CS257238B1

CS257238B1 - Vláeenkový ohřfvák

Info

Publication number: CS257238B1
Application number: CS865194A
Authority: CS
Inventors: Josef Srutek; Vaclav Masek; Oldrich Manek; Vaclav Malsek; Pavel Nekvapil
Original assignee: Josef Srutek; Vaclav Masek; Oldrich Manek; Vaclav Malsek; Pavel Nekvapil
Priority date: 1986-07-09
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS519486A1

Abstract

Účelem uspořádání navrhovaného vlásenkového ohříváku je možnost vytvořeni symetrického teplotního pole na trubkovnici. Tohoto účelu se dosáhne tak, že na ploše trubkovnice ohraničené pátou kružnicí jsou ve vstupní kruhové ploše ohraničené první a druhou kružnicí a ve výstupní mezikruhové ploše ohraničené třetí a čtvrtou kružnicí provedeny otvory pro uspořádání teplosměnných trubek v trojúhelníkové mříži, přičemž každá teplosměnné trubka je vstupním koncem zavedena do otvoru vstupní mezikruhové plochy a výstupním koncem do otvoru výstupní mezikruhové plochy. Řešení je možno využít především u regeneračních výměníků energetických bloků, ale rovněž i u zařízení potravinářského a chemického průmyslu.The purpose of the arrangement of the proposed hairpin heater is to create a symmetrical temperature field on the tube sheet. This purpose is achieved by making holes in the tube sheet area bounded by the fifth circle in the inlet circular area bounded by the first and second circles and in the outlet intermediate circular area bounded by the third and fourth circles for arranging heat exchange tubes in a triangular grid, with each heat exchange tube being introduced with its inlet end into the opening of the inlet intermediate circular area and with its outlet end into the opening of the outlet intermediate circular area. The solution can be used primarily in regenerative exchangers of power plants, but also in equipment for the food and chemical industries.

Description

Vynález se týká vlásenkového ohříváni parních turbin klasických i jaderných el· :ú zejména pro regenerační a teplofikační okruhy ektráren.The invention relates to the hairpin heating of steam turbines, both classical and nuclear, in particular for the regeneration and heating circuits of power plants.

Eto ohříváky se velmi často užívají jxeplosměnné trubky ohnuté do tvaru U, tzv. vlásenky, zakotvené do trubkovnice. Tento tvar teplosměnných trubek je výhodný z hlediska .kompenzace tepelné dilatace trubek a je výhodný i z hlediska jednoduchosti montáže teplosměnných ploch. Jsou známy konstrukce vlásenkových ohříváků, u nichž oba konce vlásenek leží v trojúhelníkové mříži tak, že vstupní plocha je vytvořena na jedné polovině trubkovnice a výstupní plocha na druhé polovině a obě tyto plochy jsou odděleny rovinou kolmou na spojnici obou konců vlásenek a procházející geometrickým středem trubkovnice. Toto uspořádáni umožňuje dokonalé vyplnění vnitřního prostoru ohříváku teplostěnnými trubkami, ovšem má nevýhody v tom, že trubkovnice je nevýhodně tepelně namáhána, což právě v regeneračních okruzích parních turbin je závažný nedostatek, protože při výpadku turbiny dochází během několika sekund k prudké změně teplotních poměrů na trubkovnici.These heaters are very often used as U-shaped bending tubes, so-called hairpin anchored in the tube sheet. This shape of the heat transfer tubes is advantageous in terms of compensating the thermal expansion of the tubes and is also advantageous in terms of the ease of assembly of the heat transfer surfaces. Hairpin heaters are known in which both ends of the hairpin lie in a triangular lattice such that the inlet surface is formed on one half of the tube sheet and the outlet surface on the other half and both surfaces are separated by a plane perpendicular to the line of both ends . This arrangement allows perfect filling of the internal space of the heater with heat pipe, but has the disadvantage that the tube sheet is disadvantaged by thermal stress, which is a serious drawback in the steam turbine regeneration circuits, because the turbine failure changes .

