Пучок труб для конденсатора пара

 

Изобретение относится к конденсаторам пара и характеризует пучок труб для конденсатора пара, в котором огибающая зона прохождения труб, рассматриваемая в плоскости, перпендикулярной осям труб, имеет конфигурацию с расходящимися ветвями 6, 10 - 18, причем по меньшей мере некоторые 6, 10 - 13 ветви имеют как минимум одно разветвление 8, 9, 28, 29, 32-35, 46, 47, 48, 49 и расходящиеся ветви расходятся от зоны 22 прохождения труб, имеющей форму кольца 22 по существу круглой формы. Изобретение позволяет сократить габариты пучка при улучшении параметров теплообмена. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к пучку труб для конденсатора пара, в котором конфигурация огибающей оболочки зон прохождения труб, рассматриваемая в плоскости, перпендикулярной осям труб, имеет колосообразную форму с расходящимися ветвями.

Пучок труб данного типа описан во французском патенте 1391661.

В таком пучке на каждую пару расходящихся ветвей, являющихся зонами прохождения труб, приходится свободная от труб выемка треугольной формы. Подобная выемка необходима для подвода пара к трубам двух расположенных по обе ее стороны ветвей пучка. Таким образом, в задачу каждой выемки входит "питание" труб двух ограничивающих ее полуветвей.

Общее сечение пространства, занимаемого пучком труб, определяется: - сечением зоны прохождения труб, зависящим от числа труб и шага их прокладки; - сечением, требуемым для вышеназванных паропроводящих выемок между ветвями; - сечением свободных от труб зон, определяемых особенностями данной конфигурации, например области, охватывающей зону прохождения труб, и называемой воздухоохладителем.

При заданных скорости V (м/с) пара, постоянной по всей длине пароподводящей выемки между двумя ветвями пучка, длине L (м) труб и одинаковом для всех труб расходе конденсируемого пара в расчете на одну трубу q_i в м³/с требуемое сечение S треугольной выемки, равное l x H/2 (где l - ширина выемки, или расстояние между ветвями, измеренное по их концам, а H - высота выемки, соответствующая высоте двух окружающих данную выемку полуветвей, можно вычислить по формуле где N - число труб в двух полуветвях, запитываемых из треугольной выемки с высотой H.

Следовательно, требуемое сечение выемки или свободная от труб поверхность, необходимая для подвода пара к двум ограничивающим выемку полуветвям, прямо пропорционально числу труб двух примыкающих к выемке полуветвей и высоте H данной выемки.

Отсюда вытекает, что большие пучки труб, имеющие длинные ветви и, следовательно, длинные выемки, требуют в расчете на одну трубу - большую поверхность, свободную от труб, чем пучки меньших размеров с выемками меньшей длины.

Поэтому при данной скорости пара V, количество труб, которое может быть смонтировано на единице поверхности, обратно пропорционально высоте H треугольных паропроводящих выемок.

Однако, обменная мощность пучка труб прямо пропорциональна поверхности обмена и, следовательно, количеству труб.

Целью настоящего изобретения является повышение коэффициента заполнения зоны прохождения труб по отношению к общему сечению, занимаемому пучком труб, что позволило бы при том же количестве труб сократить габариты пучка и, придав комплекту новую конфигурацию, улучшить параметры теплообмена.

Предметом изобретения являются пучок труб для конденсатора пара, в котором конфигурация огибающей зоны прохождения труб, рассматриваемая в плоскости, перпендикулярной осям труб, представляет собой колосообразную конфигурацию с расходящимися ветвями, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые из ветвей имеют, как минимум, одно разветвление, и тем, что указанные расходящиеся ветви расходятся от зоны прохождения труб ограниченной поверхностью, образующей кольцо, по существу, круглой формы.

В соответствии с другим отличительным признаком разветвляющиеся ветви имеют в основании постепенно расширяющийся ствол, который делится на две ветви одинаковой ширины с того момента, как его ширина начинает в 1,5 - 2 раза превосходить ширину основания ветви.

Предпочтительно, чтобы ширина упомянутой кольцевой зоны прохождения труб была близка к постоянной.

В соответствии с другим отличительным признаком, внутри вышеупомянутого кольца с трубами находится трапециевидная зона прохождения труб, именуемая воздухоохладителем и окруженная со всех сторон, кроме нижней, кожухом, причем имеется свободная от труб кольцевая поверхность, отделяющая вышеназванную трапециевидную зону от кольца с трубами, а последнее имеет разрыв, в который заходит верхний конец вышеназванного кожуха, и обеспечивает зазор, связывающий кольцеобразную зону, свободную от труб, с разделяющей две ветви и свободной от труб пароподводящей выемкой; указанный же кожух сообщается с несколькими вытяжными патрубками, проходящими в данной выемке.

