ПРОТИВОТОЧНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ МАТРИЧНО-КОЛЬЦЕВОЙ КОМПАКТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ РЕКУПЕРАТОР Российский патент 2012 года по МПК F28D9/00 

Описание патента на изобретение RU2464514C2

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к газотурбостроению, где создаются высокоэкономичные газотурбинные двигатели и установки с регенерацией теплоты. Одним из важных элементов таких двигателей и установок является рекуператор, в котором теплота уходящих газов передается сжатому цикловому воздуху.

Необходимо отметить, что одним из существенных недостатков современных трубчатых и пластинчатых рекуператоров является их громоздкость и, как следствие, значительные габариты и масса, превышающие аналогичные характеристики, всех прочих элементов газотурбинной установки вместе взятых.

Известный пластинчатый рекуператор принят в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения [1, с.357].

Целью настоящего изобретения является существенное повышение технического совершенствования пластинчатого рекуператора. Предложенный рекуператор перспективен для его использования в газотурбинных установках открытого цикла, что убедительно подтверждено расчетами. Особенно эффективно использование предлагаемой конструкции при существенно различных массовых расходах нагреваемого и нагревающего теплоносителей.

В предлагаемом изобретении указанная выше цель достигается конкретно тем, что к таким уже известным характерным особенностям конструкции, как:

- создание рекуператора в виде ряда цилиндрических, идентичных по конструкции, теплообменных матриц одинаковой ширины и разного наружного диаметра, установленных соосно, одна в другой;

- реализация матрицы в виде цилиндрических стаканов, количество которых легко варьируется в зависимости от необходимой теплообменной поверхности рекуператора за счет соответствующего увеличения его наружного диаметра при постоянной высоте рекуператора;

- разработка каждого стакана-матрицы в виде стопки плотно сжатых между собой плоских пластин с центральными отверстиями и краевыми полукруглыми вырезами, расположенными между центральными отверстиями;

- изготовление по периметру стенок центральных отверстий и периферийных полуотверстий каждой из пластин с определенным продольным шагом по меньшей мере по одному обновляющему пограничный слой интенсификатору, например, в виде поперечных канавок, систем углублений, выступов и т.д.;

дополняется существенное конструкторское изменение:

- выполнение в перемычках между центральными отверстиями кольцевых пластин цилиндрических теплообменных матриц поперечных щелевых отверстий, соединяющих все центральные отверстия каждой кольцевой пластины и образующих совместно с центральными отверстиями кольцевой поперечный горообразный канал.

Предлагается противоточный пластинчатый матрично-кольцевой компактный керамический рекуператор, состоящий из ряда цилиндрических теплообменных матриц разного диаметра, установленных соосно одна в другой, при этом каждая матрица выполнена в виде цилиндрического стакана, собранного в виде стопки плоских кольцевых листов - пластин с центральными отверстиями, расположенными с определенным шагом по центральной от кольцевой пластины, и периферийными полуотверстиями, выполненными по краям кольцевой пластины между центральными отверстиями, образующими в цилиндрической теплообменной стаканообразной матрице при сложении пластин систему продольных каналов, и предназначенными для раздельного пространственного движения в них нигде не смешивающихся между собой потоков нагреваемого и нагревающего теплоносителей, причем по периметру стенок каналов каждой из пластин с определенным продольным шагом выполнено, по меньшей мере, по одному обновляющему пограничный слой интенсификатору, например, в виде поперечных канавок, систем углублений, выступов и т.д. В перемычках между соседними центральными отверстиями выполнены щелевые поперечные отверстия, образуя в каждой кольцевой пластине цилиндрической теплообменной матрицы кольцевой поперечный горообразный канал.

Предлагаемое изобретение поясняется схематическими чертежами, представленными на фиг.1-10.

На фиг.1 показана в плане схема компоновки цилиндрических

теплообменных матриц разного диаметра, установленных соосно одна в другой, а на фиг.2 - элемент А этой схемы. Видно, что в плане каждая теплообменная матрица представляет собой кольцо определенного внутреннего диаметра и постоянной у всех матриц ширины. Каждое такое кольцо имеет определенное количество центральных отверстий 1 и периферийных полуотверстий 2. Отверстия 1 представляют собой поперечные сечения каналов, по которым движутся потоки горячих газов, а полуотверстия - поперечные сечения, по которым движутся потоки холодного сжатого воздуха. На фиг.3 представлен продольный разрез рекуператора и показаны направления движения (стрелками) теплоносителей, причем в верхней половине продольного разреза приведена геометрия воздушного (холодного) тракта (сеч. Б-Б, фиг.2) рекуператора, а на нижней - газового (горячего) его тракта (сеч. В-В, фиг.2). На фиг.4 показана одна кольцевая пластина (без интенсификаторов на поверхности центральных отверстий 1 и периферийных полуотверстий 2) в объемном изображении, а на фиг.5 и 6 приведены вид сверху на пластину и разрез пластины по средней плоскости ее высоты. На фиг.7 и 8 представлена стопка таких пластин с иллюстрацией геометрии интенсификаторов течения в газовых 1 и воздушных 2 каналах. На фиг.9 и 10 показано взаимное расположение интенсификаторов 11 и 12 в газовых 1 и воздушных 2 каналах.

