Поверхностный теплообменник - SU1097859A1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к поверхностному теплообменнику, а именно к промежуточному пароперегревателю с горизонтально расположенным трубным пучком, представленным U-образными, так называемыми шпилькообразными трубками, где греющей средой является пар, который конденсируется внутри названных трубок и давление которого больше, чем давление пара, обтекающего снаружи поверхность этих трубок по направлению , перпендикулярному к их осям которому отдается теплота испарения.

До сих пор изготавливающиеся и применяющиеся поверхностные теплообменники этого типа находят свое применение в турбоагрегатах насыщенного пара, где они используются для промежуточного отделения водяных капель в предвключенном влагоотделительном устройстве.

Рабочий пар обтекает поверхность трубок снаружи чаще по направлению, перпендикулярному их продольным осям, и при этом течении обогревается. Давление греющего пара превыщает давление рабочего пара. Греющий пар подводится во входную паровую камеру трубного пучка, из которой он течет в трубки и, протекая по ним, отдает свое тепло рабочему пару.

Наружная поверхность пучка U-образных трубок представляет собой теплообменную поверхность. В процессе описанного теплообмена происходит постепенная конденсация греющего пара. Пр}1 шпилькообразной теплообменной поверхности концы трубок соединены с трубной доской, к которой примыкает с обратной стороны паровая камера с входным и выходным патрубками.

При конденсации пара внутри трубок возрастает в соответствии с отдачей тепла рабочему пару постепенно по длине трубки количество образовавщегося конденсата, заполняющего все большую и большую часть площади сечения трубки. Наоборот, имеющаяся в протекающей смеси вода - пар доля пара постепенно уменьшается, и к концу процесса конденсации происходит образование накоплений и закупорок из конденсата , которые содержат паровые пузыри.

Эта форма течения неустойчива, вследствие чего возникают пульсации давления и температуры внутри трубки, что ведет за собой эксплуатационно опасное повышенное напряжение в местах соединения трубки с трубной доской и скорую потерю герметичности соединения. Имеющийся перепад давления между впускным и выпускным патрубками паровойкамеры влияет на количество пара, которое входит в отдельные Y-образные трубки. При этом в результате большего температурного перепада внутри трубок, которые обтекаются снаружи еще холодным рабочим паром, греющий пар конденсируется скорее, чем в трубках, обтекаемых уже обогретым рабочим паром. В обтекаемых снаружи обогретым рабочим паром трубках может происходить обратное течение несконденсированного греющего пара во впускные отсеки трубок, обтекаемых холодным рабочим паром.

Кроме того, внутри данных трубок происходит накопление неконденсируемых (инертных ) газов и тем самым исключается часть поверхности данных трубок из теплообмена. В случае расположения у-образных тру бок в трубном пучке так, что обогреваемый рабочий пар течет перпендикулярно к их плоскостям, обе ветви каждой из U-образных трубок пучка, обтекаемые паром, имеют одинаковую температуру, поэтому темпера- тура стенок У-образных трубок в обеих ветвях практически одинакова и термическое напряжение от разности температур в отдельных ветвях исключено. Такое расположение трубного пучка ведет к значительной неравномерности распределения количества

0 греющего пара, сконденсированного по направлению течения рабочего пара в отдельных рядах.

Известен также вариант трубного пучка с плоскостями U-образных трубок, установленных параллельно направлению рабочего пара. Этот вариант дает более равномерное распределение греющего пара в отдельных рядах и меньшее количество неконденсируемого пара в отношении к количеству подводимого греющего пара. Имеющая0 ся между отдельными ветвями разность температур под действием температуры греющего пара может получить значительную величину , особенно в случае наружных U-образных трубок трубного пучка. При значительной длине прямых частей U-образных

трубок термические напряжения за счет разности температур в обеих ветвях U-образной-трубки могут иметь своим последствием деформации и дальнейщие повреждения U-образных трубок в трубном пучке.

Упомянутые выше недостатки существую щих решений могут быть минимизированы за счет применения поверхностного теплообменника с горизонтально установленным трубным пучком, в состав которого входит паровая камера, трубная доска и U-образ5 ные, так называемые шпилькообразные трубки , наружная .поверхность которых представляет .собой суммарную поверхность теплообмена с направляющим каналом. Преимущество этого теплообменника заключается в том, что его суммарная поверхность тепло обмена выполнена так, что она состоит из одного основного пучка U-образных трубок, трубки которого установлены по вертикальным плоскостям параллельно с продольной осью поверхностного теплообменника, и по

5 крайней мере из одного вспомогательного пучка U-образных трубок, трубки которого расположены в вертикальных плоскостях параллельно с продольной осью поверхностного теплообменника, поверхности теплообмена которых меньше поверхностей теплообмена основного пучка U-образных трубок. При этом суммарная поверхность теплообмена расположена в направляющем канале, который образован продольными стенами , расположенными вдоль боков обоих пучков U-образных трубок, и поперечными стенками, расположенными поперек продольных стен на обоих концах направляющего канала. Вспомогательный пучок U-образных трубок расположен под основным пучком U-рбразных трубок, трубки которого выходят из входного пространства паровой камеры и входят в выходное пространство паровой камеры, а U-образные трубки вспомогательного пучка выходят из входной камеры и входят во входную камеру паровой камеры.

