РАЗДАЮЩАЯ КАМЕРА
DISTRIBUTION CHAMBER

Изобретение относится к гидродинамике и может быть использовано в раздающих коллекторных системах устройств.
Известна раздающая камера, содержащая корпус и днище, центральную подводящую трубу, ступень на корпусе, трубную доску и дросселирующую решетку перед ней, установленные в кольцевом канале, образованном подводящей трубой и корпусом [Митенков Ф.М., Головко В.Ф., Ушаков П.А. и др. Проектирование теплообменных аппаратов АЭС. Под общей ред. Ф.М. Митенкова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - С.55-58].
Недостатком известного устройства является то, что в его проточной части используют дополнительный конструктивный элемент - дросселирующую решетку, которая усложняет конструкцию проточной части устройства и не позволяет в полной мере обеспечить необходимое распределение скорости (расхода) на выходе из раздающей камеры.
Известна раздающая камера, содержащая корпус и днище, центральную подводящую трубу, ступень на корпусе, трубную доску и систему направляющих устройств, установленную в раздающей камере [Митенков Ф.М., Головко В.Ф., Ушаков П.А. и др. Проектирование теплообменных аппаратов АЭС. Под общей ред. Ф.М.Митенкова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - С.55-58].
Недостатком известного устройства является то, что в его проточной части используют дополнительный конструктивный элемент - систему направляющих устройств, которая усложняет конструкцию проточной части устройства и не позволяет в полной мере обеспечить необходимое распределение скорости (расхода) на выходе из раздающей камеры.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, обеспечение необходимого распределения скорости рабочей среды на выходе из раздающей камеры без использования дополнительных конструктивных элементов.
Указанные технические решения не имеют непосредственного отношения к заявленному техническому решению, так как они представляют собой цилиндрические системы, а заявленное техническое решение - плоскую систему.
Для исключения указанных недостатков в раздающей камере ограниченной снаружи корпусом и днищем предлагается:
- центральный подводящий канал и два боковых отводящих канала соединить между собой через зазоры между днищем и торцевыми частями внутренних стенок;
- корпус образовать двумя наружными стенками;
- в каждом боковом отводящем канале параллельно стенкам корпуса с зазором по отношению друг другу установить систему пластин, образующую каналы для прохода рабочей среды;
- центральный подводящий канал отделить от боковых отводящих каналов внутренними стенками, ориентированными вдоль стенок корпуса;
- наружные и внутренние стенки, днище и систему пластин установить вертикально и выполнить из плоских пластин;
- коэффициент пористости системы пластин обеспечить в диапазоне от 0,3 до 0,8;
- соотношения размеров раздающей камеры обеспечить с учетом взаимосвязей: во-первых, высоты раздающей камеры и ширины центрального подводящего канала; во-вторых, высоты входа в нее и ширины центрального подводящего канала; в-третьих, высоты раздающей камеры, высоты входа в нее и ширины центрального подводящего канала; в-четвертых, полуширины нижней части корпуса, ширины центрального подводящего канала, высоты раздающей камеры и высоты входа в нее и ширины наружной части центрального подводящего канала; в-пятых, расстояния от днища до ступени на корпусе соответственно с высотой раздающей камеры и с шириной центрального подводящего канала, полушириной нижней части корпуса и высотой входа в раздающую камеру и в-шестых, полуширины нижней части корпуса, ширины центрального подводящего канала и высоты входа в раздающую камеру;
- размеры проточной части раздающей камеры связать с ее гидродинамическими характеристиками соотношением, учитывающим средние скорости рабочей среды в канале системы пластин и в каналах системы пластин, полуширину верхней части корпуса, ширину наружной части центрального подводящего канала, текущую полуширину системы пластин, три эмпирические коэффициента и ширину падающей на систему пластин струи рабочей среды.
В частных случаях выполнения раздающей камеры предлагается следующее: во-первых, при одном сочетании высоты раздающей камеры, расстояния от днища до ступени на корпусе и полуширины верхней и нижней частей корпуса в соотношении, определяющем взаимосвязь размеров проточной части раздающей камеры и ее гидродинамическими характеристиками, ширину падающей на систему пластин струи рабочей среды рассчитывать по соотношению, учитывающему полуширину нижней и верхней частей корпуса, ширину центрального подводящего канала, высоту раздающей камеры и высоту входа в нее.
Во-вторых, при другом сочетании высоты раздающей камеры, расстояния от днища до ступени на корпусе и полуширины верхней и нижней частей корпуса в соотношении, определяющем взаимосвязь размеров проточной части раздающей камеры и ее гидродинамическими характеристиками, ширину падающей на систему пластин струи рабочей среды рассчитывать по соотношению, учитывающему высоту раздающей камеры и высоту входа в нее, расстояние от днища до ступени на корпусе, полуширину нижней части корпуса и ширину центрального подводящего канала.