Возвращаясь к фиг.1, можно видеть, что структура рекуператора в рассматриваемом конкретном конструктивном варианте имеет семь цилиндрических теплообменных матриц, включая центральную 3 и периферийную 4 матрицы.

На фиг.3 представлены схемы подвода (холодного воздуха 5) и отвода нагреваемого теплоносителя (нагретого в рекуператоре воздуха 6), подвода (горячих газов 7) и отвода нагревающего теплоносителя (охлажденных газов 8).

Для выравнивания давления горячих газов по всему сечению пластины теплообменных цилиндрических матриц газовые каналы 1 соединены щелевыми отверстиями 9 (фиг.4), выполняемыми в перемычках 10 между центральными отверстиями 1.

По периметру стенок газовых 1 и воздушных 2 каналов каждой из пластин с определенным продольным шагом выполнены обновляющие пограничный слой интенсификаторы 11 и 12 в виде поперечных канавок, систем углублений, выступов (фиг.7, 8), причем для оптимизации прочностных характеристик стенки 13 между воздушными 2 и газовыми 1 каналами интенсификаторы 12 воздушного потока и интенсификаторы 11 газового потока следует выполнять с одинаковым продольным шагом 5 (фиг.9 и фиг.10), но со смещением интенсификаторов 11 относительно интенсификаторов 12 на половину шага δ/2 (фиг.10).

Рассматриваемый рекуператор работает следующим образом. Сжатый цикловой холодный воздух подводится в рекуператор по стрелкам 5 (фиг.3) во все каналы, образованные системой состыкованных полуотверстий. Горячие газы подводятся в центр рекуператора по стрелкам 7 (фиг.3), направляются в каналы, образованные системой центральных отверстий 1 (фиг.4, 5) и, пройдя через которые всю длину рекуператора в противотоке воздуху, выпускаются из теплообменника по стрелке 8 (фиг.3). Выпуск подогретого в рекуператоре сжатого воздуха осуществляется по стрелкам 6.

Материалом рекуператора могут служить конструкционная керамика и металлы.

Литература

1. Я.И.Шнеэ, Газовые турбины (теория и конструкция), М.: МАШГИЗ, 1960, стр.357.

Похожие патенты RU2464514C2

название год авторы номер документа
ПРОТИВОТОЧНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ МАТРИЧНО-КОЛЬЦЕВОЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ РЕКУПЕРАТОР 2010
  • Сударев Анатолий Владимирович
  • Сурьянинов Андрей Андреевич
  • Конаков Владимир Геннадьевич
  • Молчанов Александр Сергеевич
  • Тен Василий Степанович
  • Головкин Борис Анатольевич
RU2450210C2
ПРОТИВОТОЧНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ МАТРИЧНО-КОЛЬЦЕВОЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ РЕКУПЕРАТОР 2008
  • Сударев Анатолий Владимирович
  • Сурьянинов Андрей Андреевич
  • Тен Василий Степанович
  • Головкин Борис Анатольевич
  • Деле Андрей Викторович
RU2391614C1
МАТРИЧНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ (ВП) 2011
  • Сударев Анатолий Владимирович
  • Сурьянинов Андрей Андреевич
  • Молчанов Александр Сергеевич
  • Сударев Борис Владимирович
  • Тен Василий Степанович
RU2484386C2
Пластинчатый теплообменник и способ изготовления пластинчатого теплообменника 2017
  • Косой Александр Семенович
  • Синкевич Михаил Всеволодович
  • Бесчастных Владимир Николаевич
  • Даценко Василий
  • Монин Сергей Викторович
  • Борисов Юрий Александрович
RU2659677C1
Пластинчатый теплообменник и способ изготовления пластинчатого теплообменника 2018
  • Бесчастных Владимир Николаевич
  • Косой Александр Семенович
  • Монин Сергей Викторович
  • Синкевич Михаил Всеволодович
RU2686134C1
СЕТОЧНЫЙ РЕКУПЕРАТОР 2009
  • Сударев Анатолий Владимирович
  • Сурьянинов Андрей Андреевич
RU2419034C2
Пластинчатый теплообменник и способ изготовления пластинчатого теплообменника 2018
  • Косой Александр Семенович
  • Бесчастных Владимир Николаевич
  • Монин Сергей Викторович
  • Борисов Юрий Александрович
RU2700213C1
ВОЗДУХО-ВОЗДУШНЫЙ РЕКУПЕРАТОР 2022
  • Енютина Тамара Афанасьевна
  • Мирошникова Ангелина Викторовна
  • Галкин Игорь Александрович
  • Калинич Илья Викторович
  • Жуков Кирилл Юрьевич
RU2788016C1
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК 2008
  • Худяков Алексей Иванович
RU2364812C1
ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА 2021
  • Бесчастных Владимир Николаевич
  • Борисов Юрий Александрович
  • Косой Анатолий Александрович
RU2755013C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 464 514 C2

