ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2000 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах, работающих в системах отопления и горячего водоснабжения.

Известен водогрейный котел, описанный в патенте РФ 1760997 по кл. F 24 H 1/34, имеющий боковые и потолочные экранные трубы, сообщающиеся с подводящим и отводящим коллекторами опускными и подъемными трубами, чередующимися между собой, где каждые две смежные подъемная и опускная трубы подключены посредством тангенциальных патрубков к соответствующей трубе близлежащей панели. Указанный котел имеет сложную конструкцию, трудоемкую в изготовлении и ненадежную в работе в связи с малым диаметром и плохим охлаждением тангенциальных патрубков, чем вызвано их быстрое прогарание, кроме того, в данной конструкции водный поток закручивается только в экранных трубах, а в конвективных, подъемных и опускных он остается прямолинейным, что уменьшает эффективность конвективной части и снижает КПД котла.

Также известен водогрейный котел, описанный в АС 1652768 по классу F 24 H 1/14, состоящий из верхнего, заднего и бокового обрамляющих экранов и из труб с плавниками, при этом в каждой трубе верхнего экрана поперечно по всей длине установлены дымогарные трубы, благодаря которым увеличивается поверхность теплообмена и коэффициент теплоотдачи в верхнем экране, но усложняется конструкция, увеличивается трудоемкость изготовления, усиливается образование накипи в верхнем экране, причем ее удаление становится более затрудненным.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является водогрейный котел, описанный в патенте РФ 2059937, кл. F 24 H 1/00, содержащий топочную камеру, экранированную трубами, конвективный пучок и экономайзер, при этом экранные трубы соединены между собой перепускными трубами, расположенными тангенциально к осям экранных труб.

Испытания выявили следующие недостатки конструкции:
высокое гидравлическое сопротивление котла, вызванное тем, что для обеспечения необходимого закручивания водного потока необходимо, чтобы диаметр перепускных труб не превышал 1/3 диаметра экранных труб;
большую трудоемкость при изготовлении котла, так как необходимо устанавливать большое количество перепускных труб по длине трубы,
вращающийся поток в пристенном слое экранных труб неоднороден и представляет собой узкую быстро движущуюся струю и медленно вращающуюся массу вне этой струи.

Цель изобретения - увеличение теплоотдачи от стенки трубы к воде и уменьшение гидравлического сопротивления за счет перепускного патрубка, поперечное сечение которого представляет собой вытянутое отверстие, размеры которого определяются диаметром экранных труб d, высота сечения патрубка h= 0,25-0,35d, длина l= 1,3-2,4d, при этом коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде достигает 283-364 Вт/м²•K, а гидравлическое сопротивление уменьшается по сравнению с круглым патрубком на 70-90%, что определялось на специально изготовленном лабораторном стенде. При этом определялись гидравлические сопротивления различных вариантов перепускных патрубков и коэффициенты теплоотдачи от стенок патрубков к воде.

При выходе воды из патрубка струя воды закручивается в экранной трубе по винтовой линии, интенсивно омывая внутреннюю поверхность экранной трубы. Благодаря такому течению воды происходит увеличение коэффициента теплоотдачи, что обуславливает увеличение теплопроизводительности. Предлагаемые перепускные патрубки оказывают меньшее гидравлическое сопротивление. Количество перепускных патрубков может быть уменьшено благодаря тому, что водный поток в экранных трубах закручивается на большей длине трубы после выхода из патрубка, что позволяет снизить трудоемкость изготовления.

Активное взаимодействие вращающегося водного потока со стенками экранных труб предохраняет трубы от перегрева, увеличивает срок службы котла.

Конструкция котла изображена на фиг. 1 и 2.

Водогрейный котел содержит топочную 1 и конвективную 2 части, которые образованы экранами 3 и 4, состоящими из труб 6, соединенных между собой патрубками щелевидной формы 5, расположенными тангенциально к оси труб. Форма трубы 6 и патрубка 5 показана на фиг. 2.

Устройство работает следующим образом: вода, поступающая в котел, двигается по экранам конвективной 6 и топочной 1 частей, перетекая из каждой экранной трубы 3 или 4 в последующую через тангенциально расположенные патрубки 5, приобретает вектор скорости, направленный по касательной к стенке трубы, помимо осевой составляющей скорости. Благодаря этому происходит размывание пристенного слоя воды, интенсифицируется тепловой поток через стенку трубы и резко уменьшается накипеобразование, так как воздушные пузырьки и выпадающие отложения солей вытесняются водой в середину потока за счет центробежных сил и уносятся из котла.

Геометрические размеры перепускных патрубков определены экспериментальным путем. В зависимости от типа топочного устройства, габаритов котельной и условий эксплуатации возможно горизонтальное и комбинированное расположение конвективной части относительно топочной. Методы теплового и гидравлического расчета патентуемых котлов являются "ноу-хау".

Котел предназначен для использования в системах отопления и горячего водоснабжения. Котел состоит из топочной и конвективной частей, образованных экранами, выполненными из труб, соединенных между собой перепускными патрубками, расположенными тангенциально к осям экранных труб и имеющими поперечное сечение щелевидной формы. Размеры сечения относятся к диаметру экранных труб, как: 0,25 - 0,35 - высота, 1,3 - 2,4 - ширина, что позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление, увеличить коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде. 2 ил.

Водогрейный котел, содержащий топочную и конвективную части, образованные экранами, выполненными из труб, соединенных между собой перепускными патрубками, расположенными тангенциально к осям экранных труб, отличающийся тем, что перепускные патрубки имеют поперечные сечения щелевидной формы, а размеры сечения относятся к диаметру экранных труб как : 0,25 - 0,35 - высота, 1,3 - 2,4 - ширина.