ВЛАГООТДЕЛИТЕЛЬ/НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК F22B37/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к влагоотделителю/нагревателю, который удаляет влагу из пара с высоким содержанием влаги и нагревает пар, из которого была удалена влага, для получения перегретого пара.

Уровень техники

В паровой турбине ядерной энергетической установки, к примеру, влагоотделитель/нагреватель расположен между турбиной высокого давления и турбиной низкого давления. Влагоотделитель/нагреватель предназначен для удаления влаги, содержащейся в выхлопе (паре) турбины высокого давления, и нагрева пара, из которого была удалена влага, для получения перегретого пара. Влагоотделитель/нагреватель включает в себя горизонтально установленный цилиндрический корпус, герметично закрытый с двух концов днищами, влагоотделитель, отделяющий влагу от подвергаемого нагреву пара, который протекает в корпус, и нагреватель, который нагревает пар до состояния перегретого пара.

В ядерной энергетической установке большой мощности может использоваться любой из двух указанных ниже влагоотделителей/нагревателей: односторонний влагоотделитель/нагреватель, в котором трубный пучок, выполняющий функцию нагревателя, располагается от одного днища корпуса в каждом отдельном влагоотделителе/нагревателе, или двухсторонний влагоотделитель/нагреватель, в котором трубный пучок, выполняющий функцию нагревателя, продолжается от обоих днищ корпуса в каждом отдельном влагоотделителе/нагревателе.

Конструкция каждого из влагоотделителей/нагревателей по существующему уровню техники будет описана со ссылкой на чертежи.

Фиг.9 - схематичный вид в разрезе, показывающий односторонний влагоотделитель/нагреватель по существующему уровню техники. Фиг.10 - схематичный вид в разрезе, показывающий двухсторонний влагоотделитель/нагреватель по существующему уровню техники. Фиг.11 - вид в поперечном разрезе, показывающий влагоотделитель/нагреватель по существующему уровню техники.

Как показано на Фиг.9, односторонний влагоотделитель/нагреватель 50 включает в себя горизонтально расположенный (осевое направление соответствует горизонтальному направлению) цилиндрический корпус 2, отделитель 3 влаги и нагреватель 4, которые расположены в корпусе 2.

Внутренняя полость корпуса 2 разделена первой разделительной перегородкой 6 и второй разделительной перегородкой 7. Между первой разделительной перегородкой 6 и днищем 8 расположена камера 10 для коллекторов. Между первой разделительной перегородкой 6 и второй разделительной перегородкой 7 образовано нагревательное пространство 11. В нижней части корпуса 2 предусмотрены впуски 13 низкотемпературного пара, которые сообщаются с нагревательным пространством 11. В верхней части корпуса 2 предусмотрены выпуски 14 высокотемпературного пара, которые сообщаются с нагревательным пространством 11. Как первая разделительная перегородка 6, так и вторая разделительная перегородка 7 имеют отверстие (не показано), через которое вставляется нагреватель 4.

Отделитель 3 влаги расположен в нижней части нагревательного пространства 11. Отделитель 3 влаги отделяет влагу от подвергаемого нагреву пара, который протекает через впуски 13 низкотемпературного пара, предусмотренные в нижней части корпуса 2.

Нагреватель 4 содержит нагреватель 4а первой ступени, нагреваемый воздухом, отбираемым от турбины высокого давления, и нагреватель 4b второй ступени, нагреваемый первичным паром, поступающим из реактора. Нагреватель 4а первой ступени и нагреватель 4b второй ступени содержат соответствующие коллекторы 16а и 16b нагрева пара и множество соответствующих U-образных тепловых труб 17а и 17b. Коллекторы 16а и 16b нагрева пара расположены в камере 10.

U-образные тепловые трубы 17а и 17b имеют прямые участки 18а и 18b, которые расположены в нагревательном пространстве 11 и нагревают пар. U-образные тепловые трубы 17а и 17b имеют криволинейные участки 19а и 19b, которые расположены в пространстве 22 (снаружи нагревательного пространства 11), образованном между второй разделительной перегородкой 7 и днищем 21. Нагреватель 4а первой ступени и нагреватель 4b второй ступени соединены с трубами 24а и 24b нагрева пара, вентиляционными трубами 25а и 25b и дренажными трубами 26а и 26b, соответственно, которые проходят через днище 8 корпуса 2 и сообщаются с узлами, находящимися снаружи влагоотделителя/нагревателя 50.

Как показано на Фиг.10, двухсторонний влагоотделитель/нагреватель 60 по существующему уровню техники включает в себя горизонтально расположенный цилиндрический корпус 61, отделитель влаги 3 и нагреватели 4, которые расположены в корпусе 61. Двухсторонний влагоотделитель/нагреватель 60 выполнен симметричным относительно центральной плоскости А-А.

Внутренняя сторона корпуса 2 разделена первой разделительной перегородкой 6 и второй разделительной перегородкой 7. Между первой разделительной перегородкой 6 и днищем 8 расположена камера 10 для коллекторов. Между каждой из первых разделительных перегородок 6 и соответствующей второй разделительной перегородкой 7 образовано нагревательное пространство 11. Центральное пространство 62 (снаружи нагревательных пространств 11) образовано между вторыми разделительными перегородками 7, которые обращены друг к другу. В нижней части корпуса 61 предусмотрены впуски 13 низкотемпературного пара, которые сообщаются с нагревательными пространствами 11. В верхней части корпуса 61 предусмотрены выпуски 14 высокотемпературного пара, которые сообщаются с нагревательными пространствами 11. Каждая из первых разделительных перегородок и вторых разделительных перегородок 6 и 7 имеет отверстие (не показано), через которое вставляются нагреватели 4.

Отделители 3 влаги расположены в нижней части соответствующего нагревательного пространства 11. Отделители 3 влаги отделяют влагу от подвергаемого нагреву пара, который протекает через впуски 13 низкотемпературного пара в нижней части корпуса 2.

