УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОНИРОВАНИЯ ТРУБОК ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК F28F9/13 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройствам теплообменных аппаратов, применяемых в различных областях тепловых систем, в частности в ядерной энергетике, а именно к вариантам устройства дистанционирования трубок теплообменного аппарата, преимущественно предназначенного для работы в среде тяжелого жидкометаллического теплоносителя.

Уровень техники

В настоящее время известны различные конструкции для дистанционирования трубок теплообменника. Так, в авторском свидетельстве СССР №1556253 (опубл. 15.01.1994), в патенте РФ №2153643 (опубл. 27.07.2000) и в патенте РФ на полезную модель №6224 (опубл. 16.03.1998) трубы в пучке теплообменника скрепляются фигурными планками (перегородками), которые достаточно сложны в изготовлении.

Наиболее близким аналогом можно считать устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата, раскрытое в авторском свидетельстве СССР №515025 (опубл. 25.05. 1976). Это устройство содержит опорно-дистанционирующую решетку, состоящую из двух круглых соосных цилиндрических корпусов, состыкованных с помощью промежуточного кольца, каждый корпус имеет втулки, предназначенные для пропускания упомянутых трубок теплообменного аппарата и разнесенные одна от другой с заранее заданным зазором и объединенные перемычками, причем втулки разных корпусов размещены в вершинах равносторонних треугольников при взгляде вдоль оси корпуса. Примерно такие же решения описаны в патентах РФ №2384807 (опубл. 20.03.2010) и №2386915 (опубл. 20.04.2010).

Известно авторское свидетельство СССР №400797 (опубл. 01.10.1973), авторы: В.С. Неевин, С.Г. Хачатурян, Л.А. Долгий, Н.А. Георгиевский, Д.И. Исбатыров, где дистанционирующая решетка выполнена из одной цельной заготовки, а ячейки образованы, преимущественно, фрезерованием.

Надежность крепления трубок теплообменного аппарата в таких устройствах, особенно в условиях воздействия коррозии, вибрации и высоких температур, явно недостаточна ввиду того, что втулки разных корпусов никак не связаны между собой, а также не обеспечивается надежное крепление трубок теплообменника в радиальном направлении.

Раскрытие изобретения

Таким образом, существует задача в разработке такого устройства дистанционирования трубок теплообменного аппарата, которое обеспечивало бы более надежное крепление этих трубок с одновременным их дистанционированием.

Техническими результатами, достигаемыми при реализации предлагаемого изобретения, в частности, являются:

- повышение надежности крепления с одновременным дистанционированием трубок теплообменника;

- обеспечение надежного крепления трубок теплообменника в радиальном направлении;

- обеспечение возможности перемещения трубок теплообменника в осевом направлении;

- обеспечение независимости ячеек в ячейках, образованных в опорно-дистанционирующей решетке;

- обеспечение высокой вибрационной прочности;

- обеспечение высокой температурной прочности.

На достижение каждого из указанных выше технических результатов оказывают влияние следующие отличительные признаки изобретения.

Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложено устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата, содержащее по меньшей мере одну опорно-дистанционирующую решетку, состоящую из цилиндрического корпуса и как минимум двух ярусов планок, причем ярусы разнесены между собой на заранее заданную величину, а ширина каждой планки лежит в плоскости, параллельной оси корпуса, а концы всех планок прикреплены к корпусу так, что планки любого яруса расположены с заранее заданным зазором параллельно одна другой, при этом планки различных ярусов перекрещены под углом 60 градусов при взгляде вдоль оси корпуса и соединены между собой в местах этого перекрещивания.

Особенность устройства по первому варианту настоящего изобретения состоит в том, что сумма заранее заданного зазора между планками и толщины каждой планки может быть выбрана равной шагу дистанционирования трубок теплообменного аппарата. При этом заранее заданный зазор между планками может быть выбран менее диаметра трубок теплообменного аппарата на величину допуска на соответствующее рассверливание или развертывание каждой ячейки, образованной перекрещенными планками обоих ярусов при взгляде вдоль оси корпуса.