Z tohoto důvodu je toto uspořádání vhodné pouze pro malé průměry ohříváků a pro nízké tlaky, kdy trubkovnice z pevnostního hlediska vychází relativně tenká. Další nevýhoda tohoto uspořádání tkví v tom, že značně komplikuje vytvoření vestavěného podchlazovače kondenzátu a srážeče přehřátí vstupní pá^y, přičemž je velmi obtížné vytvořit vhodné podmínky pro odvod nezkondenzovatelnýoh plynů z vnitřního prostoru ohříváku. To vše zvyšuje náklady na výrobu ohříváků a omezuje univerzálnost použití této konstrukce.For this reason, this arrangement is only suitable for small heater diameters and low pressures where the tube sheet is relatively thin in strength. A further disadvantage of this arrangement is that it considerably complicates the formation of a built-in condensate subcooler and an inlet steam superheater, and it is very difficult to create suitable conditions for the removal of non-condensable gases from the internal space of the heater. All this increases the cost of manufacturing heaters and limits the versatility of using this design.

Jsou rovněž známy konstrukce ohřívák na roztečné kružnici vstupní mezikruhové na roztečné kružnici výstupní mezikruhové podélnými osami obou konců vlásenek má pro zlepšení vyplnění vnitřního prostoru všech roztečných kružnicích stejný počet ů, u nichž vstupní konec vlásenky je ukotven plochy trubkovnice a výstupní konec je ukotven plochy trubkovnice tak, že rovina proložená édiální nebo·přibližně radiální směr. Tato konstrukce ohříváku teplosměnnými trubkami musí mít na trubek. ·Also known are heater constructions on the pitch circle of the inlet annular circle on the pitch circle of the exit annular longitudinal axes of both hairpin ends having the same number of pits to improve the filling of the inner space of all pitch circles where the hairpin inlet end is anchored that the plane is intersected with the medial or approximately radial direction. This heater design with heat transfer tubes must have on the tubes. ·

To vede ke vzniku velkého nevyužitého prostoru ve středu trubkovnice, jehož velikost vychází z minimalizace vnějšího průměru ^trubkováni pro zadaný průměr teplosměnných trubek a pro zadaný počet trubek a konstruktér ;iej může ovlivnit pouze v úzkém rozmezí. Tím je pak dáno nedokonalé vyplnění vnitřníhtji prostoru ohříváku teplosměnnými trubkami, zejména u velkých rozměrů ohříváků, tím dále rostou hlavně materiálové náklady, neboť roste tlouštka trubkovnice, tlouštka plášťů a tedy i oei)a ohříváků. Je známá konstrukce spočívající v tom, že trubky z několika roztečných kružnic vstupního prostoru trubkovnice jsou zavedeny na jednu roztečnou kružnici výstupního prostoru. Tím však rostou náklady na montáž, která je složitější, přičemž zmenšení průměru pláště výměníku je neúměrné nárůstu složitosti montáže, neboť při tomto uspořádáni je nutno zvětšit vzdálenosti mezi roztečnými kružnicemi výstupního prostoru trubkovnice.This results in a large unused space in the center of the tube sheet, the size of which is based on minimizing the outer diameter of the tube for the specified diameter of the heat exchanger tubes and for the specified number of tubes and the designer can affect only within a narrow range. This implies an imperfect filling of the inner space of the heater with heat exchange tubes, especially in the case of large dimensions of the heaters, whereby the material costs increase further, since the thickness of the tube sheet, the thickness of the shells and hence of the heater. It is known that tubes of several pitch circles of the inlet space of the tube sheet are introduced into one pitch circle of the exit space. However, this increases the cost of assembly, which is more complex, while reducing the diameter of the shell of the exchanger is disproportionate to the increased complexity of the assembly, since in this arrangement the distances between the pitch circles of the outlet space of the tubesheet need to be increased.

