Теплообменная труба Советский патент 1992 года по МПК F28F1/10 F28F1/24 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в высоконапряженных форсированных теплообменниках АЭС.

Известен теплообменный элемент типа труба в трубе, состоящий из перепускного устройства, размещенного между наружной и внутренней трубами, выполенные в виде полусферы с центральным отверстием расположенной эквивалентно днищу наружной трубы. На боковой поверхности внутренней трубы выполнены отверстия, сообщающие je полость с перепускным устройством. На выходе из внутренней трубы нагреваемая среда попадает в перепускное устройство, которое способствует плавному безотрывному смыванию поверхности днища и ликвидации застойной зоны. Далее

теплоноситель попадает в кольцевой канал между наружной и внутренней трубами, где подогревается и превращается в пар.

Известен также теплообменный элемент типа трубы Фильда с сужающимся насадком на выходном участке внутренней трубы, выполненным в виде усеченного конуса. Насадок выполнен с углом раскрытия конуса 12-15° и имеет длину, составляющую 2-3d, где d - диаметр меньшего основания конуса. Данная конструкция заключена в кожух, представляющий из себя трубу, закрытую с нижнего конца эллиптическим днищем.

Недостатком известных теплообмен- ных элементов является низкая интенсивность теплообмена.

ч|

го сл о

О

В качестве прототипа выбрана теплооб- менная труба, на поверхности которой расположены двуслойные лепестки.

Недостатком прототипа является низкая интенсивность теплообмена. Это связа- но с тем, что свободные концы лепестков прижаты к трубе и выгибается только средняя часть лепестков. При этом происходит плавное смывание поверхности лепестка при достаточно слабой турбулизации пото- ка.

Целью изобретения являются повышение эксплуатационной надежности и интенсификация теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что теплообменная труба содержит на наружной и внутренней поверхностях двуслойные втулки, на одном из торцов которых под углом к оси трубы выполнены надрезы с образованием оребрения в виде равномер- но расположенных биметаллических лепестков, причем втулки на наружной и внутренней поверхностях трубы размещены в чередующемся порядке, а к торцу каждой втулки со стороны надрезов примыкает кольцо, с которым жестко закреплен один угловой участок каждого лепестка. Коэффициент линейного расширения слоя материала втулки, контактирующего с трубой, в 1,25-1,45 раза больше, чем у слоя сопряжен- ного с ним материала. Втулки расположены с шагом, равным их удвоенной высоте. Высота надрезов лепестков равна 0,6-0,8 высоты втулки. Угол наклона надреза к оси втулки равен 25-30°,

На фиг. 1 изображена теплообменная труба в рабочем состоянии; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - биметаллическая втулка с нераскрытыми лепестками.

Теплообменная труба состоит из трубы 1, на наружной поверхности которой и внутри нее установлены кольцевые биметаллические втулки 2 и 3 соответственно. На одном из торцов втулки под углом (р к ее оси выполнены надрезы 4, которые рассека- ют втулку на равномерно расположенные по окружности лепестки 5. Высота втулки Н высота надрезов h, шаг расположения втулки S. Один угловой участок каждого лепестка 5 жестко соединен с кольцом 6, сопряженным с торцом втулки. Втулки 2 и 3 расположены в чередующемся относительно друг друга порядке с шагом, равным высоте втулки. Лепестки направлены по ходу движения рабочих сред.

Теплообменная поверхность работает следующим образом.

Рабочая среда поступает внутрь трубы 1, где нагревается за счет потока греющего

теплоносителя, омывающего наружную поверхность трубы 1.

