Воздухоподогреватель Российский патент 2004 года по МПК F23L15/04 

Изобретение относится к воздухоподогревателям и может быть использовано для подогрева воздуха в энергетических установках в различных отраслях машиностроения.

Известен воздухоподогреватель [1]. Он содержит корпус, теплообменник, выполненный в виде газоплотной трубчатой панели, размещенную по его оси топку с горелкой и вентилятор.

Воздухоподогреватель [1] имеет недостатки: низкую надежность и тепловую эффективность и неравномерность омывания трубчатой панели греющим газом.

Известен воздухоподогреватель [2], который является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому воздухоподогревателю. Он содержит внешний корпус с крышкой и трубный пакет, направляющие переборки, входной и выходной патрубки воздуха, входной и выходной патрубки греющего газа, вход и выход трубного пакета.

Воздухоподогреватель [2] обладает низкой надежностью, не обеспечивает эффективности теплообмена на различных режимах подогрева воздуха. В местах соединения трубного пакета и корпуса могут возникнуть опасные термонапряжения. Кроме того, транспортировка крупногабаритных воздухоподогревателей такого типа на железных дорогах затруднена.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и прочности конструкции воздухоподогревателя, в обеспечении оптимального режима теплообмена и минимальных потерь давления по греющему газу и удобства транспортировки воздухоподогревателя с крупными габаритами.

Указанная техническая задача достигается тем, что в известном воздухоподогревателе, содержащем внешний корпус с крышкой и трубный пакет, направляющие переборки, входной и выходной патрубки воздуха, входной и выходной патрубки греющего газа, вход и выход трубного пакета, согласно изобретению он снабжен внутренним корпусом, внутри которого установлен трубный пакет, выполненный из труб U-образной формы, с радиусом закругления r_t, входы и выходы которых расположены в торцовой части внутреннего корпуса со стороны крышки и соединены соответственно с входным и выходным патрубками подачи воздуха, продольной переборкой, расположенной осесимметрично вдоль воздухоподогревателя, поперечными переборками, причем внутренний и внешний корпус снабжены сопрягаемыми коническими участками, причем конический участок внешнего корпуса выполнен с углом конусности α, выбираемым удовлетворяющим условию α=arctg(L/R), где L - длина прямого участка трубного пакета, R - радиус конического участка внутреннего корпуса.

Кроме того, трубный пакет выполнен с поперечным прямоугольным сечением, стороны которого имеют отношение 2-3.

На фиг.1 показан воздухоподогреватель. На фиг.2 показаны конические участки внутреннего и внешнего корпуса. На фиг.3 представлен разрез А-А по поперечному сечению воздухоподогревателя. На фиг.4 приведен разрез Б-Б по поперечному сечению воздухоподогревателя.

Воздухоподогреватель содержит внешний корпус 1 с крышкой 2, внутренний корпус 3, трубный пакет 4, направляющие переборки 5, входной 6 и выходной 7 патрубки воздуха, соединенные с крышкой 2 внешнего корпуса 1 и внутренним корпусом 3, входной 8 и выходной 9 патрубки греющего газа, соединенные с внешним 1 и внутренним 3 корпусом, вход 10 и выход 11 трубного пакета 4, жестко соединенные с крышкой 2 внешнего корпуса 1 с помощью входного 6 и выходного 7 патрубков воздуха, изогнутый участок трубного пакета 4, поперечные ребра 12, соединенные с трубным пакетом 4 и продольной переборкой 13, расположенной осесимметрично вдоль воздухоподогревателя и разделяющей его на две части, соединенной с внутренним 3 и внешним 1 корпусом, конический участок 14 внешнего корпуса 1, расположенный под углом α, причем α выбирают удовлетворяющим условию α=arctg(L/R) (где L - длина прямого участка трубного пакета, R - радиус конического участка внутреннего корпуса), конический участок 15 внутреннего корпуса 3, прямоугольные окна 16 в направляющих переборках 5, отверстия 17 в направляющих переборках 5.

Прямоугольные окна 16 (фиг.3) образованы поперечными ребрами 13, продольной переборкой 13 и поверхностями трубного пакета 4. Отверстия 17 расположены в направляющих переборках 5 (фиг.4 по Б-Б). Трубный пакет 4 выполнен из труб U-образной формы с радиусом закругления r_t, входы и выходы которых расположены в торцовой части внутреннего корпуса 3 со стороны крышки 2 и соединены соответственно с входным 6 и выходным 7 патрубками подачи воздуха. Кроме того, трубный пакет 4 выполнен с поперечным прямоугольным сечением, стороны которого имеют отношение 2-3.

