ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве теплообменника (ТО) ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.
Известен теплообменник, содержащий пучок труб с поперечными перегородками, внутренний и наружный корпусы с отверстиями для входа и выхода теплоносителя и уплотнениями, причем внутренний корпус выполнен в виде спирально навитой оболочки, охватывающей пучок труб с перегородками, а уплотнения установлены у выхода теплоносителя, при этом наружный корпус в местах установки уплотнений выполнен с разъемами. [1].
Недостатком этого технического решения является низкая вибропрочность конструкции теплообменника и недостаточно интенсивный теплообмен.
Известен теплобменник, содержащий трубы с поперечным оребрением в виде пластин, снабженных гофрами, расположенными под углом к потоку рабочей среды, причем гофры имеют прямоугольную форму с высотой, равной 0,18-0,6 ширины, и в смежных пластинах расположены под углом. [2].
Недостатками этого технического решения являются недостаточно интенсивный теплообмен, что приводит к увеличению весогабаритных параметров, невысокая надежность из-за большой неравномерности температурного поля в поперечном сечении трубного пучка, а также незащищенность трубной доски со стороны первого контура от тепловых ударов теплоносителя и различной относительной деформации смежных кольцевых рядов теплообменных труб при температурных удлинениях, что может привести к перетиранию теплообменных труб.
Технический результат изобретения - форсированный теплообмен для получения малых габаритов оборудования за счет повышения равномерности температурного поля в поперечном сечении трубного пучка и уменьшение относительной деформации труб при температурных удлинениях.
Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус с размещенным внутри пучком теплообменных труб, закрепленных в трубных досках, и пакетом параллельно расположенных гофрированных пластин в межтрубном объеме, две противоположные стенки корпуса выполнены гофрированными параллельно пакету пластин, а две другие - плоскими, каждая труба также изогнута по профилю пластин, размещена между ними и снабжена снаружи на прямых участках винтообразными ребрами с изменяющимся углом закрутки, а внутри - лентой с противоположным относительно ребер направлением закрутки, при этом в межтрубном объеме эквидистантно трубам размещены вытеснители в виде прутков, закрепленных в дополнительных трубных досках.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен продольный разрез теплообменника;
на фиг.2 - теплообменная труба теплообменника;
на фиг.3 - участок поперечного разреза.
Теплообменник содержит корпус 0, входной патрубок 1 и раздающую камеру 2 питательной воды, пучок теплообменных труб 3, проходящих через пакет гофрированных пластин 4 межтрубного объема, собирающую камеру 5 и выходной патрубок 6 пара, входной и выходной патрубки 7, 8 для жидкометаллического теплоносителя, верхнюю и нижнюю дополнительные трубные доски 9, 10, внутритрубный вытеснитель в виде ленты 11 и винтообразные ребра 12, расположенные на внешней поверхности зигзагообразных теплообменных труб 3, а также вытеснители в виде прутков 13, укрепленные в дополнительных трубных досках 9, 10.
Теплообменник работает следующим образом.
Тепловой процесс обмена в конструкции теплообменника организуется по противоточной схеме движения жидкостей. Жидкометаллический теплоноситель через патрубок 7 входа поступает в межтрубный объем испарительного участка пучка теплообменных труб 3, где трубная доска защищается от прямого обтекания теплоносителем верхней дополнительной трубной доской 9, в которой укреплены концы межтрубных вытеснителей в виде прутков 13, далее за счет некоторого сжатия проходного сечения пакетом гофрированных пластин 4 межтрубного объема обеспечивается гидравлическая равномерность раздачи по каналам пакета гофрированных пластин 4 межтрубного объема. Винтообразные ребра 12 теплообменных труб 3 с изменяющимся углом закрутки и противоположным углу закрутки внутритрубного вытеснителя в виде ленты 11 способствуют статическому перемешиванию теплоносителя и повышению коэффициента теплоотдачи со стороны первого контура. В смесительных камерах, образованных за счет выборки винтообразных ребер 12 в местах сгибов теплообменных труб 3, происходит смешение теплоносителя. Из каналов пакета гофрированных пластин 4 межтрубного объема теплоноситель поступает в экономайзерный участок пучка теплообменных труб 3 и далее выходит через выходной патрубок 8. Нижняя дополнительная трубная доска 10 защищает от тепловых ударов жидкометаллического теплоносителя трубную доску, а также в ней крепятся другие концы межтрубных вытеснителей в виде прутков 13. Питательная вода через патрубок 1 поступает в раздающую камеру 2, где обеспечивается гидравлическая равномерность раздачи по теплообменным трубам 3, и далее, закручиваясь с помощью внутритрубного вытеснителя в виде ленты 11 с изменяющимся углом закрутки, превращается в пар, поступающий в собирающую камеру 5, откуда выходит через выходной патрубок 6.
Применение конструкции теплообменника предлагаемого вида существенно улучшит интенсивность теплообмена, равномерность температурного поля в поперечном сечении трубного пучка, а также эксплуатационную надежность за счет уменьшения относительной деформации труб при тепловых линейных расширениях.
Ссылка
1. Науменко В.В. и др. Теплообменник. SU. A.c. N 293490, F28D 7/00. Приоритет - 16.04.63. Опубл. бюллетень изобретений N 42. 19.09.1973 - аналог.
2. Аверкиев Л.А. и др. Теплообменник. SU. A.c. N 937953, F28D 7/00. Приоритет - 14.10.80. Опубл. бюллетень изобретений N 23. 23.06.82 - прототип.