РАСПОЛОЖЕНИЕ ВПУСКНОГО ПАТРУБКА ТЕПЛООБМЕННОГО УЗЛА ДЫМОХОДНОЙ ТРУБЫ Российский патент 2001 года по МПК F23J15/08 

Предлагаемое изобретение относится к теплобменному узлу, предназначенному для утилизации тепла топочных газов в цилиндрическом паровом котле.

В особенности данное изобретение относится к теплообменному узлу, содержащему дымоходную трубу, открытую с обоих концов и выполненную с возможностью установки в вертикальном положении в сосуде высокого давления, расположенном над топочным устройством котла, с образованием канала для топочного газа, вертикально проходящего через него, и теплообменную трубу, закрытую с обоих концов и поддерживаемую концентрично внутри дымоходной трубы на одном конце изогнутым впускным патрубком, проходящим от первого, нижнего отверстия в периферийной стенке дымоходной трубы до впускного отверстия в нижней, снабженной обращенной наружу выпуклостью, торцевой стенке теплообменной трубы, а на другом конце - прямолинейным выпускным патрубком, проходящим от выпускного отверстия в верхней части периферийной стенки теплообменной трубы до второго, верхнего отверстия в периферийной стенке дымоходной трубы, причем впускной патрубок имеет первый, горизонтальный прямолинейный конец, которым он присоединен к дымоходной трубе, и второй, направленный вверх прямолинейный конец, которым он присоединен к нижней торцевой стенке теплообменной трубы, а также промежуточную криволинейную часть, соединяющую вместе два указанных конца.

В известных теплообменных узлах описанного выше типа криволинейная часть впускного патрубка всегда изогнута под углом 90^o. Кроме того, другой конец впускного патрубка проходит строго вертикально в направлении впускного отверстия, которое расположено концентрично по отношению центральной продольной оси теплообменной трубы в ее нижней торцевой стенке.

Недостаток этих известных теплообменных узлов заключается в том, что в сварке между впускным патрубком и дымоходной трубой легко возникают трещины. Причиной такого растрескивания является то, что теплообменная труба испытывает значительно большее тепловое воздействие горячих топочных газов, образованных в топочном устройстве котла, чем дымоходная труба. Это означает, что при работе котла продольное расширение теплообменной трубы значительно больше, чем дымоходной трубы, в особенности если, как это обычно бывает, теплообменная труба снабжена внешними элементами увеличения площади поверхности, например, в виде большого числа стержней, выступающих радиально наружу из трубчатого корпуса теплообменной трубы. Поскольку выпускной патрубок, как правило, значительно короче впускного патрубка и обычно значительно превышает его по диаметру, эта разница в продольном расширении между теплообменной трубой и дымоходной трубой вызывает возникновение значительно более высоких механических напряжений в соединении между впускным патрубком и дымоходной трубой, чем в соединении между выпускным патрубком и дымоходной трубой. Следовательно, и опасность возникновения в конечном итоге усталостных трещин значительно больше в первом соединении, чем в последнем.

Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного теплообменного узла наподобие описанного во введении с пониженным риском появления усталостных трещин описанного выше типа, и потому имеющего повышенный срок службы в сравнении с известными теплообменными узлами.

Для достижения этой цели предлагаемый теплообменный узел отличается главным образом тем, что угол изгиба промежуточной, криволинейной части впускного патрубка превышает 90^o, а другой конец впускного патрубка проходит с наклоном, определяемым указанным углом изгиба, по направлению к центру кривизны частично сферической части нижней торцевой стенки теплообменной трубы, в которой впускное отверстие расположено эксцентрично по отношению к ее центральной продольной оси.

Придание изогнутой части впускного патрубка угла изгиба, превышающего 90^o, обеспечивает повышенную гибкость впускного патрубка. Увеличенный угол изгиба приводит к увеличению общей длины указанного патрубка, а также его изогнутой части, которая является менее жесткой, чем прямолинейные части патрубка, благодаря более тонким стенкам и некоторой овальности поперечного сечения, созданной при изгибе этой части.

Предлагаемые ориентация другого конца впускного патрубка и размещение впускного отверстия также обеспечивают возможность выполнения впускного отверстия полностью круглым и возможность создания на конце впускного патрубка, присоединенного к этому отверстию, круглой торцевой поверхности, перпендикулярной его продольному направлению. Таким образом устранена необходимость придания впускному отверстию изогнутой части впускного патрубка с предлагаемым углом изгиба или смежной торцевой поверхности впускного патрубка какой-либо специальной, сложной формы и, следовательно, предотвращено повышение стоимости изготовления теплообменного узла.

