КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F28D1/00 F28D7/16 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при проектировании и создании теплообменников с трубными решетками в других отраслях промышленности.

Известны кожухотрубные теплообменники, включающие распределительные камеры с подводимой и отводимой нагреваемой средой. Распределительная камера разделена перегородкой на входную и выходную полости и ограничена корпусом с патрубками и плоской трубной решеткой. Трубная решетка имеет большое количество отверстий под теплообменные трубки. Для плотного соединения эти трубки развальцовываются и/или привариваются к трубной решетке. Распределительная камера с трубными решетками может располагаться вверху, внизу или в середине корпуса, а сам теплообменник может быть вертикальным или горизонтальным [1 - "Теплообменное оборудование паротурбинных установок. Часть II. Каталог 8-78. ЦНИИТЭИтяжмаш. М., 1978, лист 137; 2 - Miller C.W. Heutiger Stand der Auslegung und Fertigung von Worwarmern//VGB Kraftwerkstechnik 64. Heft 11, November 1984. 982-989; 3 - Mitterecker E. und Kallenberg H. Speisewasser-worwärmanlagen Grosser Dampfkraftwerke. Vorwarmer//BWK. Bd. 37. 1985, 10. 388-396; 4 - Марушкин В.М., Иващенко С.С., Вакуленко Б.Ф. Подогреватели высокого давления паротурбинных установок ТЭС и АЭС. М., Атомэнергоиздат, 1985; 5 - Вакуленко Б.Ф., Железняков Н.И. Новая конструкция ПВД для АЭС с ВВЭР-1000//Электрические станции. 1990, 7, 46-51; 6 - Transactions of the ASME. April 1994, 434-441; 7 - Vrbsky J. Конденсаторы и подогреватели питательной воды поверхностного типа//Proceedings of 10-th Conference on Steam and Gas Tur-bine. 1994, 347-352; 8 - Вакуленко Б.Ф. О некоторых новых конструктивных решениях важнейших узлов ПНД и ПВД//Электрические станции, 1999, 6; 9 - Подогреватели низкого и высокого давления. Информационная справка. АО СП "Подольский машиностроительный завод". Подольск, 1995; 10 - Калимуллин М.М. и др. Патент РФ 2169327, Бюл. 17 от 20.06.2001].

Недостатками указанных аналогов кожухотрубных теплообменников с плоской трубной решеткой являются большие толщина (например, до 500-800 мм в подогревателях высокого давления турбоустановок мощностью от 500 МВт и с давлением острого пара более 24 МПа) и масса таких трубных решеток, большая глубина сверлений при малом шаге отверстий, большой объем высверливаемого металла, сложная технология и трудоемкость их изготовления.

Известен также кожухотрубный теплообменник, включающий распределительную камеру с подводимой и отводимой нагреваемой средой. Распределительная камера разделена перегородкой на входную и выходную полости и ограничена корпусом с патрубками и плоской трубной решеткой. Трубная решетка имеет большое количество отверстий под теплообменные трубки. Для плотного соединения эти трубки развальцовываются и/или привариваются к трубной решетке. Распределительная камера с трубными решетками может располагаться вверху, внизу или в середине корпуса, а сам теплообменник может быть вертикальным или горизонтальным.

Для снижения массы всей распределительной камеры в нем применено расположение этой камеры в центре корпуса теплообменника и соединение двух обычных плоских трубных решеток в одну общую распределительную камеру с помощью стенки корпуса камеры с патрубками подвода-отвода нагреваемой среды. Снижение массы получено за счет исключения днища камеры, которое неизбежно при расположении камеры на одном из краев теплообменника ["Теплообменное оборудование паротурбинных установок. Часть II. Каталог 8-78. ЦНИИТЭИтяжмаш. М., 1978, лист 137].

Недостатком известного теплообменника, принятого за прототип, является то, что плоские трубные решетки и стенки распределительной камеры имеют большие толщины (например, в трубных решетках - до 500-800 мм, а в стенках распределительной камеры - до 250 мм в подогревателях высокого давления турбоустановок мощностью от 500 МВт и с давлением острого пара более 24 МПа) и масса таких трубных решеток, большая глубина сверлений при малом шаге отверстий, большой объем высверливаемого металла, сложная технология и трудоемкость их изготовления.

