CS261034B1

CS261034B1 - Vlěsenkový výměníktepla

Info

Publication number: CS261034B1
Application number: CS865016A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Masek; Vladimir Hlousek; Josef Srutek; Helena Zamecnikova; Jarmila Varvarovska
Original assignee: Vaclav Masek; Vladimir Hlousek; Josef Srutek; Helena Zamecnikova; Jarmila Varvarovska
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS501686A1

Abstract

Očelem použití vlásenkového výměníku tepla je zmenšení rozměrů výměníků tepla, úspora projekčních i výrobních nákladů, vyřešení dispozičních problémů a opakovanost použití. Tohoto účelu se dosáhne použitím vlásenkového výměníku tepla s teplosměnnými trubkami tvaru U, uspořádanými na roztečných kružnicích vnitřního svazku a vnějšího svazku.

Description

Vynález se týká vlásenkového výměníku tepla s teplosměnným! trubkami tvaru U uspořádanými na roztečných kružnicích vnitřního svazku a vnějšího svazku, zejména regenerační a teplofikační okruhy parních turbín klasických i jaderných elektráren.

Pro výměníky tepla je velmi výhodné užití teplosměnných trubek ohnutých do tvaru U, tzv. vlásenek, které jsou zakotveny svými konci do trubkovnice. Tento tvar teplosměnných trubek umožňuje jednoduchou montáž i při složité vnitřní vestavbě výměníku a je výhodný z hlediska kompenzace tepelné dilatace trubek. Jsou známy konstrukce vlásenkových výměníků tepla, u nichž oba konce vlásenek leží v trojúhleníkové mříži tak, že vstupní plocha je vytvořena na jedné polovině trubkovnice a výstupní plocha na druhé polovině trubkovnice a obě tyto plochy jsou odděleny rovinou kolmou na spojnici obou konců vlásenek a procházející geometrickým středem trubkovnice. Toto uspořádání umožňuje dokonalé vyplněni vnitřního prostoru ohříváku teplosměnnými trubkami, má však nevýhodu v tom, že trubkovnice je nepříznivě tepelně namáhána, což je zejména u regeneračních výměníků tepla závažný nedostatek, protože například při výpadku turbiny dochází během několika vteřin k prudké změně teplotních poměrů na trubkovnici. Z tohoto důvodu je takovéto uspořádání vhodné pouze pro výměníky malých průměru a pro výměníky pracující s nízkými tlaky, aby trubkovnice z pevnostního hlediska, vycházela tenká. Další nevýhoda tohoto uspořádání tkví v tom, že je značně omezena možnost vytvoření přídavných teplosměnných ploch, jako je srážeč přehřátí nebo podchlazovač kondenzátu a obtížněji se konstruuje zařízení pro odbod plynů z mezitrubkového prostoru.

To vše zvyšuje náklady na výrobu výměníku tepla a omezuje univerzálnost konstrukce. Aby se odstranily uvedené nedostatky, byl vyvinut výměník tepla, u něhož jsou teplosměnné trubky uspořádány v trojúhelníkové mříži do mezikruhových svazků tak, že teplosměnné trubky tvaru U z vnitřního svazku jsou zavedeny do vnějšího-svazku. Toto uspořádání má nevýhodu v tom, že pro každý počet trubek je nutno řešit novou geometrii uspořádání trubek tak, aby montáž byla co nej jednodušší. Unifikace výměníků tepla s takto uspořádaným svazkem teplosměnných trubek je nemožná a využití NC techniky při obráběcích pracech předpokládá pro každý typ výměníku sestavení nového programu, oož je velmi nákladné.

Jsou známy rovněž konstrukce výměníků tepla, u nichž je jeden konec vlásenky ukotven na roztečné kružnici vnitřního svazku a druhý konec na roztečné kružnici vnějšího svazku tak, že rovina proložená podélnými osami obou konců vlásenky má radiální směr. Průměr roztečné kružnice se pak určí ze vztahu

D, i-1 +,²]

0,5 kde t je minimální rozteč, z je počet trubek na roztečné kružnici, D^ je hledaný průměr roztečné kružnice, D^_^ je průměr roztečné kružnice předcházející, D^_2 je průměr roztečné kružnice předcházející kružnici s průměrem D^_^, blíže k ose výměníku tepla.