Каждый из нагревателей 4 содержит нагреватель 4а первой ступени, нагреваемый воздухом, отбираемым от турбины высокого давления, и нагреватель 4b второй ступени, нагреваемый первичным паром, поступающим из реактора. Нагреватель 4а первой ступени и нагреватель 4b второй ступени содержат соответствующие коллекторы 16а и 16b нагрева пара и множество соответствующих U-образных тепловых труб 17а и 17b. Коллекторы 16а и 16b нагрева пара расположены в каждой из камер 10. U-образные тепловые трубы 17а и 17b имеют прямые участки 18а и 18b, которые расположены в каждом из нагревательных пространств 11 и нагревают пар.

U-образные тепловые трубы 17а и 17b имеют криволинейные участки 19а и 19b, которые расположены в центральном пространстве 62. Каждая группа, состоящая из нагревателя 4а первой ступени и нагревателя 4b второй ступени, соединена с трубами 24а и 24b нагрева пара, вентиляционными трубами 25 а и 25b и дренажными трубами 2ба и 26b, соответственно, которые проходят через соответствующее днище 8 корпуса 61 и сообщаются с узлами, находящимися снаружи влагоотделителя нагревателя 60.

Как показано на Фиг.11, влагоотделитель/нагреватель 50 (60) по Фиг.9 (10) имеет два отделителя 3 влаги, которые расположены в нижней части корпуса 2 (61) в наклонном положении и обращены друг к другу; нагреватель (нагреватели) 4а первой ступени расположен над отделителями 3 влаги, и нагреватель (нагреватели) 4b второй ступени расположен над нагревателем (нагревателями) 4а первой ступени. Между двумя отделителями 3 влаги образован дренажный канал 29, состоящий из нижней плиты 27 и верхней плиты 28. Разделительные перегородки 31, 32а и 32b канала расположены в корпусе 2 (61) в указанном порядке в направлении от впусков 13 низкотемпературного пара, предусмотренных в нижней части корпуса, к выпускам 14 высокотемпературного пара, предусмотренным в верхней части корпуса. Вышеописанная конструкция образует канал, по которому подвергаемый нагреву пар последовательно направляется по отделителям 3 влаги, нагревателю 4а первой ступени и нагревателю 4b второй ступени. Дренажный канал 29 изолирован от канала, по которому протекает подвергаемый нагреву пар. Пространства, окружаемые разделительными перегородками 31 канала и разделительными перегородками 32а канала, сообщаются с расположенной ниже по потоку стороной отделителей 3 влаги. Пространства, окружаемые разделительными перегородками 32а канала и разделительными перегородками 32b канала, сообщаются с расположенной ниже по потоку стороной нагревателя 4а первой ступени.

U-образные тепловые трубы 17а и 17b удерживаются не только с помощью множества опорных плит 33 а и 33b, расположенных с постоянными интервалами вдоль продольного направления U-образных тепловых труб, но также с помощью боковых плит 34а и 34b трубных пучков, которые образуют канал, по которому протекает подвергаемый нагреву пар. Боковые плиты 34а и 34b трубных пучков имеют прикрепленные к ним внутренние направляющие 36а и 36b. С другой стороны, разделительные перегородки 32а и 32b канала имеют прикрепленные к ним наружные направляющие 37а и 37b. Боковые плиты 34а и 34b трубных пучков удерживаются внутренними направляющими 36а и 36b, которые установлены на наружные направляющие 37а и 37b. Внутренние направляющие 36а и 36b выполнены таким образом, что они могут скользить по наружным направляющим 37а и 37b вдоль продольного направления U-образных тепловых труб 17а и 17b. Конструкция, в которой внутренние направляющие 36а и 36b скользят по наружным направляющим 37а и 37b, обеспечивает тепловое расширение U-образных тепловых труб 17а и 17b во время протекания высокотемпературного нагретого пара.

Влагоотделитель/нагреватель 50 (60) направляет пар, подвергаемый нагреву, который протекает через впуски 13 низкотемпературного пара в отделители 3 влаги и нагреватель 4 в указанном порядке, в нагревательное пространство 11 и выпускает перегретый пар, получаемый во время процессов отделения влаги и нагрева, через выпуски 14 высокотемпературного опара в турбину низкого давления.

Внутри влагоотделителя/нагревателя 50 (60) подвергаемый нагреву пар протекает в качестве низкотемпературного насыщенного пара в нижнюю часть корпуса 2 (61) и затем выпускается в качестве перегретого пара из верхней части корпуса 2 (61). Таким образом, в каждой внутренней конструкции в корпусе 2 (61) создается температурный градиент, например, в отделителях 2 влаги и нагревателе 4, т.е. температура увеличивается от нижнего участка к верхнем участку каждого компонента. В результате возникает явление, при котором корпус 2 (61) деформируется и приобретает закругленную форму, при которой центральный участок поднимается выше обоих концов.

Кроме того, в влагоотделителе/нагревателе 50 (60) по существующему уровню техники существуют потоки пара (не показано) через пути утечки (короткие пути), что препятствует нормальному теплообмену, а также потокам пара, обозначенным пунктирными стрелками А на Фиг.11.

В вышеописанном рабочем состоянии внутренние направляющие 36а и 36b, прикрепленные к боковым плитам 34а и 34b трубных пучков, имеют тенденцию нагреваться до более высокой температуры, чем наружные направляющие 37а и 37b, прикрепленные к разделительным перегородкам 32а и 32b канала. Поскольку такое различие в температурах вызывает различие в величине температурной деформации между внутренними и наружными направляющими, между каждой внутренней направляющей и соответствующей наружной направляющей, которые должны находиться в контакте друг с другом, создается зазор вблизи центральных участков направляющих, что приводит к утечке пара, обозначенной пунктирными стрелками D на Фиг.11.

Наличие путей утечки, по которым вытекает нагретый пар, приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик влагоотделителя/нагревателя. Для решения этой проблемы существует известный влагоотделитель/нагреватель, включающий в себя прижимные элементы, которые совместно с наружными направляющими 37а и 37b позволяют устанавливать между ними внутренние направляющие 36а и 36b для предотвращения возникновения зазора между каждой внутренней направляющей и соответствующей наружной направляющей, которые должны находиться в контакте друг с другом (например, см. японский патентный документ №2000-310401).