Uvedené nevýhody odstraňuje při využ sestávající z pláště, trubkovnice, teplo komory, přívodu páry, odvodu kondenzátu, a odvodu plynů podle bynálezu, jehož pods ohraničené pátou kružnicí jsou ve vstupní druhou kružnicí a ve výstupní mezikruhové provedeny otvory pro uspořádání teplosměn teplosměnná trubka je vstupním koncem za výstupním koncem do otvoru výstupní mezi' ití výhod známých konstrukcí, vlásenkový ohřívák směnných trubek tvaru U, vnitřní vestavby, rozdělovači vstupu ohřívané vody, výstupu ohřívané vody tata spočívá v tom, že na ploše trubkovnice mezikruhové ploše ohraničeně první kružnicí a ploše ohraničené třetí a čtvrtou kružnici, ných trubek v trojúhelníkové mříži, přičemž každá vedena do otvoru vstupní mezikruhové plochy a kruhové plochy.These drawbacks are eliminated by the use of the jacket, tube sheet, chamber heat, steam inlet, condensate outlet, and gas outlet according to the invention, whose sub-boundaries by the fifth circle are in the second inlet circle and in the outflow annular. behind the outlet end into the outlet opening between the advantages of the known designs, hairpin heater of U-shaped exchange pipes, internal installation, heated water inlet, heated water outlet tata consists in that on the tubesheet area annular area bounded by the first circle and area bounded by third and a fourth circle of tubes in a triangular grating, each led into the opening of the inlet ring surface and the ring surface.

Přitom v každé ze šesti kruhových v procházejícími vrcholy pravidelných šest je část vstupní mezikruhové plochy rozdě). trubek uspořádaných v části vstupní mezi:At the same time, in each of the six circular vertices passing through the regular six, a portion of the inlet annular surface is divided). tubes arranged in the inlet part between:

ýsečí ohraničených dvěma radiálními přímkami iúhelniků trojúhelníkové mříže a pátou kružnicí ena na u plocji, kde 2 < flí <the boundaries of two triangular lattice radial lines of the triangles and the fifth circle of the ena on the floc where 2 <flí <

kruhové plochy a části výstupní mezikruhové plochy, n_t je počet teplosměnných přičemž z každé z u ploch části vstupní mezikruhové plochy jsou všechny teplosměnné trubky příslušné u-té ploše zavedeny do části výstupní mezikruhové plochy ve směrech radiálních přímek nebo ve směru osy úhlu mezi radiálními přímkami. _nt is the number of heat transfer surfaces, wherein from each of the surfaces of the portion of the inlet annular area, all heat exchange tubes of the respective u-surface are introduced into a portion of the output annular area in radial line directions or in the direction of the angle axis.

Výhoda tohoto uspořádání tkví v tom, že na trubkovnici se vytváří symetrické teplotní pole, což příznivě ovlivňuje její dimenzování. Snižuje se spotřeba materiálu nejčastěji třídy 15 a zvyšuje se pružnost výměníku v případě velkých teplotních změn. Tak roste bezpečnost zařízení, což ovlivňuje jeho životnost, dále pak účinnost elektrárny a ve vlastním důsledku spotřebu paliva a tedy cenu elektrické energie. Z funkčního hlediska ohříváku je příznivě ovlivňován systém proudění uvnitř ohříváku, je lepší vyplnění jeho vnitřního prostoru teplosměnnými trubkami, což snižuje rozměry ohříváku a usnadňuje dispoziční řešení strojovny elektrárny. Tím jsou snižovány náklady na výstavbu elektrárny a tedy snižována cena elektrické energie.The advantage of this arrangement is that a symmetrical temperature field is created on the tube plate, which favorably affects its dimensioning. Material consumption of class 15 is most often reduced and the exchanger flexibility in case of large temperature changes. This increases the safety of the plant, which affects its lifespan, as well as the efficiency of the plant and, in effect, fuel consumption and hence the cost of electricity. From the functional point of view of the heater, the flow system inside the heater is positively influenced, it is better to fill the inner space with heat exchange tubes, which reduces the heater dimensions and facilitates the layout of the power plant engine room. This reduces the cost of building the power plant and thus reduces the cost of electricity.

