Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор



Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор
Противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор

 


Владельцы патента RU 2450210:

Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") (RU)

Изобретение относится к газотурбостроению. Предлагаемый противоточный пластинчатый керамический матрично-кольцевой рекуператор сконструирован в виде ряда цилиндрических теплообменных матриц одинаковой ширины и разного диаметра. Матрицы установлены одна в другой соосно. Матрица - это цилиндрический стакан, собранный в виде стопки плоских кольцевых листов-пластин с отверстиями и поперечными прорезями, образующими при сложении пластин систему продольных каналов, а при соосном размещении матриц одной в другую - систему коротких поперечных каналов, имеющих определенный окружной шаг. Отверстия в кольцевых листах образуют в пространстве осевые каналы, в которых в противоположных направлениях раздельно движутся нигде не смешивающиеся потоки нагреваемого воздуха и нагревающих его газов. По периметру стенок отверстий каждой из пластин с определенным шагом выполнено по меньшей мере по одному обновляющему пограничный слой интенсификатору, например, в виде поперечных канавок, систем углублений, выступов и т.д. Технический результат - существенное улучшение характеристик (массогабаритных, стоимостных, материаловедческих) обычных пластинчатых рекуператоров, используемых в газотурбинных установках открытого цикла. 11 ил.

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к газотурбостроению, где создаются высокоэкономичные газотурбинные двигатели и установки с регенерацией теплоты. Одним из важных элементов таких двигателей и установок является рекуператор, в котором теплота уходящих газов передается сжатому цикловому воздуху.

Необходимо отметить, что одним из существенных недостатков современных трубчатых и пластинчатых рекуператоров является их громоздкость и, как следствие, значительные габариты и масса, значительно превышающие аналогичные характеристики всех прочих элементов газотурбинной установки вместе взятых.

Известный пластинчатый рекуператор принят в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения [1, с.357].

Целью настоящего изобретения является значительное повышение технического совершенствования пластинчатого рекуператора. Предложенный рекуператор перспективен для его использования в газотурбинных установках открытого цикла, что убедительно подтверждено приведенными расчетами.

В предлагаемом изобретении указанная выше цель достигается тем, что в воздушно-газовом противоточном пластинчатом матрично-кольцевом малогабаритном керамическом рекуператоре, состоящем из ряда цилиндрических теплообменных матриц разного диаметра, установленных соосно одна в другой, при этом каждая матрица выполнена в виде цилиндрического стакана, собранного в виде стопки плоских кольцевых листов-пластин с отверстиями и поперечными, имеющими определенный окружный шаг прорезями, образующими в цилиндрической теплообменной стаканообразной матрице при сложении пластин систему продольных каналов, а при соосном размещении матриц одной в другую - систему коротких поперечных каналов и предназначенными для раздельного пространственного движения в них нигде не смешивающихся между собой потоков воздуха и отработанного горячего газа, по периметру стенок каждой из пластин с определенным продольным шагом выполнено, по меньшей мере, по одному обновляющему пограничный слой интенсификатору, например, в виде поперечных канавок, систем углублений, выступов и т.д.

Предлагаемое изобретение поясняется схематическими чертежами, представленными на фиг.1-11.

На фиг.1 показана в плане схема компоновки цилиндрических теплообменных матриц разного диаметра, установленных соосно одна в другой, а на фиг.2 - элемент А этой схемы. Видно, что в плане каждая теплообменная матрица представляет собой кольцо определенного внутреннего диаметра и постоянной у всех матриц ширины. Каждое такое кольцо имеет определенное количество центральных отверстий 1 и периферийных полуотверстий 2. Отверстия 1 представляют собой поперечные сечения каналов, по которым движутся потоки холодного сжатого воздуха, а полуотверстия - поперечные сечения, по которым движутся потоки горячих газов. На фиг.3 представлен продольный разрез рекуператора и показаны направления движения (стрелками) теплоносителей, причем в верхней половине продольного разреза показана геометрия воздушного (холодного) тракта (сеч. Б-Б, фиг.2) рекуператора, а на нижней - газового (горячего) его тракта (сеч. В-В, фиг.2). На фиг.4 показана пластина из 7 цилиндрических матриц, а на фиг.5 и 6 - стопка таких пластин с иллюстрацией геометрии интенсификаторов течения в воздушных и газовых каналах. Кроме того, на фиг.7, 8 и 9 приведены фотографии элементов модельного металлического рекуператора 19 (фиг.10, 11), конкретная геометрия интенсификатора в виде поперечных канавок в каналах рекуператора и модельный рекуператор в сборе, а на фиг.10 и 11 - конструктивная схема для испытаний модельного рекуператора и фотография модельного рекуператора на испытательном стенде.

Возвращаясь к фиг.1, можно видеть, что структура рекуператора в рассматриваемом конкретном конструктивном варианте имеет семь цилиндрических теплообменных матриц, включая центральную 3 и периферийную 4 матрицы.

На фиг.3 представлены схемы подвода холодного воздуха 5, отвода нагретого в рекуператоре воздуха 6, подвода горячих газов 7 и отвода охлажденных газов 8.

Для выравнивания давления горячих газов по всему сечению пластины теплообменных цилиндрических матриц газовые каналы 2 соединены поперечными прорезями 9 (фиг.4), выполненными в перемычке 10.

