Коллектор подвода или коллектор отвода воздуха теплообменного блока теплообменного аппарата

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конструкции коллекторов устройств для утилизации тепла отходящих от агрегатов газов, в частности для подогрева воздуха выхлопными продуктами сгорания, поступающими от компрессора газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Коллектор подвода или коллектор отвода воздуха теплообменного блока теплообменного аппарата типа регенеративного воздухоподогревателя выполнен в виде цилиндрической обечайки с проемом, в который вварена трубная доска, причем проекция на торец трубной доски криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, расположена в пределах толщины трубной доски, соединение обечайки с трубной доской в плоскости поперечного сечения обечайки выполнено в угловом диапазоне γ=28-75°, а отношение площади проекции на указанную плоскость криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, к площади проекции на эту плоскость соответствующего торца трубной доски составляет 0,048-0,172. Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является снижение массы конструкции, обеспечение высокой ее технологичности, позволяющей снизить трудозатраты при изготовлении, при этом обеспечивается высокая прочность коллектора подвода и отвода воздуха и надежность его работы за счет повышения жесткости конструкции. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конструкции коллекторов устройств для утилизации тепла отходящих от агрегатов газов, в частности для подогрева воздуха выхлопными продуктами сгорания, поступающими от компрессора газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Известен коллектор теплообменника, содержащий входной и выходной патрубки, пакет пластин, концевые из которых вместе с крышками образуют коллекторы (RU, №2137076, 1999 г.).

Известны коллекторы подвода - отвода воздуха регенеративного воздухоподогревателя, в которые вварена общая трубная доска (RU, №17600, 2001 г., RU №2176051, 2001 г.).

Наиболее близким к заявленному техническому решению является коллектор подвода или отвода воздуха регенеративного воздухоподогревателя (RU, №31838, 2003 г.), содержащий обечайку в виде кругового цилиндра, в проем которой вварена трубная доска.

Конструкции известных технических решений не обладают высокой технологичностью, позволяющей снизить трудо- и материалозатраты при изготовлении устройства при одновременном обеспечении высокой прочности и надежности коллектора.

Поставленная задача решается за счет того, что согласно изобретению коллектор подвода или коллектор отвода воздуха теплообменного блока теплообменного аппарата типа регенеративного воздухоподогревателя выполнен в виде цилиндрической обечайки с проемом, в который вварена трубная доска, причем проекция на торец трубной доски криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, расположена в пределах толщины трубной доски, соединение обечайки с трубной доской в плоскости поперечного сечения обечайки выполнено в угловом диапазоне γ=28-75°, а отношение площади проекции на указанную плоскость криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, к площади проекции на эту плоскость соответствующего торца трубной доски составляет 0,048÷0,172.

Боковые кромки трубной доски могут быть выполнены трехгранными, при этом одна из граней выполнена с образованием в поперечном сечении контактирующего с обечайкой опорного участка, а примыкающие к ней грани могут быть выполнены - одна, примыкающая к поверхности трубной доски, обращенной в коллектор подвода или отвода воздуха, со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол α=(22-29)°, а другая, обращенная к внешней поверхности трубной доски, грань может быть выполнена со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол β=(25-35)°.

Трехгранные кромки трубной доски могут быть выполнены с шириной опорного участка, составляющей не менее 4,5% от общей толщины образующей трубную доску пластины. Грань со скосом α=(22-29)° может быть выполнена шириной, составляющей 5,9-12,5% от общей толщины пластины, а грань со скосом β=(25-35)° выполнена шириной, составляющей 79-89,6% от общей толщины пластины.

Трубная доска выполнена со сквозными отверстиями под концы теплообменных труб теплообменного блока, которые могут быть расположены рядами по высоте заготовки с шагом в осях в ряду, составляющим (1,5-2,8)·d, шагом рядов по высоте заготовки, составляющим (0,60-0,84)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, и со смещением отверстий в смежных рядах на (0,4÷0,6) величины шага в ряду.

Суммарная площадь сквозных отверстий в трубной доске под концы теплообменных труб теплообменного блока может составлять 56-85% от габаритной площади трубного поля в плоскости трубной доски, ограниченной по контуру, образованному совокупностью условных прямых, касательных к внешним кромках крайних отверстий в трубной доске, а площадь трубного поля составляет 0,75-0,94 от общей площади фронтальной проекции трубной доски.

Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является снижение массы конструкции, обеспечение высокой ее технологичности, позволяющей снизить трудозатраты при изготовлении, при этом обеспечиваются высокая прочность коллектора и надежность его работы за счет повышения жесткости конструкции.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - коллектор подвода или отвода воздуха регенеративного воздухоподогревателя, главный вид;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - узел Б на фиг.2;

на фиг.4 - узел В на фиг.3.

Коллектор подвода или коллектор отвода воздуха 1 теплообменного блока теплообменного аппарата типа регенеративного воздухоподогревателя выполнен в виде цилиндрической обечайки 2 с проемом, в который вварена трубная доска 3, причем проекция на торец трубной доски 3 криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, расположена в пределах толщины трубной доски 3, соединение обечайки 2 с трубной доской 3 в плоскости поперечного сечения обечайки 2 выполнено в угловом диапазоне γ=28-75°, а отношение площади проекции на указанную плоскость криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, к площади проекции на эту плоскость соответствующего торца трубной доски составляет 0,048÷0,172.