В влагоотделителе/нагревателе по существующему уровню техники длина тепловых труб, используемых в качестве нагревателя, была ограничена примерно до 10 м в соответствии с технологическими требованиями. Таким образом, сложно обеспечить, чтобы односторонний влагоотделитель/нагреватель по существующему уровню техники осуществлял больший теплообмен, чем двухсторонний влагоотделитель/нагреватель по существующему уровню техники. По этой причине для обеспечения теплообмена, сравнимого с теплообменом, выполняемым двухсторонним влагоотделителем/нагревателем по существующему уровню техники, используется несколько односторонних влагоотделителей /нагревателей.

Кроме того, поскольку имеется необходимость установки множества односторонних влагоотделителей /нагревателей по существующему уровню техники, чтобы обеспечить теплообмен, равный теплообмену, обеспечиваемому двухсторонним влагоотделителем/нагревателем по существующему уровню техники, в последнее время часто используется двухсторонний влагоотделитель/нагреватель, который имеет улучшенные эксплуатационные характеристики в отношении теплообмена.

Недавние технологические достижения позволили изготавливать намного более длинные тепловые трубы длиной примерно 20 метров, что позволяет изготавливать односторонний влагоотделитель/нагреватель, который обеспечивает теплообмен, сравнимый с теплообменом, обеспечиваемым двухсторонним влагоотделителем/нагревателем по существующему уровню техники. Использование одностороннего влагоотделителя/нагревателя, имеющего такие длинные тепловые трубы, может устранить проблему ряда влагоотделителей/нагревателей по существующему уровню техники, описанных выше, и обеспечивает самые высокие характеристики теплообмена.

Использование таких длинных тепловых труб создает новую проблему.

В влагоотделителе/нагревателе может иметь место деформация, при которой центральный участок кожуха поднимается выше обоих его концов, когда внутри корпуса создается температурный градиент, как описано выше. В рабочем состоянии, при котором происходит деформация, внутренние направляющие, прикрепленные к боковым плитам трубного пучка, имеют тенденцию нагреваться до более высокой температуры, чем наружные направляющие, прикрепленные к разделительным перегородкам канала.

Поскольку разница температур приводит к различию в величине температурной деформации между внутренними и наружными направляющими, между каждой внутренней направляющей и соответствующей наружной направляющей, которые должны находиться в контакте друг с другом, создается зазор вблизи центральных участков направляющих. Кроме того, когда пар, подвергаемый нагреву (пар цикла), протекает при высокой скорости, подъемная сила пара, подвергаемого нагреву, становится больше собственного веса нагревателя. В этом случае U-образные тепловые трубы поднимаются, и зазор у контактной поверхности внутренних и наружных направляющих дополнительно увеличивается.

В нагревателе, в котором используются очень длинные тепловые трубы, возникает больший зазор, чем в нагревателе, в влагоотделителе/нагревателе по существующему уровню техники, поскольку подъемное усилие пара, подвергаемого нагреву, поднимает U-образные тепловые трубы.

Поскольку увеличение величины зазора приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик влагоотделителя/нагревателя, требуются профилактические меры.

Сущность изобретения

С учетом существующего уровня техники, описанного выше, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить влагоотделитель/нагреватель, в котором пути утечки между внутренними и наружными направляющими могли быть сделаны достаточно узкими независимо от длины тепловых труб.

Для решения этой задачи настоящее изобретение предлагает влагоотделитель/нагреватель, содержащий: горизонтально расположенный цилиндрический корпус, герметично закрытый с двух концов днищами, первую разделительную перегородку, установленную в корпусе на стороне, где имеется одно из днищ, и образование пространства для коллекторов между первой разделительной перегородкой и днищем; вторую разделительную перегородку, установленную в корпусе, и образование нагревательного пространства между второй разделительной перегородкой и разделительной перегородкой на стороне коллекторов; влагоотделитель, расположенный на нижнем участке нагревательного пространства, и удаление влаги из пара, подвергаемого нагреву, который протекает через нижнюю часть корпуса; нагреватель, расположенный над отделителем влаги в корпусе; разделительную перегородку канала, которая разделяет внутреннюю сторону нагревательного пространства таким образом, что пар, подвергаемый нагреву, протекает через впуск низкотемпературного пара, предусмотренный в нижней части корпуса, протекает в влагоотделитель, проходит чрез него и протекает в нагреватель; множество опорных плит тепловых труб, расположенных в нагревательном пространстве с соответствующими интервалами вдоль продольного направления нагревателя; боковую плиту трубных пучков, установленную на разделительной перегородке канала и продолжающуюся вдоль продольного направления нагревателя, боковые плиты трубных пучков, поддерживающие нагреватель; и множество ограничивающих элементов, расположенных в нагревательном пространстве

Нагреватель включает в себя коллектор нагревателя, расположенный в камере, и U-образную тепловую трубу, соединенную с коллектором нагревателя. U-образная тепловая труба образована из участка прямой трубы, расположенного в нагревательном пространстве и нагревающего пар, подвергаемый нагреву, который прошел через влагоотделитель, и криволинейный участок трубы, расположенный снаружи нагревательного пространства. Боковая плита трубного пучка имеет прикрепленную к ней внутреннюю направляющую. Разделительная плита канала имеет наружную направляющую, на которой размещена внутренняя направляющая с возможностью скольжения в продольном направлении U-образной тепловой трубы. Ограничивающие элементы совместно с наружной направляющей позволяют помещать между ними боковую плиту трубного пучка для ограничения ее деформации и поэтому расположены таким образом, чтобы выполнялось следующее соотношение:

0,2≤L1/L, L2/L≤0,4,

где L обозначает полную длину прямого участка трубы, L1 обозначает расстояние от одного из ограничивающих элементов, который наиболее близко расположен к коллектору нагревателя, до конца прямого участка трубы на стороне, где имеется коллектор нагревателя, и L2 обозначает расстояние от одного из ограничивающих элементов, который наиболее близко расположен к криволинейному участку трубы, до конца прямого участка трубы на стороне, где имеется криволинейный участок трубы.

В предпочтительном варианте выполнения влагоотделителя/нагревателя, имеющего отличительные характеристики, указанные выше, ограничивающие элементы могут быть прижимными элементами, которые прикреплены к разделительной перегородке канала и совместно с наружной направляющей позволяют размещать между ними внутреннюю направляющую.

Кроме того, ограничивающие элементы могут быть прижимными элементами, которые прикреплены к разделительной плите канала, продолжаются до верхнего участка боковой плиты трубных пучков и совместно с наружной направляющей позволяют размещать между ними боковую плиту трубных пучков и внутреннюю направляющую.