В-третьих, при двух сочетаниях высоты раздающей камеры и высоты входа в нее, ширины центрального подводящего канала и полуширины нижней части корпуса в соотношении, определяющем взаимосвязь размеров проточной части раздающей камеры и ее гидродинамическими характеристиками, использовать по три постоянных эмпирических коэффициента.
В-четвертых, при третьем сочетании высоты раздающей камеры и высоты входа в нее, ширины центрального подводящего канала и полуширины нижней части корпуса в соотношении, определяющем взаимосвязь размеров проточной части раздающей камеры с ее гидродинамическими характеристиками, использовать два постоянных эмпирических коэффициента и эмпирический коэффициент, зависящий от текущей полуширины системы пластин, ширины наружной части центрального подводящего канала и полуширины верхней части корпуса.
Вид сверху на один из вариантов исполнения раздающей камеры представлен на фигуре, на которой приняты следующие обозначения: 1 - боковой отводящий канал; 2 - внутренняя стенка; 3 - днище; 4 - канал системы пластин; 5 - наружная стенка; 6 -раздающая камера; 7 - система пластин; 8 - ступень; 9 - центральный подводящий канал.
Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.
Раздающая камера 6 ограничена снаружи корпусом и днищем 3 и соединяет между собой центральный подводящий канал 9 и два боковых отводящих канала 1 через зазоры между днищем 3 и торцевыми частями внутренних стенок 2.
Корпус образован двумя наружными стенками 5.
В каждом боковом отводящем канале 1 параллельно стенкам корпуса с зазором по отношению друг к другу установлена система пластин 7, образующая каналы 4 для прохода рабочей среды через систему пластин 7.
Центральный подводящий канал 9 отделен от боковых отводящих каналов 1 внутренними стенками 2, ориентированными вдоль стенок корпуса.
Наружные 5 и внутренние 2 стенки, днище 3 и система пластин 7 установлены вертикально и выполнены из плоских пластин.
Коэффициент пористости системы пластин соответствует диапазону от 0,3 до 0,8. Соотношения размеров раздающей камеры 6 соответствуют условиям:
<mrow><mn>0,5</mn><mo>≺</mo><mi>H</mi><mo>/</mo><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>≤</mo><mn>2,1,</mn><mtext>                                                                                         (1)</mtext></mrow>
<mrow><mn>0,5</mn><mo>≺</mo><mi>h</mi><mo>/</mo><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>≤</mo><mn>1,3,</mn><mtext>                                                                                           (2)</mtext></mrow>
<mrow><mn>0</mn><mo>≺</mo><mi>H</mi><mo>−</mo><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub><mo>≤</mo><mn>0,8,</mn><mtext>                                                                                         (3)</mtext></mrow>
<mrow><mn>0,86</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,21</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,09</mn><mi>h</mi><mo>−</mo><mn>0,21</mn><mi>H</mi><mo>−</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo>≻</mo><mn>0,</mn><mtext>                                              (4)</mtext></mrow>
<mrow><mn>0,27</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,18</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,11</mn><mi>h</mi><mo>≺</mo><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub><mo>≺</mo><mi>H</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                 (5)</mtext></mrow>
<mrow><mn>0,82</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,68</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,29</mn><mi>h</mi><mo>≺</mo><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub><mo>≻</mo><mn>0,</mn><mtext>                                                                (6)</mtext></mrow>
0
1
0
0
где Н - высота раздающей камеры 6, м; l - ширина центрального подводящего канала 9, м; h - высота входа в раздающую камеру 6, м; l - полуширина нижней части корпуса, м; L - ширина наружной части центрального подводящего канала 9, м; h - расстояние от днища 3 до ступени 8 на корпусе, м.
Размеры проточной части раздающей камеры 6 связаны с ее гидродинамическими характеристиками следующим соотношением
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>u</mi><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>−</mo><mn>1,58</mn><mo>+</mo><mn>0,67</mn><msub><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>˜</mo></mover><mi>м</mi></msub><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>exp</mi><mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mi>b</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>l</mi><mi>b</mi></msub><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>l</mi><mo>−</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>l</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1,58</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>1,06</mn><msub><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>˜</mo></mover><mi>м</mi></msub><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>−</mo><msup><mrow><mn>1</mn><mo>〉</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>+</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mo>…</mo><mi>A</mi><mo>=</mo><mn>0</mn><mtext>                                                                                                      (7)</mtext></mtd></mtr></mtable>
где u - средняя скорость рабочей среды в канале 4 системы пластин, 7 м/с;
<mover accent="true"><mi>u</mi><mo>˜</mo></mover>
- средняя скорость рабочей среды в каналах 4 системы пластин 7, м/с;
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>˜</mo></mover><mi>м</mi></msub><mo>=</mo><mn>0,20</mn><msup><mi>L</mi><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mn>0,88</mn></mrow>
2
0
1
b
- максимальная относительная средняя скорость рабочей среды в каналах 4 системы пластин 7 в целом; L - ширина падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды, м; l - полуширина верхней части корпуса, м; L - ширина наружной части центрального подводящего канала 9, м; b - эмпирический коэффициент; l - эмпирический коэффициент; l - текущая полуширина системы пластин, м; А - эмпирический коэффициент.
