ПРЯМОТОЧНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПАРОГЕНЕРАТОР

ПРЯМОТОЧНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПАРОГЕНЕРАТОР
Полезная модель относится к теплообменному оборудованию, в частности к парогенераторам, а точнее к парогенераторам ядерных энергетических установок. Полезная модель может быть использована в качестве теплообменника.
Известен кожухотрубный теплообменник, выполненный из нескольких соединённых последовательно камер, разделённых трубными досками, в которых выполнены отверстия. В одних из них смонтирована труба для подхода снизу вверх подогреваемой среды, а другие отверстия предназначены для прохода сверху вниз из одной камеры в другую греющей межтрубной среды (Патент РФ №2097670, F28D 7/10, F28F 9/02, публ. 1997).
При применении этого теплообменника обеспечивается достаточно полное использование тепла охлаждаемой среды, но интенсивность теплообмена в нём низка и использование его в качестве парогенератора нецелесообразно.
Паиболее близким к предлагаемой полезной модели является вертикальный прямоточный парогенератор, содержащий закреплённые в его трубных досках теплообменные элементы типа труба в трубе, патрубок подвода греющей среды сверху одновременно в межтрубное пространство и во внутренние трубы, патрубок подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости между наружными и внутренними трубами, патрубки отвода греющей среды и пара. В трубных досках, прилегающих к межтрубному пространству, выполнены отверстия, расположенные между отверстиями для крепления наружных труб и сообщающие образованные в межтрубном пространстве каналы между наружными трубами с коллекторами для подвода и отвода греющей среды, причём внутренние трубы сообщены с этими же коллекторами, а кольцевые полости - с коллекторами для подвода рабочей среды и отвода пара. Каналы для межтрубной среды образованы стенками наружных труб и продольными наружными рёбрами, выполненными отдельными разнесёнными между собой з астками с винтовыми искривлениями на нижних концах (Заявка № 98106689 от 13.04.98 г. на «Прямоточный вертикальный парогенератор, выдачное решение от 9.04.1999).
В данном парогенераторе не обеспечивается равномерное поступление греющей среды во множество каналов межтрубного пространства из коллектора подвода греющей среды через отверстия в трубной доске, имеющие небольшое проходное сечение, вследствие того, что они размещены между отверстиями для крепления наружных труб. В отверстия, прилегающие к входному патрубку, греющей среды поступает больше, чем в отверстия, удалённые от этого патрубка.
МПКР28В7/10
теплоносителя в каналах межтрубной среды и обтекания наружных труб поперечными потоками греющей среды.
Для решения поставленной задачи в прямоточном вертикальном парогенераторе, содержащем закреплённые в его трубных досках теплообменные элементы типа труба в трубе, патрубок подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости между наружными и внутренними трубами, патрубки отвода пара и греющей среды, патрубок подвода греющей среды сверху одновременно во внутренние трубы и каналы, образованные в межтрубном пространстве, через отверстия в трубных досках, прилегающих к межтрубному пространству, теплообменные элементы размещень: рядами и сгруппированы с образованием центральных каналов в каждой группе, а отверстия в трубных досках выполнены соосно этим каналам. Ряды теплообменньвс элементов в группах выполнены в виде концентричных колец, а в трубных досках выполнены дополнительные отверстия, соосные каналам, образованным между примыкающими группами теплообменных элементов. Количество рядов в каждой из групп составляет от 2 до 8, причём теплообменные элементы в рядах размещены с образованием общих проходов между элементами разных рядов. Соосно отверстиям в трубных досках между досками вертикально смонтированы стержни, образующие с рядами теплообменных элементов каналы с плавно изменяющимся по высоте каналов проходным сечением. Стержни выполнены с плавно изменяющимся конфузорно-дифузорным профилем в виде чередующихся участков. Стержни, как вариант, выполнены с жёстко смонтированными на них и плотно примыкающими друг к другу воронками, образующими плавно изменяющийся конфузорно-дифузорным профиль. Выступы на одних стержнях совпадают по высоте с впадинами на смежных стержнях. Гидравлические сопротивления на выходах из межтрубных каналов на 3-5% больше гидравлических сопротивлений на входах в них.
Размещение теплообменных элементов рядами с образованием групп и центрального канала в каждой группе, а так же выполнение отверстий в трубных досках соосно этим каналам даёт возможность в несколько раз уменьшить количество отверстий в трубных досках и увеличить их проходные сечения. При этом обеспечивается возможность организовывать направленные потоки греющей среды в подводящем коллекторе путём изготовления трубной доски с рёбрами и козырьками в зонах отверстий.
Выполнение рядов теплообменных элементов в группах в виде концентричных колец и выполнение в трубных досках дополнительных отверстий, соосных каналам, образованным между примыкающими группами теплообменных элементов обеспечивает повышение эффективности нагрева наружных труб и парообразования в кольцевых полостях между наружными и внутренними трубами.
При увеличении плотности и вязкости, а так же при снижении давления подачи количество рядов выбирается минимальным, при изменении этих условий наоборот - близким к максимальному.
