CS196103B1 - Superficial heat exchanger - Google Patents

Description

Vynilez se týká povrchového výměníku tepla, zejména meeipřehříváku páry s horizontálně trubkovým svazkem, vytvořeným z trubek tvaru písmene U, zvaných vlásenek, kde topným médiem je pára, kondenzzjjcí uvnitř těchto trubek, jejíž tlak je vyšší než tlak páry, která obtéká vnější povrch těchto trubek ve směru kolmém k jejich osám, a které je předáváno výparné teplo.

Dosud vyráběné a užívané povrchové výměníky tepla tohoto typu jsou používány u turbosouusrojí na sytou páru, kde jsou využívány k meniiřihřívází pracovní páry po částečné expansi ve vysokotlakém dílu parní turbiny, a po mechanické separaci vodních kapek v předřazeném separačním ústrojí. Pracovní pára obtéká v^Ž^ěší povrch trubek éčaa sěji ve sméru kolmém k jejich osám a při tomto průtoku se ohřívá. Topná pára o vyšším tlaku'než je tlak pracovní páry, je přiváděna · do parní komory trubkového svazku, z níž protéká do trubek a při průtoku těmto trubkami předává své výparné teplo pracovní páře, Vnněší povrch trubek trubkového svazku tak vytváří tzv. tep-losměnnou plochu. Při popsané výměně tepla dochází uvnitř trubek k postupné kondenzaci topné páry. U vlásenkových uspořádání teplosměnné plochy jsou konce trubek spojeny s trubkovnici, na kterou' z opačné strany navazuje ' parní komora se vstupní a.výstupní částí.

V průběhu kondenzačního procesu uvnitř trubek narůstá v souladu s předáváním tepla pracovní páře, postupně s délkou trubky, * n^os^í vznikajícího kondenzátu, který vyplňuje stále větší část průtočného průřezu trubky. Naopak parní podél v protékající směsi voda - pára se postupně ν^Ζι^, až se ke konci kondenzačního procesu vytvářejjí shluky neboli zátky kondenzátu, které mezi sebou uznavTe^í parzí bubliny· Tato proudová forma je značně nestabilní a vede k tlakovým a teplotním pulsacím smžsí uvnitř trubky s provozně nebezpečným důsledkem zvýšeného únavového namáhání spoje s trubkovnicí a k rychlé ztrátě těsno^isi.

Množství páry, která vstupuje do jednotlivých trubek, je ovlivňováno tlkkovým spádem, nastaveným mezi vstupní a výstupní částí parzí komory. Přioom univtř trubek, které jsou obtékány ještě studenou pracovní parou, kondenzuje topná pára v důsledku většího teplotního spádu rychleji než v trubkách, obtékaných již ohřátou pracovní parou. Ve výstupní části parzí komory· · tedy doúit ke zpětnému toku nekondenzované topné páry z trubek, obtékaných ohřátou pracovní parou, do výstupních úseků trubek, obtékaných studenou pracovní parou. Tento zpětný tok páry je příčinou vzniku dalších pulsací s podobnými nepříznivými účinky, jaké byly popsány dříve. Kromě toho dochází uvnitř postižených trubek ke · hromadění nekondenzuících plynů, a tímk funkčnímu vyřazení části teplosměnné plochy.

Jsou-li vlásenky v trubkovém svazku sestaveny tak, že\. ohnívaná pracovní pára proudí kolmo k jejich rovinám, potom jsou obě větve každé vlásenky obtékány parou o stejné teplotě, teplota stěn vlásenek je v obou větvích prakticky stejná a teplotní pnutí z rozdílu teplot ve větvích jsou vyloučena. Takové uspořádání trubkového svazku však vykazuje značnou rozdílnost v množství zkondenzované topné páry v jednotlivých řadách ve směru'toku pracovní páry. Bývá však používána také varianta trubkového svazku s rovinami vlásenek, rovnoběžnými se směrem proudění pracovní páry. Tato varianta přináší větší vyrovnanost v rozdělení topné páry v jednotlivých řadách a cel-, kově menši munoství ne zkondenzované páry v k mnosství přiváděné topné páry.