В связи с этим применение известного устройства возможно при невысоких давлениях нагреваемых сред. Например, для турбоустановок АЭС с ВВЭР-1000 при давлениях нагреваемой воды до 12 МПа были изготовлены и эксплуатируются подогреватели высокого давления типа ПВ-2000-120. Для более высоких давлений нагреваемой воды свыше 24 МПа возникают технологические и эксплуатационные проблемы больших толщин плоских трубных решеток.

Заявляемые конструкции позволяют уменьшить толщину и массу трубной решетки в 1,5-1,8 раза, глубину сверления одного отверстия, общую длину всех отверстий и массу высверливаемого металла - в 1,3-1,6 раза, что существенно снижает остроту технологических проблем, выполнить распределительную камеру более легкой и компактной, уменьшить габариты и массу теплообменника в целом и снизить трудозатраты на сверление, а также повысить надежность работы за счет снижения термических напряжений в динамических режимах (пуски, остановы, сбросы нагрузок).

Предложен кожухотрубный теплообменник (вариант 1), включающий распределительную камеру, разделенную перегородкой на входную и выходную полости и ограниченную корпусом с патрубками подвода-отвода нагреваемой среды и одной или несколькими трубными решетками с отверстиями для соединения теплообменных трубок, а также присоединенный к трубной решетке кожух теплообменника, охватывающий пучок теплообменных трубок, с патрубками подвода и отвода греющей среды, причем трубная решетка выполнена полусферической выпуклой в сторону среды с меньшим давлением, неперфорированная часть трубной решетки выполнена с выступом для подсоединения кожуха теплообменника, причем выступ образован кольцевой выточкой.

Предложен кожухотрубный теплообменник (вариант 2), включающий распределительную камеру, разделенную перегородкой на входную и выходную полости и ограниченную корпусом с патрубками подвода-отвода нагреваемой среды и одной или несколькими трубными решетками с отверстиями для соединения теплообменных трубок, а также присоединенный к трубной решетке кожух теплообменника, охватывающий пучок теплообменных трубок, с патрубками подвода и отвода греющей среды, трубную решетку, выполненную полусферической выпуклой в сторону среды с меньшим давлением, неперфорированную часть трубной решетки, выполненную с выступом для подсоединения кожуха теплообменника, причем выступ образован кольцевой выточкой, причем распределительная камера со стороны нагреваемой среды выполнена в виде сферы.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 изображен вариант 1, а на фигуре 2 - вариант 2.

Кожухотрубный теплообменник (вариант 1) включает распределительную камеру 1, разделенную перегородкой 2 на входную 3 и выходную 4 полости и ограниченную корпусом 5 с патрубками подвода 6 и отвода 7 нагреваемой среды и полусферической трубной решеткой 8, а также присоединенный к трубной решетке кожух 9 теплообменника с патрубками подвода 10 и отвода 11 греющей среды. В перфорированной части 12 трубной решетки 8 отверстия 13 для соединения теплообменных трубок 14 выполнены параллельно центральной оси 15 полусферической трубной решетки 8. Неперфорированная часть 16 трубной решетки 8 имеет выступ 17, образованный кольцевой выточкой 18 для подсоединения кожуха 9 теплообменника. При этом стенка распределительной камеры выполнена, например, в виде цилиндра.

Кожухотрубный теплообменник (вариант 2) включает распределительную камеру 1, разделенную перегородкой 2 на входную 3 и выходную 4 полости и ограниченную корпусом 5 с патрубками подвода 6 и отвода 7 нагреваемой среды и полусферической трубной решеткой 8, а также присоединенный к трубной решетке кожух 9 теплообменника с патрубками подвода 10 и отвода 11 греющей среды. В перфорированной части 12 трубной решетки 8 отверстия 13 для соединения теплообменных трубок 14 выполнены параллельно центральной оси 15 полусферической трубной решетки 8. Неперфорированная часть 16 трубной решетки 8 имеет выступ 17, образованный кольцевой выточкой 18 для подсоединения кожуха 9 теплообменника, причем распределительная камера 1 выполнена в виде сферы.