Расчетом установлено, что даже если угол изгиба изогнутой части впускного патрубка лишь на несколько градусов превышает 90^o, имеет место значительное повышение усталостной прочности соединения между впускным патрубком и дымоходной трубой. Однако согласно изобретению указанный угол изгиба предпочтительно должен составлять по меньшей мере около 100^o.

В предлагаемом варианте выполнения теплообменного узла во избежание возникновения в нижней части теплообменной трубы участка, который не может быть дренирован через впускной патрубок, когда котел выведен из эксплуатации, центральная продольная ось теплообменной трубы предпочтительно должна проходить через нижнюю торцевую стенку теплообменной трубы в точке, находящейся с внутренней стороны от периферийной кромки впускного отверстия.

Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 изображает в разрезе часть цилиндрического парового котла, снабженного известными теплообменными узлами;
фиг. 2 изображает в увеличенном масштабе продольный разрез одного из этих теплообменных узлов;
фиг. 3 изображает соответствующий продольный разрез теплообменного узла согласно одному варианту выполнения изобретения, выбранному для примера; и
фиг. 4 изображает продольный разрез в еще более увеличенном масштабе нижней части теплообменного узла, представленного на фиг. 3.

Цилиндрический паровой котел 10 известной конструкции, изображенный на фиг. 1, имеет топочное устройство 11 с расположенным над ним сосудом 12 высокого давления, образующим водяную и паровую камеру котла. В сосуде 12 расположены теплообменные узлы 13, предназначенные для утилизации тепла топочных газов, образованных в топочном устройстве.

Каждый теплообменный узел 13 содержит дымоходную трубу 14, открытую с обоих концов, которая установлена с уплотнением в верхней и нижней торцевых стенках сосуда 12 и образует канал, проходящий через него вертикально и обеспечивающий отвод топочных газов из топочного устройства 11 в выпускное приспособление, расположенное над сосудом 12. Каждый теплообменный узел 13 содержит также теплообменную трубу 16, которая также расположена внутри дымоходной трубы и содержит трубчатый корпус 17, закрытый с обоих концов, и большое число радиально выступающих стержней 18, наложенных снаружи на корпус 17 для образования на нем внешних элементов, увеличивающих его поверхность.

Теплообменная труба 16 концентрично поддерживается внутри дымоходной трубы 14 на одном конце впускным патрубком 19, который, как наиболее наглядно показано на фиг.2, проходит от нижнего отверстия 20 в периферийной стенке дымоходной трубы до впускного отверстия 21 в нижней, снабженной обращенной наружу выпуклостью, торцевой стенке 22 теплообменной трубы, а на другом конце - выпускным патрубком 23, проходящим от выпускного отверстия 24 в верхней части периферийной стенки теплообменной трубы до верхнего отверстия 25 в периферийной стенке дымоходной трубы.

Конкретное выполнение и функционирование цилиндрического парового котла 10 могут быть выбраны из известных вариантов и не требуют подробного описания. Важно упомянуть, что с помощью не показанных средств вода может непрерывно циркулировать через каналы 26, расположенные вокруг топочного устройства 11, для отвода тепла от топочного устройства через его стенки к воде, находящейся в сосуде 12. Эта вода получает тепло также от топочных газов, проходящих через дымоходные трубы 14, в результате теплопередачи через стенки дымоходных труб, а также с помощью теплообменных труб 16, через которые постоянно циркулирует вода. В результате вышеупомянутой передачи тепла в сосуде 12 высокого давления образуется пар, который может быть удален с помощью непоказанных подходящих средств.

Как можно видеть из фиг.2, впускной патрубок 19 в известном теплообменном узле имеет первый, горизонтальный прямолинейный конец 19A, которым он присоединен к дымоходной трубе 14, и второй, направленный вверх, прямолинейный конец 19B, которым он присоединен к нижней торцевой стенке 22 теплообменной трубы 16, а также промежуточную криволинейную часть 19C, соединяющую вместе два конца 19A и 19B. Угол изгиба криволинейной части 19C составляет точно 90^o, а другой конец 19B проходит строго в вертикальном направлении, концентрично по отношению к центральной продольной оси теплообменной трубы 16.

Предлагаемый теплообменный узел, представленный на фиг. 3 и 4, отличается от известного теплообменного узла, представленного на фиг. 2, только формой впускного патрубка 19 и размещением сообщающегося с ним впускного отверстия 21 в нижней торцевой стенке 22 теплообменной трубы.