Rooddl teplot stěn.každé vlásenky v jednotlivých větvích, ovlivňovaný teplotou ohřívané pracovní páry, může však zejména u vnějších vlásenek trubkového svazku nabývat významných hodnot. Při poměrně značných délkách rovných částí vlásenek mohou teplotní pnutí, vyvolaná teplotní diferencí v obou větvích vlásenky, mít za následek deformace a další poškození vlásenek v trubkovém svazku .

Uvedené nedostatky dosavadních řešení poddtatně snižuje povrchový výměník tepla s horizontálně si.u^oian^]^m trubkovým svazkem, sestávajícím z parní kom^iry, trubkovnice a z trubek tvaru písmene U, zvaných vlásenek, jejichž vněěší povrch tvoří celkovou teplosměnnou plochu, a· s usměrňovacím kanálem. Jeho poddtata spočívá v tom, že celková teplosměooá plocha povrchového výměníku tepla je vytvořena z jednoho hlavního vlásenkového svazku, jehož vlásenky·jsou ustaveny ve svislých rovinách souběžně s podélnou osou povrchového výmmníku tepla, a alespoň z jednoho veddejšího vlásenkového ·svazku, jehož vlásenky jsou ustaveny ve vodorovných rovinách souběžně s podélnou osou povrchového výměníku tepla, a jejichž teplosměnná plocha je výrazně menší než teplosměnná plocha hlavního vlásenkového svazku. Přioom je celková teplosměnná plocha umítěna v u^mrňovacím kanálu, který je tvořen podélnými stěnami, umístěnými podél boků obou vlásenkových svazků a příčnými stěnam, umístěnými napříč podélných stěn na obou koncích usíírňovacího kanálu. Veedejší vlásenkový svazek je umístěn pod hlavním vlásenkovým svazkem, jehož vlásenky vycházejí ze vstupního prostoru parní komory a ústí do výstupního prostoru parní komory, zatímco vlásenky vedlejšího vlásenkového svazku vycházejí ze vstupní komůrky parní komory a ústí dó výstupní komůrky parní komory.

Daaší vytvoření vynálezu spočívá v tom, že vstupní prostor parní komory je od výstupního prostoru této parní komory oddělen horizontální přepážkou a je opatřen vstupním hrdlem topné páry. Vyřstupní prostor parní komory·je od vstupní komůrky a od výstupní kom^irky oddělen děěicí přepážkou, avšak tento výstupní prostor je přioom propojen se vstupní komůrkou převáděcím hrdlem a je opatřen odváděcím hrdlem kondenzátu a vyrovnávacím hrdlem. Výýtupní komůrka, oddělená od vstupní kom^irky vertikální přepážkou, je opatřena odvodem kondenzátu a vennilačnim hrdlem.

Výhodou povrchového výmmníku tepla podle vynálezu je volby íoOstt^í přiváděné topné páry a délky vlásenek tak, aby byl kondenzační proces ve všech vlásenkách hlavního vlásenkového svazku přerušen ještě před výskytem nestabilních proudových forem. Ve výstupním prostoru parní komory dochází k oddělení vzniklého kon<^(^i^:^<átu od oezkoodeozžvaoého podílu topné páry. Kondenzát je · odváděn do sběrače kondenzátu mimo povrchový výmmnnk, oedkžodeOdovaoý podíl topné páry z hlavního vlásenkového svazku je zaváděn do vstupní kommrky a do vstupních větví vlásenek veddejšího vlásenkového svazku. Zde probíhá proces kondenzace obdobně jako ve vlásenkách hlavního vlásenkového svazku, avšak při tlaku, sníženém o tlakovou ztrátu uvnótř vlásenek hlavního vlásesového svazku. Nezkondenzovaný podíl topné· páry může být odváděn z výstupní komůrky parní komory jako ventilační pára mimo povrchový výměník tepla, nebo může při větších mnno'žtvích jeho kondenzace pokračovat v dalším vedlejším vlásenkovém svazku, jehož teplosměnná plocha je zmenšena úměrně ke zmenšenému mmnžstní kond^nzujcí páry. Nezkondenzovaný poddl topné páry, odváděný · ž dalšího vedlejšího vlásehkového svazku jako venOieačoí pára, je v porovnání s mne! stvím· topné páry, přiváděné do hlavního vlásenkového ·svazku, nepatrný a takto způsobená tepelná ztráta je bezvýznamná.