По периметру стенок воздушных 1 и газовых 2 отверстий 8 каждой из пластин с определенным продольным шагом выполнены обновляющие пограничный слой интенсификаторы 11 и 12 в виде поперечных канавок, систем углублений, выступов (фиг.5, 6), причем для оптимизации прочностных характеристик стенки 13 между воздушными 1 и газовыми 2 каналами интенсификаторы 11 воздушного потока и интенсификаторы 12 газового потока следует выполнять с одинаковым продольным шагом, но со смещением интенсификаторов 11 относительно интенсификаторов 12 на половину шага.

На фиг.7 показаны фотографии элементов модельного металлического рекуператора - две секции поверхности теплообмена (матрицы), камеры подвода и отвода нагреваемого воздуха и греющего газа. Сборка элементов относительно друг друга проводилась в строго определенном положении за счет совмещения вырезов контактирующих деталей и стягивания при помощи фланцев и шпилек в единое целое - модель рекуператора.

Фиг.8 иллюстрирует в качестве примера одну из возможных конструкций интенсификаторов 11 и 12 в воздушных и газовых каналах рекуператора, реализованного в испытанном модельном рекуператоре. Здесь приведены абсолютные размеры интенсификаторов в виде поперечных канавок, выполненных по всему контуру каналов 1 и 2 с продольным шагом 0,95 мм.

Спроектированный и изготовленный модельный металлический рекуператор в сборе представлен на фиг.9 с указанием всех патрубков подвода и отвода как воздуха, так и газа, а конструктивная схема стенда для его испытаний - на фиг.10. На этой же схеме отмечены точки измерения определяющих теплотехнических параметров - температур (№№20…27) и давлений (№№28…31). Приведены также фото испытательного стенда модельного рекуператора (фиг.11).

Рассматриваемый рекуператор работает следующим образом. Сжатый цикловой холодный воздух подводится в рекуператор по стрелкам 5 (фиг.3) во все каналы 1. Горячие газы подводятся в центр рекуператора по стрелкам 7 (фиг.3) и направляются в систему состыкованных полуотверстий 2 (фиг.5), пойдя в противотоке воздуха через всю длину рекуператора, выпускаются из теплообменника по стрелке 8 (фиг.3).

Выпуск подогретого в рекуператоре сжатого воздуха осуществляется по стрелкам 6. Материалом рекуператора могут служить конструкционная керамика и металлы.

Литература:

1. Я.И.Шнеэ, Газовые турбины (теория и конструкция), М.: МАШГИЗ, 1960, стр.357.

Воздушно-газовый противоточный пластинчатый матрично-кольцевой малогабаритный керамический рекуператор, состоящий из ряда цилиндрических теплообменных матриц разного диаметра, установленных соосно одна в другой, при этом каждая матрица выполнена в виде цилиндрического стакана, собранного в виде стопки плоских кольцевых листов-пластин с отверстиями и поперечными, имеющими определенный окружный шаг, прорезями, образующими в цилиндрической теплообменной стаканообразной матрице при сложении пластин систему продольных каналов, а при соосном размещении матриц одной в другую - систему коротких поперечных каналов и предназначенными для раздельного пространственного движения в них нигде не смешивающихся между собой потоков воздуха и отработанного горячего газа, отличающийся тем, что по периметру стенок каждой из пластин с определенным продольным шагом выполнено, по меньшей мере, по одному обновляющему пограничный слой интенсификатору, например, в виде поперечных канавок, систем углублений, выступов и т.д.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. .

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. .

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при изготовлении пластинчатых теплообменников. .

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при изготовлении пластин пластинчатых теплообменников, в которых используется густая среда, содержащая различные компоненты, чтобы избежать большого давления.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении пластинчатых теплообменников. .

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к пластинчатым теплообменным аппаратам, которые предназначены преимущественно для отопления жилых, производственных и подсобных помещений.

Изобретение относится к управлению и оптимизации химической реакции в открытом реакторе пластинчатого типа. .

Изобретение относится к теплопередающей пластине, предназначенной для образования совместно с другими теплопередающими пластинами пакета пластин с постоянно соединенными пластинами для теплообменника, причем теплопередающая пластина содержит первую длинную сторону и противоположную вторую длинную сторону, первую короткую сторону и противоположную вторую короткую сторону, теплопередающую поверхность, имеющую структуру гребней и впадин, первую и вторую области каналов, при этом упомянутая первая область канала находится на первом угловом участке, выполненном на стыке между первой длинной стороной и первой короткой стороной, упомянутая вторая область канала находится на втором угловом участке, выполненном на стыке между второй длинной стороной и первой короткой стороной, а упомянутая первая область канала соединена с некоторым количеством гребней и впадин, причем эти гребни и впадины имеют, в принципе, некоторое протяжение от упомянутой первой области канала по диагонали ко второй длинной стороне.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках компактных радиаторов. .

Изобретение относится к газотурбостроению и может быть применено в рекуператорах. .

Изобретение относится к теплообменным аппаратам пластинчатого типа. .

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в высокотемпературных теплообменниках. .

Изобретение относится к секционной теплообменной пластине, секционному проточному модулю или секционному пластинчатому реактору, который содержит одну или более теплообменную секцию и один или более регулирующий вентиль, при этом регулирующие вентили соединены с входом каждой теплообменной секции или соединены с выходом каждой теплообменной секции, или соединены с вводом и с выходом каждой теплообменной секции, причем каждая теплообменная секция находится под углом 90° относительно основного направления потока для технологического потока, по меньшей мере, в одной проточной пластине или относительно основного направления потока для технологического потока в упомянутом секционном проточном модуле, или относительно основного направления потока для технологического потока в упомянутом секционном пластинчатом реакторе.
Наверх