РАЗДАЮЩАЯ КАМЕРА ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 1995 года по МПК F28F9/02 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в энергетической промышленности.

Известны кожухотрубные теплообменники [1,2], содержащие собирающие и раздающие камеры, подключенные к ним теплообменные трубы и центральный патрубок для подвода теплоносителя в раздающую камеру, позволяющие передавать тепло от теплоносителя первого контура, движущегося в межтрубном пространстве, более холодному теплоносителю второго контура, движущемуся по трубам. В реальных кожухотрубных теплообменниках реакторов на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением, например, в ЕВR-11, SNR-300, БН-600 и других установках из-за значительных размеров трубных пучков и бокового подвода теплоносителя первого контура в межтрубное пространство имеет место сложное продольно-поперечное течение теплоносителя. При этом возникают температурные градиенты и перераспределение расходов теплоносителя по ячейкам трубного пучка [2].

Этот недостаток связан с тем, что рассмотренные конструкции раздающей камеры обеспечивают осесимметричное распределение теплоносителя второго контура по теплообменным трубам, которое в ряде случаев не согласуется с фактическими гидравлической и тепловой неравномерностями, присущими теплоносителю первого контура в поперечных сечениях межтрубного пространства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство, представляющее собой раздающую камеру теплообменника, ограниченную крышкой, кожухом и трубной решеткой под пучок теплообменных труб с центральным патрубком для подвода теплоносителя [3].

Недостатком известного устройства является относительно низкая интенсивность теплообмена. Указанный недостаток обусловлен тем, что рассмотренная конструкция раздающей камеры обеспечивает только осесимметричное распределение теплоносителя второго контура по теплообменным трубам, которое в основном не компенсирует фактические гидродинамическую и тепловую неравномерности, присущие теплоносителю первого контура в межтрубном пространстве.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена путем обеспечения необходимого закона распределения расхода теплоносителя по трубному пучку.

Для достижения указанной цели предлагается центральный патрубок завести в раздающую камеру, зазор между крышкой и патрубком выполнить переменным по его периметру, выдвинуть концы теплообменных труб в камеру, выполнить на их концах срезы, ориентировать срезы в сторону центрального патрубка, сделать вылет концов труб переменным по периметру трубной решетки и возрастающим по ее радиусу.

На чертеже показан предлагаемый теплообменник.

Теплообменник содержит кожух 1 с входными 2 и выходными 3 окнами, собирающую камеру 4, раздающую камеру 5, ограниченную трубной решеткой 6 под пучок теплообменных труб 7, кожухом 1 и крышкой 8, центральный патрубок 9 для подвода теплоносителя в камеру 5. Высота h_i зазора между крышкой и трубной решеткой изменяется по периметру раздающей камеры 5.

Для управления потоком теплоносителя трубы 7 и центральный патрубок 9 выдвинуты из трубной решетки 6 в раздающую камеру 5 и имеют на концах срезы 10, обращенные в сторону опускного патрубка.

Изменение высоты h_i зазора достигается одним из следующих способов.

Центральный патрубок 9 выдвигается из трубной решетки 6 в раздающую камеру 5. Вылет a_i его торцовой части из трубной решетки 6 изменяется по определенному закону по периметру раздающей камеры 5, а форма профиля внутренней поверхности крышки 8 под ним остается неизменной.

Центральный патрубок 9 имеет одинаковый вылет a_i из трубной решетки 6, а форма профиля внутренней поверхности крышки 8 под торцом центрального патрубка 9 изменяется по периметру раздающей камеры 5.

Вылет a_i центрального патрубка 9 из трубной решетки 6 и форма профиля внутренней поверхности днища 8 под его торцом изменяются по периметру раздающей камеры 5.

Теплообменник работает следующим образом.

Теплоноситель первого контура поступает в теплообменник через входные окна 2, омывает теплообменные трубы 7, центральный патрубок 9 и выходит из него через выходные окна 3. Теплоноситель второго контура, имеющий меньшую температуру по сравнению с теплоносителем первого контура, поступает в теплообменник через центральный патрубок 9, выходит из него в раздающую камеру 5, одна часть попадает в выдвинутые теплообменные трубы 11, а другая достигает центральной части крышки 8, и изменяя направление движения, устремляется к стенке кожуха 1. Затем эта часть потока движется вдоль него, достигает теплообменных труб 7 и распределяется по ним. При движении по теплообменным трубам этот теплоноситель нагревается теплоносителем первого контура и выходит из теплообменника.

Для рассматриваемой конструкции раздающей камеры характерно наличие вихревых зон, расположенных у трубной решетки вблизи центрального патрубка и поджатие струи на крышке под центральным патрубком, связанное с поворотом потока теплоносителя.

Для исключения воздействия указанных эффектов на распределение массового расхода теплоносителя по трубному пучку теплообменные трубы выдвинуты из трубной решетки в раздающую камеру.

Минимальный вылет труб выбирается так, что концы этих труб на определенном радиусе выступают за пределы центрального патрубка и гарантировано проходят вихревую зону, которая по оценкам составляет 0,2 от высоты раздающей камеры под центральным патрубком.

Значение максимального вылета труб ограничено высотой раздающей камеры между трубной решеткой и крышкой. Таким образом, вылет h_ij^в теплообменных труб выбирается из соотношения
h_ij^в = a_i + (0,25-1,00) h_i, м. где i - номер радиуса;
j - номер ряда по радиусу трубной решетки.

Каждый последующий ряд труб по мере удаления от центра камеры к ее периферии имеет больший вылет, чем трубы предыдущего ряда. Это делается для того, чтобы трубы предыдущего ряда не "затеняли" вход потока в трубы последующих рядов.

Угол (ϕ) среза концов труб выбирается в диапазоне 0^о < ϕ < 90^о.

Использование: в энергетической промышленности. Сущность изобретения: в раздающей камере теплообменника, ограниченной крышкой, кожухом и трубной решеткой под пучок теплообменных труб и снабженной подводящим центральным патрубком, последний заведен в камеру и установлен с зазором относительно крышки, причем зазор выполнен переменным по периметру. Концы теплообменных труб выдвинуты из трубной решетки и имеют обращенный в сторону патрубка срез, причем вылет концов труб переменен по периметру трубной решетки, возрастает по ее радиусу и определяется для каждой трубы из соотношения, указанного в формуле изобретения. 1 ил.

РАЗДАЮЩАЯ КАМЕРА ТЕПЛООБМЕННИКА, ограниченная крышкой, кожухом и трубной решеткой под пучок теплообменных труб с центральным патрубком для подвода теплоносителя, торец которого размещен с зазором относительно внутренней поверхности крышки, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем обеспечения заданной закономерности распределения расхода теплоносителя по трубному пучку, центральный патрубок заведен в камеру, а зазор между крышкой и патрубком выполнен переменным по его периметру, концы теплообменных труб выдвинуты из трубной решетки и имеют обращенный в сторону патрубка срез, причем вылет концов труб выполнен переменным по периметру трубной решетки, возрастающим по ее радиусу, и определяется для каждой трубы из соотношения
hвi

_j=a_i+(0,25-100)·h_i,
где hвi_j - вылет трубы, м;
a_i - вылет центрального патрубка, м;
h_i - высота зазора между торцом центрального патрубка и внутренней поверхностью крышки, м;
i - номер радиуса;
j - номер ряда по радиусу трубной решетки.