Ниже описаны несколько примеров осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фигуре 1 изображена конфигурация известного пучка труб для конденсаторов пара.

На фигурах 2, 3 и 4 показана конфигурация трех пучков труб согласно изобретению - соответственно для трех случаев отношения высоты к ширине.

Итак, как фигуре 1 представлена конфигурация пучка труб конденсатора пара. Речь идет об известном прототипе из существующего уровня техники - пучке труб колосообразной формы с расходящимися ветвями.

В плоскости, перпендикулярной осям взаимно параллельных труб 50, данная конфигурация образована огибающими зон прохождения труб. Эта плоскость параллельна концевым трубчатым панелям.

Пучок труб содержит первую зону прохождения труб или воздухоохладитель 1 в форме равнобедренной трапеции, окруженной со всех сторон, кроме нижней, кожухом, схематично изображенным в виде сплошной линии 51. Вокруг воздухоохладителя находится вторая зона прохождения труб, выполненная в виде множества расходящихся ветвей 2.

За пределами этих замкнутых контуров поверхность свободна от труб. Это, в частности, выемки 3, имеющие сечение, близкое к треугольному, и служащие для прохождения пара между двумя соседними ветвями, а также зона 4 вокруг воздухоохладителя 1 - между воздухоохладителем и основанием ветвей 2.

Воздухоохладитель 1 обеспечивает концентрацию неконденсирующихся сред (воздуха) с целью их последующей вытяжки с помощью вакуумных насосов. Для этого кожух 51 сообщен с несколькими вытяжными патрубками 52, заходящими в верхнюю выемку 3.

На фигуре 1 и остальных фигурах в соответствующих зонах показана лишь малая часть труб 50; остальное пространство зон прохождения труб заштриховано серым.

Каждая полуветвь ветвей 2 запитывается паром из примыкающей к ней выемки 3. Ветви 2 имеют и узкую, свободную от труб выемку 5, равную по ширине одному ряду труб и делящую данную ветвь на две полуветви.

Как видно из чертежа, некоторые ветви 2, в частности - верхние, имеют значительную длину и запитываются из глубоких пароподводящих выемок 3. Выше уже говорилось о том, что это неблагоприятно сказывается на теплообмене, так как необходимая площадь поперечного сечения свободной от труб пароподводящей треугольной выемки 3 прямо пропорциональна высоте H выемок, т.е. длине ветвей.

На фигуре 2 изображена конфигурация пучка труб согласно изобретению для случая соотношения между высотой и шириной равного единице.

Здесь также речь идет о пучке с расходящимися ветвями. Однако - и в этом особенность изобретения - ряд ветвей (не все, но большинство) имеют разветвления.

Так, ветвь 6 включает ствол 7, постепенно расширяющийся начиная от основания и делящийся на две ветви 8 и 9. Разветвление происходит на уровне, когда ширина ствола 7 достигает значения l₁, которое в 1,5 - 2 раза превышает ширину основания данной ветви. Ветви 8 и 9 имеют одинаковую ширину, близкую к постоянной. То же относится и к ветвям 10, 11, 12 и 13, и к ветвям, симметрично расположенным по другую сторону от оси.

Нижние ветви 14, 15 и 16 сплошные, но очень короткие. Неразветвленными являются и верхние ветви 17 и 18. Их разделяет прямоугольная и свободная от труб выемка 19.

Остальные пароподводящие (и свободные от труб) выемки имеют треугольное сечение. Таковы, например, выемки 20 между ветвями 18 и 6, а также выемка 21 между ветвями 8 и 9.

Следующая особенность изобретения состоит в том, что расходящиеся ветви отходят также от зоны прохождения труб, имеющей форму кольца 22. Данное кольцо упрощенно показано как зона, находящаяся между штриховой линией 23 и линией 24, совпадающей с контуром огибающей труб. Ширина кольца близка к постоянной; в нижней части, однако, она несколько больше, чем в остальных местах.

Как и в прототипе, изображенном на фигуре 1, здесь присутствует зона 27 прохождения труб трапециевидной формы, представляющая собой воздухоохладитель (1 на фигуре 1). Воздухоохладитель окружен со всех сторон, кроме нижней, кожухом, схематически показанным в виде сплошной линии 51. Кольцевая зона 22 с трубами имеет разрыв 25, через который проходит верхний конец кожуха 51. Зазор между кожухом 51 и заполненной трубами зоной 22 позволяет пару проходить между выемкой 19 и свободной от труб кольцевой зоной 26, находящейся между воздухоохладителем зоной 27 и кольцевой зоной 22. Кожух 51 снабжен несколькими вытяжными патрубками 52, проходящими по выемке 19 и связанными с вакуумными насосами для удаления неконденсирующихся сред.

