Теплообменник

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в качестве теплообменника ядерной энергетической установки, работающей в режиме переменных нагрузок. Изобретение заключается в том, что теплообменник, содержащий корпус с пучком теплообменных труб, закрепленных в трубных досках, трубу подвода питательной воды, коллектор питательной воды, коллектор перегретого пара, электрокабель для магнитогидродинамического насоса, снабжен обечайкой, расположенной внутри пучка теплообменных труб, причем трубная доска коллектора перегретого пара укреплена в рассечку обечайки, труба подвода питательной воды расположена коаксиально и с зазором к обечайке с возможностью температурного расширения в сторону коллектора питательной воды. Технический результат - конструкция теплообменника предлагаемого вида позволяет повысить интенсивность теплообмена, равномерность температурного поля в поперечном сечении трубного пучка, эксплуатационную надежность за счет возможности перемещения трубного пучка при тепловых линейных расширениях. 1 ил.

 

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве модуля малогабаритного теплообменника в составе паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.

Известен теплообменный элемент типа "труба в трубе" с переходником для сред, причем переходник выполнен в виде фасонной пробки, образующей с наружной трубой переточные окна для среды, протекающей в кольцевом пространстве между трубами, и имеющей осевой и радиальные каналы, подключенные к внутренней трубе и выведенные за пределы наружной трубы [1].

Недостатком этого технического решения является наличие конструктивного зазора в соединении фасонной пробки с трубой, что может привести к возникновению трещины в сварном соединении как в процессе сварки, так и при работе в условиях высоких теплонапряжений из-за разницы температур между трубой и фасонной пробкой. Процессу возникновения трещины способствует вибрация внутренней трубы. Кроме того, в плотном пучке теплообменных элементов затруднен надежный вход греющего теплоносителя в канал внутренней трубы. Существенным недостатком этой конструкции теплообменного элемента является сравнительно низкая интенсивность теплообмена между греющей и нагреваемой жидкостями и, как следствие, невысокие значения величин выходного паросодержания при использовании теплообменного элемента в составе модульного теплообменника корабельной ЯЭУ.

Известен теплообменный элемент типа "труба в трубе", преимущественно трубка Фильда, причем внутренняя труба имеет переменную толщину, ступенчато изменяющуюся по ходу среды [2].

Недостатком этого технического решения является невысокая надежность теплообменного элемента из-за конструкции внутренней трубы, так как сварные швы соединяемых участков этой трубы могут привести к возникновению трещин в режиме переменных термоциклических напряжений во время эксплуатаци, а также наличие больших гидравлических сопротивлений при движении жидкости в проходном сечении внутренней трубы из-за его резких расширений. Этому будет способствовать вибрация внутренней трубы относительно наружной, так как поток жидкости движется под большим давлением. Кроме того, ухудшается процесс теплообмена между греющей и нагреваемой жидкостями из-за влияния опускного потока на нагреваемую жидкость, проходящую линию раздела "жидкость-газ".

Технический результат предлагаемого изобретения - увеличение ресурса работы за счет повышения надежности конструкции теплообменника при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого им объема, уменьшение гидравлических сопротивлений в условиях высоких перепадов температур теплообменивающихся жидкостей и их гидротурбулентных параметров, а также интенсификация теплообмена за счет увеличения поверхности теплосъема во время эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что теплообменник, содержащий корпус с пучком теплообменных труб, закрепленных в трубных досках, трубу подвода питательной воды, коллектор питательной воды, коллектор перегретого пара, электрокабель для магнитогидродинамического насоса, снабжен обечайкой, расположенной внутри пучка теплообменных труб, причем трубная доска коллектора перегретого пара укреплена в рассечку обечайки, труба подвода питательной воды расположена коаксиально и с зазором к обечайке с возможностью температурного расширения в сторону коллектора питательной воды.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен продольный разрез теплообменника.

Теплообменник содержит корпус 0 с патрубками 1 и 2 соответственно входа питательной воды и выхода перегретого пара, перфорированный участок 3 входа теплоносителя и кольцевое пространство 4 его выхода. Внутри корпуса 0 установлены: пучок теплообменных труб 5, укрепленных нижними концами в трубной доске 6 "плавающей головки", в которой имеется коллектор 7 питательной воды, а верхними концами - в трубной доске 8, жестко соединенной с корпусом 0, образующим с трубной доской 8 коллектор 9 перегретого пара, и обечайка, рассеченная на части 10 и 11, причем трубная доска 8 жестко укреплена в рассечку обечайки между частями 10 и 11. В полости обечайки, коаксиально ей с зазором установлена труба 12 подвода питательной воды, причем верхний конец жестко соединен с корпусом 0, а нижний конец оставлен свободным для линейных перемещений за счет зазора между трубой 12 и обечайкой.

Теплообменник работает следующим образом.

Теплоноситель поступает в корпус 0 теплообменника через перфорацию 3 и распределяется в межтрубном пространстве, где организуется интенсивный теплообмен. Далее, теплоноситель движется между корпусом 0 и "плавающей головкой", затем через кольцевое пространство 4 выходит за пределы теплообменника. Питательная вода через патрубок 1 подвода питательной воды поступает в собирающую камеру, откуда по трубе 12 подвода питательной воды поступает в коллектор 7 "плавающей головки", откуда через дроссельные устройства входных участков равномерно раздается по теплообменным трубам 5. Далее, поступает в коллектор 9 перегретого пара, в кольцевое пространство между корпусом 0 и частью 10 обечайки и выходит через патрубок 2 перегретого пара.

Выполнение конструкции теплообменника предлагаемого вида позволит применить его в качестве модуля теплообменника погружного типа паропроизводящей корабельной ЯЭУ, работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок, отвечающего требованиям надежности, технологичности монтажа, при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого объема.

Ссылка

1. Зубков Е.Т. и др. Теплообменный элемент. SU А.с. N 399708. F28D 7 /10. Приоритет - 16.09.71. Опубл. бюллетень изобретений N 39. 03.10.1973 - аналог.

2. Дунцев Ю.А. и др. Теплообменный элемент типа "труба в трубе". SU. А.с. N 422935. F28D 7/10. Приоритет - 15.11.71. Опубл. бюллетень изобретений N 13. 05.04.1974 - прототип.

Теплообменник, содержащий корпус с пучком теплообменных труб, закрепленных в трубных досках, трубу подвода питательной воды, коллектор питательной воды, коллектор перегретого пара, электрокабель для магнитогидродинамического насоса, отличающийся тем, что снабжен обечайкой, расположенной внутри пучка теплообменных труб, причем трубная доска коллектора перегретого пара укреплена в рассечку обечайки, труба подвода питательной воды расположена коаксиально и с зазором к обечайке с возможностью температурного расширения в сторону коллектора питательной воды.