Hlavním přínosem povrchového · výměníku tepla podle vynálezu je zajištění jeho v poddtatě bezporuchového provozu díky dostajeOnmmu vyloučení provozně nebezpečných proudových forem dvoufázové smmsi voda pára uvnótř všech vlásenek. Stabilizační množsSví. njnoieačoí páry je přioom zanedbatelné .

V hlavním vlásenkovém svazku, který tvoří podstatnou část teplosměnná plochy povrchového výměníku tepla, jsou vláse^ ky ustaveny v rovinách, rovnoběžných ve proudění pracovní páry. Tento ·svazek pracuje tedy s relat^ně malou nerovnommnnožtí rozdělení topné páry v jednnotivých řadách vlásenek, a tedy i s relativně malým mnnostvím oezkoodeozované páry i přes m^o^né určité zvětšení o stabilizační podíl. Ke zkondenzování páry, odváděné z hlavního vlásenkového svazku, tedy postačí mmlá v^c^dl^j^.ší teplosměnná · plocha, representovaná například pouze jedním vedlejším vlásenkovým svazkem.

Veedejší vlásenkoné svazky, které jsou ve směru toku ohřívané pracovní páry předřazeny hlavnímu vlásenkovému svazku, · pracuj s · velkým teplotním rozdílem mezi topnou a pracovní parou. V této části povrchového výmmníku tepla se proto pracovní pára na malém počtu řad vlásenek rychle ohřívá, Čímž se výrazně snižuje její ohřátí v hlavním vlásenkovém svazku. Rozddl teplot stěn v jednotlivých· větvích vlásenek hlavního vlásenkového svazku, zejména krajních vlásenek, se tímto uspořádáním snižuje na přijaten^u mru z hlediska teplotních pnutí ve vlásenkách. ó^ d^ za ční tlak topné páry ve veddejších vlásenkových svazcích je snížen o tlakovou ztrátu v hlavním vlátjnkžvém svazku. Protože · vsak nedlejší neáteokové svazky· jsou ve styku s dosud neohřátou pracovní parou, ztrácí toto snížení praktický význam, vzhledem k velkému teplotnímu rozdílu obou funkčních pair. Naopak se zde příznivě projeví sací účinek na oedkoodeozovaoý podíl topné páry, vystupující z hlavního vlásenkového svazku. Veedejší vlásetikové svazky maaí vlásenky ustaveny v rovinách, kolmých na sm^r proudění pracovní páry. Protože se jedná o velmi malý počet řad v^sene^ většinou nepřev^šu^cí 1/7 až 1/6 počtu řad vlásenek hlavního vlás^kového svazku, je i mmožsSví nezkoodenzonaoé páry v nich, včetně páry nenóieačoí, mmlé v porovnání s mne^ž tvim topné páry, přiváděné do hlavního vlásenkového svazku. Výhodou popsaného ustavení vlásenek jsou v tomto případě malé požadavky na plochu trubkovnice, což je důležité zejména u dvoustupňového · přihřívání.

Jeden příklad provedení povrchového výměníku tepla podle vynálezu je znázorněn ve zjednodušené formě s jedním ohřívacím stupněm a jedním vedlejším vlásnnkovým svazkem na výkresech, kde obr. 1 představuje podélný osový řez povrchovým výměníkem tepla, obr. 2 příčný řez parní komorou trubkového svazku povrchového výmmníku tepla podle vyznačení A-A obr. 1 a obr. 3 představuje příčný řez tělesem povrchového výměníku tepla podle vyznačení B-B na obr. 1.