В этом случае желательно, чтобы верхний участок боковой плиты трубных пучков и ограничивающие элементы были расположены с зазором между ними.

Кроме того, желательно, чтобы ограничивающие элементы были опорными плитами тепловых труб, выполненными так, что опорные плиты тепловых труб совместно с наружной направляющей позволяют размещать между ними внутреннюю направляющую. В этом случае желательно, чтобы внутренняя направляющая и ограничивающие элементы были расположены с зазором между ними.

Кроме того, ограничивающие элементы могут быть опорными плитами тепловых труб, выполненными таким образом, чтобы они продолжались до верхнего участка боковой плиты трубных пучков и совместно с наружной направляющей позволяли размещать между ними боковую плиту трубных пучков и внутреннюю направляющую.

Настоящее изобретение предлагает влагоотделитель/нагреватель, в котором путь утечки между внутренней направляющей и наружной направляющей может быть сделан достаточно узким независимо от длины тепловой трубы.

Другие отличительные особенности и характеристики настоящего изобретения станут понятными из приведенного ниже описания со ссылкой на приложенные чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в разрезе по оси (продольный разрез), показывающий схематичную конструкцию влагоотделителя/нагревателя по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.2 - вид в поперечном разрезе по линии II-II Фиг.1, показывающий схематичную конструкцию влагоотделителя/нагревателя по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.3 - схематичный вид, показывающий взаимное расположение нагревателя и прижимных элементов в влагоотделителе/нагревателе по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.4 - соотношение между положениями, в которых расположены прижимные элементы, и зазорами, образованными между внутренней направляющей и соответствующей наружной направляющей в влагоотделителе/нагревателе по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.5 - соотношение между положениями, в которых расположены прижимные элементы, и температурой перегретого пара у выпусков высокотемпературного пара в влагоотделителе/нагревателе по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.6 - вид в поперечном разрезе, соответствующий Фиг.2 и показывающий схематичную конструкцию влагоотделителя/нагревателя по второму варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.7 - вид в поперечном разрезе, показывающий схематичную конструкцию важного участка влагоотделителя/нагревателя по третьему варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.8 - вид в поперечном разрезе, показывающий схематичную конструкцию важного участка влагоотделителя/нагревателя по четвертому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.9 - схематичный вид в разрезе по оси, показывающий односторонний влагоотделитель/нагреватель по существующему уровню техники;

Фиг.10 - схематичный вид в разрезе по оси, показывающий двухсторонний влагоотделитель/нагреватель по существующему уровню техники;

Фиг.11 - вид в поперечном разрезе, соответствующий Фиг.2 и показывающий влагоотделитель/нагреватель по существующему уровню техники Фиг.9 и 10.

Осуществление изобретения

Варианты выполнения влагоотделителя/нагревателя по настоящему изобретению будут описаны со ссылкой на приложенные чертежи.

Следует понимать, что в приведенном ниже описании термины «верхний», «нижний», «левый» и подобные термины, указывающие на направление и т.п., используются только в контексте пояснения или реального монтажа влагоотделителя/нагревателя.

[Первый вариант выполнения]

Первый вариант выполнения влагоотделителя/нагревателя по настоящему изобретению будет описан со ссылкой на Фиг.1-5.

Фиг.1 - вид в разрезе по оси (продольный разрез), показывающий схематичную конструкцию влагоотделителя/нагревателя по первому варианту выполнения настоящего изобретения.

Влагоотделитель/нагреватель 1 по настоящему изобретению является односторонним влагоотделителем/нагревателем, как показано на Фиг.1. Влагоотделитель/нагреватель 1 включает в себя горизонтально расположенный цилиндрический корпус 2 (продольное направление установленного корпуса 2 ориентировано горизонтально), отделитель 3 влаги и нагреватель 4, которые расположены в корпусе 2.

Внутренняя сторона корпуса 2 разделена первой разделительной перегородкой 6 и второй разделительной перегородкой 7. Между первой разделительной перегородкой 6 и днищем 8 расположена камера 10 для коллекторов. Между первой разделительной перегородкой 6 и второй разделительной перегородкой 7 образовано нагревательное пространство 11. В нижней части корпуса 2 предусмотрены впуски 13 низкотемпературного пара, которые сообщаются с нагревательным пространством 11. В верхней части корпуса 2 предусмотрены выпуски 14 высокотемпературного пара, которые сообщаются с нагревательным пространством 11. Как первая разделительная перегородка 6, так и вторая разделительная перегородка 7 имеют отверстие (не показано), через которое вставляется нагреватель 4.

Отделитель 3 влаги расположен в нижней части нагревательного пространства 11. Отделитель 3 влаги отделяет влагу от подвергаемого нагреву пара, который протекает через впуски 13 низкотемпературного пара, предусмотренные в нижней части корпуса 2.

Нагреватель 4 образован из нагревателя 4а первой ступени, нагреваемого воздухом, отбираемым от турбины высокого давления, и нагревателя 4b второй ступени, нагреваемого первичным паром, поступающим из реактора. Нагреватель 4а первой ступени и нагреватель 4b второй ступени содержат соответствующие коллекторы 16а и 16b нагрева пара (коллекторы нагревателей) и множество соответствующих U-образных тепловых труб 17а и 17b. Коллекторы 16а и 16b нагрева пара расположены в камере. U-образные тепловые трубы 17а и 17b имеют прямые участки 18а и 18b, которые расположены в нагревательном пространстве 11 и нагревают пар. U-образные тепловые трубы 17а и 17b имеют криволинейные участки 19а и 19b, которые расположены в пространстве 22 (снаружи нагревательного пространства 11), образованном между второй разделительной перегородкой 7 и днищем 21. Нагреватель 4а первой ступени и нагреватель 4b второй ступени соединены с трубами 24а и 24b нагрева пара, вентиляционными трубами 25а и 25b и дренажными трубами 26а и 26b, которые проходят через днище 8 корпуса 2 и сообщаются с компонентами, находящимися снаружи влагоотделителя/нагревателя 1.

