ПАРОВОДЯНОЙ ТЕПЛООБМЕННИК

ПАРОВОДЯНОЙ ТЕПЛООБМЕННИК
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для предварительного нагрева воды в пароводяных контурах тепловых и атомных электростанций (ТЭС и АЭС).
В настоящее время является общепринятым, что вода, подаваемая в котел ТЭС либо в парогенератор АЭС, должна быть предварительно нагрета, и наиболее эффективное решение данной проблемы заключается в подогреве воды теплом отводимого из турбины отработанного пара. Традиционным стал двухступенчатый подогрев воды - в подогревателях низкого и высокого давления. Однако именно подогреватель высокого давления должен обеспечить эффективный теплообмен при экстремальных давлениях воды, а оптимизация его конструкции до сих пор представляет собой проблему, требующую надежного решения.
Из патентной публикации RU 2147102C1, опубл. 27.03.2000, F22D 1/32 известен пароводяной теплообменник, содержащий входной и выходной коллекторы, размещенные в единой цилиндрической емкости с перегородкой и снабженные патрубками для ввода и выводы воды. Верхний торец емкости представляет собой трубную доску, на которой установлено множество трубок, соединяющих входной и выходной коллекторы с промежуточным коллектором, расположенным над ними, при этом промежуточный коллектор имеет цилиндрическую форму и снабжен трубной доской.
Трубки заключены в герметичный корпус, в который подается пар, отдающий свое тепло воде, текущей в трубках. Для эффективного теплообмена при ограничении вертикального габарита теплообменника используется большое количество трубок, а значит, присущими известному теплообменнику свойствами являются значительная площадь трубных досок и вертикальных стенок коллекторов. Поскольку усилие на трубные доски и
другие стенки коллекторов при заданном давлении воды пропорционально площади их поверхностей, то в известном теплообменнике оно значительно, а указанные элементы выполняются из толстого слоя металла в целях обеспечения повышенной прочности. Особенно массивными выполняются трубные доски, так как элементы с плоскими поверхностями воспринимают распределенную нагрузку хуже элементов, имеющих цилиндрическую поверхность.
Таким образом, недостатком известного теплообменника являются значительные массогабаритные характеристики, приводящие к излишним затратам металла и затрудняющие его транспортировку и монтаж. Кроме того, имеются и технологические сложности по выполнению трубной доски большой толщины и закреплению на ней трубок.
Данная проблема нашла свое отражение в пароводяном теплообменнике, раскрытом в публикации RU 2226663C2, опубл. 27.11.2003, F28D 1/00. Для повышения прочности общей трубной доски входного и выходного коллекторов здесь было применено ребро жесткости, расположенное по диаметру трубной доски. Однако ребро жесткости уменьшает полезную площадь трубной доски, а значит, сокращает количество установленных трубок, что приводит к ухудшению теплообмена.
Наиболее близким по технической сущности, выбранным за прототип, является подогреватель воды известный из патента RU 2214560 С2, опубл. 20.10.2003, F22D 1/32. Данное устройство содержит размещенные вертикально входной и выходной коллекторы, выполненные со стенкой цилиндрической формы, перепускной коллектор, множество трубок для теплообмена в виде ширм, герметичный корпус с несколькими патрубками для входа пара, и отвода конденсата, а межтрубное пространство разделено на два или более объемов.
Задачей полезной модели является предложение конструкции пароводяного теплообменника, обеспечивающей существенное снижение его
массогабаритных характеристик при сохранении требуемой эффективности теплообменных процессов.
Для решения поставленной технической задачи предложен пароводяной теплообменник, включающий входной и выходной коллекторы воды, множество труб внутри герметичного корпуса с патрубками для ввода пара и отвода конденсата, отличающийся тем, множество трубок представляет собой множество П-образных трубок, радиально закрепленных одним концом на цилиндрической стенке входного коллектора, а другим концом - на цилиндрической стенке выходного коллектора, а входной и выходной коллекторы размещены горизонтально в герметичном корпусе, разделенном вертикальной перегородкой.
Технический результат полезной модели достигается за счет уменьшения толщины стенок входного и выходного коллекторов. Диаметр корпуса теплообменника уменьшается не только за счет разделения подъемного и опускного участков множества трубок в отдельные участки корпуса, но и за счет отсутствия в сечении корпуса площади, не заполненной теплообменной поверхностью. В прототипе только часть сечения корпуса занята коллекторами, кроме того, применение ширмовой поверхности теплообмена не позволяет эффективно заполнить оставшуюся площадь сечения. Применение множества П-образных трубок, радиально закрепленных одним концом в цилиндрической стенке входного коллектора, а другим концом - на цилиндрической стенке выходного коллектора позволяет максимально заполнить объем корпуса теплообменника, что дает возможность изготавливать его с меньшим диаметром. С уменьшением диаметра корпуса уменьшается площадь корпуса, значит, снижается нагрузка на стенки корпуса, что позволяет выполнять их значительно меньшей толщины.
Металлоемкость коллекторов по сравнению с прототипом меньше и за счет выполнения теплообменника в одном корпусе с вертикальной
перегородкой: отсутствует промежуточный коллектор, достаточно одной торцевой стенки коллектора и днища с люком-лазом, в прототипе минимум три люка лаза и минимум 4 днища.
То, что межтрубное пространство представляет собой единый объем, также приводит к снижению металлоемкости из-за отсутствия промежуточных перегородок.
Еще одним отличием является то, что герметичный корпус выполнен П-образной формы.
Осуществление полезной модели будет показано на наилучшем примере ее использования, что не является ограничением охраняемых прав, и будет пояснено ссылками на фигуры:
Фиг. 1 - продольный разрез пароводяного теплообменника;
Фиг. 2 - поперечный разрез пароводяного теплообменника А-А.
Пароводяной теплообменник содержит входной коллектор 1 с патрубком для ввода воды 2 и цилиндрической стенкой 3, а также выходной коллектор 4 с патрубком для отвода воды 5 и цилиндрической стенкой 6. Ось цилиндрических стенок каждого из коллекторов расположена горизонтально. Теплообменник включает множество П-образных трубок 7, радиально закрепленных одним концом на цилиндрической стенке входного коллектора, а другим концом - на цилиндрической стенке выходного коллектора. Трубки заключены в герметичный корпус 8 с патрубками для ввода пара 9 и отвода конденсата 10, причем патрубок для ввода пара расположен в верхней части, а патрубок для отвода конденсата - в нижней части герметичного корпуса. В предпочтительном случае герметичный корпус имеет П-образную форму.
Торцевые стенки коллекторов 11 и 12 имеют сравнительно небольшую площадь и выполнены сферической формы, которая также характеризуется хорошей устойчивостью к внутреннему давлению. Входной и выходной коллекторы выполнены герметичном корпусе с вертикальной перегородкой 13.