Для частных случаев исполнения раздающей камеры 6 характерно следующее.
Во-первых, при соотношении размеров проточной части раздающей камеры 6, отвечающем условию
<mrow><mn>0,21</mn><mo stretchy="false">(</mo><mi>H</mi><mo>−</mo><mi>h</mi><mmultiscripts><mo stretchy="false">)</mo><mprescripts /><mn>0</mn><none /></mmultiscripts><mo>−</mo><msub><mi>l</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>≥</mo><mn>0,</mn><mtext>                                                                             (8)</mtext></mrow>
0
где Н - высота раздающей камеры 6, м; h - расстояние от днища 3 до ступени 8 на
2
1
корпусе, м; l - полуширина верхней части корпуса, м; l - полуширина нижней части корпуса, м;
ширину падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды определяют по соотношению:
<mrow><mtext>L</mtext><mo>=</mo><msub><mtext>l</mtext><mtext>2</mtext></msub><mtext> -0</mtext><msub><mrow><mtext>,86l</mtext></mrow><mtext>1</mtext></msub><mo>+</mo><mtext>0</mtext><msub><mrow><mtext>,21l</mtext></mrow><mtext>0</mtext></msub><mo>+</mo><mtext>0</mtext><mtext>,09h</mtext><mo>+</mo><mtext>0</mtext><mtext>,21H</mtext><mtext>,                                                     (9)</mtext></mrow>
2
0
1
где L - ширина падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды, м; l - полуширина верхней части корпуса, м; l - ширина центрального подводящего канала 9,м; l - полуширина нижней части корпуса, м; h - высота входа в раздающую камеру 6, м; h - высота раздающей камеры 6, м.
Во-вторых, при соотношении размеров проточной части раздающей камеры, отвечающем условию
<mrow><mn>0,21</mn><mo stretchy="false">(</mo><mi>H</mi><mo>−</mo><mi>h</mi><mmultiscripts><mo stretchy="false">)</mo><mprescripts /><mn>0</mn><none /></mmultiscripts><mo>−</mo><msub><mi>l</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>≺</mo><mn>0,</mn><mtext>                                                                             (10)</mtext></mrow>
2
1
где H - высота раздающей камеры 6, м; h - расстояние от днища 3 до ступени 8 на корпусе, м; l - полуширина верхней части корпуса, м.; l - полуширина нижней части корпуса, м;
ширину падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды определяют по соотношению:
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mn>0,42</mn><mi>H</mi><mo>−</mo><mn>0,21</mn><msub><mi>h</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,41</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,21</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,09</mn><mi>h</mi><mo>,</mo><mtext>                                                 (11)</mtext></mrow>
0
1
0
где L - ширина падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды, м; Н - высота раздающей камеры 6, м; h - расстояние от днища 3 до ступени 8 на корпусе, м; l - полуширина нижней части корпуса, м; l - ширина центрального подводящего канала 9, м и h - высота входа в раздающую камеру 6, м.
В-третьих, в раздающих камерах 6 с соотношениями размеров, отвечающих условиям
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>H</mi><mo>−</mo><mn>0,27</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,18</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,11</mn><mi>h</mi><mo stretchy="false">)</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,27</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,18</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,11</mn><mi>h</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>≻</mo><mn>1,4,</mn><mtext>                         (12)</mtext></mrow>
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>H</mi><mo>−</mo><mn>0,27</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,18</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,11</mn><mi>h</mi><mo stretchy="false">)</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,27</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,18</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,11</mn><mi>h</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>≺</mo><mn>6,</mn><mtext>                           (13)</mtext></mrow>
0
1
где H - высота раздающей камеры 6, м; l - ширина центрального подводящего канала 9, м; l - полуширина нижней части корпуса, м и h - высота входа в раздающую камеру 6, м;
эмпирические коэффициенты в соотношении (7) равны
1
b
b=4,4; l=0,87 и А=0,
1
b
где b - эмпирический коэффициент; l - эмпирический коэффициент; А - эмпирический коэффициент.