Přitom tato konstrukce umožňuje velmi jednoduchou konstrukci vestavěného podchlazovače kondenzátu i velmi jednoduchou konstrukci srážeče přehřátí vstupní páry a lze vytvořit přesně definovaný vhodný prostor pro obvod nezkondenzovatelných plynů. To vše značně ovlivňuje ekonomii práce ohříváku a tedy celého okruhu elektrárny.This design allows a very simple construction of the built-in condensate subcooler as well as a very simple design of the inlet steam superheat collector and a well-defined suitable space for the non-condensable gas circuit can be created. All this greatly affects the economics of the heater and thus the whole circuit of the power plant.

Příklad uspořádání vlásenkového ohříváku podle vynálezu je zobrazen na přiložených výkresech, kde obr. 1 představuje podélný řez vlásenkovým ohřívákem, obr. 2 znázorňuje příčný řez ohřívákem, na obr. 3 je zobrazena kruhová výseč trubkovnice a na obr. 4 je konkrétní detailní řešení kruhové výseče trubkovnice.An example of a hairpin heater arrangement according to the invention is shown in the accompanying drawings, wherein Fig. 1 is a longitudinal section of a hairpin heater, Fig. 2 shows a cross-section of the heater, Fig. 3 shows a circular section of a tubesheet; tubesheet.

Vlásenkový ohřívák je tvořen pláštěm 2» na jehož spodku je provedena trubkovnice 2, ke které jsou upevněny teplosměnné trubky 2 procházející vnitřní vestavbou 4. Pod trubkovnicí 2 se nachází rozdělovači komora 5, na níž jsou provedena hrdla vstupu 2 ohřívané vody a výstupu 2 ohřívané vody a kterou prochází odvod T_ kondenzátu. Přívod 6 páry je proveden v plášti 2 stejně tak jako odvod 10 plynu.The hairpin heater consists of a housing 2, at the bottom of which a tubesheet 2 is provided, to which heat transfer tubes 2 passing through the internal assembly 4 are attached. Below the tubesheet 2 there is a distribution chamber 5, and through which the condensate drain T is passed. The steam inlet 6 is provided in the housing 2 as well as the gas outlet 10.

Trubkovnice 2_ je rozdělena na vstupní mezikruhovou plochu 16, ^v níž ^se nacházejí otvory 28» P^r° upevnění vstupních konců 27 teplosměnných trubek 3 a výstupní mezikruhovou plochu 17, ^v níž se nacházejí otvory 18 pro upevnění výstupních konců 26 teplosměnných trubek 2· Vstupní mezikruhové plocha 16 je omezena první kružnicí 11 a druhou kružnicí 12, výstupní mezikruhové plocha 17 je omezena třetí kružnicí 13 a čtvrtou kružnicí 14.Tubesheet 2 is subdivided into an inlet annular surface 16 ⁱⁿ which ^there are openings 28 »P ^r ° mounting the input end 27 of the heat transfer tubes 3 and the outlet annular surface 17 ⁱⁿ which there are openings 18 for fastening the outlet ends 26 of heat exchange tubes 2 · Input annular the surface 16 is limited by the first circle 11 and the second circle 12, the exit annular surface 17 is limited by the third circle 13 and the fourth circle 14.

Pomoci páté kružnice 15 a radiálních přímek 20 lze celou plochu trubkovnice 2_ rozdělit na šest kruhových výsečí 19. tak^:; že radiální přímky 20 procházejí .vrcholy pravidelného šestiúhelníka 25 a vstupní mezikruhové plocha 16 i výstupní..mezikruhové plocha '17 3^epomocí spojnic 24 rozdělena na části vstupní mezikruhové plochy 22 a části výstupní mezikruhové plochy 23 tak, že vstupní konce 27 teplosměnných trubek 2 leží na přímkách rovnoběžných s radiálními přímkami 20 nebo na přímkách rovnoběžných s osou úhlu 21. Vstupní konce 27 i výstupní konce 16 teplosměnných trubek 2 přitom procházejí otvory 18 uspořádanými na trubkovnici 2_ v trojúhelníkové mříži.By means of the fifth circle 15 and the radial lines 20, the entire surface of the tubesheet 2 can be divided into six circular sectors 19 as ^follows :; that a radial line 20 passing through .vrcholy regular hexagon 25 and the input surface 16 and annular surface výstupní..mezikruhové '17 ^e 3 via the connectors 24 is divided into an input portion of annular surface 22 and annular surface portion of the outlet 23 so that the inlet end 27 of heat exchange tubes 2 they lie on lines parallel to the radial lines 20 or on lines parallel to the angle axis 21. The inlet ends 27 and the outlet ends 16 of the heat exchange tubes 2 pass through the openings 18 arranged on the tube plate 2 in a triangular grid.

