RU205893U1

RU205893U1 - Heat exchange element

Info

Publication number: RU205893U1
Application number: RU2021100127U
Authority: RU
Inventors: Олег Анатольевич Бых; Александр Ефимович Красильщиков
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2021-01-11
Publication date: 2021-08-11

Abstract

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в судовых атомных паропроизводящих установках и атомных электростанциях с водоводяными реакторами под давлением.Технический результат, заключающийся в повышении ресурсной надежности теплообменного элемента, достигается за счет того, что в теплообменном элементе, содержащем внутреннюю и наружную трубу, один из канальных переходников, установленный в наружную трубу, имеет наружный диаметр, равный наружному диаметру наружной трубы, и имеет кромку с разделкой под сварку, сопрягаемую с ее косым срезом, что позволяет осуществить стыковое сварное соединение между ними, которое имеет допустимые напряжения вдвое больше по сравнению с катетным, работающим на срез, при этом этот переходник располагается со стороны максимальных напряжений соединения теплообменного элемента с коллекторами.Кроме того, упрощается сборка теплообменного элемента под сварку за счет однозначной ориентации труб относительно друг друга.The utility model refers to heat exchangers and can be used in ship nuclear steam generating plants and nuclear power plants with pressurized water-water reactors. The technical result, which consists in increasing the resource reliability of the heat exchange element, is achieved due to the fact that , one of the channel adapters, installed in the outer pipe, has an outer diameter equal to the outer diameter of the outer pipe, and has a weld groove edge mated with its oblique cut, which makes it possible to make a butt welded joint between them, which has twice the permissible stresses in comparison with the shear-type leg, while this adapter is located on the side of the maximum stresses of the connection of the heat-exchange element with the collectors. In addition, the assembly of the heat-exchange element for welding is simplified due to the unique orientation of the pipes relative to each other.

Description

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в судовых атомных паропроизводящих установках и атомных электростанциях с водоводяными реакторами под давлением.The utility model relates to heat exchangers and can be used in ship nuclear steam generating plants and nuclear power plants with pressurized water-water reactors.

В настоящее время широкое применение находят теплообменные аппараты, поверхность теплообмена которых выполнена из двухтрубных теплообменных элементов с двухсторонним обогревом рабочей среды.At present, heat exchangers are widely used, the heat exchange surface of which is made of two-tube heat exchange elements with double-sided heating of the working medium.

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.Such a design of the heating surface allows it to be conveniently assembled both in a separate independent housing and as part of block steam generating units, provides the possibility of combining heat exchange elements into modules of various configurations.

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.In the general case, a heat exchange element with double-sided heating of the working medium consists of inner and outer pipes installed one into the other, channel adapters connecting the ends of the pipes and having channels for organizing the circulation of heat exchange media.

Известен переходник для теплообменного элемента (а.с. №328315 кл. F28D 7/10 от 08.06.70), выполненный в виде втулки с каналами для сред и хвостовиками для подсоединения труб. Указанный переходник допускает возможность использования мелкоразмерных труб, однако обладает тем недостатком, что глубокие фрезерованные пазы на его боковой поверхности в зоне выхода каналов являются концентраторами напряжений, что снижает работоспособность узла в условиях термоциклических напряжений.Known adapter for a heat exchange element (and.with. No. 328315 cl. F28D 7/10 from 08.06.70), made in the form of a sleeve with channels for media and shanks for connecting pipes. The specified adapter allows the use of small-sized pipes, but has the disadvantage that deep milled grooves on its lateral surface in the channel exit zone are stress concentrators, which reduces the unit's performance under conditions of thermal cyclic stresses.

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.A known method of manufacturing a heat exchange element of the "pipe in pipe" type (and.with. No. 827949 class F28D 7/10 dated 06/18/1979) for separating media streams by forming parallel channels in the form of segmental profiles at the ends of the tubular adapter and the inner tube of the heat exchange element , superimposed on each other by the flat bases of the segments, with subsequent welding of their "frame" seam. The "adapter" formed in this way is inserted into the outer tube and welded to it with an elliptical seam.

