ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2021 года по МПК F01K13/00 F01K19/02 F28D7/16 F28F1/14 

Устройство относится к области энергетики, конкретно к турбинным установкам.

Известные паротурбинные установки по циклу Ренкина, например, турбины с ухудшенным вакуумом или противодавленческие турбины, отработавший пар которых имеет перегрев по отношению к температуре насыщения (см. Теплотехнический справочник T. 1, М., Энергия, 1975 г. стр. 339. табл. 7.3).

Недостаток этих турбоустановок в том, что они имеют перегрев пара при давлении 0,5÷0,81 МПа на 40-60°С, который полезно не используется.

Известны турбинные установки, которые состоят из паровой турбины, конденсатора пара с конденсатным или конденсатно-питательным насосом, паропроводом от турбины к конденсатору и рекуператора, поверхность нагрева которого образована трубами с промежуточными перегородками и коллектором подвода и отвода конденсата. В этих установках тепло рабочего тела после турбины поступает в рекуператор для подогрева сжатого воздуха на входе в камеру сгорания (см. «Теплообменные аппараты технологических подсистем турбоустановок», М., Инновационное машиностроение, 2016 г. с. 352-353). Недостаток этих аппаратов - большие габариты, следствием которых является выделение рекуператора в качестве отдельно расположенного теплообменника с поперечным обтеканием труб, а также невозможность обеспечить противоток в греющей и нагреваемой среде и большое гидравлическое сопротивление по греющей среде из-за многократных поворотов потока в стремлении организовать перекрестно - противоточное движение сред.

Преодоление этих недостатков возможно, если в качестве поверхности теплообмена рекуператора использовать продольно-оребренные трубы, когда отсутствует потеря давления на повороты потока при чистом противотоке сред, а конфигурация поверхности теплообмена позволяет вписать ее в выхлопной трубопровод после турбины без установки отдельного теплообменника. Поставленная задача решается тем, что в энергетической установке, состоящей из паровой турбины, рекуператора, конденсатора пара с конденсатно-питательным насосом, паропровода от турбины к конденсатору, поверхности теплообмена рекуператора с промежуточными перегородками и коллекторами подвода и отвода конденсата к ней, поверхность теплообмена рекуператора набрана из продольно-оребренных труб с концами, свободными от оребрения, продольно-оребренные трубы зафиксированы промежуточными перегородками в шестигранном трубном пучке из n рядов, количество труб в которых равно Σ6n+1, свободные концы продольно-оребренных труб закреплены сваркой или вальцовкой в трубные доски с выпуклыми крышками и конденсатной трубой, конденсатные трубы присоединены сваркой к коллекторам подвода и отвода конденсата поверхности теплообмена, а поверхность теплообмена размещена внутри паропровода от турбины к конденсатору с конденсатным насосом.

Устройство приведено на рис. 1. Оно состоит из турбины 1, паропровода 2 от турбины к конденсатору с конденсатным насосом 5, поверхность теплообмена рекуператора 3 размещена в паропроводе 2, она имеет коллекторы 6 и 7 подвода и отвода конденсата и промежуточные перегородки 4, фиксирующее положение шестигранных трубных пучков 9 (см. рисунок 1 б, в), число труб в этих пучках равно 6n+1, где n - число рядов труб. Продольно-оребренные трубы 11 имеют концы, свободные от оребрения, которые вварены или завальцованы в трубные доски с выпуклыми крышками 10 и конденсатными трубами 8 (см. рис. 1, г).

Вся поверхность теплообмена рекуператора 3 с продольно-оребренными трубами 11 и промежуточными перегородками 4 размещена в паропроводе 2 от турбины 1 к конденсатору с конденсатно-питательным насосом 5.

Устройство работает следующим образом. Отработавший перегретый пар после турбины 1 поступает в паропровод 2 и далее в межребренное пространство продольно-оребренных труб 11 рекуператора, свободные от оребрения концы которых заделаны в трубные доски с выпуклыми крышками 10. Продольно-оребренные трубы собраны в шестигранные трубные пучки 9, положение которых зафиксировано промежуточными перегородками 4 так, что перегретый пар свободно протекает сквозь перегородку по межреберному пространству продольно-оребренных труб 11, передавая тепло перегрева поверхности этой трубы и далее поступает в конденсатор с конденсатно-питательным насосом 5, где конденсируется. Конденсат поступает в коллектор подвода 6 и через конденсатные трубы 8, трубные доски с выпуклыми крышками 10 и свободные от оребрения концы подается внутрь продольно-оребренных труб 11, где в процессе противотока отбирает тепло перегрева от поверхности продольно-оребренной трубы.

Нагретый конденсат из продольно-оребренных труб 11 через трубные доски 10 с выпуклыми крышками и конденсатные трубы 8 подается в коллектор отвода конденсата 7 и далее в схему энергетической установки. Таким образом, тепло перегрева уменьшает количество тепла, необходимого для выработки заданной мощности энергетической установки.

Противоточное течение теплоносителей - наиболее эффективная схема теплопередачи, а течение в межреберном канале продольно-оребренных труб исключает дополнительные затраты энергии, связанные с гидравлическим сопротивлением на поворотах потока перегретого пара и конденсата.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в энергетических установках. Энергетическая установка состоит из паровой турбины, рекуператора с поверхностью теплообмена, промежуточными перегородками и коллекторами подвода и отвода конденсата, конденсатора пара с конденсатно-питательным насосом, паропровода от турбины к конденсатору. Поверхность теплообмена рекуператора набрана из продольно-оребренных труб с концами, свободными от оребрения, зафиксированными промежуточными перегородками в шестигранные трубные пучки, количество труб в пучке из n рядов равно . Свободные концы труб закреплены в трубные доски с выпуклыми крышками и конденсатной трубой, конденсатные трубы присоединены к коллекторам подвода и отвода конденсата, а поверхность теплообмена размещена внутри паропровода от турбины к конденсатору. 1 ил.

Энергетическая установка, состоящая из паровой турбины, рекуператора, конденсатора пара с конденсатно-питательным насосом, паропровода от турбины к конденсатору, поверхности теплообмена рекуператора с промежуточными перегородками и коллекторами подвода и отвода конденсата, отличающаяся тем, что поверхность теплообмена рекуператора набрана из продольно-оребренных труб с концами, свободными от оребрения, продольно-оребренные трубы зафиксированы промежуточными перегородками в шестигранном трубном пучке из n рядов, количество труб в которых равно ∑6n+1, свободные концы продольно-оребренных труб закреплены сваркой или вальцовкой в трубные доски с выпуклыми крышками и конденсатной трубой, конденсатные трубы присоединены сваркой к коллекторам подвода и отвода конденсата поверхности теплообмена, а поверхность теплообмена размещена внутри паропровода от турбины к конденсатору с конденсатным насосом.