Фиг.2 - вид в поперечном разрезе, показывающий схематичную конфигурацию влагоотделителя/нагревателя по первому варианту выполнения настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.2, влагоотделитель/нагреватель 1 включает в себя два отделителя 3 влаги, которые расположены в нижней части корпуса 2 в наклонном положении и обращены друг к другу; нагреватель 4а первой ступени расположен над отделителями 3 влаги, и нагреватель 4b второй ступени расположен над нагревателем 4а первой ступени. Между двумя отделителями 3 влаги образован дренажный канал 29, состоящий из нижней плиты 27 и верхней плиты 28.

Разделительные перегородки 31, 32а и 32b канала расположены в корпусе 2 в указанном порядке в направлении от впусков 13 низкотемпературного пара, предусмотренных в нижней части корпуса, к выпускам 14 высокотемпературного пара, предусмотренным в верхней части корпуса. Вышеописанная конструкция образует канал, по которому подвергаемый нагреву пар последовательно направляется по отделителям 3 влаги, нагревателю 4а первой ступени и нагревателю 4b второй ступени. Дренажный канал 29 изолирован от канала, по которому протекает подвергаемый нагреву пар. Пространства, окружаемые разделительными перегородками 31 канала и разделительными перегородками 32а канала, сообщаются с расположенной ниже по потоку стороной отделителей 3 влаги. Пространства, окружаемые разделительными перегородками 32а канала и разделительными перегородками 32b канала, сообщаются с расположенной ниже по потоку стороной нагревателя 4а первой ступени.

U-образные тепловые трубы 17а и 17b удерживаются не только с помощью множества опорных плит 33 а и 33b, расположенных с постоянными интервалами вдоль продольного направления U-образных тепловых труб, но также с помощью боковых плит 34а и 34b трубных пучков, которые образуют канал, по которому протекает подвергаемый нагреву пар. Боковые плиты 34а и 34b трубных пучков имеют прикрепленные к ним внутренние направляющие 36а и 36b. С другой стороны, разделительные перегородки 32а и 32b канала имеют прикрепленные к ним наружные направляющие 37а и 37b. Боковые плиты 34а и 34b трубных пучков удерживаются внутренними направляющими 36а и 36b, которые установлены на наружные направляющие 37а и 37b. Внутренние направляющие 36а и 36b выполнены таким образом, что они могут скользить по наружным направляющим 37а и 37b вдоль продольного направления U-образных тепловых труб 17а и 17b. Конструкция, в которой внутренние направляющие 36а и 36b скользят по наружным направляющим 37а и 37b, обеспечивает тепловое расширение U-образных тепловых труб 17а и 17b во время протекания высокотемпературного нагретого пара.

Разделительные перегородки 32а и 32b канала имеют соответствующие прикрепленные к ним опорные элементы 39а и 39b, и опорные элементы 39а и 39b имеют соответствующие прикрепленные к ним прижимные элементы 40а и 40b (ограничивающие элементы). Прижимные элементы 40а, 40b совместно с соответствующими наружными направляющими 37а, 37b позволяют разместить между ними боковые плиты 34а и 34b трубных пучков для ограничения их деформации.

В частности, прижимные элементы 40а и 40b совместно с соответствующими наружными направляющими 37а и 37b позволяют разместить между ними внутренние направляющие 36а и 36b соответственно. Прижимные элементы 40а, 40b расположены во множестве мест вдоль продольного направления U-образных тепловых труб 17а и 17b. Прижимные элементы 40а, 40b могут быть расположены таким образом, чтобы они находились в контакте с соответствующими внутренними направляющими 36а и 36b, или чтобы между прижимными элементами 40а, 40b и соответствующими внутренними направляющими 36а и 36b обеспечивались зазоры.

Наличие зазоров между прижимными элементами 40а, 40b и внутренними направляющими 36а и 36b не только делает внутренние направляющие 36а и 36b более подвижными, но также позволяет нагревателю 4 деформироваться и препятствует возникновению противодействующих сил в прижимных элементах 40а и 40b.

Фиг.3 - схематичный вид, показывающий взаимное расположение нагревателя и прижимных элементов в влагоотделителе/нагревателе по первому варианту выполнения настоящего изобретения.

На Фиг.4 показано соотношение между положениями, в которых расположены прижимные элементы, и зазорами, образованными между каждой внутренней направляющей и соответствующей наружной направляющей в влагоотделителе/нагревателе по первому варианту выполнения настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.3 и 4, помимо множества прижимных элементов 40а и 40b прижимные элементы 40аа и 40ba, наиболее близко расположенные к коллекторам 16а и 16b нагрева пара, и прижимные элементы 40ab и 40bb, наиболее близко расположенные к криволинейным участкам 19а, 19b труб, установлены таким образом, чтобы выполнялось следующее Соотношение 1.

[Соотношение 1]

0,2≤L1/L, L2/L≤0,4

В Соотношении 1 буква L обозначает полную длину прямого участка 18а или 18b трубы.

L1 обозначает расстояние прижимного элемента 40аа или 40bа до конца прямого участка 18а или 18b трубы на стороне, где имеется головка 16а и 16b нагрева пара.

L2 обозначает расстояние прижимного элемента 40ab или 40bb до конца прямого участка 18а или 18b трубы на стороне, где имеется криволинейный участок 19а или 19b трубы.

Как показано на Фиг.4, зазоры, образуемые между внутренними направляющими 36а, 36b и наружными направляющими 37а, 37b (пунктирная линия d на Фиг.4), могут быть сведены к минимуму за счет расположения прижимных элементов 40аа и 40bа и прижимных элементов 40ab и 40bb таким образом, чтобы, выполнялось Соотношение 1. В то же самое время противодействующие силы, возникающие в прижимных элементах 40аа и 40bа и прижимных элементах 40ab и 40bb (сплошная линия h на Фиг.4) также могут быть сведены к минимуму по сравнению со случаем, когда прижимные элементы расположены в других местах.

Фиг.5 - график, показывающий соотношение между положениями, в которых расположены прижимные элементы, и температурой перегретого пара у выпусков высокотемпературного пара в влагоотделителе/нагревателе по первому варианту выполнения настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.5, зазоры, образуемые между внутренними направляющими 36а, 36b и наружными направляющими 38а, 37b (пунктирная линия d на Фиг.5), могут быть сведены к минимуму за счет расположения прижимных элементов 40аа и 40bа и прижимных элементов 40ab и 40bb таким образом, чтобы, выполнялось Соотношение 1. При условии, описанном выше, температура перегретого пара у выпусков 14 высокотемпературного пара (сплошная линия t на Фиг.5) показывает, что между нагревателем 4 и нагреваемым паром происходит достаточный теплообмен.