Кожухотрубный теплообменник по вариантам 1 и 2 работает следующим образом. Нагреваемая среда высокого давления поступает во входную полость 3 распределительной камеры 1 через патрубок подвода 3, откуда через отверстия 13 в полусферической трубной решетке 8 распределяется по теплообменным трубкам 14. Проходящая внутри трубок среда нагревается греющей средой, которая поступает в межтрубное пространство кожуха 9 через патрубок 10 и выходит из кожуха через патрубок 11. Из трубок 14 нагретая среда через трубную решетку 5 поступает в собирающую полость распределительной камеры 1, откуда выходит через патрубок отвода 7.

Изобретение предназначено для применения в области теплоэнергетики и в других отраслях промышленности, а именно может быть использовано при проектировании и создании теплообменников с трубными решетками. Изобретение по первому варианту выполнения включает распределительную камеру, разделенную перегородкой на входную и выходную полости и ограниченную корпусом с патрубками подвода-отвода нагреваемой среды и одной или несколькими трубными решетками с отверстиями для соединения теплообменных трубок, а также присоединенный к трубной решетке кожух теплообменника, охватывающий пучок теплообменных трубок, с патрубками подвода и отвода греющей среды, трубная решетка выполнена полусферической выпуклой в сторону среды с меньшим давлением, неперфорированная часть трубной решетки выполнена с выступом для подсоединения кожуха теплообменника, причем выступ образован кольцевой выточкой. Изобретение по второму варианту выполнения включает распределительную камеру, разделенную перегородкой на входную и выходную полости и ограниченную корпусом с патрубками подвода-отвода нагреваемой среды и одной или несколькими трубными решетками с отверстиями для соединения теплообменных трубок, а также присоединенный к трубной решетке кожух теплообменника, охватывающий пучок теплообменных трубок, с патрубками подвода и отвода греющей среды, трубную решетку, выполненную полусферической выпуклой в сторону среды с меньшим давлением, неперфорированную часть трубной решетки, выполненную с выступом для подсоединения кожуха теплообменника, причем выступ образован кольцевой выточкой, распределительная камера со стороны нагреваемой среды выполнена в виде сферы. Изобретение позволяет уменьшить толщину и массу трубной решетки в 1,5-1,8 раза, глубину сверления одного отверстия, общую длину всех отверстий и массу высверливаемого металла в 1,3-1,6 раза, снизить трудозатраты на сверление, а также повысить надежность работы в динамических режимах, а также позволяет выполнить распределительную камеру более легкой и компактной, снизить габариты и массу теплообменника. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Кожухотрубный теплообменник (вариант 1), включающий распределительную камеру, разделенную перегородкой на входную и выходную полости и ограниченную корпусом с патрубками подвода-отвода нагреваемой среды и одной или несколькими трубными решетками с отверстиями для соединения теплообменных трубок, а также присоединенный к трубной решетке кожух теплообменника, охватывающий пучок теплообменных трубок, с патрубками подвода и отвода греющей среды, отличающийся тем, что трубная решетка выполнена полусферической выпуклой в сторону среды с меньшим давлением, неперфорированная часть трубной решетки выполнена с выступом для подсоединения кожуха теплообменника, причем выступ образован кольцевой выточкой. 2. Кожухотрубный теплообменник (вариант 2), включающий распределительную камеру, разделенную перегородкой на входную и выходную полости и ограниченную корпусом с патрубками подвода-отвода нагреваемой среды и одной или несколькими трубными решетками с отверстиями для соединения теплообменных трубок, а также присоединенный к трубной решетке кожух теплообменника, охватывающий пучок теплообменных трубок, с патрубками подвода и отвода греющей среды, трубную решетку, выполненную полусферической выпуклой в сторону среды с меньшим давлением, неперфорированную часть трубной решетки, выполненную с выступом для подсоединения кожуха теплообменника, причем выступ образован кольцевой выточкой, отличающийся тем, что распределительная камера со стороны нагреваемой среды выполнена в виде сферы.