Pro D^_^ . cos -A. + 2 jt² - (—2 sin -2-)²j0,5 _ _2t< anebo

D' -Ί pro '*'2 · ^s^^{n se ur}<5í průměr roztečné kružnice ze vztahu D^ = D^_2 + 2t. Toto uspořádání má nevýhodu v tom, že na vnějších roztečných kružnicích vnitřního i vnějšího svazku vlivem nárůstu obvodových roztečí dochází k velmi špatnému vyplnění prostoru teplosměnnými trubkami, což vede k nárůstu průměru výměníku tepla a ted ke zvýšení jeho ceny a k výraznému zhoršeni možností jeho dispozičního uspořádání.

Uvedené nevýhody odstraňuje při využití výhod známých konstrukcí vlásenkový výměník tepla sestávající z pláště, trubkovnice, teplosměnných trubek tvaru U, vnitřní vestavby, rozdělovači komory, přívodu a odvodu ohřívaného média, přívodu a odvodu ohřívacího média, odvodu plynů s teplosměnnými trubkami uspořádanými v n roztečných kružnicích, kde n>2, přičemž každá roztečná kružnice obsahuje stejný počet z teplosměnných trubek, kde z^>2 tak, že jeden konec teplosměnné trubky patří do vnitřního svazku, ohraničeného vnitřní kružnicí a střední kružnicí a druhý konec teplosměnné trubky patří do vnějšího svazku ohraničeného levou kružnicí a vnější kružnicí, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že při platnosti podmínek

0,5 D..-! . sin kL· < _t

D._₁ . cos + 2jt² - (0,5 Dj__1 . sin ) ²J ⁰'⁵ - 2t2D..2 se průměry prvních k roztečných kružnic, kde i c< 1, k>, stanoví ze vztahu r, _ a . , Γ.2 _c . jr ,2~1θ,5 = Dj.j · cos —- + 2 It - (0,5 . sm —) J a průměry zbývajících n-k roztečných kružnic kde i (k, η , jsou dány dýrazem 2 |t² + 0,25 - t . · cos ( /+ tu) J °'⁵ - °χ_2 ^{+ 2t}' kde značí z ..... počet teplosměnných trubek na roztečné kružnici t ..... minimální rozteč teplosměnných trubek D ..... průměr roztečné kružnice i ..... index určující pořadové číslo roztečné kružnice, vnitřní kružnice má pořadové číslo i = 1, vnější kružnice má pořadové číslo i = n n ..... počet roztečných kružnic k ..... pořadové číslo hraniční kružnice a kde <Ta w jsou určeny výrazy

J = are sin^D^_2 sin/} (D?_2 ⁺

W = are cos Jo,25 ( D?_₂ + D?_₁přičemž je dáno výrazem r f—J r fa = ----are cos 1(0,5 D_í_₂ ^Di_l - ²-^Di_2 · ^Di-1 · cos//)’°'(J - 2D_i_₂ . D_i_₁ . cos 4)^0,5 . ť¹] ⁺ 0,5 D.^ . 2t²) . (D..4 . D.^)'¹ J

Výhoda vlásenkového výměníku tepla podle vynálezu spočívá v tom, že vnitřní prostor pláště je vhodnějším způsobem vyplněn teplosměnnými trubkami, čímž se zásadním způsobem zmenšují jeho rozměry. Tím klesají materiálové náklady úsporou materiálu třídy 17, 15, respektive 11 a 13. Jsou tím rovněž řešeny dispoziční problémy umístění výměníku v investičním celku. To vše přináší značnou úsporu výrobních i stavebních nákladů. Další výhoda spočívá v tom, že geometrie rozmístění trubek v prostoru je matematicky jednoduše formulována, takže na jejím základě lze postavit univerzální program pro výpočet i výrobu všech rozměrů výměníků tepla konstruovaných podle tohoto vynálezu. Tím klesají projekční i výrobní náklady, je umožněn vyšší podíl užití NC techniky a jsou splněny předpoklady pro unifikaci výměníků tepla.

Příklad uspořádání výměníku tepla podle vynálezu je zobrazen na přiložených obrázcích 1 a 2, kde na obr. 1 je podélný řez výměníkem tepla a na obr. 2 je detail řezu vnějším a vnitřním svazkem teplosměnných trubek.