Еще одна особенность устройства по первому варианту настоящего изобретения состоит в том, что каждая из опорно-дистанционирующих решеток может быть предназначена для самостоятельного использования, при этом планки в обоих ярусах имеют одинаковую ширину.

Наконец, еще одна особенность устройства по первому варианту настоящего изобретения состоит в том, что каждые две из опорно-дистанционирующих решеток могут быть предназначены для совместного использования, а планки в одном ярусе каждой из опорно-дистанционирующих решеток имеют ширину меньше ширины планок в другом ярусе, повернутых по часовой стрелке относительно планок меньшей ширины при взгляде вдоль оси корпуса, причем обе опорно-дистанционирующих решетки состыкованы так, чтобы планки меньшей ширины совпали своими торцами.

Для решения той же задачи и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложено устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата, содержащее по меньшей мере одну опорно-дистанционирующую решетку, состоящую из круглого цилиндрического корпуса и двух ярусов планок, причем ярусы разнесены между собой на заранее заданную величину и имеют три секционирующих перегородки, проходящих через ось цилиндра и прикрепленных своими концами к корпусу со сдвигом одна от другой на угол 60 градусов, причем ширина каждой планки лежит в плоскости, параллельной оси корпуса, а концы всех планок одной секции в каждом ярусе прикреплены либо к корпусу и одной из секционирующих перегородок, либо к соседним секционирующим перегородкам так, что планки любой секции в каждом ярусе разнесены с заранее заданным зазором параллельно одна другой и той секционирующей перегородке, к которой планки не прикреплены, при этом планки в обоих ярусах перекрещены под углом 60 градусов при взгляде вдоль оси корпуса и соединены между собой в местах этого перекрещивания.

Особенность устройства по второму варианту настоящего изобретения состоит в том, что в любой секции сумма заранее заданного зазора между планками и толщины каждой планки может быть выбрана равной шагу дистанционирования трубок теплообменного аппарата. При этом в любой секции заранее заданный зазор между планками может быть выбран менее диаметра трубок теплообменного аппарата на величину допуска на соответствующее рассверливание или развертывание каждой ячейки, образованной перекрещенными планками обоих ярусов в каждой секции при взгляде вдоль оси корпуса.

Еще одна особенность устройства по второму варианту настоящего изобретения состоит в том, что каждая из опорно-дистанционирующих решеток может быть предназначена для самостоятельного использования, при этом планки всех секций в обоих ярусах имеют одинаковую ширину.

Еще одна особенность устройства по второму варианту настоящего изобретения состоит в том, что каждые две из опорно-дистанционирующих решеток предназначены для совместного использования, при этом планки в одном ярусе каждой из опорно-дистанционирующих решеток имеют ширину меньше ширины планок в другом ярусе, повернутых по часовой стрелке относительно планок меньшей ширины при взгляде вдоль оси корпуса, причем обе опорно-дистанционирующих решетки состыкованы так, чтобы планки меньшей ширины в соответствующих секциях совпали своими торцами.

Наконец еще одна особенность устройства по второму варианту настоящего изобретения состоит в том, что секционирующие перегородки в обоих ярусах могут быть выполнены едиными.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется приложенными чертежами, на которых одинаковым или сходным элементам присвоены одни и те же ссылочные позиции.

Фиг. 1 показывает устройство по первому варианту настоящего изобретения при взгляде вдоль оси корпуса.

Фиг. 2 показывает условную схему соединения планок разных ярусов в устройстве по Фиг. 1.

Фиг. 3 представляет собой устройство по второму варианту настоящего изобретения при взгляде вдоль оси корпуса в случае совместного использования пары опорно-дистанционирующих решеток.

Фиг. 4 - общий вид устройства, содержащего 3 яруса планок.

Осуществление изобретения

Устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата по настоящему изобретению разработано с целью обеспечения вибрационной прочности парогенерирующих (испарительных) трубок, выполненных в виде известных специалистам каналов Фильда (см., например, патент РФ №2534337, опубл. 27.11.2014). Поскольку эти трубки предназначены для работы в агрессивной среде, характеризующейся наличием вибрации, коррозионного истирания (фреттинга) и термодинамической активности кислорода в обтекающем трубки тяжелом жидкометаллическом теплоносителе, надежное крепление трубок является важной задачей.