Воздухоподогреватель работает следующим образом. Рабочий воздух подают через патрубок 6 и вход 10 в трубный пакет 4. Греющий газ подают через патрубок 8 во внутренний корпус 3. Греющий газ направляют перпендикулярно трубному пакету 4 с помощью направляющих переборок 5, он проходит через прямоугольные окна 16 и через следующий участок трубного пакета 4 и отверстия 17 в направляющих переборках 5. Далее греющий газ проходит аналогично на последующих участках трубного пакета 4 и выходит через патрубок 9. При увеличении температурных деформаций (напряжений) во внутреннем корпусе 3 конический участок 15 внутреннего корпуса 3 перемещается вниз по конической поверхности внешнего корпуса 1, расположенной под углом α к вертикали, участка 14 внешнего корпуса 1. При уменьшении температурных деформаций (напряжений) во внутреннем корпусе 3 участок 15 внутреннего корпуса 3 перемещается вверх по конической поверхности участка 14 внешнего корпуса 1. В результате температурные напряжения в конструкции воздухоподогревателя значительно снижаются. Выбранное отношение 2-3 сторон прямоугольного поперечного сечения трубного пакета 4 обеспечивает оптимальный режим подогрева рабочего воздуха. Рабочий подогретый воздух выходит через выход 11 и патрубок 7 и далее используется по назначению.

Предлагаемое техническое решение может быть применено в энергетических установках различного назначения.

Работоспособность предлагаемого устройства была подтверждена на примере крупногабаритного воздухоподогревателя с энергетическими показателями рабочего воздуха на его выходе при расходе 100 кг/с; давлении 50 бар и температуре 850°С.

Предлагаемое устройство воздухоподогревателя отличается надежностью и прочностью. Внутренний корпус обеспечивает не только прочность конструкции воздухоподогревателя, но и выполняет функции теплового экрана. В частности, обеспечивается прочность продольной переборки 14 трубчатого пакета 4 от перепада давления греющего газа за счет свободного прохождения греющего газового потока через прямоугольные окна 16 в переборках 5, обеспечивающих свободное прохождение греющего газового потока. Кроме того, предлагаемое устройство воздухоподогревателя с отношением сторон по поперечному сечению трубчатого пакета, равным 2-3, обеспечивает оптимальный режим теплообмена и минимальные потери по давлению греющего газа при допустимых габаритных размерах воздухоподогревателя в пределах классификации размеров грузов на железных дорогах.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 567905, 1977.

2. Теплотехника. Под ред. В.И. Крутова. - М.: Машиностроение, 1986, с. 161 (прототип).

Изобретение относится к воздухоподогревателям и может быть использовано для подогрева воздуха в энергетических установках в различных отраслях машиностроения. В воздухоподогревателе, содержащем внешний и внутренний корпусы и трубный пакет, выполненный из труб U-образной формы, входы и выходы которых расположены в торцовой части внутреннего корпуса со стороны крышки и соединены соответственно с входным и выходным патрубками подачи воздуха, внутренний и внешний корпусы снабжены сопрягаемыми коническими участками, причем конический участок внешнего корпуса выполнен с заданным углом конусности. Кроме того, трубный пакет выполнен с поперечным прямоугольным сечением, стороны которого имеют отношение 2-3. Такое выполнение воздухоподогревателя позволяет повысить надежность и прочность его конструкции, обеспечить оптимальный режим теплообмена и минимальные потери давления, удобство транспортировки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Воздухоподогреватель, содержащий внешний корпус с крышкой и трубный пакет, направляющие переборки, входной и выходной патрубки воздуха, входной и выходной патрубки греющего газа, вход и выход трубного пакета, отличающийся тем, что он снабжен внутренним корпусом, внутри которого установлен трубный пакет, выполненный из труб U-образной формы с радиусом закругления r_t, входы и выходы которых расположены в торцовой части внутреннего корпуса со стороны крышки и соединены соответственно с входным и выходным патрубками подачи воздуха, продольной переборкой, расположенной осесимметрично вдоль воздухоподогревателя, поперечными переборками, причем внутренний и внешний корпус снабжены сопрягаемыми коническими участками, причем конический участок внешнего корпуса выполнен с углом конусности α, удовлетворяющим условию α=arctg(L/R), где L - длина прямого участка трубного пакета, R - радиус конического участка внутреннего корпуса.2. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что трубный пакет выполнен с поперечным прямоугольным сечением, стороны которого имеют отношение 2÷3.