ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК F22D1/32 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к подогревателям системы регенерации паровых турбин или теплоснабжения.

Известны регенеративные подогреватели, содержащие корпус с патрубками подвода пара и подвода и отвода нагреваемой воды, внутри которого установлен V-, П-образный или прямой трубный пучок с горизонтальными направляющими перегородками. На корпусе имеется патрубок подвода греющего пара и патрубок подвода конденсата из подогревателя с более высокими параметрами. Патрубок подвода конденсата представляет собой трубу с донышком и перфорацией по окружности, которая вставлена в патрубок большего диаметра, являющийся кожухом. Так как температура конденсата в патрубке близка к температуре насыщения, то на входе в подогреватель конденсат вскипает, превращаясь в пароводяную смесь [1, 2].

Недостатком всех теплообменников указанного типа является то, что вскипающий конденсат на входе в подогреватель подвергает эрозионному разрушению патрубок, насадок, кожух, близлежащие конструкции, стойки и в том числе, разрушает трубный пучок, что, в свою очередь, приводит к превышению уровня, срабатыванию аварийной защиты и останову блока.

Известен теплообменный аппарат, принятый за прототип, содержащий корпус с патрубками подвода греющего пара, подвода и отвода нагреваемой воды. Внутри аппарата установлен трубный пучок с горизонтальными направляющими перегородками. На корпусе имеется патрубок подвода конденсата из подогревателя с более высокими параметрами. Через патрубок конденсат поступает в прямоугольную камеру с перфорацией на верхней, передней и боковых стенках [3].

Недостатком этого теплообменного аппарата является то, что вскипающий конденсат подвергает эрозионному разрушению перфорацию камеры и в последующем трубную систему. Кроме того, пароводяная смесь, проходя через перфорацию, выходит пульсирующим потоком, вызывая сильное колебание уровня в конденсатосборнике и неустойчивую работу системы автоматического регулирования.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности теплообменного аппарата путем разделения паровой и водяной фаз потока и плавного их отвода, исключая прямое соударение их с элементами конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в теплообменном аппарате, включающем корпус с патрубками подвода греющего пара, водяные камеры, поверхность теплообмена и патрубок подвода конденсата из подогревателя или любого другого устройства с более высокими параметрами среды, внутри теплообменного аппарата установлена вертикальная камера с врезанным в нее тангенциально патрубком подвода конденсата, при этом нижняя часть камеры снабжена раскручивающим поток устройством в виде радиально расположенных пластин или лопаток переменной ширины, увеличивающейся сверху вниз, а верхняя часть - конфузором.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный теплообменный аппарат имеет канал, в котором осуществлен тангенциальный подвод пароводяного потока. В нижней части канала имеется раскручиватель потока. Верхняя часть канала завершается конфузорной частью. В предлагаемом подогревателе пароводяная смесь из посторонних источников поступает в камеру плавно (без соудаpения с элементами конструкции) и под действием центробежных и гравитационных сил разделяется на жидкую фазу, стекающую вниз, и паровую, выходящую через верхнюю конфузорную часть.

На фиг.1 изображен предлагаемый аппарат; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел I на фиг.2.

Теплообменный аппарат включает корпус 1, поверхности 2 теплообмена, патрубок 3 подвода конденсата, камеру 4 приема пароводяной смеси, раскручивающее поток устройство (пластины или лопатки) 5, конфузор 6, патрубок 7 подвода греющего пара, водяную камеру 8. При этом лопатки или пластины 5 выполнены переменной ширины.

Теплообменный аппарат работает следующим образом.

Из водяной камеры 8 через трубную систему прокачивается вода. Через патрубок 7 подвода греющего пара пар поступает в корпус 1 подогревателя, где конденсируется на поверхности трубной системы, отдавая тепло через поверхность трубок и нагревая воду в них. Конденсат пара стекает по поверхности трубной системы и через трубопровод поступает в патрубок 3 подвода конденсата следующего по ходу подогревателя, имеющего более низкие параметры греющей среды.

В предлагаемом теплообменном аппарате камера 4 приема пароводяной смеси работает следующим образом. Двухфазный поток тангенциально подводится в вертикальную камеру. В камере под действием центробежных и гравитационных сил происходит разделение паровой и водяной фаз. Вода и крупнодисперсные фракции отбрасываются на периферию и под действием гравитационных сил стекает вниз. Пар из камеры выходит в подогреватель через верхнюю конфузорную часть. Так как водяная фаза поступающего пароводяного потока может иметь значительную окружную скорость на выходе из канала и вызывать эрозионный износ близлежащих конструкций, то ниже патрубка входа пароводяного потока установлено раскручивающее устройство 5 в виде пластин или лопаток (в зависимости от окружной скорости потока), снижающих окружную скорость потока. Лопатки (пластины) имеют переменную ширину вдоль осевой составляющей потока, расширяясь сверху вниз. Увеличивающаяся ширина лопатки вдоль оси канала позволяет без резкого соудаpения окружной составляющей скорости потока с лопаткой сделать плавный переход окружной скорости в осевую. Снижение окружной скорости водяной фракции позволяет также на выходе из камеры исключить возможность ее попадания на близлежащую теплообменную поверхность, что неизбежно привело бы к утолщению стекающей по трубкам конденсатной пленки, повышению термического сопротивления и ухудшению теплообмена.

Использование предложенного технического решения повысит надежность и, следовательно, экономичность теплообменного аппарата.

Использование: в теплообменных аппаратах системы регенерации. Сущность изобретения: внутри теплообменного аппарата установлена вертикальная камера с врезанным в нее тангенциально патрубком подвода конденсата, при этом нижняя часть камеры снабжена раскручивающим поток устройством в виде радиально расположенных пластин или лопаток переменной ширины, увеличивающейся сверху вниз, а верхняя часть - конфузором. 4 ил.

ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с патрубками подвода греющего пара и конденсата из устройства с более высокими параметрами среды, водяные камеры и поверхность теплообмена, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности, он снабжен обечайкой, установленной вертикально в полости корпуса, подключенной к патрубку подвода конденсата и выполненной в верхней части в виде конфузора, а в нижней снабженной радиально расположенными пластинами или лопатками с переменной шириной.