ПЛАСТИНЧАТЫЙ КОМПЕНСАТОР ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ СЕТЕВЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА
PLATE EXPANSION JOINT OF THERMAL STRESSES FOR HORIZONTAL-TYPE SYSTEM WATER HEATERS

Изобретение относится к теплоэнергетике, к устройствам компенсации температурных удлинений в сетевых подогревателях горизонтального типа. В настоящее время в конструкциях сетевых подогревателей принимается линзовый компенсатор (Бродов Ю.М. и др. Теплообменники энергетических установок. Екатеринбург, издательство "Сократ". 2003 г., рис.4.11), который имеет следующие недостатки:
- в линзовых компенсаторах устанавливается не более 4 линз из рекомендаций по условиям устойчивости (там же, стр.640), поэтому имеются повышенные напряжения и ограничен их срок службы (около 10 лет).
- При линзовом компенсаторе сдерживающее усилие N (Фиг.1) на трубную доску мало, что приводит к увеличению ее изгиба и напряжений в трубках.
- Линзовый компенсатор сложен в изготовлении, т.к. на каждый диаметр корпуса требуется изготовление нового штампа. Кроме того, линзы свариваются по большому диаметру, и необходим особый контроль швов.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является компенсатор в виде кольцевой пластины постоянной толщины, встроенный в корпус (см. SU 1562652 А1, МПК F28D 7/00, опубл. 07.05.1990 г). Недостатком этого решения является сложная конструкция корпуса со ступенчатым изменением диаметра.
Задачей заявленного изобретения является устранение указанных недостатков. Эта цель достигается тем, что пластинчатый компенсатор температурных напряжений для сетевых подогревателей горизонтального типа в виде кольцевой пластины встроен в трубную доску, кольцевая пластина выполнена переменной толщины, причем последняя получена проточкой кольцевого паза в трубной доске или утонением ее края.
Для компенсации температурных удлинений предлагается пластинчатый компенсатор 1 в виде кольцевой пластины переменной толщины, выполненной проточкой кольцевого паза 2 в трубной доске 3 (Фиг.1). Размеры а, b, с, r подбираются таким образом, чтобы напряжения в трубках 4, корпусе 5, трубной доске и пластинчатом компенсаторе были меньше допускаемых. При этом в рабочих условиях корпус испытывает растягивающие усилия N, которые передает на трубную доску, уменьшая ее изгиб, удлинения и напряжения в трубках. Соответственно, можно уменьшить расчетную толщину трубной доски. Если опоры устанавливаются не под трубной доской, то вместо паза можно выполнить утонение края трубной доски (Фиг.2).
Для исследования напряженно-деформированного состояния сетевого подогревателя использовалась программа расчета методом конечных элементов, которая в соответствии с требованиями Гостехнадзора утверждена специализированной организацией. Результаты расчета напряжений вариантов сетевого подогревателя с линзовым и пластинчатым компенсаторами для теплофикационного режима представлены в таблице 1.
Таблица 1
Напряженное состояние элементов сетевого подогревателя с различными компенсаторами
Максимальные напряжения(прогиб)
Линзовый
Пластинчатый
%
Изгибные напряжения в трубной доске, МПа
109
80
27
Продольные напряжения в корпусе, МПа
0
15
-
Окружные напряжения в корпусе, МПа
45
45
-
Эквивалентные напряжения в корпусе, МПа
45
40
11
Напряжения сжатия в трубках, МПа
26
22
15
Напряжения растяжения в трубках, МПа
58
43
26
Прогиб трубной доски, мм
3,95
2,84
28
В последнем столбце указано понижение напряжения (прогиба) подогревателя с пластинчатым компенсатором по отношению к подогревателю с линзовым компенсатором. Отметим, что несмотря на присутствие продольных растягивающих напряжений в корпусе с пластинчатым компенсатором (15 МПа) эквивалентное напряжение по Мизесу меньше, а значит, запас прочности больше на 11%.
Особенно следует отметить уменьшение растягивающих усилий в трубках на 26%, т.к. большие растягивающие усилия являются одним из основных факторов коррозионного повреждения трубок, что требует их полной замены на некоторых ТЭЦ Москвы один раз в 5-7 лет (см. статью Трухний А.Д. и др. "Исследование влияния эксплуатационных факторов на ресурс трубной системы сетевых подогревателей турбин Т-250/300-23,5 ТМЗ", Теплоэнергетика, 2001 г., №3, с.62-64).
Предложенный пластинчатый компенсатор существенно уменьшает перечисленные выше недостатки линзового компенсатора и имеет следующие преимущества.
- Уменьшаются напряжения в компенсаторе и увеличивается срок его службы.
- Возможность частичной компенсации температурных удлинений приводит к уменьшению максимальных напряжений в трубной доске и трубках.
- Более прост в изготовлении, т.к. он встраивается в трубную доску и не требует дополнительных сварных швов. Улучшает подвод пара к трубкам поверхности теплообмена. Позволяет более рационально расположить опоры, т.е. улучшает компоновку подогревателя.
- Уменьшает изгиб трубной доски и необходимую из условий прочности ее толщину.
- Уменьшает максимальные растягивающие усилия в трубках, что увеличивает их ресурс.