Опорно-дистанционирующая решетка Российский патент 2025 года по МПК F28F9/13 

Изобретение «Опорно-дистанционирующая решетка» относится к теплообменным аппаратам и парогенераторам и может быть использовано в конструкции парогенераторов для атомных электрических станций.

Известна опорно-дистанционирующая решетка для труб высоконапряженного теплообменного аппарата (полезная модель №55113, дата приоритета 01.03.2006) - принята за прототип.

Недостатком данной опорно-дистанционирующей решетки является высокая металлоемкость, вызванная необходимостью изготовления трех составных частей решетки, а для теплообменного аппарата количество составных частей решетки, соответственно, равно утроенному количеству решеток теплообменного аппарата.

Задачей изобретения является снижение металлоемкости и гидравлического сопротивления опорно-дистанционирующей решетки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является новая конструкция опорно-дистанционирующей решетки, обладающая пониженной металлоемкостью за счет того, что предлагаемая опорно-дистанционирующая решетка состоит из одной части и пониженным гидравлическим сопротивлением за счет разнесения по высоте опорно-дистанционирующей решетки ее составных элементов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известной опорно-дистанционирующей решетке, содержащей опорные втулки и перемычки, предлагается соединить опорные втулки перемычками таким образом, что часть из соединяемых опорных втулок будет смещена по направлению своей оси на величину не менее собственной высоты, при этом высота перемычек, соединяющих опорные втулки, в любом сечении, параллельном оси опорных втулок, не должна превышать высоты опорных втулок.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-4.

На фиг. 1-3 показана опорно-дистанционирующая решетка.

На фиг. 4 показана опорно-дистанционирующая решетка совместно с теплообменными трубами теплообменного аппарата.

В заявленной в изобретении опорно-дистанционирующей решетки содержащей опорные втулки 1 и перемычки 2, предлагается соединить опорные втулки 1 перемычками 2 таким образом, что часть из соединяемых опорных втулок 2 будет смещена по направлению своей оси на величину h2 не менее собственной высоты h1, при этом высота h3 перемычек 2, соединяющих опорные втулки 1, в любом сечении, параллельном оси опорных втулок 1, не должна превышать высоты h1 опорных втулок 1. Для снижения гидравлического сопротивления опорно-дистанционирующей решетки предлагается в опорных втулках 1 и перемычках 2 выполнить закругленные торцы 4-5 или один закругленный торец 4-5, а другой заостренный торец 6-7. Для снижения металлоемкости и улучшения контакта между опорными втулками 1 и теплообменными трубами 3 предлагается на наружной поверхности опорных втулок 1 выполнить цилиндрические срезы 8, расположенные параллельно оси опорной втулки 1.

Опорно-дистанционирующая решетка, принятая за прототип, работает следующим образом. Опорно-дистанционирующая решетка содержит три составные части, имеющие опорные элементы, выполненные в виде втулок и соединенные перемычками с ободом. Втулки соединены перемычками в дистанционирующие горизонтальные ряды, расположенными через два шага. Составные части решетки расположены одна за другой по ходу движения среды, а втулки смежных составных частей решетки смещены в плоскости, перпендикулярной движению среды, в диагональном направлении на расстояние, равное шагу труб. Один из горизонтальных рядов втулок в первой составной части расположен по оси симметрии решетки. Во второй составной части решетки втулками образованы ряды, смещенный на один шаг относительно составной части. В третьей по ходу движения среды составной части ряды втулок смещены еще на один шаг. При таком выполнении трех составных частей решетки, каждая теплообменная труба дистанционируется только во втулке одной составной части и свободно проходит через ячейки, образованные перемычками и ободом других составных частей решетки. Так как каждая часть опорно-дистанционирующей решетки содержит собственный набор перемычек между опорными втулками и данный набор перемычек продублирован в каждой части решетке, это приводит к повышенному гидравлическому сопротивлению решетки в целом.

Основным средством достижения заявленного в изобретении технического результата является ранее не известная из уровня техники конструкция опорно-дистанционирующей решетки. В предлагаемом изобретении содержатся признаки по конструкции опорных втулок и соединяющих их перемычек, позволяющие осуществить дистанционирование всех теплообменных труб теплообменного аппарата в дистанционирующей решетке, состоящей из одной части при минимальном количестве опорных втулок и перемычек. Несмотря на сложную геометрию предлагаемой опорно-дистанционирующей решетки, ее изготовление возможно методами аддитивных технологий или на фрезерном станке с ЧПУ. Признаки изобретения удовлетворяют требованиям по новизне и изобретательскому уровню, так как приводят к неизвестному из открытых источников техническому результату: снижению металлоемкости и гидравлического сопротивления опорно-дистанционирующей решетки.