Настоящее изобретение обеспечивает высокую надежность крепления трубок теплообменного аппарата за счет размещения их в ячейках, образованных в опорно-дистанционирующей решетке, подробное описание которой дано ниже.

Устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата по первому варианту настоящего изобретения показано на Фиг. 1 при взгляде вдоль оси корпуса, обозначенной перекрестием. Это устройство содержит опорно-дистанционирующую решетку, обозначенную в целом ссылочной позицией 1. Опорно-дистанционирующая решетка 1 состоит из цилиндрического корпуса 2, внутренняя поверхность которого на Фиг. 1 показана пунктиром, и двух ярусов планок 3 и 4, причем планки 4 второго яруса расположены позади планок 3 первого яруса. В каждом из этих ярусов планки 3 или 4 прикреплены к корпусу так, что они разнесены одна от другой с заранее заданным зазором, одинаковым в обоих ярусах, при этом планки 3 первого яруса и планки 4 второго яруса перекрещены под углом 60 при взгляде вдоль оси корпуса. Ширина каждой планки 3 или 4 лежит в плоскости, параллельной оси корпуса, а толщина каждой планки 3 или 4 видна на Фиг. 1. Отметим, что сумма заранее заданного зазора между планками 3 или 4 и толщины каждой планки выбрана равной шагу дистанционирования упомянутых трубок (не показано) теплообменного аппарата.

В данном изобретении заранее заданный зазор между планками 3 или 4 выбран менее диаметра трубок теплообменного аппарата на величину допуска на соответствующее рассверливание или развертывание каждой ячейки, образованной перекрещенными планками обоих ярусов при взгляде вдоль оси корпуса. На Фиг. 1 показано устройство дистанционирования для семи трубок, в котором центральная ячейка имеет ромбическую форму, а каждая из остальных имеет закругленную форму, переходящую с одной стороны в угол такого же ромба, как у центральной ячейки. Все ячейки на Фиг. 1 показаны без упомянутого рассверливания или развертывания.

На Фиг. 2 показана условная схема, иллюстрирующая принцип соединения планок разных ярусов в устройстве по Фиг. 1. Все планки 3 и 4 показаны плоскими на всем своем протяжении вплоть до стенки корпуса 2, чтобы упростить чертеж. Соединения 5 между планками 3 и 4 разных ярусов специально показаны удлиненными, хотя в действительности они могут быть гораздо короче и даже вовсе отсутствовать, т.е. планки 3 могут просто соединяться с планками 4 в местах своего пересечения. Таким образом, заранее заданная величина разнесения между первым и вторым ярусами планок 3 и 4 может иметь любое значение, определяемое из технологических соображений.

На Фиг. 2 планки 3 и 4 показаны примерно одинаковой ширины. В таком исполнении устройство по первому варианту настоящего изобретения может использоваться самостоятельно. Однако возможно и такое выполнение опорно-дистанционирующей решетки 1, в котором планки 4 второго яруса имеют меньшую ширину, нежели планки 3 первого яруса - к примеру, половинную ширину. В этом случае возможно объединить две опорно-дистанционирующие решетки 1 так, чтобы планки меньшей ширины соединялись своими торцами. Поскольку при этом планки 3 в одном ярусе каждой из двух опорно-дистанционирующих решеток 1 (планки большей ширины) повернуты, скажем, по часовой стрелке относительно планок меньшей ширины при взгляде вдоль оси корпуса, при соединении обеих опорно-дистанционирующих решеток 1 ячейки под трубки будут получаться шестиугольными.