Podle obr. 1 je v tělese £ povrchového výměníku tepla uložen jednak trubkový svazek £, sestávající z hlavního vlásenkového svazku £, z vedlejšího vlásenkového svazku 6, z trubkovnice £ a z parní komory £ a jednak kanál 30, patrný také na obr. 3, · vymezený podélnými stěnami 31 a příčnými stěnami 32. Do prostoru usíírňovacího kanálu 30 zasahuje hlavní vlásenkový svazek £ a vedlejší vlásenkový svazek £. Hlavní vlásenkový svazek £ je vytvořen z vlásenek 7, ustavených ve svislých rovinách, a ved^eŠí vlásenkový svazek £ je vytvořen z vlásenek £, ustavených ve vodorovných rovinách. Vněěší povrch vlásenek £, £ vytváří teploměnnou plochu povrchového výměníku tepla. Otevřené konce vlásenek £, £ navazují na odpoovddjící otvory v trubkovnicí £ a ústí tak do vnitřního prostoru komory 3, spojené s tělesem £ povrchového výměníku tepla. Toto těleso 1 povrchového výměníku tepla je opatřeno hrdlem 24 pro výstup pracovní páry a vstupním hrdlem 23 pracovní páry.

Příčné stěny 3 2 usměrnovacího kanálu 30. jsou opatřeny výřezy 3 3 pro zasunuí vlásenkové. části trubkového svazku 2_ do usměrňovacího kanálu .30. Výřez 33 v příčné stěně 3 2 bezprostředně za vstupním hrdlem 23 je chráněn krytem 34 před přímým pronikáním v8ttpující páry do usměrnovacího kanálu 30. Vzájemná poloha vlásenek 1_ a £ je zajišťována podpěrnými přepážkami .35.

Podle obit. 2 je vnitřní prostor parní komory £ rozdělen na čtyři čássi. Horní část, oddělená od ostatního prostoru horizontální přepážkou 1 2 , tvoří vstupní prostor 10, opatřený vstupním hrdlem 9_. z tohoto vstupního prostoru 10 vycházeeí vstupní větve vlásenek £ hlavního vlásenkového svazku £. Střední část parní komory £ je oddělena od spodní části parní komory £ dělicí přepážkou 13, která je rovněž situována hooizontálně a tvoří výstupní prostor 11, do kterého ústí výstupní větve vlásenek £ hlavního vlásenkového svazku £. Spodní část parní komory £ pod dělicí přepážkou 13 je rozdělena vertikální přepážkou 14 na dvě shodné čássi. Jedna z nich tvoří vstupní komůrku 15, ze které vycházeeí vstupní větve vlásenek 8 vedlejšího vlásenkového svazku 6 a druhá tvoří výstupní komůrku £6, do které ústí výstupní větve vlásenek £ vedlejšího vlásenkového svazku £. VVstupní prostor 11 parní komory £ a vstupní komůrka 15 této parní kom^ory £ jsou navzájem propojeny převáděcím hrdlem 17. VVstupní prostor 11 parní komory £ je dále opatřen odváděcim hrdlem 18 pro odvádění kondenzátu a vy rovnávacím hrdlem 19 pro vyrovnávání tlaku, napojeným dále na nezakreslený · parní prostor sběrače kondenzátu. V^ýtupní komůrka £6 parní komory £ je opatřena odvodem 20 kondenzátu a ventilačním hrdlem 21 pro odvádění vennilační páry.

Na obr. 3 je v příčném řezu povrchovým výměníkem tepla podle vyznačení B-B na str. 1 zakresleno umiítění hlavního vlásenkového svazku £ a vedle jsího vlásenkového svazku £ v usměrňovacím kanálu 30, vytvořeném, podélnými a příčnými stěnami 31, 32. Volný prostor ve střední části vedlejšího vlásenkového svazku & je vyplněn vestavbou 36. V prostoru, uzavřeném tělesem £ povrchového výmmníku . tepla podél· podélných stěn 31 , je ještě umístěno separační ústroj, na výkresech nezakkeslené.

