их износ и повышает ресурс теплообменника.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид теплообменника; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - узел Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.3.
Теплообменник содержит продольно размещенные в цилиндрическом корпусе вертикальные ширмы из труб, подключенных к соответствующим камерам центрального коллектора и выполненных в плане изогнутыми в направлении от коллектора к корпусу, а также вертикальные подвески ширм, расположенные в поперечном сечении корпуса кольцевым рядом, и верхнее опорное кольцо, расположенное над ширмами соосно с центральным коллектором и шарнирно соединенное с верхними участками подвесок. Теплообменник содержит продольно размещенные в цилиндрическом корпусе 1 вертикальные ширмы 2 из труб, подключенных к раздающей камере 3, перепускной камере 4 и собирающей камере 5 центрального коллектора 6. Трубы вертикальных ширм 2 выполнены в плане изогнутыми в направлении от коллектора 6 к корпусу 1.
Теплообменник содержит также вертикальные подвески 7 ширм 2, расположенные в поперечном сечении корпуса кольцевым рядом, и верхнее опорное кольцо 8, расположенное над ширмами 2 соосно с центральным коллектором 6 и шарнирно соединенное с верхними участками подвесок 7.
Под ширмами 2 соосно с центральным коллектором 6 расположено опорное нижнее кольцо 9 с направляющими 10 под нижние участки подвесок 7. Каждая направляющая 10 закреплена на опорном нижнем кольце 9 с возможностью вертикального и радиального перемещения нижнего участка соответствующей подвески 8 относительно опорного нижнего кольца 9.
Возможны разные варианты исполнения направляющих 10, в предпочтительном варианте каждая направляющая 10 выполнена в виде вертикальной втулки с овальным поперечным сечением и ориентирована большой осью 11 овала радиально по отношению к опорному нижнему кольцу 9.
Верхнее опорное кольцо 8 посредством радиальных балок 12 скреплено: с коллектором 6 - жестко, а с корпусом 1 - с возможностью радиального перемещения.
Нижнее опорное кольцо 9 посредством радиальных балок 13 скреплено: с коллектором 7 - с возможностью радиального перемещения, а с корпусом 1 - жестко.
В общем случае в зависимости от габаритов теплообменник может иметь еще один или два дополнительных кольцевых ряда подвесок 14, расположенных в поперечном сечении корпуса 1 ближе к центральному коллектору 6 (на чертеже условно показано два дополнительных кольцевых ряда подвесок 14). В этом случае в конструкцию теплообменника добавляются верхние опорные кольца 15, соединенные с верхними участками подвесок 14 аналогично соединению опорного верхнего кольца 8 с верхними участками подвесок 7. Верхние опорные кольца 15, как и верхнее опорное кольцо 8, посредством радиальных балок 12 скреплены: с коллектором 6 - жестко, а с корпусом 1 - с возможностью радиального перемещения.
В качестве примера конкретной реализации предлагаемого технического решения можно показать его использование в системе пассивного отвода тепла от реакторной установки.
В этом случае теплообменник выполняется с нижним коробом 16 и верхним коробом 17 подвода и отвода охлаждающего воздуха. Трубопроводы 18 и 19 служат для подвода пара и отвода конденсата этого пара, соответственно.
При работе реакторной установки в режиме расхолаживания в раздающую камеру 3 центрального коллектора 6 по трубопроводу 18 подается пар, который затем в трубах ширм 2 конденсируется, отдавая тепло атмосферному воздуху, проходящему по межтрубному пространству теплообменника. Конденсат собирается в камере 5 коллектора 6 и затем удаляется из него по трубопроводу 19.