Боковые кромки трубной доски 3 могут быть выполнены трехгранными. При этом одна из граней 4 может быть выполнена с образованием в поперечном сечении контактирующего с обечайкой опорного участка, а примыкающие к ней грани могут быть выполнены - одна 5, примыкающая к поверхности трубной доски 3, обращенной в коллектор подвода или отвода воздуха 1, со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол α=(22-29)°, а другая 6, обращенная к внешней поверхности трубной доски 3, грань может быть выполнена со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол β=(25-35)°.

Трехгранные кромки трубной доски 3 могут быть выполнены с шириной опорного участка, составляющей не менее 4,5% от общей толщины образующей трубную доску 3 пластины. Грань 5 со скосом α=(22-29)° может быть выполнена шириной, составляющей 5,9-12,5% от общей толщины пластины. Грань 6 со скосом β=(25-35)° может быть выполнена шириной, составляющей 79-89,6% от общей толщины пластины.

Трубная доска 3 может быть выполнена со сквозными отверстиями 7 под концы теплообменных труб теплообменного блока. Отверстия 7 могут быть расположены рядами по высоте заготовки с шагом в осях в ряду, составляющим (1,5-2,8)·d, шагом рядов по высоте заготовки, составляющим (0,60-0,84)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, и со смещением отверстий в смежных рядах на (0,4÷0,6) величины шага в ряду.

Суммарная площадь сквозных отверстий 7 в трубной доске 3 под концы теплообменных труб теплообменного блока может составлять 56-85% от габаритной площади трубного поля в плоскости трубной доски 3, ограниченной по контуру, образованному совокупностью условных прямых, касательных к внешним кромках крайних отверстий в трубной доске 3, а площадь трубного поля может составлять 0,75-0,94 от общей площади фронтальной проекции трубной доски.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Воздух, предназначенный для топки газотурбинной установки, поступает в компрессор, в котором подвергается сжатию, а затем по трубопроводу подвода через коллектор подвода нагреваемой среды и трубную доску подается в теплообменные трубы теплообменных блоков каждой секции. Продукты сгорания от турбины ГТУ поступают внутрь блока секции и омывают теплообменные трубы с нагреваемым воздухом. Проходя по теплообменным трубам блоков, воздух нагревается продуктами сгорания до температуры 440-450°С и через трубную доску поступает в коллектор отвода нагреваемой среды, из которого по трубопроводу подается на вход топки ГТУ.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить высокую прочность коллектора и жесткость конструкции вследствие снижения деформаций, возникающих при работе регенеративного воздухоподогревателя под воздействием двух тепловых потоков - нагреваемой среды, проходящей через коллектор и его трубную решетку, и охлаждаемой среды, обтекающей обечайку и трубную решетку.

1. Коллектор подвода или коллектор отвода воздуха теплообменного блока теплообменного аппарата типа регенеративного воздухоподогревателя, характеризующийся тем, что он выполнен в виде цилиндрической обечайки с проемом, в который вварена трубная доска, причем проекция на торец трубной доски криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, расположена в пределах толщины трубной доски, соединение обечайки с трубной доской в плоскости поперечного сечения обечайки выполнено в угловом диапазоне γ=28-75°, а отношение площади проекции на указанную плоскость криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, к площади проекции на эту плоскость соответствующего торца трубной доски составляет 0,048-0,172.

2. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что боковые кромки трубной доски выполнены трехгранными, при этом одна из граней выполнена с образованием в поперечном сечении контактирующего с обечайкой опорного участка, а примыкающие к ней грани выполнены одна, примыкающая к поверхности трубной доски, обращенной в коллектор подвода или отвода воздуха, со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол α=22-29°, а другая, обращенная к внешней поверхности трубной доски грань выполнена со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол β=25-35°.

3. Коллектор по п.2, отличающийся тем, что трехгранные кромки трубной доски выполнены с шириной опорного участка, составляющей не менее 4,5% от общей толщины образующей трубную доску пластины, грань со скосом α=22-29° выполнена шириной, составляющей 5,9-12,5% от общей толщины пластины, а грань со скосом β=25-35° выполнена шириной, составляющей 79-89,6% от общей толщины пластины.

4. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что трубная доска выполнена со сквозными отверстиями под концы теплообменных труб теплообменного блока, причем отверстия расположены рядами по высоте заготовки с шагом в осях в ряду, составляющим (1,5-2,8)·d, шагом рядов по высоте заготовки, составляющим (0,60-0,84)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, и со смещением отверстий в смежных рядах на 0,4-0,6 величины шага в ряду.

5. Коллектор по п.4, отличающийся тем, что суммарная площадь сквозных отверстий в трубной доске под концы теплообменных труб теплообменного блока составляет 56-85% от габаритной площади трубного поля в плоскости трубной доски, ограниченной по контуру, образованному совокупностью условных прямых, касательных к внешним кромкам крайних отверстий в трубной доске, а площадь трубного поля составляет 0,75-0,94 от общей площади фронтальной проекции трубной доски.