В имеющем такую конструкцию влагоотделителе/нагревателе 1 прижимные элементы 40а и 40b ограничивают деформацию (кручение) внутренних направляющих 36а и 36b, что уменьшает зазоры, образующиеся между внутренними и наружными направляющими, когда нагреватель 4 поднимается из-за различия в величине температурной деформации между внутренними направляющими 36а, 36b и наружными направляющими 37а, 37b и из-за подъемной силы нагреваемого пара, который протекает по корпусу 2. В этой конфигурации расположение прижимных элементов 40а и 40b по Соотношению 1 позволяет свести к минимуму зазоры между внутренними и наружными направляющими и противодействующие силы, возникающие в прижимных элементах 40а и 40b. Кроме того, поскольку зазоры между внутренними и наружными направляющими могут быть сведены к минимуму, ухудшение эксплуатационных характеристик влагоотделителя/нагревателя 1 из-за наличия путей утечки между внутренними и наружными направляющими может быть значительно снижено.

Следовательно, в влагоотделителе/нагревателе 1 по настоящему варианту выполнения пути утечки между внутренними направляющими 36а, 36b и наружными направляющими 37а, 37b могут быть сделаны достаточно узкими независимо от длины U-образных тепловых труб 17а и 17b.

Несмотря на то что в вышеуказанном описании пояснения к влагоотделителю/нагревателю 1 по настоящему варианту выполнения были сделаны со ссылкой на односторонний влагоотделитель/нагреватель, он также может быть выполнен как двухсторонний влагоотделитель/нагреватель.

[Второй вариант выполнения]

Второй вариант выполнения влагоотделителя/нагревателя по настоящему изобретению будет описан со ссылкой на Фиг.6.

Фиг.6 - вид в поперечном разрезе, показывающий схематичную конфигурацию влагоотделителя/нагревателя по второму варианту выполнения настоящего изобретения.

В настоящем варианте выполнения компоненты, соответствующие компонентам из первого варианта выполнения, имеют такие же ссылочные номера, и их повторное описание опущено.

Как показано на Фиг.6, разделительные перегородки 32а и 32b канала в влагоотделителе/нагревателе 1А по настоящему варианту выполнения имеют соответствующие прикрепленные к ним опорные элементы 39Аа и 39Аb, и опорные элементы 39Аа и 39Аb также имеют соответствующие прикрепленные к ним прижимные элементы 40Аа и 40Аb (ограничивающие элементы).

Прижимные элементы 40Аа и 40Аb совместно с соответствующими наружными направляющими 37а и 37b позволяют разместить между ними соответствующие боковые плиты 34а и 34b трубных пучков для ограничения их деформации. В частности, прижимные элементы 40Аа и 40Аb, которые продолжаются от верхних концов боковых плит 34а и 34b трубных пучков, совместно с наружными направляющими 37а и 37b позволяют разместить между ними верхнюю половину боковых плит 34а и 34b трубных пучков и внутренние направляющие 36а и 36b. Прижимные элементы 40Аа и 40Аb расположены во множестве мест вдоль продольного направления U-образных тепловых труб 17 а и 17b. Прижимные элементы 40Аа, 40Аb могут быть расположены таким образом, чтобы они находились в контакте с соответствующими боковыми плитами 34а и 34b трубных пучков, или чтобы между прижимными элементами 40Аа, 40Аb и соответствующими боковыми плитами 34а и 34b трубных пучков могли быть обеспечены зазоры. Наличие зазоров между прижимными элементами 40Аа, 40Аb и боковыми плитами 34а и 34b трубных пучков не только делает внутренние направляющие 36а и 36b более подвижными, но также позволяет нагревателю 4 деформироваться и препятствует возникновению противодействующих сил в прижимных элементах 40Аа и 40Аb.

Помимо множества прижимных элементов 40Аа и 40Аb прижимные элементы 40Ааа и 40Аbа, наиболее близко расположенные к коллекторам 16а и 16b нагрева пара, и прижимные элементы 40Ааb и 40Аbb, наиболее близко расположенные к криволинейным участкам 19а, 19b труб, установлены таким образом, чтобы выполнялось Соотношение 1.

В имеющем такую конструкцию влагоотделителе/нагревателе 1А прижимные элементы 40Аа и 40Аb ограничивают деформацию (изгиб) боковых плит 34а и 34b трубных пучков, что уменьшает зазоры, образующиеся между внутренними и наружными направляющими, когда нагреватель 4 поднимается из-за различия в величине температурной деформации между внутренними направляющими 36а, 36b и наружными направляющими 37а, 37b и из-за подъемной силы нагреваемого пара, который протекает по корпусу 2.

В этой конструкции расположение прижимных элементов 40Аа и 40Аb по Соотношению 1 позволяет свести к минимуму зазоры между внутренними и наружными направляющими и противодействующие силы, возникающие в прижимных элементах 40Аа и 40Аb. Кроме того, поскольку зазоры между внутренними и наружными направляющими могут быть сведены к минимуму, ухудшение эксплуатационных характеристик влагоотделителя/нагревателя 1А из-за наличия путей утечки между внутренними и наружными направляющими может быть значительно снижено.

Следовательно, во влагоотделителе/нагревателе 1А по настоящему варианту выполнения пути утечки между внутренними направляющими 36а, 36b и наружными направляющими 37а, 37b могут быть сделаны достаточно узкими независимо от длины U-образных тепловых труб 17 а и 17b.

Следует отметить, что влагоотделитель/нагреватель 1А по настоящему варианту выполнения был описан со ссылкой на односторонний влагоотделитель/нагреватель, но он также может быть выполнен как двухсторонний влагоотделитель/нагреватель.

[Третий вариант выполнения]

Третий вариант выполнения влагоотделителя/нагревателя по настоящему изобретению будет описан со ссылкой на Фиг.7.

Фиг.7 - вид в поперечном разрезе, показывающий схематичную конфигурацию влагоотделителя/нагревателя по третьему варианту выполнения настоящего изобретения.

