КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР ВОДОТРУБНЫЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ С УМЕНЬШЕННЫМ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

Заявленная полезная модель относится к области котлостроения и может быть использована при изготовлении водотрубных котлов-утилизаторов.
Известна конструкция водотрубного котла-утилизатора типа «Ла-Монт» [Корнилов Э.В. Вспомогательные и утилизационные котлы морских судов: учебное пособие / Э.В. Корнилов, В.Н. Афанащенко, П.В. Бойко. - Одесса: Феникс, 2004. - 167 с.], состоящая из вертикального корпуса, трубной системы в виде набора теплообменных секций, обводного канала с газовой заслонкой и соосных входного диффузорного и выходного цилиндрического газовых патрубков. Конструкция котла-утилизатора, размещаемого вертикально в газовыпускной шахте судна, имеет выходную газовую камеру, создающую значительное газодинамическое сопротивление из-за резкого сужения потока.
Известна конструкция водотрубного котла-утилизатора UNEX G (Енин В.И. Судовые котельные установки: учебное пособие / В.И. Енин, Н.И. Денисенко, И.И. Костылев. - М.: Транспорт, 1993. - 216 с.), состоящая из вертикального корпуса с расширяющимся входным и сужающимся выходным соосными газовыми участками и из набора теплообменных секций. Конструкция лишена обводного газового канала, что вызывает необходимость в установке отдельной байпасной ветки газохода и, тем самым, увеличивает массогабаритные показатели всей теплоутилизационной установки в целом.
Наиболее близкой к представленному техническому решению является конструкция водотрубного горизонтального котла-утилизатора по патенту на полезную модель №RU 189923 U1 кл. F24H 1/12, содержащая теплообменную и проточную (байпасную) части в едином горизонтальном корпусе, включающем теплообменную секцию, горизонтальную перегородку с регулирующим органом, входной диффузорный и выходной цилиндрический соосные газовые патрубки. Данное техническое решение также имеет недостатки. Резкое сужение проточного канала в выходном участке аппарата приводит к значительным потерям давления. Этот факт подтвержден численными экспериментами, описанными в работе: Шураев О.П. Исследование полей скорости и температуры в каналах котла-утилизатора методом численного моделирования / О.П. Шураев, Д.И. Бевза, С.Н. Валиулин - Вестник АГТУ. Сер.: Морская техника и технология, 2016. №3 - С. 49-56.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, - снижение газодинамического сопротивления и упорядочение потока газа в зоне выходного газового патрубка горизонтального водотрубного котла-утилизатора.
Указанная задача решается тем, что в предлагаемом водотрубном горизонтальном котле-утилизаторе выходной газовый патрубок, соосный с входным газовым патрубком, выполнен в форме прямолинейного конфузора, сужающегося до диаметра газохода за патрубком под углом в диапазоне от 10 до 40 градусов.
На фигуре 1 представлен эскиз конструкции горизонтального водотрубного котла-утилизатора в продольном сечении и обозначены выходной конфузорный газовый патрубок 6 и прочие основные элементы и рабочие области котла-утилизатора: 1 - входной газовый патрубок, 2 - проточный газовый канал подвода теплоносителя, 3 - заслонка с перегородкой, 4 - теплообменная секция, 5 - проточный газовый канал отвода теплоносителя, 7 - корпус проточно-обводной части аппарата, 8 - корпус теплообменной части аппарата.
Устройство выходного газового патрубка 6, соосного с входным газовым патрубком 1, выполненного в форме прямолинейного конфузора, сужающегося до диаметра газохода за патрубком под углом в диапазоне от 10 до 40 градусов, позволяет снизить газодинамическое сопротивление аппарата, вызванное внезапным сужением в выходном участке проточного газового канала отвода теплоносителя 5, и способствует более равномерному движению газов в указанной зоне благодаря увеличению проходного сечения у основания выходного газового патрубка и сокращению области остывшего возвратного течения, формируемого у задней стенки корпуса 7 и движущегося вдоль перегородки 3 в противоток оттесняемому к верхней стенке корпуса 7 основному потоку.
Горизонтальный водотрубный котел-утилизатор с уменьшенным газодинамическим сопротивлением работает следующим образом. Греющий теплоноситель (например, отработавшие газы двигателя), попадая во внутреннюю полость котла-утилизатора через входной газовый патрубок 1, движется через проточный газовый канал подвода теплоносителя 2, формируемый корпусом проточно-обводной части аппарата 7, заслонкой и перегородкой 3, к теплообменной секции 4, размещаемой в корпусе теплообменной части аппарата 8. Пройдя теплообменную секцию 4, греющий теплоноситель направляется через проточный газовый канал отвода теплоносителя 5 к выходному патрубку 6. Выходной патрубок 6 в форме прямолинейного конфузора собирает у своего основания большую часть потока греющего теплоносителя и способствует его безотрывному перетеканию в выходной патрубок и, далее, в газоход. При этом минимизируется вихреобразование, вызванное обратным потоком, отраженным от задней стенки котла-утилизатора, что способствует снижению газодинамического сопротивления на указанном участке.
Таким образом, техническое решение, реализованное в заявляемой полезной модели в виде конфузорного выходного газового патрубка, сужающегося с большего диаметра у основания до диаметра газохода за патрубком, способствует улучшению газодинамических показателей горизонтального водотрубного котла-утилизатора.