Переходник двухканальный
Владельцы патента RU 2756967:
Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (RU)
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в двухканальных переходниках теплообменных аппаратов, поверхность теплообмена которых выполнена из двухтрубных теплообменных элементов с двухсторонним обогревом рабочей среды. Теплообменные аппараты могут быть использованы в химическом, энергетическом и транспортном энергомашиностроении, в судовых атомных паропроизводящих установках и атомных электростанциях с водоводяным реактором под давлением. Изобретение заключается в создании эффективного переходника двухканального за счет того, что коаксиально корпусу на его наружной поверхности в зоне между отверстиями, расположенными под углом к оси корпуса, с наклоном относительно оси корпуса установлен бурт с цилиндрической поверхностью, причем отверстия, выполненные под углом к оси, выходят на боковую поверхность корпуса по разные стороны от бурта, а канал, обеспечивающий циркуляцию греющего теплоносителя, имеет диаметр меньше, чем канал, обеспечивающий циркуляцию нагреваемого теплоносителя пропорционально омываемым поверхностям. Технический результат - повышение эффективности переходника. 3 ил.
Переходник двухканальный предназначен для использования в составе теплообменных аппаратов, поверхность теплообмена которых выполнена из двухтрубных теплообменных элементов с двухсторонним обогревом рабочей среды. Теплообменные аппараты могут быть использованы в химическом, энергетическом и транспортном энергомашиностроении в судовых атомных паропроизводящих установок и атомных электростанций с водоводяным реактором под давлением.
Такое конструктивное исполнение поверхности нагрева позволяет удобно компоновать ее как в отдельном самостоятельном корпусе, так и в составе блочных паропроизводящих агрегатов, обеспечивает возможность объединения теплообменных элементов в модули различной конфигурации.
В общем случае теплообменный элемент с двухсторонним нагревом рабочей среды состоит из внутренней и наружной труб, установленных одна в другую, канальных переходников, соединяющих концы труб и имеющих каналы для организации циркуляции теплообменных сред.
Известен способ изготовления теплообменного элемента типа " труба в трубе" (а.с. №827949 кл. F28D 7/10 от 18.06.79) для разделения потоков сред путем образования параллельных каналов в виде сегментных профилей на концах трубчатого переходника и внутренней трубе теплообменного элемента, наложенных друг на друга плоскими основаниями сегментов, с последующей сваркой их "рамочным " швом. Образованный таким образом "переходник" устанавливается в наружную трубу и приваривается к ней эллипсным швом.
К недостаткам этого технического решения можно отнести:
- наличие конструктивного зазора - щели (между "переходником" и наружной трубой), являющейся сборником отложения солей, особенно в зоне "досыхания" - на испарительном и перегревательном участках, которые могут активировать коррозионные процессы, что приведет к снижению ресурсной надежности элемента;
- на деформированных участках труб, в районе образования "переходника" с сегментными отверстиями, внутри при основании сегмента имеются малые радиусы скругления с цилиндрической частью, что может явиться концентратором возникновения усталостных трещин от ввода и вывода установки из действия, от смены режимов работы, а также от термоциклов во время подачи питательной воды на разогретую трубную систему, что может привести к появлению межконтурной неплотности или ограничению ресурсной надежности элемента.
Известен переходник для теплообменного элемента (патент RU №2410621 F28D 7/10 от 27.01.2011) содержащий корпус в виде втулки с параллельными каналами, кромки для подсоединения труб, наружную трубу, с которой образует теплообменный элемент типа " труба в трубе". Один из параллельных каналов в сечении раздела трактов переходника выполнен с площадью проходного сечения, равной площади проходного сечения каждой из труб, соединенных с кромками переходника, площадь проходного сечения другого параллельного канала равна площади проходного сечения межтрубного пространства, образованного внутренней и внешней трубами, причем оба параллельных канала направлены под одинаковым углом к основной оси теплообменного элемента.
К недостаткам данного технического решения можно отнести:
- большая вероятность прожога стенки наружной трубы, кромок переходника в районе расположения параллельных каналов, а также оплавление кромок или частичная заварка отверстий каналов;
- присутствие конструктивного зазора между корпусом переходника и наружной трубой способствует отложению в нем солей, в результате чего могут активироваться коррозионные процессы, что приведет к сокращению ресурсной надежности элемента из-за возникновения межконтурной неплотности.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по большинству признаков и решаемой задаче, принятый за прототип, является парогенерирующий элемент (ПГЭ) (патент №2125695 F28D 7/10, F1/00 от 04.09.96) с двухканальным переходником, в котором каналы образованы отверстиями, глухими в направлении его оси, и отверстиями, расположенными под углом к ней и выходящие на боковую поверхность переходника по разные стороны от эллипсного сварного шва. Кроме того, на боковой поверхности переходника, на выходе канала в полость между наружной и внутренней трубами выполнена лыска заподлицо с наружным диаметром внутренней трубы.
К недостаткам этого технического решения можно отнести:
- наличие конструктивного зазора между переходником и наружной трубой элемента, который также является сборником солей, отлагающихся на поверхностях зазора, которые могут активировать коррозионные процессы, что приводит к снижению ресурсной надежности элемента;
- входные и выходные отверстия в переходнике со стороны греющего теплоносителя имеют проходное сечение, равное проходному сечению внутренней трубы элемента, которое примерно равно проходному сечению канала, через который проходит греющий теплоноситель, омывающий наружную трубу элемента; соотношение расхода греющего теплоносителя по каналам: 53% расхода греющего теплоносителя омывает поверхность наружной трубы элемента, превосходящую в 2,6 раза внутреннюю поверхность внутренней трубы элемента, которая омывается расходом греющего теплоносителя, равным 47%, что является нерациональным распределением расхода по каналам и снижает тепловую эффективность элемента.