На Фиг. 3 показано устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата по второму варианту настоящего изобретения. Это устройство содержит опорно-дистанционирующую решетку, обозначенную в целом ссылочной позицией 6, которая, как и опорно-дистанционирующая решетка 1 по Фиг. 1, состоит из круглого цилиндрического корпуса 2 и двух ярусов планок 3 и 4, разнесенных один от другого на заранее заданную величину. Как и в устройстве по Фиг. 1, в устройстве по Фиг. 3 планки 3 или 4 в каждом ярусе разнесены одна от другой с заранее заданным зазором, одинаковым в обоих ярусах, при этом планки 3 первого яруса и планки 4 второго яруса перекрещены под углом 60 градусов при взгляде вдоль оси корпуса. Ширина каждой планки 3 или 4 лежит в плоскости, параллельной оси корпуса, а толщина каждой планки 3 или 4 видна на Фиг. 3. Как и в устройстве по Фиг. 1, сумма заранее заданного зазора между планками 3 или 4 и толщины каждой планки выбрана равной шагу дистанционирования трубок (не показано) теплообменного аппарата.

Отличие устройства по второму варианту настоящего изобретения заключается в наличии трех секционирующих перегородок 7, проходящих через ось цилиндра и прикрепленных своими концами к корпусу 2 со сдвигом одна от другой на угол 60. При этом в каждом ярусе концы всех планок 3 или 4 в одной секции, образуемой двумя соседними секционирующими перегородками 7 и заключенным между ними краем корпуса 2, прикреплены либо к корпусу 2 и одной из секционирующих перегородок 7, либо к соседним секционирующим перегородкам 7 так, что планки 3 или 4 любой секции в каждом ярусе разнесены с заранее заданным зазором параллельно одна другой и той секционирующей перегородке 7, к которой планки 3 или 4 не прикреплены. Планки в обоих ярусах перекрещены под углом 60 при взгляде вдоль оси корпуса и соединены между собой в местах этого перекрещивания, как и в устройстве по Фиг. 1.

Отметим, что секционирующие перегородки 7 в обоих ярусах могут быть выполнены едиными, т.е. проходящими по всей длине цилиндрического корпуса 2, хотя вполне возможно такое выполнение, в котором секционирующие перегородки 7 одного яруса отделены от секционирующих перегородок 7 другого яруса.

Как и в первом варианте настоящего изобретения, устройство по второму варианту настоящего изобретения может использоваться самостоятельно, тогда перегородки 3 и 4 в обоих ярусах имеют одинаковую ширину. Однако возможно и такое выполнение опорно-дистанционирующей решетки 6, в котором планки 4 второго яруса имеют меньшую ширину, нежели планки 3 первого яруса - к примеру, половинную ширину. В этом случае также возможно объединить две опорно-дистанционирующие решетки 6 так, чтобы планки меньшей ширины соединялись своими торцами. Поскольку при этом планки 3 в одном ярусе каждой из двух опорно-дистанционирующих решеток 6 (планки большей ширины) повернуты, скажем, по часовой стрелке относительно планок меньшей ширины при взгляде вдоль оси корпуса, при соединении обеих опорно-дистанционирующих решеток 6 ячейки под трубки будут получаться шестиугольными, что увеличивает надежность крепления трубок теплообменного аппарата.

На Фиг. 4 показано устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата, содержащее 3 яруса планок.

Таким образом, благодаря предлагаемому выполнению устройства по любому варианту настоящего изобретения обеспечивается более надежное крепление трубок теплообменного аппарата с одновременным их дистанционированием в ячейках, образуемых планками в двух или трех ярусах.

Данное изобретение относится к вариантам устройства дистанционирования трубок теплообменного аппарата, преимущественно предназначенного для работы в среде тяжелого жидкометаллического теплоносителя. В результате его использования обеспечивается более надежное крепление трубок теплообменного аппарата с одновременным их дистанционированием. Устройство по первому варианту содержит по меньшей мере одну опорно-дистанционирующую решетку 1, каждая из которых состоит из цилиндрического корпуса 2 и двух, трех или более ярусов планок 3 и 4, разнесенных один от другого на заранее заданную величину, причем ширина каждой планки лежит в плоскости, параллельной оси корпуса, а концы всех планок прикреплены к корпусу так, что планки любого яруса разнесены с заранее заданным зазором параллельно одна другой, при этом планки обоих ярусов перекрещены под углом 60 градусов при взгляде вдоль оси корпуса и соединены между собой в местах этого перекрещивания. Устройство по второму варианту имеет три секционирующих перегородки, проходящих через ось цилиндра и прикрепленных своими концами к корпусу со сдвигом одна от другой на угол 60 градусов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата, содержащее по меньшей мере одну опорно-дистанционирующую решетку, состоящую из цилиндрического корпуса и, как минимум, двух ярусов планок, разнесенных между собой на заранее заданную величину, причем ширина каждой планки лежит в плоскости, параллельной оси корпуса, а концы всех планок прикреплены к корпусу так, что планки любого яруса расположены с заранее заданным зазором параллельно одна другой, при этом планки различных ярусов перекрещены между собой под углом 60 градусов при взгляде вдоль оси корпуса и соединены между собой в местах этого перекрещивания.