В настоящем варианте выполнения компоненты, соответствующие компонентам из первого варианта выполнения, имеют такие же ссылочные номера, и их повторное описание опущено.

Как показано на Фиг.7, внутри кожуха 2 влагоотделителя/нагревателя 1В по настоящему варианту выполнения предусмотрено множество опорных плит 33А (ограничивающих элементов) тепловых труб, расположенных с постоянными интервалами вдоль продольного направления U-образных тепловых труб 17а и 17b.

Опорные плиты 33А тепловых труб, которые являются ограничивающими элементами, расположены таким образом, что они позволяют размещать боковые плиты 34 трубных пучков между ними и наружными направляющими 37, прикрепленными к разделительным плитам 32 канала, чтобы ограничивать деформации боковых плит. В частности, опорные плиты 33А тепловых труб расположены таким образом, что они позволяют помещать внутренние направляющие 36 между ними и наружными направляющими 37. Опорные плиты 33А тепловых труб могут быть расположены таким образом, что они находятся в контакте с внутренними направляющими 36, или чтобы между опорными плитами 33А тепловых труб и внутренними направляющими 36 обеспечивались зазоры. Наличие зазоров между опорными плитами 33А тепловых труб и внутренними направляющими 36 не только делает внутренние направляющие 36 более подвижными, но также позволяет нагревателю 4 деформироваться и препятствует возникновению противодействующих сил в опорных плитах 33А тепловых труб.

Помимо множества опорных плит 33А тепловых труб опорные плиты 33А тепловых труб, наиболее близко расположенные к коллекторам 16а и 16b нагрева пара, и опорные плиты 33А тепловых труб, наиболее близко расположенные к криволинейным участкам 19а, 19b труб, установлены таким образом, чтобы выполнялось Соотношение 1.

В имеющем такую конструкцию влагоотделителе/нагревателе 1В опорные плиты 33А тепловых труб ограничивают деформацию (изгиб) внутренних направляющих 36, что уменьшает зазоры, образующиеся между внутренними и наружными направляющими, когда нагреватель 4 поднимается из-за различия в величине температурной деформации между внутренними направляющими 36 и наружными направляющими 37 и из-за подъемной силы нагреваемого пара, который протекает по корпусу 2. В этой конфигурации расположение опорных плит 33А тепловых труб по Соотношению 1 позволяет свести к минимуму зазоры между внутренними и наружными направляющими и противодействующие силы, возникающие в опорных плитах 33А тепловых труб. Кроме того, поскольку зазоры между внутренними и наружными направляющими могут быть сведены к минимуму, ухудшение эксплуатационных характеристик влагоотделителя/нагревателя 1В из-за наличия путей утечки между внутренними и наружными направляющими может быть значительно снижено.

Следовательно, в влагоотделителе/нагревателе 1В по настоящему варианту выполнения пути утечки между внутренними направляющими 36 и наружными направляющими 37 могут быть сделаны достаточно узкими независимо от длины U-образных тепловых труб 17а и 17b.

Следует отметить, что, несмотря на то, что влагоотделитель/нагреватель 1В по настоящему варианту выполнения был описан со ссылкой на односторонний влагоотделитель/нагреватель, он также может быть выполнен как двухсторонний влагоотделитель/нагреватель.

[Четвертый вариант выполнения]

Четвертый вариант выполнения влагоотделителя/нагревателя по настоящему изобретению будет описан со ссылкой на Фиг.8.

Фиг.8 - вид в поперечном разрезе, показывающий схематичную конфигурацию влагоотделителя/нагревателя по четвертому варианту выполнения настоящего изобретения.

В настоящем варианте выполнения компоненты, соответствующие компонентам из первого варианта выполнения, имеют такие же позиции, и их повторное описание опущено.

Как показано на Фиг.8, внутри кожуха 2 влагоотделителя/нагревателя 1C по настоящему варианту выполнения предусмотрено множество опорных плит 33А (ограничивающих элементов) тепловых труб, расположенных с постоянными интервалами вдоль продольного направления U-образных тепловых труб 17а и 17b.

Опорные плиты 33А тепловых труб, которые являются ограничивающими элементами, расположены таким образом, что они позволяют размещать боковые плиты 34 трубных пучков между ними и наружными направляющими 37, прикрепленными к разделительным плитам 32 канала, чтобы ограничивать деформации боковых плит.

В частности, опорные плиты 33А тепловых труб, которые продолжаются от верхних концов боковых плит 34 трубных пучков, позволяют размещать верхнюю половину боковых плит 34 трубных пучков и внутренние направляющие 36 между ними и наружными направляющими 37. Опорные плиты 33А тепловых труб могут быть расположены таким образом, чтобы они упирались в соответствующие боковые плиты 34 трубных пучков, или чтобы между опорными плитами 33А тепловых труб и соответствующими боковыми плитами 34 трубных пучков обеспечивались зазоры.

Наличие зазоров между опорными плитами 33А тепловых труб и боковыми плитами 34 трубных пучков не только делает внутренние направляющие 36 более подвижными, но также позволяет нагревателю 4 деформироваться и препятствует возникновению противодействующих сил в опорных плитах 33А тепловых труб.

Опорные плиты 33А тепловых труб, между которыми помещаются внутренние направляющие 36, могут быть расположены таким образом, чтобы они упирались во внутренние направляющие 36, или чтобы между опорными плитами 33А тепловых труб и внутренними направляющими 36 обеспечивались зазоры.

Наличие зазоров между опорными плитами 33А тепловых труб и внутренними направляющими 36 не только делает внутренние направляющие 36 более подвижными, но также позволяет нагревателю 4 деформироваться и препятствует возникновению противодействующих сил в опорных плитах 33А тепловых труб.

Помимо множества опорных плит 33А тепловых труб опорные плиты 33А тепловых труб, наиболее близко расположенные к коллекторам 16а и 16b нагрева пара, и опорные плиты 33А тепловых труб, наиболее близко расположенные к криволинейным участкам 19а, 19b труб, установлены таким образом, чтобы выполнялось Соотношение 1.