Кроме того, входное пространство паровой камеры отделено от выходного пространства этой паровой камеры при помощи горизонтальной п.ерегородки и снабжено входным штуцером греющего пара. Выходное пространство паровой камеры отделено с помощью перегородки от входной и выходной камеры, соединено с входной камерой через переводной патрубок и снабжено конденсатоотводным штуцером и выравнивающим щтуцером. Выходная камера, отделенная от входной камеры с помощью вертикальной перегородки , снабжена конденсатоотводом и штуцеромдля вентиляции.

Преимуществом данного поверхностного теплообменника является возможность выбора количества подводимого греющего пара и длины U-образных трубок так, чтобы процесс конденсации во всех трубках основного пучка был прекращен перед появлением , неустойчивых форм течения. В выходном пространстве паровой камеры протекает процесс отделения полученного конденсата от несконденсированной доли греющего пара. Этот конденсат направляется в конденсатосборник , расположенный вне поверхностного теплообменника, несконденсированная доля греющего пара направляется из основного пучка U-образных трубок во входную камеру и во входные ветви вспомогательного пучка U-образных трубок. Здесь протекает процесс конденсации, как и в случае U-образных трубок основного пучка, но под давлением, которое снижено на потерю давления внутри основного пучка U-образных трубок. Доля несконденсированного греющего пара может быть отведена из выходной камеры в виде вентиляционного пара, или же в случае больших значений его конденсация может быть продолжена в добавочном вспомогательном пучке U-образных трубок, поверхность теплообмена которых уменьшена пропорционально количеству конденсирующего пара. Доля неконденсируемого греющего пара, отводимая из добавочного вспомогательного пара, в сопоставлении с количеством греющего пара, подводимого в основной пучок и-образных трубок, является незначительной, таким образом, тепло5 вые потерн такженезначительны.

Преимуществом данного поверхностного теплообменника является его бесперебойная эксплуатация благодаря исключению опасных для эксплуатации форм- течения двухфазной смеси вода/пар внутри всех U образных трубок. Постоянное количество вентиляционного пара при этом незначительно .

В основном пучке U-образных трубок,

5 который представляет собой существенную часть поверхности теплообмена поверхностного теплообменника, U-образг.ые трубкиустановлены в плоскостях, параллельных на правлению потока рабочего папа. Следовательно , этот пучок работает с ;;тносигсль о

0 малой неравномерностью распределения греющего пара в отдельных рядах U-образных трубок, а тем самым ) с (чть-.оснтельио малым количеством неконденсируемого пара. Следовательно, для конденсирования пара,

отводимого из основного пучка U-образных трубок, вспомогательная поверхность теплообмена , представляемая, например, только одним вспомогательным пучком U-образных трубок, вполне достаточна.

Вспомогательные пучки U-образных тру0 бок, которые включены перед основным пучком U-образных трубок по направлению потока обогреваемого рабочего пара, работают с большой разностью температур между греющим и рабочим паром. Поэтому в этой же части поверхностного теплообменника

5 рабочий пар обогревается быстро на малом, числе рядом и-образ 1ьг трубок, в результате чего значительно юних ается его обогрев в основном пучке U-образных трубок. Разность температур стенок в отдельных ветвях основного пучка и-образьых трубок, осо0 бенно крайних и-образиых трубок, за счет этой компоновки понизится до допустимых величин. В вспомогательных пучках U-образных трубок давление греюЕдего пара понизится на возникшую в основном пучке U5 образных трубок потерю давления. Так как вспомогательные пучки U-образных трубок приходят в соприкосновение с еще не обогретым рабочим паром, это понижение давления теряет свое практическое значение, если принять в расчет большую разность

0 температур обоих работающих паров. Наоборот , здесь подсос оказывает благоприятное влияние на долю исходящего из основного пучка V-образных трубок несконденсированного греющего пара. В вспомогательных пучках U-образные трубки установлены в плоскостях , перпендикулярных к направлению потока рабочего пара. Так как речь идет о весьма малом числе рядов U-образных трубок.

в большинстве случае не превышающем 1/7- 1/6 числа рядов в U-образных трубок основного пучка, количество несконденсированного пара в них, включая вентиляционный пар, мало по сравнению с количеством греющего пара, подводимого в основной пучок U-образных трубок. Преимуществом описанной компоновки U-образных трубок являются малые требования, предъявляемые к площади трубной доски, что особенно важно при двухступенчатом обогреве.