Криволинейная часть впускного патрубка в теплообменном узле согласно фиг. 2 изогнута под углом 90^o, тогда как изогнутая часть 19C впускного патрубка 19 в предлагаемом теплообменном узле, показанном на фиг. 3 и 4, изогнута под углом α, который превышает 90^o и составляет 101^o в варианте выполнения, представленном на чертежах.

Кроме того, направленный вверх прямолинейный конец 19B впускного патрубка 19 согласно фиг. 3 и 4 проходит с наклоном, определяемым углом изгиба α, по направлению к центру C кривизны (см. фиг. 4) частично сферической части нижней торцевой стенки 22 теплообменной трубы 16, в которой расположено впускное отверстие 21. Таким образом, продольная ось конца 19B образует с центральной продольной осью теплообменной трубы 16 угол β. Следовательно, впускное отверстие 21 расположено в стенке 22 эксцентрично по отношению к центральной продольной оси теплообменной трубы 16. Величина угла β соответствует величине угла α минус 90^o, так что в варианте выполнения изобретения, представленном на чертежах, угол β составляет 11^o.

Чтобы обеспечить возможность дренирования теплообменной трубы 16 через впускную трубу 19, когда котел выведен из эксплуатации, положение впускного отверстия 21 выбирают так, чтобы центральная продольная ось теплообменной трубы проходила через стенку 22 в точке, находящейся с внутренней стороны от периферийной кромки отверстия 21.

Изобретение относится к утилизации тепла топочных газов и может быть использовано в теплообменнике, установленном в дымоходной трубе цилиндрического парового котла. Теплообменный узел для утилизации тепла топочных газов цилиндрического парового котла, содержащий дымоходную трубу (14) и теплообменную трубу (16), которая поддерживается концентрично внутри дымоходной трубы (14) изогнутым впускным патрубком (19), проходящим от нижнего отверстия (20) в периферийной стенке дымоходной трубы (14) до впускного отверстия в нижней, торцевой стенке (22) теплообменной трубы (16), и выпускным патрубком, проходящим от выпускного отверстия (24) в верхней части периферийной стенки теплообменной трубы (16) до верхнего отверстия в периферийной стенке дымоходной трубы (14). Впускной патрубок (19) имеет первый, горизонтальный прямолинейный конец (19А), второй, направленный вверх прямолинейный конец (19В), а также промежуточную криволинейную часть (19С). Угол изгиба α криволинейной части превышает 90^o, а другой конец (19В) проходит с наклоном, определяемым указанным углом изгиба α к центру кривизны частично сферической части нижней торцевой стенки (22) теплообменной трубы (16), в которой впускное отверстие расположено эксцентрично по отношению к центральной продольной оси теплообменной трубы (16). 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Теплообменный узел для утилизации тепла топочных газов цилиндрического парового котла, содержащий дымоходную трубу, открытую с обоих концов и выполненную с возможностью установки в вертикальном положении в сосуде высокого давления, расположенном над топочным устройством котла, с образованием канала для топочного газа, вертикально проходящего через него, и теплообменную трубу, закрытую с обоих концов и поддерживаемую концентрично внутри дымоходной трубы на одном конце изогнутым впускным патрубком, проходящим от первого, нижнего отверстия в периферийной стенке дымоходной трубы до впускного отверстия в нижней, снабженной обращенной наружу выпуклостью, торцевой стенке теплообменной трубы, а на другом конце - прямолинейным выпускным патрубком, проходящим от выпускного отверстия в верхней части периферийной стенки теплообменной трубы до второго, верхнего отверстия в периферийной стенке дымоходной трубы, причем впускной патрубок имеет первый, горизонтальный прямолинейный конец, которым он присоединен к дымоходной трубе, и второй, направленный вверх прямолинейный конец, которым он присоединен к нижней торцевой стенке теплообменной трубы, а также промежуточную криволинейную часть, соединяющую вместе два указанных конца, отличающийся тем, что угол изгиба промежуточной криволинейной части превышает 90^o, а другой конец впускного патрубка проходит с наклоном, определяемым указанным углом изгиба, по направлению к центру кривизны частично сферической части нижней торцевой стенки теплообменной трубы, в которой впускное отверстие расположено эксцентрично по отношению к центральной продольной оси теплообменной трубы. 2. Теплообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный угол изгиба составляет по меньшей мере около 100^o. 3. Теплообменное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что центральная продольная ось теплообменной трубы проходит через ее нижнюю торцевую стенку в точке, расположенной с внутренней стороны от периферийной кромки впускного отверстия.