ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях.
Известен теплообменник, содержащий корпус, в полости которого продольно установлены трубчатые спиральные пучки, подключенные трубным пространством к камерам центрального коллектора, причем каждый пучок имеет две части из спиральных труб, соединенных между собой со стороны стенки корпуса поворотными участками труб, а также вытеснители, расположенные между частями пучков с образованием многоходового межтрубного пространства (US 3398720, н. кл. 122-32, 27.08.1968).
Недостатком известного теплообменника является сложность изготовления, так как, чтобы собрать трубный пучок, каждую трубу пучка приходится выполнять из отдельных участков и затем отдельные участки труб сваривать между собой.
Известен теплообменник, содержащий корпус, в полости которого продольно установлены трубчатые ширмы, подключенные трубным пространством к камерам центрального коллектора и выполненные по длине из поворотных участков, расположенных с чередованием через один со стороны стенки корпуса и его оси (SU 2100693 С1, м. кл. F22D 1/32, 27.12.1997).
В таком теплообменнике в каждой ширме поворотные участки образуют полости, незанятые поверхностью теплообмена. Так как каждая труба в ширме имеет радиус гиба, который по условиям технологичности должен быть от трех до пяти диаметров этой трубы, то эти проемы получаются относительно большими и существенно повышают габариты корпуса и металлоемкость теплообменника.
Кроме того, прототип характеризуется повышенными габаритами центрального коллектора, что также увеличивает металлоемкость теплообменника.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является теплообменник, содержащий корпус, в полости которого продольно установлены трубчатые ширмы, подключенные трубным пространством к камерам центрального коллектора, причем каждая ширма имеет внутреннюю и наружную ветви, первая из которых установлена между наружной ветвью и вытеснителем, прикрепленным к центральному коллектору, а наружная ветвь выполнена как продолжение внутренней ветви и размещена у стенки корпуса (US 4489788, н. кл. 122-32, 25.12.1984).
В таком теплообменнике снижены габариты центрального коллектора за счет того, что каждая ширма имеет внутреннюю и наружную ветви, первая из которых установлена между наружной ветвью и вытеснителем, прикрепленным к центральному коллектору, а наружная ветвь выполнена как продолжение внутренней ветви и размещена у стенки корпуса. Это несколько снизило металлоемкость теплообменника.
Однако в прототипе организовано в основном продольное обтекание труб ширм теплоносителем, которое характеризуется пониженным коэффициентом теплоотдачи в межтрубном пространстве. Это повышает величину необходимой поверхности теплообмена и габариты корпуса, что повышает металлоемкость теплообменника.
Таким образом, недостатком прототипа является повышенная металлоемкость теплообменника.
Технической задачей изобретения является снижение металлоемкости теплообменника.
Техническая задача решается в теплообменнике, содержащем корпус, в полости которого продольно установлены трубчатые ширмы, подключенные трубным пространством к камерам центрального коллектора, причем каждая ширма имеет внутреннюю и наружную ветви, первая из которых установлена между наружной ветвью и вытеснителем, прикрепленным к центральному коллектору, а наружная ветвь выполнена как продолжение внутренней ветви и размещена у стенки корпуса, при этом в каждой ширме внутренняя и наружная ветви выполнены по длине из поворотных участков, расположенных с чередованием через один со стороны стенки корпуса и вытеснителя, поворотные участки внутренней ветви, расположенные со стороны стенки корпуса, установлены внутри аналогичных поворотных участков наружной ветви, а поворотные участки наружной ветви, расположенные со стороны вытеснителя, установлены внутри аналогичных поворотных участков внутренней ветви.
Выполнение в каждой ширме внутренней и наружной ветвей по длине из поворотных участков, расположенных с чередованием через один со стороны стенки корпуса и вытеснителя, и установка поворотных участков внутренней ветви, расположенных со стороны стенки корпуса, внутри аналогичных поворотных участков наружной ветви, а поворотных участков наружной ветви, расположенных со стороны вытеснителя, внутри аналогичных поворотных участков внутренней ветви позволяет организовать поперечное обтекание труб ширм теплоносителем и интенсифицировать теплообмен в межтрубном пространстве, что привело к снижению требуемой поверхности теплообмена, габаритов корпуса, а значит, и к снижению металлоемкости теплообменника.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид теплообменника, вариант с закреплением центрального коллектора в нижней части корпуса; на фиг.2 - узел I фиг.1; на фиг.3 - общий вид теплообменника, вариант с закреплением центрального коллектора в верхней части корпуса; на фиг.4 - узел II фиг.3.
Для иллюстрации изобретения выбран теплообменник при использовании его в качестве подогревателя высокого давления системы регенерации турбоустановки.
Теплообменник содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3 подвода греющего пара и отвода конденсата, соответственно. В полости корпуса 1 продольно установлен центральный коллектор 4 с камерами 5 и 6 подогреваемой воды, соответственно.
В полости корпуса 1 продольно установлены трубчатые ширмы, каждая из которых имеет внутреннюю ветвь 7 и наружную ветвь 8. Внутренняя ветвь 7 установлена между наружной ветвью 8 и вытеснителем 9, прикрепленным к центральному коллектору 4, а наружная ветвь 8 выполнена как продолжение внутренней ветви 7 и размещена у стенки корпуса 1.
В каждой ширме внутренняя и наружная ветви 7 и 8 выполнены по длине из поворотных участков 10 и 11, расположенных с чередованием через один со стороны стенки корпуса 1 и вытеснителя 9, при этом поворотные участки 10 внутренней ветви 7, расположенные со стороны стенки корпуса 1, установлены внутри аналогичных поворотных участков 10 наружной ветви 8, а поворотные участки 11 наружной ветви 8, расположенные со стороны вытеснителя 9, установлены внутри аналогичных поворотных участков 11 внутренней ветви 7.
Корпус 1 частично заполнен конденсатом, а над уровнем 12 конденсата установлено устройство 13 отвода неконденсирующихся газов. В варианте выполнения теплообменника (см. фиг.1) коллектор 4 нижней частью закреплен в корпусе 1, а в верхней части коллектор 4 выполнен с заглушенным торцом. При этом вытеснитель 9 установлен над заглушенным торцом коллектора 4.
В варианте выполнения теплообменника (см. фиг.3) коллектор 4 верхней частью закреплен в корпусе 1, а в нижней части коллектор 4 выполнен с заглушенным торцом. Вытеснитель 9 установлен под заглушенным торцом коллектора 4.
Теплообменник работает следующим образом.
Греющий пар подают из отбора турбоустановки через патрубок 2 в верхнюю часть корпуса 1. Опускаясь вниз по межтрубному пространству ширм, пар конденсируется на трубах этих ширм. Конденсат сливается на уровень 12 и затем отводится из корпуса 1 через патрубок 3. Посредством устройства 13 осуществляют сбор и отвод неконденсирующихся газов.
Подогреваемую воду (питательную воду системы регенерации паротурбинной установки) подают в камеру 5 коллектора 4. Далее вода проходит трубное пространство ширм, где последовательно проходит сначала наружные части 8, а затем и внутренние части 7 ширм. При этом вода подогревается за счет тепла конденсации греющего пара. Нагретая питательная вода собирается в камере 6 коллектора 4 и затем выводится из теплообменника.