На фиг. 1 изображен поверхностный теп .лообменник, продольный осевой разрез; на фиг. 2 - паровая камера трубного пучка поверхностного теплообменника, поперечный разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображен корпус поверхностного теплообменника, поперечный разрез по Б-Б на фиг. 1.

Согласно фиг. 1, с одной стороны, в корпусе 1 поверхностного теплообменника установлен трубный пучок 2, СОСТОЯЩИЙ из основного пучка 5 U-образных трубок 7, вспомогательного пучка 6 U-образных трубок 8 и трубной доски 4 с паровой камерой 3, и с другой стороны - направляющий канал 30, указанный также на фиг. 3, ограниченный стенами 31 и поперечными стенами 32. В пространство направляющего канала 30 входят основные и вспомогательные пучки 5, 6 соответственно. Основной пучок 5 U-образных трубок 7..:представляет собой Uобразные трубки 7, установленные в вертикальных плоскостях, вспомогательный пучок 6 U-образных трубок 8 образован из Uобразных трубок 8, установленных 6 горизонтальных плоскостях. Наружная поверхность U-образлых трубок 7, 8 представляет собой Поверхность теплообмена поверхностного теплообменника. Открытые концы Uобразных трубо 7, 8 вставлены в соответствующие отверстия в трубной доске 4 и таким образом сообщены с внутренним пространством паровой камеры 3, соединенной с корпусом 1 поверхностного теплообменника . Корпус 1 поверхностного теплообменника снабжен штуцером 24 для выпуска рабочего пара и впускным штуцером рабочего пара.

Поперечные стены 32 направляющего канала 30 снабжены вырезками 33 для ввода U-образной части трубного пучка 2 в направляющий канал 30. Вырезка 33 в поперечной стене 32 непосредственно за впускным штуцером 23 защищена кожухом 34 против проникания в направляющий канал 30 входного пара. Взаимное положение U-образных трубок 7, 8 друг относительно друга зафиксировано опорными промежуточными трубными досками 35.

Согласно фиг. 2, внутреннее пространство паровой камеры 3 разбито на четыре части. Верхняя часть, отделенная от остального пространства горизонтальной перегородкой 12, представляет собой впускное пространство 10, снабженное впускным патрубком 9. Из этого впускного пространства 10 исходят входные ветви U-образных трубок 7 основного трубного пучка 5. Средняя часть паровой камеры 3 отделена от нижней части последней с помощью перегородки 13, которая также расположена горизонтально, представляя собой выходное пространство 11, в которое впадают выходные ветви U-образных трубок 7 основного пучка. Нижняя часть паровой камеры 3 под разделительной

перегородкой 13 с помощью вертикальной перегородки 14 разбита на две одинаковые части. Одна из них образует входную камеру 15, из которой выходят входные ветви U-образных трубок 8 вспомогательного пучка 6, и вторая представляет собой выходную камеру 16, в которую впадают выходные ветви U-образных трубок 8 вспомогательного пучка 6. Выходное пространство 11 паровой камеры 3 и входная камера 15 этой паровой камеры 3 взаимно соединены через

0 патрубок 17. Выходное пространство 11 паровой камеры 3 снабжено отводным патрубком 18 для отвода конденсата и выравнивающим патрубком 19 для выравнивания давления , присоединенным далее к не указанному на чертеже паровому пространству кон денсатосборника. Выходная камера 16 паровой камеры 3 снабжена патрубком 20 отвода конденсата и воздухоудаляющим патрубком 21 для удаления вентиляционного пара. В фиг. 2 в поперечном разрезе поверхности

Q ного теплообменника по В-В представлено расположение основного пучка 5 U-образных трубок 7 и вспомогательного пучка 6 U-образных трубок 8 в направляющем канале 30, образованном продольными и поперечными стенами 31, 32. В свободном про5 странстве средней части вспомогательного пучка 6 U-образных трубок 8 установлена вставка 36. В корпусе 1 поверхностного теплообменника вдоль продольных стен 31 расположено влагоотделительное устройство, которое на фигуре не представлено.

Влажный рабочий пар, выходящий из части высокого давления турбины, направляется через впускной штуцер 23 в корпус 1 поверхностного теплообменника и при про5 текании через устройство влагоотделения механически очищается от влаги. Поток высушенного рабочего пара потом направляется за счет продольных и поперечных стен 31, 32 направляющего канала 30 так, чтобы он протекал перпендикулярно U-образным тру0 бкам 7, 8 по направлению снизу вверх. Протекая по трубным пучка 7 и 8, рабочий пар постепенно обогревается и через штуцер 24 покидает корпус 1 .поверхностного теплообменника . Греющий пар подводится через впускной патрубок 9 греющего пара во впуск5 ное пространство 10 паровой камеры 3, откуда он поступает в U-образные трубки 7 основного пучка 5 и течет через U-образные

Реферат