Предлагаемая в изобретении опорно-дистанционирующая решетка работает следующим образом. Теплообменный аппарат, как правило, содержит корпус, внутри которого размещены опорно-дистанционирующие решетки и теплообменные трубы. «Горячий» теплоноситель поступает в корпус теплообменного аппарата через входную камеру, движется вдоль теплообменных труб и отдавая тепло теплообменным трубам становится «холодным». Далее «холодный» теплоноситель отводится из корпуса теплообменного аппарата через выходную камеру. Опорно-дистанционирующая решетка предназначена для удержания теплообменных труб в заданном положении, она предотвращает непроектные перемещения теплообменных труб и их вибрацию. Для удержания теплообменных труб, расположенных в корпусе теплообменного аппарата в треугольной компоновке, в заданном положении необходим контакт каждой цилиндрической теплообменной трубы с опорно-дистанционирующей решеткой не менее чем в трех точках, расположенных под углом 120 градусов в сечении перпендикулярном оси теплообменной трубы. В предлагаемом изобретении теплообменные трубы 3 располагаются между опорных втулок 1, причем каждая теплообменная труба 3 контактирует с тремя опорными втулками 1. Гидравлическое сопротивление опорно-дистанционирующей решетки определяется несколькими основными параметрами. Наибольшее влияние на гидравлическое сопротивление оказывает максимальная площадь поперечного сечения опорно-дистанционирующей решетки в плоскости, перпендикулярной направлению течения теплоносителя (иногда такое сечение называют Мидель, миделевое сечение). Благодаря тому, что часть из соединяемых опорных втулок 1 смещена по направлению своей оси на величину h2 не менее собственной высоты h1, таким образом, в миделевом сечении оказывается только часть опорных втулок 1, а другая часть опорных втулок 1 расположена выше или ниже сечения миделя и практически не оказывает влияния на гидравлическое сопротивление опорно-дистанционирующей решетки. В зависимости от необходимого гидравлического сопротивления можно смещать 50% опорных втулок 1 в одном направлении или смещать по 33,3% опорных втулок 1 в двух направлениях от рассматриваемого сечения т.е. 33,3% опорных втулок 1 смещается в сечение ближе ко входу теплоносителя в опорно-дистанционирующую решетку, а 33,3% опорных втулок 1 смещается в сечение ближе к выходу теплоносителя из опорно-дистанционирующей решетки. Благодаря тому, что высота h3 перемычек 2, соединяющих опорные втулки 1, в любом сечении, параллельном оси опорных втулок 1, не превышает высоты h1 опорных втулок 1, влияние перемычек 2 на площадь миделевого сечения минимально. Для дополнительного снижения коэффициента гидравлического сопротивления опорно-дистанционирующей решетки предлагается в опорных втулках 1 и перемычках 2 выполнить закругленные торцы 4-5 или один закругленный торец 4-5, а другой заостренный торец 6-7. Данное решение приведет к улучшению обтекаемости опорных втулок 1 и перемычек 2 и к снижению их лобового сопротивления за счет лучшей гидродинамической формы. Для дополнительного снижения металлоемкости и улучшения контакта между опорными втулками 1 и теплообменными трубами 3 предлагается на наружной поверхности опорных втулок 1 выполнить цилиндрические срезы 8, расположенные параллельно оси опорной втулки 1. Металлоемкость решетки понизится за счет удаления металла с места среза 8, а контакт между опорными втулками 1 и теплообменными трубами 3 улучшится т.к. данное решение позволит перейти с контакта по линии на контакт по цилиндрической поверхности см. фиг. 3, что в свою очередь снизит контактные напряжения и вероятность контактного истирания теплообменных труб 3. Как вариант реализации предлагаемого изобретения для высоконагруженных теплообменных аппаратов, предлагается теплообменные трубы 3 пропускать внутри опорных втулок 1, для осуществления максимального контакта между теплообменными трубами 3 и опорными втулками 1 по внутренней цилиндрической поверхности опорных втулок 1.

Таким образом, предлагаемая опорно-дистанционирующая решетка по сравнению с прототипом обладает пониженной металлоемкостью и гидравлическим сопротивлением.

Экономическая эффективность применения предлагаемого технического решения определяется снижением стоимости опорно-дистанционирующей решетки и теплообменного аппарата с такими опорно-дистанционирующими решетками за счет трехкратного снижения количества деталей в элементах дистанционирования, а также за счет снижения необходимой мощности насоса на прокачку теплоносителя через теплообменный аппарат.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и парогенераторам и может быть использовано в конструкции парогенераторов для атомных электрических станций. Опорно-дистанционирующая решетка содержит опорные втулки и перемычки. Перемычки соединяют опорные втулки таким образом, что часть из соединяемых опорных втулок смещена по направлению своей оси на величину не менее собственной высоты. При этом высота перемычек, соединяющих опорные втулки, в любом сечении, параллельном оси опорных втулок, не превышает высоты опорных втулок. Технический результат заключается в снижении металлоемкости и гидравлического сопротивления опорно-дистанционирующей решетки. 4 ил.

Опорно-дистанционирующая решетка, содержащая опорные втулки и перемычки, отличающаяся тем, что перемычки соединяют опорные втулки таким образом, что часть из соединяемых опорных втулок смещена по направлению своей оси на величину не менее собственной высоты, при этом высота перемычек, соединяющих опорные втулки, в любом сечении, параллельном оси опорных втулок, не превышает высоты опорных втулок.