Теплообменник

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в качестве высокотеплонапряженного теплообменника ЯЭУ с гидравлической схемой двухстороннего теплообмена нагреваемой жидкости. В теплообменнике, содержащем соосно установленные одна в другой с кольцевым зазором наружную, среднюю, внутреннюю трубы, наружная из которых закреплена в трубной доске, верхний и нижний переходники с переточными окнами, причем окна верхнего переходника сообщены с кольцевым зазором между средней и внутренней трубами, а через окна нижнего переходника кольцевой зазор между наружной и средней трубами сообщен с внутренней трубой, внутренняя труба выведена верхним концом за пределы наружной и укреплена в дополнительной трубной доске, каналы имеют переменное проходное сечение, увеличивающееся в направлении движения среды, а их оси расположены под одинаковым углом к продольной оси теплообменника. Технический результат - выполнение конструкции теплообменника предлагаемого вида позволит применить его в качестве модуля паропроизводящей установки погружного типа, отвечающей требованиям надежности, технологичности, монтажа, при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого объема ЯЭУ. 3 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.

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.

Технический результат изобретения - повышение надежности конструкции теплообменника в условиях высоких перепадов температур теплообменивающихся жидкостей и их гидротурбулентных параметров, а также интенсивности теплообмена за счет увеличения поверхности теплосъема во время эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменнике, содержащем соосно установленные одна в другой с кольцевым зазором наружную, среднюю, внутреннюю трубы, наружная из которых закреплена в трубной доске, верхний и нижний переходники с переточными окнами, причем окна верхнего переходника сообщены с кольцевым зазором между средней и внутренней трубами, а через окна нижнего переходника кольцевой зазор между наружной и средней трубами сообщен с внутренней трубой, внутренняя труба выведена верхним концом за пределы наружной и укреплена в дополнительной трубной доске, каналы имеют переменное проходное сечение, увеличивающееся в направлении движения среды, а их оси расположены под одинаковым углом к продольной оси теплообменника.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 - продольный разрез теплообменника;

на фиг.2 - поперечный разрез по А-А;

на фиг.3 - поперечный разрез по Б-Б.

Теплообменник содержит наружную 0, среднюю 1, внутреннюю 2 трубы, наружная 0 из которых закреплена в трубной доске 3, верхний 4 и нижний 5 переходники с радиальными 6 и 7 и осевыми 8 и 9 переточными окнами соответственно, причем радиальные окна 6 верхнего переходника 4 сообщены с кольцевым зазором 10 между средней 1 и внутренней 2 трубами, а через радиальные окна 7 нижнего переходника 5 кольцевой зазор 11 между наружной 0 и средней 1 трубами сообщен с внутренней 2 трубой. Внутренняя 2 труба укреплена в своей трубной доске 12. Для исключения термоциклических напряжений в сварном шве наружной трубы 0 в трубной доске 3 из-за прямого обтекания горячим теплоносителем трубной доски 3 установлена дополнительная доска 13.

Теплообменник работает следующим образом.

Жидкометаллический теплоноситель, омывая теплообменник по внешней поверхности, поступает через окна 6 верхнего переходника 4 в полость зазора 10 и выходит наружу через осевые окна 9 нижнего переходника 5, тем самым достигается двухсторонний обогрев нагреваемой жидкости, которая поступает из камеры 12 по внутренней 2 трубе через переточные окна 7 нижнего переходника 5 раздается по кольцевому зазору 11 и выходит через полость наружной трубы 0.

Применение конструкции теплообменника предлагаемого вида позволит применить его в качестве модуля теплообменника паропроизводящей установки погружного типа, отвечающей требованиям надежности, технологичности, монтажа, при высоких удельных теплонапряжениях занимаемого объема ЯЭУ.

Источники информации

1. Зубков Е.Т. и др. Теплообменный элемент. SU. А.с. N 399708. F28D 7/10. Приоритет - 16.09.71. Опубл. бюллетень изобретений № 39. 03.10.1973 - аналог.

2. Дунцев Ю.А. и др.Теплообменный элемент типа "труба в трубе". SU. А.с. № 422935. F28D 7/10. Приоритет - 15.11.71. Опубл. бюллетень изобретений № 13. 05.04.1974 - прототип.

Теплообменник, содержащий соосно установленные одна в другой с кольцевым зазором наружную, среднюю, внутреннюю трубы, наружная из которых закреплена в трубной доске, верхний и нижний переходники с переточными окнами, причем окна верхнего переходника сообщены с кольцевым зазором между средней и внутренней трубами, а через окна нижнего переходника кольцевой зазор между наружной и средней трубами сообщен с внутренней трубой, отличающийся тем, что внутренняя труба выведена верхним концом за пределы наружной и укреплена в дополнительной трубной доске, каналы имеют переменное проходное сечение, увеличивающееся в направлении движения среды, а их оси расположены под одинаковым углом к продольной оси теплообменника.