В имеющем такую конструкцию влагоотделителе/нагревателе 1C опорные плиты 33А тепловых труб ограничивают деформацию (изгиб) боковых плит 34 трубных пучков, что уменьшает зазоры, образующиеся между внутренними наружными направляющими, когда нагреватель 4 поднимается из-за различия в величине температурной деформации между внутренними направляющими 36 и наружными направляющими 37 и из-за подъемной силы нагреваемого пара, который протекает по корпусу 2. В этой конструкции расположение опорных плит 33А тепловых труб по Соотношению 1 позволяет свести к минимуму зазоры между внутренними и наружными направляющими и противодействующие силы, возникающие в опорных плитах 33 А тепловых труб. Кроме того, поскольку зазоры между внутренними и наружными направляющими могут быть сведены к минимуму, ухудшение эксплуатационных характеристик влагоотделителя/нагревателя 1C из-за наличия путей утечки между внутренними и наружными направляющими может быть значительно снижено.

Следовательно, в влагоотделителе/нагревателе 1C по настоящему варианту выполнения пути утечки между внутренними направляющими 36 и наружными направляющими 37 могут быть сделаны достаточно узкими независимо от длины U-образных тепловых труб 17а и 17b.

Следует отметить, что, несмотря на то, что влагоотделитель/нагреватель 1C по настоящему варианту выполнения был описан со ссылкой на односторонний влагоотделитель/нагреватель, он также может быть выполнен как двухсторонний влагоотделитель/нагреватель.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энергетических установках для получения перегретого пара. Влагоотделитель/нагреватель включает в себя цилиндрический корпус, влагоотделитель, который удаляет влагу из пара, подвергаемого нагреву, который протекает через нижнюю часть корпуса, и нагреватель, расположенный над отделителем влаги в корпусе. В нагревательном пространстве предусмотрено множество ограничивающих элементов, позволяющих размещать боковую плиту трубного пучка для ограничения деформации, и эти ограничивающие элементы расположены на заданном расстоянии. Влагоотделитель/нагреватель, имеющий такую конфигурацию, позволяет получить достаточно узкий путь утечки между внутренней направляющей и наружной направляющей независимо от длины труб нагревателя. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Влагоотделитель/нагреватель, содержащий:
горизонтальный корпус с двумя герметично закрытыми днищами;
первую разделительную перегородку, установленную в корпусе на стороне, где имеется одно из днищ, для образования камеры для коллекторов между первой разделительной перегородкой и днищем;
вторую разделительную перегородку, установленную в корпусе для образования нагревательного пространства между второй разделительной перегородкой и разделительной перегородкой на стороне коллекторов;
влагоотделитель, расположенный в нижнем участке нагревательного пространства для удаление влаги из пара, подвергаемого нагреву, который протекает через нижнюю часть корпуса;
нагреватель, расположенный над отделителем влаги в корпусе;
разделительную перегородку канала, которая разделяет внутреннюю сторону нагревательного пространства таким образом, что пар, подвергаемый нагреву, протекает через впуск низкотемпературного пара, предусмотренный в нижней части корпуса, протекает в влагоотделитель, проходит чрез него и протекает в нагреватель;
множество опорных плит тепловых труб, расположенных в нагревательном пространстве с соответствующими интервалами вдоль продольного направления нагревателя;
боковую плиту трубных пучков, установленную на разделительной перегородке канала и продолжающуюся вдоль продольного направления нагревателя, боковые плиты трубных пучков, поддерживающие нагреватель; и
множество ограничивающих элементов, расположенных в нагревательном пространстве; при этом
нагреватель включает в себя коллекторы, расположенные в камере и U-образную тепловую трубу, соединенную с коллекторами нагревателя, U-образная тепловая труба образована из участка прямой трубы, расположенного в нагревательном пространстве и нагревающего пар, который прошел через влагоотделитель, и криволинейного участка трубы, расположенного снаружи нагревательного пространства;
боковая плита трубных пучков имеет прикрепленную к ней внутреннюю направляющую;
разделительная плита канала имеет наружную направляющую, на которой размещена внутренняя направляющая с возможностью скольжения в продольном направлении U-образной тепловой трубы; и ограничивающие элементы, обеспечивающие установку между ними боковой плиты трубного пучка с наружной направляющей для ограничения деформации, и расположенные так, что выполняется следующее соотношение:
0,2≤L1/L, L2/L≤0,4,
где L обозначает полную длину прямого участка трубы, L1 обозначает расстояние от одного из ограничивающих элементов, который наиболее близко расположен к коллектору нагревателя, до конца прямого участка трубы на стороне, где имеется коллектор нагревателя, и L2 обозначает расстояние от одного из ограничивающих элементов, который наиболее близко расположен к криволинейному участку трубы, до конца прямого участка трубы на стороне, где имеется криволинейный участок трубы.

2. Влагоотделитель/нагреватель по п.1, в котором ограничивающие элементы состоят из прижимных элементов, прикрепленных к разделительной плите канала, и позволяют размещать внутреннюю направляющую между ними и наружной направляющей.

3. Влагоотделитель/нагреватель по п.2, в котором внутренняя направляющая и ограничивающие элементы расположены с зазором между ними.

4. Влагоотделитель/нагреватель по п.1, в котором ограничивающие элементы состоят из прижимных элементов, прикрепленных к разделительной плите канала, и продолжаются до верхнего участка боковой плиты трубного пучка и позволяют размещать боковую плиту трубного пучка и внутреннюю направляющую между ними и наружной направляющей.

5. Влагоотделитель/нагреватель по п.4, в котором верхний участок боковой плиты трубного пучка и ограничивающий элементы расположены с зазором между ними.

6. Влагоотделитель/нагреватель по п.1, в котором ограничивающие элементы состоят из опорных или тепловых труб, выполненных таким образом, что они позволяют размещать внутреннюю направляющую между ними и наружной направляющей.

7. Влагоотделитель/нагреватель по п.6, в котором внутренняя направляющая и ограничивающие элементы расположены с зазором между ними.

8. Влагоотделитель/нагреватель по п.1, в котором ограничивающие элементы являются опорными плитами тепловых труб, выполненными таким образом, что они продолжаются до верхнего участка боковой плиты трубного пучка и позволяют размещать боковую плиту трубного пучка и внутреннюю направляющую между ними и наружной направляющей.

9. Влагоотделитель/нагреватель по п.8, в котором верхний участок боковой плиты трубного пучка и ограничивающий элементы расположены с зазором между ними.