Выше была упомянута ширина l₁, относящаяся к утолщению, с которого начинается разветвление. Наличие разветвлений приводит к чередованию длинных выемок 20 с короткими 21, благодаря чему сокращается площадь поперечного сечения, необходимая для прохождения пара.

Так, раздваивание заполненных трубами ветвей 6, 10, 11, 12 и т.д. позволят уменьшить толщину ветвей без уменьшения количества труб, то есть интенсифицировать теплообменные процессы. Сокращение толщины ветвей позволило, в свою очередь, допустить утолщение l₁, в месте разветвления.

Таким образом, конфигурация, согласно изобретению, дает возможность, сохраняя те же габариты пучка проложить большее количество труб для данного поперечного сечения трубной решетки: выигрыш по сравнению с прототипом (фиг. 1) составляет 5 - 10% дополнительных труб.

Эффективность труб становится также более однородной. Так, удается избежать чрезмерного скопления труб у основания ветвей. В пароконденсаторе на 1000 МВт удалось снизить давление конденсации на 2-3 миллибара.

На фигуре 3 изображен пучок труб для случая соотношения между высотой и шириной, равного 0,6. Ветви 11 и 12 и симметричные им ветви по другую сторону от оси Δ делятся вначале на две ветви (соответственно 28, 29 и 30, 31), а затем раздваиваются вновь (ветвь 28 на ветви 32 и 33; ветвь 29 - на 34 и 35). Ветвь 31 повторно раздваивается на ветви 36 и 37. Между всеми этими ветвями имеются выемки разной длины (38 - 45).

На фигуре 4 изображен иной пример осуществления изобретения. Здесь отношение высоты пучка к его ширине составляет 1,7. Ветвь 6 и симметричная ей ветвь с другой стороны делятся на две ветви 46 и 47, затем ветвь 46 раздваивается на ветви 48 и 49.

В общем и целом, достигается лучшее распределение труб в трубной решетке, так как в периферийной части коэффициент заполнения повышается. Это позволяет избежать избыточного скопления труб, неблагоприятно отражающегося на теплообмене.

Так, расчеты показывают, что в верхних ветвях прототипа трубы, расположенные на участке между 1/2 высоты и концом ветви, составляют 49,3% всех труб; в пучке, согласно изобретению, этот показатель повышается до 54,6%. Таким образом, лучше используется периферия трубной решетки.

Формула изобретения

1. Пучок труб для конденсатора пара, в котором конфигурация огибающей зон прохождения труб, рассматриваемая в плоскости, перпендикулярной оси труб, является конфигурацией с расходящимися ветвями 6, 10 - 18, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые 6, 10 - 13 из ветвей имеют по меньшей мере одно разветвление 8, 9, 28, 29, 32 - 35, 46, 47, 48, 49 и тем, что указанные расходящиеся ветви расходятся от зоны прохождения труб, образующей кольцо 22 практически круглой формы.

2. Пучок труб по п.1, отличающийся тем, что разветвляющиеся ветви имеют в основании постепенно расширяющийся ствол 7, который делится на две ветви 8, 9 одинаковой ширины с того уровня, где его ширина начинает в 1,5 - 2 раза превосходить ширину основания данной ветви.

3. Пучок труб по п.1 или 2, отличающийся тем, что ширина упомянутой зоны прохождения труб, образующей кольцо 22, практически постоянна.

4. Пучок труб по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что внутри заполненного трубами кольца 22 находится трапециевидная зона 27 с трубами, именуемая воздухоохладителем и окруженная со всех сторон, кроме нижней, кожухом 51, причем имеется свободная от труб зона 26, отделяющая упомянутую трапециевидную зону 27 от заполненного трубами кольца 22, а кольцо 22 имеет разрыв 25, в который заходит верхний конец кожуха 51, и оставляет зазор для сообщения между свободной от труб кольцевой зоной 26 и разделяющей две ветви 17, 18 и свободной от труб пароподводящей выемкой 19, при этом кожух сообщен с несколькими вытяжными патрубками 52, входящими в выемку 19.

5. Пучок труб по п.4, отличающийся тем, что имеются две ветви 17, 18, разделенные выемкой 19 и не имеющие ответвлений, при этом выемка 19 имеет прямоугольную форму.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4