Jak je patrno z obr. 4, lze s výhodou radiální přímky 20, omezující kruhovou výseč 19, definovat tak, aby otvory 18 ležící na jedné z nich patřily do množiny otvorů 18 kruhové výseče 19 a otvory 18 ležící na druhé z nich patřily do množiny otvorů 18 kruhové výseče sousední. Tím se usnadní přiřazování vstupních konců 27 a výstupních konců 26 jednoltivým částem vstupní mezikruhové plochy 22 a částem výstupní mezikruhové plochy 23 Z obr. 4 je rovněž patrno, že spojnice 24 nemusí bý přímková. Tím je umožněno vytvořit části vstupní mezikruhové plochy 22 geometricky podobné odpovídajícím částem trubek 2 se dále z j ednoduš í.As can be seen from FIG. 4, preferably the radial lines 20 limiting the circular sector 19 may be defined such that the holes 18 lying on one of them belong to the plurality of holes 18 of the circular sector 19 and the holes 18 lying on the other belong to the plurality. holes 18 of a circular sector adjacent. This facilitates the assignment of the inlet ends 27 and the outlet ends 26 to the single-part portions of the inlet annular surface 22 and the portions of the outlet annular surface 23. FIG. 4 also shows that the connector 24 need not be straight. This makes it possible to form portions of the inlet annular surface 22 geometrically similar to the corresponding portions of the tubes 2, which is further simplified.

Vlásenkový ohřívák podle vynálezu je obzvláště vhodný pro regenerační výměníky energetických celků, kde v mezitrubkovém prostoru dochází ke kondenzaci páry.The hairpin heater according to the invention is particularly suitable for regenerative heat exchangers of power units where steam condensation occurs in the inter-tube space.

Lze jej však s výhodou použít i rovněž i pro jiné typy energetických u zařízení potravinářského a chemického průmyslu a výměníků.However, it can also be used advantageously also for other types of energy in food and chemical industry equipment and heat exchangers.

Claims

1. The hairpin heater consists of U, of the internal installation, of the water distributor, of the heated water outlet and of the drain defined by the fifth circle (15) are in (11) and second circle (12) and in the outlet (13) and fourth circle (14). 3) in a triangular lattice, wherein an inlet (18) of the inlet ring (18) of the outlet annular surface (17) extending from the housing, tube sheet, heat exchange tubes, steam inlet, condensate outlet, heated gas inlet is introduced into the opening (18) on the surface of the tube sheet (2) and the inlet surface (16) bounded by the first circle is clamped between the annular surface (17) bounded by the third circle and the holes (18) for arranging the heat exchange tubes; 16) and an outlet end (26) into the opening

A hairpin heater according to a point of circular sectors (19) bounded by two regular hexagons (25) of a triple annular surface (22) divided into u 1 characterized in that in each of the six equal radial lines (20) passing through the tops of the helical lattice and the fifth circle (15) is a portion of the inlet for surfaces where the shank (3) arranged in the portion of the inlet annular surface of the grip (23), wherein each of the surfaces of the inlet heat exchange tube portion (3) is respectively in the directions of the radial lines (20) or in the i (20) direction.

n _fc is the number of heat transfer tubes (22) and the portions of the exit annular surface of the annular surface (22) are all into the portion of the exit annular surface of the angle axis (21) between the radial lines