В-четвертых, в раздающей камере 6 с соотношением размеров проточной части, отвечающим условию
<mrow><mn>0,6</mn><mo>≤</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>H</mi><mo>−</mo><mn>0,27</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,18</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,11</mn><mi>h</mi><mo stretchy="false">)</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,27</mn><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,18</mn><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,11</mn><mi>h</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>≤</mo><mn>1,4,</mn><mtext>                 (14)</mtext></mrow>
0
1
где H - высота раздающей камеры 6, м; l - ширина центрального подводящего канала 9, м; l - полуширина нижней части корпуса, м и h - высота входа в раздающую камеру 6, м;
эмпирические коэффициенты в соотношении (7) равны
<mrow><msub><mi>b</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>9</mn><mo>;</mo><msub><mi>l</mi><mi>b</mi></msub><mo>=</mo><mn>0,72</mn><mtext> и A</mtext><mo>=</mo><msup><mrow><mo>〈</mo><msup><mrow><mi>exp</mi></mrow><mrow><msup><mrow><msup><mrow /><mrow><msup><mrow /><mrow><mn>75</mn></mrow></msup></mrow></msup></mrow><mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><mn>0,87</mn><mo>−</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>l</mi><mo>−</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>l</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msup><mo>−</mo><mn>0,08</mn><mo>〉</mo></mrow><mrow><mtext>-1</mtext></mrow></msup><mtext>,</mtext></mrow>
1
b
0
2
где b - эмпирический коэффициент; l - эмпирический коэффициент; А - эмпирический коэффициент; l - текущая полуширина системы пластин 7, м; L - ширина наружной части центрального подводящего канала 9, м и l - полуширина верхней части корпуса, м.
Использованные в соотношениях (1÷14) обозначения конструктивных элементов раздающей камеры 6 представлены на фигуре.
Соотношения по определению гидродинамических неравномерностей на выходе из осесимметричной раздающей камеры 6 разработаны с учетом закона сохранения массы в предположении о постоянстве теплофизических свойств рабочей среды и струйном характере ее течения.
При выводе расчетных соотношений приняты следующие предположения.
При движении плоских полузатопленных струй вдоль части днища 3, расположенной после участка их стабилизации, и вдоль корпуса происходит увеличение площади их поперечного сечения, сопровождающееся уменьшением скорости рабочей среды в ней. Плоские полузатопленные струи в районе ступени 8 на корпусе преобразуются в соответствующие свободные полузатопленные струи.
Угол одностороннего расширения затопленных и полузатопленных струй составляет 12°.
Соотношение (4) соответствует условию попадания внутренней боковой поверхности струй на систему пластин 7, соотношение (5) определяет взаимное положение системы пластин 7, ступени 8 на корпусе и места формирования в результате поворота полузатопленной струи на нижней части корпуса, а соотношение (6) соответствует условию движения плоской полузатопленной струи вдоль средней части днища 3.
Течение рабочей среды в проточной части раздающей камеры 6 осуществляется следующим образом.
Вышедшая из центрального подводящего канала 9 во входную часть раздающей камеры 6 струя рабочей среды в результате поворота на днище 3 делится во входной части раздающей камеры 6 на две части. Каждая из образовавшихся частей рабочей среды после участков стабилизации преобразуется в плоские полузатопленные струи, движущиеся от центра днища 3 на его периферию. Указанные струи изменяют направление движения в нижней части корпуса и после прохождения ступени 8 на нем преобразуются в плоские затопленные струи. При попадании струй на систему пластин 7 одна часть потока рабочей среды входит в каналы 4 системы пластин 7, расположенные в месте встречи струи, другая часть потока растекается вдоль системы пластин 7 с изменением расхода по пути. Затем рабочая среда проходит каналы 4 системы пластин 7 и выходит в соответствующие боковые отводящие каналы 1.
Пример конкретного выполнения раздающей камеры
0
0
0
0
1
0
2
0
0
0
0
0
4
<mrow><mi>u</mi><msup><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>
Раздающая камера 6 имеет следующие соотношения размеров: (Н-h)/ l=0,38; h/l0=0,97; H/l=1,35; L /l=1,03; l/l=2,83; l/l=2,83; L/l=1,03 и h/l=0,94. В каждой из двух частей системы пластин 7 по 6 каналов 4. Коэффициент пористости системы пластин 7 (ε) равен 0,5. При этом число Рейнольдса в центральном подводящем канале 1 равно 3,7·10. Сопоставление результатов расчета по соотношению (7) с опытными данными, полученными для указанной конструкции раздающей камеры 6, показало, что отличие относительной скорости
в соответствующих каналах 4 системы пластин 7 не превышает ±12%.
Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей устройства при обеспечении заданной гидродинамической неравномерности на выходе из раздающей камеры 6 и упрощении ее конструкции.