Výměník tepla podle vynálezu sestává z pláště 11, který je spojen s trubkovnicí 12, kterou procházejí teplosměnné trubky 2^, na nichž je instalována vnitřní vestavba 14 pro usměrnění toku média. Na plášti 11 jsou provedena hrdla přívodu 16 ohřívacího média a odvodu 20 plynů. Pod trubkovnicí 12 se nachází rozdělovači komora 18 s vestavbou 19 komory 18. Na rozdělovači komoře 18 jsou provedena hrdla přívodu 13 ohřívaného média odvodu 15 ohřívaného média a odvodu 17 ohřívaného média. Teplosměnné trubky _2 jsou uspořádány na roztečných kružnicích 1^ které jsou sestaveny do vnitřního svazku 3^, omezeného vnitřní kružnicí 5. a střední kružnicí 6 a do vnějšího svazku 4^, omezeného levou kružnicí Ί_ a vnější kružnicí Hraniční kružnice 10 odděluje od sebe vnitřní sekci 3 a vnější sekci 21, přičemž ve vnitřní sekci 9, jsou průměry roztečných kružnic 1. počítány podle vztahu

D. ~ D- _η ♦ cos — + 2Ít² - (0,5 D. , . sin 2L)²|°'⁵ _ai ι-l z L i-l ² J

0,5 + 0,25 D.__x - t.D.^ ve vnější sekci 21 jsou průměry roztečných kružnic 2 určovány ze vztahu

Výměník tepla podle vynálezu je vhodný zejména jako výměník pro regenerační a teplofikační okruhy klasických i jaderných elektráten. Je však vhodný i pro jiné obory, jako je potravinářský a chemický průmysl.

Claims

PŘEDMĚT VYNALEZU

Vlásenkový výměník tepla sestávající z pláště, trubkovnice, teplosměnných trubek tvaru U, vnitřní vestavby, rozdělovači komory, přívodu a odvodu ohřívaného média, přívodu a odvodu ohřívacího média, odvodu plynů s teplosměnnými trubkami uspořádanými v n roztečných kružnicích, kde n>2, přičemž každá roztečná kružnice obsahuje stejný počet z teplosměnných trubek, kde z 2 tak, že jeden konec teplosměnné trubky patří do vnitřního svazku, ohraničeného vnitřní kružnicí a střední kružnicí a druhý konec teplosměnné trubky patří do vnějšího svazku ohraničeného levou kružnicí a vnější kružnicí vyznačený tím, že konce teplosměnných trubek (2) zakotvených do trubkovnice (12) leží na roztečných kružnicích (1), jejichž průměr při platnosti podmínek

0,5 . sin — <t

- <0,5 D.^ . sin 4-) ²]' je pro prvních k roztečných kružnic (1), kde ié ^1, k^ stanoven vztahem

Di = D.__x . cos ~ + 2p² - (0,5.D·^ . sin -~) ²J °'⁵a průměry zbývajících n-k roztečných kružnic (1) , kde ié (k,nejsou dány výrazem

D. - . cos — + 2 i-l z
2 |t² + 0,25 D²__x - t.D. , . cos i-1

0,5

2t«D.

kde značí (<r+ ^Di^{z d}í-2 ^{+ 2t}z ..... počet teplosměnných trubek (2) na roztečné kružnici (1) t ..... minimální rozteč teplosměnných trubek (2)

D ..... průměr roztečné kružnice (1) i ..... index určující pořadové číslo roztečné kružnice (1) wiitřní kružnice (5) má pořadové číslo i = 1, vnější kružnice má pořadové číslo i = n n ..... počet roztečných kružnic k ..... pořadové číslo hraniční kružnice a kde Aa jsou určeny výrazy £ - are sin £ϋ_χ_₂ sin/J (D²_2 + D²_x - 2,ϋ_χ_₂ . ϋ_χ__χ . cos/ř) ^0,5 /

O) = are cos^0,25(D²_2 + ϋ²_χ - 2;ο_χ_₂ . D_i_₁ . cos/})⁰'⁵ . t^-1 , přičemž β je dáno výrazem /3 = --2-Σ--are cos £(0,5. ϋ_χ_₂ + 0,5.D_i_₁ . 21²) . (D_i_^ . 0_χ_₂) , přitom průměry vnitřní kružnice (5) a levé kružnice (7) jsou známé.