Реферат патента 2012 года ПРОТИВОТОЧНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ МАТРИЧНО-КОЛЬЦЕВОЙ КОМПАКТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ РЕКУПЕРАТОР

Изобретение относится к газотурбостроению. Противоточный пластинчатый керамический матрично-кольцевой компактный рекуператор сконструирован в виде ряда цилиндрических теплообменных матриц одинаковой ширины и разного диаметра. Матрицы установлены одна в другой соосно и собраны в виде стопки плоских кольцевых пластин с центральными отверстиями и периферийными полуотверстиями между ними. В результате образуется система продольных каналов, в которых в противоположных направлениях раздельно движутся потоки нагреваемого и нагревающего теплоносителей. В перемычках между центральными отверстиями выполнены поперечные щелевые отверстия, образующие кольцевой поперечный горообразный канал. Такая конструкции рекуператора позволяет эффективно использовать его в тех случаях, когда массовые расходы теплоносителей отличаются в несколько раз, например для высокотемпературных керамических воздухоподогревателей биокотлов. 10 ил.

Формула изобретения RU 2 464 514 C2

Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой компактный керамический рекуператор, состоящий из ряда цилиндрических теплообменных матриц разного диаметра, установленных соосно одна в другой, при этом каждая матрица выполнена в виде цилиндрического стакана, собранного в виде стопки плоских кольцевых листов - пластин с центральными отверстиями, расположенными с определенным шагом по центральной от кольцевой пластины, и периферийными полуотверстиями, выполненными по краям кольцевой пластины между центральными отверстиями, образующими в цилиндрической теплообменной стаканообразной матрице при сложении пластин систему продольных каналов, и предназначенными для раздельного пространственного движения в них, нигде не смешивающихся между собой потоков нагреваемого и нагревающего теплоносителей, причем по периметру стенок каналов каждой из пластин с определенным продольным шагом выполнено, по меньшей мере, по одному обновляющему пограничный слой интенсификатору, например в виде поперечных канавок, систем углублений, выступов и т.д., отличающийся тем, что в перемычках между соседними центральными отверстиями выполнены щелевые поперечные отверстия, образуя в каждой кольцевой пластине цилиндрической теплообменной матрицы кольцевой поперечный торообразный канал.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2464514C2

ПРОТИВОТОЧНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ МАТРИЧНО-КОЛЬЦЕВОЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ РЕКУПЕРАТОР 2008
  • Сударев Анатолий Владимирович
  • Сурьянинов Андрей Андреевич
  • Тен Василий Степанович
  • Головкин Борис Анатольевич
  • Деле Андрей Викторович
RU2391614C1
КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕМЕНТА ТЕПЛООБМЕННИКА С ПЛАСТИНЧАТЫМИ РЕБРАМИ 1997
  • Чайлд Малкольм С.
  • Кессели Джеймс Б.
  • Наш Джеймс С.
RU2179692C2
Пакет пластинчатого теплообменника 1990
  • Сударев Анатолий Владимирович
  • Сударев Борис Владимирович
  • Ерусалимский Михаил Исаевич
  • Курышев Алексей Анатольевич
  • Харазов Эдуард Григорьевич
SU1714314A1
УСТРОЙСТВО для ФОРМОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЬД" 0
SU274694A1
GB 1371277 A, 23.10.1974.

RU 2 464 514 C2

Авторы

Сударев Анатолий Владимирович

Сурьянинов Андрей Андреевич

Молчанов Александр Сергеевич

Головкин Борис Анатольевич

Тен Василий Степанович

Даты

2012-10-20Публикация

2010-06-28Подача