Mokrá pracovní pára, vy^tup^ící z vysokotlakého dílu trubiny,·je přiváděna vstupním hrdlem 23 do tělesa 1 povrchového výmmníku tepla a při průchodu separacním ústrojm je mechanicky zbavována vlhkoosi. Tok usušené pracovní páry je potom usměrňován podélnými a příčnými stěnami 31, 32 tsmírήovacdho kanálu 30 tak, aby probíhal kolmo k vlásenkám £, £ trubkového svazku £, tj. ve smíru zdola nahoru. Při průtoku trubkovým svazkem £ se pracovní pára postupně ohřívá a opou uští potom těleso £ povrchového výmmníku tepla hrdlem £4. Topná pára je přiváděna vstupním hrdlem £ topné páry do vstupního prostoru 10 parní komory £ odkud vytéká do vstupních větví vlásenek £ hlavního vlásenkového svazku £ a protéká těmto vlásenkami £, přičemž částečně kondenzuue, předávváícd část svého výparného tepla pracovní páře, která obtéká vlásenky 7 z vnějšku. Ve výstupním prostoru ££ hlavního vlásenkového svazku 5 dochází k rozdělní obou fází parovodné síis, přiváděné tam vlásenkami £. Vznnklý kondenzát je odváděn odváděcím hrdlem 18 do sběrače kondenzátu, umístěného vně zařízení, což um^s^i^i^;^e propojení jeho parního prostoru s výstupním prostorem 11 hlavního vlásenkového svazku £ potrubím, navaauujci m na vyrovnávací hrdlo 19. Část z přivedeného mnnožsví topné páry, která nezkondenzovala ve vlásenkách £ hlavního vlásenkového svazku £, je odváděna převáděcím hrdlem 17 do vstupní komůrky 15 vedlejšího vlásenkového svazku £, odkud vstupuje do vstupních větví vlásenek £ vedlejšího vlásenkového svazku £. Po částečné kondenzaci ve vlásenkách £ vystupuje parovodní směs do výstupní komůrky 16 vedlejšího vlásenkového svazku £ odkud je kondenzát odváděn odvodem 20 kondenzátu a malé m^možství ne zkondenzované páry je· odváděno vennilačním hrdlem 21 pro odvádění ventilační páry.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT > 1. Povrchový výmmník tepla s horizontálně sitoovnným trubkovým svazkem, sestávajícím z parní komoy, trubkovnice a z trubek tvaru písmene U, zvaných vlásenek, jejichž vněěší povrch tvoří · celkovou teplosměnnou plochu, a s usměrňovacím kanále^m, vyznačený tím, že jeho celková teplosměnná plocha je vytvořena z jednoho hlavního vlásenkového svazku /5/, jehož vlásenky /7/, jsou ustaveny ve svislých rovinách souběžně s podélnou osou povrchového výměníku tepla, a alespoň z jednoho veddejšího vlásenkového svazku /6/, jehož vlásenky /8/ jsou ustaveny ve vodorovných rovinách souběžně s podélnou osou povrchového výměníku tepla, a jejichž teplosměnná plocha je výrazně menší než teplosměnná plocha hlavního vlásenkového svazku /5/, přičemž celková teplosměnná plocha je umiítěna v usměrňovacím. kanálu

   VY N Á L E Z U /30/, který je tvořen podélnými stěnami /31/, umístěnými podél boků obou vlásenkových svazků /5, 6/ a příčnými stěnami /32/, umístěnými napříč podélnýéh stěn /31/ na obou koncích usměrňovacího kanálu /30/, přičemž je ved^eší vlásenkový svazek /6/ umístěn pod hlavním· vlásnnkovým svazkem /5/, jehož vlásenky /7/ vychdázeí ze vstupního prostoru /10/ parní . komory /3/ a ústí do výstupního prostoru /11/ parní komory /3/, zatímco vlásenky /8/ vedlejšího vlásenkového svazku /6/ vycháázeí ze vstupní komůrky /15/ parní komory /3/ a ústí do výstupní komůrky /16/ parní komory /3/.
2. 2. Povrchový výměník tepla podle bodu 1, vyznačený tím, že vstupní prostor /10/ parní komory /3/ je od výstupního prostoru /11/ této parní kom^^y /3/ oddělen hooiuonnslěí přepážkou /12/ a je opatřen vstupním hrdlem /9/ topné páry, zatímco výstupní prostor /11/ parní komory /3/ je od vstupní komůrky /15/ a od výstupní komůrky /16/ oddělen dělicí přepážkou /13/, avšak tento výstupní prostor /11/ je přitom propojen se vstupní komůrkou /15/ převáděcím hrdlem /17/ a je opatřen odváděcím hrdlem /18/ kon denzátu a vyrovnávacím hrdlem /19/, zatímco výstupní komůrka /16/, oddělená od vstupní komůrky /15/ vertikální přepážkou /14/, je opatřena odvodem /20/ kondenzátu a ventilačním hrdlem /21/.