Установка биметаллических втулок позволяет резко форсировать энергетические параметры теплообменной трубы при изменении параметров греющего теплоносителя. Так, например, при работе теплообменной трубы в диапазоне 30-50% от номинальной мощности биметаллические кольцевые втулки находятся в сжатом состоянии (фиг.2). При необходимости форсированного изменения энергетических параметров изменяются энергетические параметры греющего теплоносителя, что приводит к изгибанию биметаллических лепестков 5 на втулке 2. Причем за счет того, что один край лепестков 5 жестко соединен с кольцом 6, изгибается только свободный конец лепестка. Это приводит к закрутке потока греющего теплоносителя относительно оси трубы и соответственно к дополнительной интенсификации теплообмена. Увеличение температуры греющего теплоносителя приводит к увеличению температуры нагреваемой среды и соответственно изгибанию лепестков 5 на втулке 3 и интенсификации теплообмена.

При работе двуслойных биметаллических элементов главной проблемой является их долговечность, так как они работают на изгиб. Основным параметром, характеризующим изгибную способность биметаллической пластины является соотношение коэффициентов линейного расширения материалов, Как показывают экспериментальные исследования наиболее оптимальным является отношение коэффициента линейного расширения материала слоя втулки, контактирующего с трубой, к материалу слоя сопряженного с ним, равным 1,25-1,45. В качестве рекомендуемых пар материалов для биметаллических лепестков можно рекомендовать следующие: 08Х18Н10Т - 12МХ, 08Х18Н10Т - 25Х2МФА; 08Х18Н10Т - 12Х1МФ; 12Х18Н10Т - ХН77ТЮР; 12Х18Н10Т-25Х2М1Ф.

Проведенная оценка теплоэнергетической эффективности биметаллических втулок с надрезами, показывает, что наиболее эффективным являются втулки со следующими геометрическими параметрами: шаг расположения втулок равен их высоте, S/H 2 положение втулок 2 и 3 в чередующемся порядке позволяют получать максимальный эффект от работы поверхности теплообмена. Это объясняется тем, что, если втулки расположены внахлест друг на друга, то при этом возрастает теплопроводимость слоев трубы и повышается термическое сопротивление трубы. При шаге больше чем высота

втулки, часть поверхности теплообмена выходит из зоны интенсивного теплообмена, что также приводит к снижению энергетических параметров. Высота надрезов лепестков равна 0,6-0,8 высоты втулки, h/H 0,6-0,8. Угол наклона лепестков к оси втулки

р 25-30°.

Повышенная эксплуатационная надежность поверхности теплообмена также связана с направлением лепестков по ходу потока рабочих сред. Это устранение напряжений в лепестках втулки при работе на излом.

Формула изобретения 1. Теплообменная труба, содержащая расположенные на ее наружной и внутренней поверхностях двуслойные втулки, на одном из торцов которых выполнены под углом к оси трубы надрезы с образованием оребрения в виде равномерно расположенных биметаллических лепестков, отличающаяся тем, что, с целью повышения

эксплуатационной надежности и интенсификации теплообмена, втулки на наружной и внутренней поверхностях трубы размещены в чередующемся порядке, а к торцу каж- дои втулки со стороны надрезов примыкает кольцо, с которым жестко закреплен один угловой участок каждого лепестка.

2.Труба по п. 1,отличающаяся тем, что коэффициент линейного расширения слоя материала втулки, контактирующего с трубой, в 1,25-1,45 раза больше, чем у слоя сопряженного с ним материала.

3.Труба по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что втулки расположены с шагом,

равным их удвоенной высоте.

4.Труба по пп. 1-3, отличающаяся тем, что высота надрезов лепестков равна 0,6-0,8 высоты втулки.

5. Труба по пп. 1 и 4, от л ича ю ща я- с я тем, что угол наклона надрезов к оси втулки равен 25-30°.

Использование: высоконапряженные форсированные теплообменники АЭС. Сущность изобретения : на трубе установлены кольцевые биметаллические втулки. На одном из торцов под углом к оси выполнены надрезы, которые рассекают втулку на равномерно расположенные по окружности лепестки. Один край лепестков жестко соединен с кольцом. Втулки расположены с шагом, равным их высоте. 4 з.п. ф-лы, 3 ил. сл С

I/

и,/

&&.3

Редактор О.Головач

Техред М.Моргентал

Заказ 1169ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Корректор В.Гирняк