При применении стержней, изменяющих гидравлическое сопротивление потока по высоте канала количество рядов увеличивается.
Увеличение гидравлического сопротивления на выходе из межтрубных каналов до 5% создаёт подпор в подводящем коллекторе и более равномерное распределение греющего теплоносителя по отверстиям трубной доски.
Па фиг.1 изображён прямоточный вертикальный парогенератор, на фиг. 2 - узел I на фиг. 1, на фиг. 3 - вид по А на фиг. 2, на фиг. 4 - стержень, устанавливаемый в каналах, на фиг. 5 - вариант выполнения стержня.
Парогенератор содержит корпус 1 с трубными досками 2 и 3 и закреплённые в досках теплообменные элементы 4 типа труба в трубе. Корпус 1 снабжён патрубком 5 подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости 6 между наружными трубами 7 и внутренними трубами 8, патрубком 9 отвода пара и патрубками 10 и 11 подвода греющей среды и её отвода. Трубы 7 снабжены снаружи винтовым оребрением (на чертеже не показано). Греющая среда через коллектор 12 подводится сверху одновременно во внутренние трубы 8 и каналы , образованные в межтрубном пространстве 13, через отверстия 14 в трубных досках 2, прилегающих к межтрубному пространству.
Элементы 4 размещены рядами 15, оформленными в группы 16, с образованием в центре каждой группы каналов 17. Отверстия 14 в досках 2 выполнены соосно каналам 17.
Ряды 15 элементов 4, как вариант смонтированы в виде концентричных колец 18, а в досках 2 выполнены дополнительные отверстия 19, соосные каналам 20, образованным между примыкающими группами 16 из кольцевых рядов 18.
Количество рядов 15 в каждой из групп 16 составляет от 2 до 8, причём теплообменные элементы 4 в рядах 15 размещены с образованием общих проходов 21 между элементами разных рядов. Па верхней поверхности верхней трубной доски 2 выполнены рёбра и козырьки с той же стороны у отверстий 14 и 19 для направления греющей среды в эти отверстия (на чертеже не показаны).
Соосно отверстиям 14 в трубных досках 2 между этими досками вертикально смонтированы стержни 22, создающие с рядами 15 теплообменных элементов 4 каналы 23 с плавно изменяющимся по высоте каналов проходным сечением. Стержни 22 выполнены с плавно изменяющимся конфузорно-дифузорным профилем в виде чередующихся участков 24. Как вариант, плавно изменяющийся конфузорно-дифузорный профиль стержней выполнен за счёт жёстко смонтированных на них и плотно примыкающих друг к другу воронок 25.
Стержни 22 в смежных каналах 17 смонтированы таким образом, что выстуны 26 одних стержней совпадают по высоте с внадинами 27 соседних стержней.
Каналы 17 и 20 на входе имеют большее проходное сечение, чем на выходе из них, так что гидравлическое сопротивление на выходе из них на 3-5% больше, чем на входе в каналы. В части каналов 17 стержни 22 не монтируются.
Под нижней доской 2 образован коллектор 28 для сбора греющей среды, прошедшей через каналы 17, 23 и 20 и внутренние трубы 8 и отвода её из парогенератора через патрубок 11. Коллектор 29 предназначен для распределения рабочей среды, подводимой через патрубок 5, по кольцевым полостям 6, а коллектор 30 - для отвода пара, поступаюш;его из полостей 6 и отвода его из парогенератора через патрубок 9. Коллекторы 29 и 30 расположены за трубными досками 3.
Парогенератор работает следуюш;им образом.
Греюш;ая среда через патрубок 10, через коллектор 12 и отверстия 14 и 19 в трубной доске 2 подаётся в каналы 17, 23 и 20. Одновременно она поступает в полости внутренних труб 8. Среда, проходяш;ая по каналам 17, 23 и 20 нагревает стенки труб 7. Причём винтовое оребрение труб 7 и конфузорно-дифузорный профиль стержней 22 обеспечивают интенсивное перемешивание греюш;ей среды. Среда, проходяш;ая по трубам 8, нагревает их. Греюш;ая среда, прошедшая через парогенератор, отводится из него через коллектор 28 и патрубок 11.
Рабочая среда подаётся через патрубок 5, коллектор 29 в кольцевые полости 6 между трубами 7 и 8 и последовательно подогревается и испаряется, интенсивно охлаждая трубы 7 и 8. Пар в верхней части парогенератора в зоне ввода греюп1;ей среды перегревается и отводится через коллектор 30 и патрубок 9.
При применении предложенного парогенератора обеспечивается:
-интенсивный нагрев рабочей среды в кольцевых каналах через стенки внутренних и наружных труб за счёт движения греюш;ей среды с большой скоростью во внутренних трубах и турбулентного движения её в межтрубном пространстве;
-интенсивное перемешивание греющей среды в межтрубном пространстве;
-повышение эффективности использования парогенератора за счёт более равномерного распределения греющего теплоносителя в каналах межтрубной среды и обтекания наружных труб поперечными потоками греющей среды.
Авторы-заявители:
С.М. Дмитриев А.А Абрамов В.И Калентьев