ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ГТУ

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическому машиностроению и может быть использована в теплообменном оборудовании стационарной и транспортной энергетики.
Известен теплообменник, содержащий корпус, патрубки подвода (отвода) внешнего теплоносителя, коллекторы подвода (отвода) внутреннего теплоносителя и матрицу, состоящую из теплообменного пакета и коллекторов сбора и раздачи внешнего теплоносителя (Свидетельство РФ на полезную модель №21951, U1, от 17.10.2001 г., опубл. 27.02.2002 г., МПК F28F13/08).
Известен регенеративный воздухоподогреватель, содержащий собранные в пакеты пучки трубок, соединенные с коллекторами ввода и вывода воздуха, одноименные патрубки которых соединены между собой (Свидетельство РФ на полезную модель №31838, U1, от 03.12.2002, опубл. 03.12.2002, МПК F23L15/04).
В известных конструкциях воздушные входные и выходные патрубки или коллектора подвода или отвода теплоносителя расположены по одну сторону конструкции и жестко соединены между собой перемычками, что приводит к невозможности температурной самокомпенсации тепловых удлинений патрубков (коллекторов). Разность температур между входными и выходными патрубками (коллекторами ввода и вывода) может превышать 250°С, что приводит к возникновению значительных добавочных величин напряжений в перемычках между патрубками (коллекторами) в зонах их приварки с перемычками. Численные расчеты показали, что напряжения в этих зонах могут достигать значений в 200-300 МПа на уровне температур, вызывающих ползучесть. Кроме того, невозможно обеспечить качественные сварные швы приварки тонких перемычек к коллекторам, а применение труб W-образной формы приводит к необходимости размещения патрубков ввода и вывода теплоносителя (воздушных коллекторов ввода и вывода) по одну сторону конструкции с соединением их между собой перемычками.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является воздухоподогреватель ГТД, выполненный, по меньшей мере, из двух однотипных модулей, содержащих теплообменную матрицу, сообщенную с впускным и выпускным воздушными
коллекторами, имеющий общий клинообразный газовый раздаточный коллектор, сборные газовые коллектора клинообразной формы, выпускные воздушные коллектора установлены на входе газового потока в раздаточный газовый коллектор, теплообменная матрица выполнена из разделенных перегородками плоских змеевиков W-образной формы, концы труб которых закреплены в воздушных коллекторах (Свидетельство РФ на полезную модель №30425, U1, от 31.05.2002, опубл. 27.06.2003, МПК F28D7/00).
Недостатком известной конструкции является также невозможность температурной самокомпенсации тепловых удлинений впускных и выпускных воздушных коллекторов. Разность температур между впускными и выпускными воздушными коллекторами также может превышать 250°С, вследствие чего возникают значительные добавочные величины напряжений в перемычках между коллекторами в зонах их приварки, достигающих значений в 200-300 МПа на уровне температур, вызывающих ползучесть. Кроме того, невозможно обеспечить качественные сварные швы приварки тонких перемычек к коллекторам, а применение труб W-образной формы приводит к необходимости размещения входных и выходных патрубков по одну сторону конструкции с соединением их между собой перемычками.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности конструкции воздухоподогревателя за счет разнесения входных и выходных воздушных коллекторов.
Поставленная задача решается тем, что воздухоподогреватель для ГТУ, выполненный, по меньшей мере, из двух однотипных модулей, содержащих теплообменные матрицы, выполненных из разделенных перегородками змеевиков, сообщенных с впускным и выпускным воздушными коллекторами, общий газовый раздаточный коллектор, сборные газовые коллектора, дополнительно, воздухоподогреватель снабжен общим впускным воздушным коллектором, расположенным в газовом коллекторе выхода продуктов сгорания, при этом змеевики теплообменных матриц выполнены из труб S-образной формы.
Заявленный воздухоподогреватель отличается от прототипа тем, что, впускной воздушный коллектор размещен в газовых коллекторах для выхода продуктов сгорания и является общим входным коллектором для теплообменных матриц, подсоединенных к нему с использованием теплообменных труб S-образной формы.
Снабжение воздухоподогревателя общим входным воздушным коллектором, к которому подсоединены змеевики теплообменных матриц, выполненных из труб S-образной формы, существенно повышает надежность конструкции воздухоподогревателя за счет разнесения входного и выходных воздушных коллекторов, что приводит к снижению действующих напряжений в корпусе воздухоподогревателя, разгрузке сварных швов и обеспечивает температурную самокомпенсацию тепловых удлинений воздушных коллекторов. Разнесение впускных и выпускных
воздушных коллекторов обеспечивает возможность применения труб S-образной формы, как обладающих меньшим гидравлическим сопротивлением в сравнении с применяемыми W-образными трубами.
На фиг.1 изображена конструктивная схема предлагаемого воздухоподогревателя;
на фиг.2 - S-образная форма выполнения теплообменных труб.
Конструкция воздухоподогревателя ГТУ (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором расположены однотипные модули 2, содержащих теплообменные матрицы 3, каждая из которых сообщена с впускным 4 и выпускным 5 воздушными коллекторами. Модули 2 имеют общий клинообразный газовый коллектор 6 для входа продуктов сгорания и, по меньшей мере, два газовых коллектора 7 для выхода продуктов сгорания, расположенных по обе стороны впускного воздушного коллектора 4. Выпускные воздушные коллектора 5 установлены на входе потока продуктов сгорания от ГТУ в газовый коллектор 6. Впускной воздушный коллектор 4 размещен на выходе продуктов сгорания в газовых коллекторах 7. Теплообменная матрица 3 выполнена из теплообменных труб 8, концы которых соединяют впускной воздушный коллектор 4 с выпускными воздушными коллекторами 5. Теплообменные трубы 8 выполнены в виде змеевиков S-образной формы (фиг.2) и закреплены в перегородках 9.
Воздухоподогреватель работает следующим образом.
При работе воздухоподогревателя воздух поступает на вход впускного коллектора 4 и попадает в теплообменные трубы 8 матриц 3. Пройдя по трубам 8, выполненных S-образной формы, воздух в трубах 8 нагревается и выходит через выпускные воздушные коллектора 5 модулей 2. Нагрев воздуха в теплообменных трубах 8 происходит за счет поступления отработанного горячего газа в виде продуктов сгорания из патрубка газовой турбины (на чертеже не показан), который поступает на вход в газовый коллектор 6, где установлены выпускные воздушные коллекторы 5. Продукты сгорания из газотурбинной установки попадают в пространство между выпускными воздушными коллекторами 5 и далее в модули 2 на теплообменные матрицы 3. Проходя между теплообменными трубами 8, закрепленных в перегородках 9, нагревают проходящий внутри теплообменных труб 8 воздух. Затем уже охлажденные продукты сгорания выходят через газовые коллекторы 7. Таким образом, обеспечивается подогрев воздуха, поступающего в газотурбинную установку.
Следовательно, разнесение впускных и выпускных воздушных коллекторов обеспечивает повышение надежности конструкции воздухоподогревателя за счет снижения действующих напряжений в корпусе воздухоподогревателя, разгрузке сварных швов и температурной самокомпенсации тепловых удлинений воздушных коллекторов, что способствует безаварийной работе газотурбинной установки, увеличению срока его службы и, кроме того, повышается коэффициент полезного действия газотурбинной установки за счет подогрева воздуха продуктами сгорания.