Технической задачей является создание двухканального переходника, позволяющего исключить коррозионные процессы путем снижения солееотложения на теплообменных поверхностях за счет турбуляции потока греющего теплоносителя.
Решение поставленной задачи позволяет повысить эффективность работы теплообменного элемента и теплообменника в целом.
Задача решается тем, что в переходнике двухканальном, содержащем корпус в виде втулки с параллельными каналами, образованными отверстиями, глухими в направлении его оси, и отверстиями, расположенными под углом к оси, выходящими на боковую поверхность последнего и обеспечивающими циркуляцию греющего и нагреваемого теплоносителя в теплообменном элементе типа «труба в трубе», коаксиально корпусу на его наружной поверхности в зоне между отверстиями, расположенными под углом к оси корпуса, с наклоном относительно оси корпуса установлен бурт с цилиндрической поверхностью, причем отверстия, выполненные под углом к оси и отверстия, глухие в направлении оси корпуса для каждого канала расположены по разные стороны от бурта, а канал, обеспечивающий циркуляцию греющего теплоносителя, имеет диаметр меньше, чем канал, обеспечивающий циркуляцию нагреваемого теплоносителя, пропорционально омываемым поверхностям.
Бурт, установленный на наружной поверхности корпуса переходника в зоне между отверстиями, вызывает турбулизацию потока греющего теплоносителя, за счет увеличения зазора между переходником и внутренней поверхностью наружной трубы, что позволяет снизить или исключить полностью солеотложение на поверхности теплообменного элемента в районе сварных швов. За счет перемешивания потока греющего теплоносителя исключен точечный перегрев поверхности в зоне отверстий.
Повышение эффективности теплообмена элемента достигается за счет рационального перераспределения греющего теплоносителя, пропорционально омываемым поверхностям элемента путем уменьшения диаметров отверстий переходника на входе и выходе во внутреннюю трубу.
На фиг. 1 - изображен продольный разрез переходника двухканального;
На фиг. 2 - изображен внешний вид переходника с буртом;
На фиг. 3 - изображен продольный разрез узла теплообменного элемента типа "труба в трубе";
Переходник двухканальный состоит из корпуса 2, выполненного в виде цилиндрической втулки, коаксиально расположенного на нем цилиндрического бурта 3, выполненного под наклоном к оси корпуса, каналов 4 и 5, образованных соосными отверстиями 6 и 7, - глухими в направлении оси корпуса и двумя отверстиями 8 и 9, расположенными под углом к оси отверстий 6 и 7, выходящими на боковую поверхность корпуса 2 по разные стороны бурта 3. Канал 4 образован двумя отверстиями 6 и 8. Канал 5 образован тремя отверстиями 7, 9 и 10.
Переходник двухканальный в составе теплообменного элемента типа "труба в трубе" установлен во внутрь наружной трубы элемента 11 каналами 5 и закреплен своим корпусом 2 с наружной трубой элемента через сварку 12 (см. фиг. 3), причем сварка должна проплавлять весь конструктивный зазор между наружной поверхностью бурта 3 и внутренней поверхностью наружной трубы 11.
Переходник двухканальный в составе теплообменного элемента "типа труба в трубе" работает следующим образом.
Процесс теплообмена с предлагаемым переходником в составе элемента осуществляется по противоточной схеме циркуляции сред.
Греющий теплоноситель омывает внешнюю поверхность наружной трубы 11 и внутреннюю поверхность внутренней трубы 15 из-за наличия входа за счет канала 5. Нагреваемая среда через трубу 14 (в нижней части элемента) подается в канал 4 и через отверстия 6 и 8 поступает в кольцевой канал между внутренней трубой 15 и наружной трубой 11, далее через отверстия 8 и 6 канала 4 поступает в полость отводящей трубы 14.
Таким образом, установка цилиндрического бурта коаксиально корпусу на его наружной поверхности в зоне между отверстиями, расположенными под углом к оси корпуса, с наклоном относительно оси корпуса, и уменьшение диаметра канала греющего теплоносителя пропорционально омываемым поверхностям, позволяет создать надежный и эффективный по теплообмену переходник двухканальный.
Переходник двухканальный, содержащий корпус в виде втулки с параллельными каналами, образованными отверстиями, глухими в направлении его оси, и отверстиями, расположенными под углом к оси, выходящими на боковую поверхность последнего и обеспечивающими циркуляцию греющего и нагреваемого теплоносителя в теплообменном элементе типа «труба в трубе», отличающийся тем, что коаксиально корпусу на его наружной поверхности в зоне между отверстиями, расположенными под углом к оси корпуса, с наклоном относительно оси корпуса установлен бурт с цилиндрической поверхностью, причем отверстия, выполненные под углом к оси, и отверстия, глухие в направлении оси корпуса, для каждого канала расположены по разные стороны от бурта, а канал, обеспечивающий циркуляцию греющего теплоносителя, имеет диаметр меньше, чем канал, обеспечивающий циркуляцию нагреваемого теплоносителя пропорционально омываемым поверхностям.