2. Устройство по п. 1, в котором сумма заранее заданного зазора между планками и толщины каждой планки выбрана равной шагу дистанционирования трубок теплообменного аппарата.

3. Устройство по п. 2, в котором заранее заданный зазор между планками выбран менее диаметра трубок теплообменного аппарата на величину допуска на соответствующее рассверливание или развертывание каждой ячейки, образованной перекрещенными планками обоих ярусов при взгляде вдоль оси корпуса.

4. Устройство по п. 1, в котором каждая из опорно-дистанционирующих решеток предназначена для самостоятельного использования, при этом планки в обоих ярусах имеют одинаковую ширину.

5. Устройство по п. 1, в котором каждые две из опорно-дистанционирующих решеток предназначены для совместного использования, при этом планки в одном ярусе каждой из опорно-дистанционирующих решеток имеют ширину меньше ширины планок в другом ярусе, повернутых по часовой стрелке относительно планок меньшей ширины при взгляде вдоль оси корпуса, причем обе опорно-дистанционирующих решетки состыкованы так, чтобы планки меньшей ширины в соответствующих секциях совпали своими торцами.

6. Устройство дистанционирования трубок теплообменного аппарата, содержащее по меньшей мере одну опорно-дистанционирующую решетку, состоящую из круглого цилиндрического корпуса и, как минимум, двух ярусов планок, разнесенных между собой на заранее заданную величину и имеющих три секционирующих перегородки, проходящих через ось цилиндра и прикрепленных своими концами к корпусу со сдвигом одна от другой на угол 60 градусов, причем ширина каждой планки лежит в плоскости, параллельной оси корпуса, а концы всех планок одной секции в каждом ярусе прикреплены либо к корпусу и одной из секционирующих перегородок, либо к соседним секционирующим перегородкам так, что планки любой секции в каждом ярусе расположены с заранее заданным зазором параллельно одна другой и той секционирующей перегородке, к которой планки не прикреплены, при этом планки в обоих ярусах перекрещены под углом 60 градусов при взгляде вдоль оси корпуса и соединены между собой в местах этого перекрещивания.

7. Устройство по п. 6, в котором в любой секции сумма заранее заданного зазора между планками и толщины каждой планки выбрана равной шагу дистанционирования трубок теплообменного аппарата.

8. Устройство по п. 7, в котором в любой секции заранее заданный зазор между планками выбран менее диаметра трубок теплообменного аппарата на величину допуска на соответствующее рассверливание или развертывание каждой ячейки, образованной перекрещенными планками обоих ярусов в каждой секции при взгляде вдоль оси корпуса.

9. Устройство по п. 6, в котором каждая из опорно-дистанционирующих решеток предназначена для самостоятельного использования, при этом планки всех секций в обоих ярусах имеют одинаковую ширину.

10. Устройство по п. 6, в котором каждые две из опорно-дистанционирующих решеток предназначены для совместного использования, при этом планки в одном ярусе каждой из опорно-дистанционирующих решеток имеют ширину меньше ширины планок в другом ярусе, повернутых по часовой стрелке относительно планок меньшей ширины при взгляде вдоль оси корпуса, причем обе опорно-дистанционирующих решетки состыкованы так, чтобы планки меньшей ширины в соответствующих секциях совпали своими торцами.

11. Устройство по п. 6, в котором секционирующие перегородки в обоих ярусах выполнены едиными.