К недостаткам этого технического решения можно отнести:The disadvantages of this technical solution include:

- 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;- the presence of a structural gap - a gap (between the "adapter" and the outer pipe), which is a collector of salt deposits, especially in the "drying out" zone - in the evaporation and overheating sections, which can activate corrosion processes, which will lead to a decrease in the resource reliability of the element;

- 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.- on deformed pipe sections, in the area of formation of the "adapter" with segmental holes, inside at the base of the segment there are small radii of rounding with a cylindrical part, which can be a concentrator of the occurrence of fatigue cracks from entering and withdrawing the installation from operation, from changing operating modes, as well as from thermal cycles during the supply of feed water to the heated pipe system, which can lead to the appearance of inter-circuit leakage or limitation of the resource reliability of the element.

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 двухканальными переходниками, 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.The closest to the claimed technical solution for most of the features and the problem to be solved, taken as a prototype, is a steam generating element (PGE) (patent No. 2125695 F28D 7/10, F1 / 00 dated 09/04/96) with two-channel adapters, in which the channels are formed by holes, blind in the direction of its axis, and holes located at an angle to it and extending to the side surface of the adapter on opposite sides of the elliptical weld. In addition, on the lateral surface of the adapter, at the outlet of the channel into the cavity between the outer and inner pipes, a flat is made flush with the outer diameter of the inner pipe.

К недостаткам этого технического решения можно отнести наличие двух катетных эллипсных сварных соединений в теплообменном элементе, работающих на срез, что приводит к снижению ресурсной надежности элемента.The disadvantages of this technical solution can be attributed to the presence of two leg elliptical welded joints in the heat exchange element, working on a cut, which leads to a decrease in the resource reliability of the element.

Технической задачей является создание теплообменного элемента, имеющего одно катетное сварное соединение.The technical task is to create a heat exchange element with one welded leg.

Решение поставленной технической задачи дает возможность повысить его ресурсную надежность.The solution to the technical problem posed makes it possible to increase its resource reliability.

Для решения поставленной задачи в теплообменном элементе, содержащем внутреннюю и наружную трубу, концы которой выполнены в виде косых срезов по отношению к ее оси, канальные переходники, установленные в наружную трубу и соединенные с последней при помощи сварки по эллиптическому параметру и гидравлически сообщающие полость внутренней трубы с межтрубным пространством, а полость между наружной и внутренней трубы с коллекторами, один из канальных переходников имеет наружный диаметр равный наружному диаметру наружной трубы, и имеет кромку с разделкой под сварку, сопрягаемую с ее косым срезом, при этом этот переходник располагается со стороны максимальных напряжений соединения теплообменного элемента с коллекторами.To solve this problem, in a heat exchange element containing an inner and an outer pipe, the ends of which are made in the form of oblique cuts with respect to its axis, channel adapters installed in the outer pipe and connected to the latter by welding in an elliptical parameter and hydraulically communicating the cavity of the inner pipe with the annular space, and the cavity between the outer and inner pipes with collectors, one of the channel adapters has an outer diameter equal to the outer diameter of the outer pipe, and has an edge with a weld groove, mated with its oblique cut, while this adapter is located on the side of maximum stresses connections of the heat exchange element with the collectors.

Предложенная конструкция теплообменного элемента позволяет повысить его ресурсную надежность, за счет выполнения одного из канальных переходников с наружным диаметром равным наружному диаметру наружной трубы, и имеющим кромку с разделкой под сварку, сопрягаемую с ее косым срезом, что позволяет осуществить стыковое сварное соединение между ними, которое имеет допустимые напряжения в двое больше по сравнению с катетным, работающим на срез. Кроме того, его расположение со стороны максимальных напряжений соединения теплообменного элемента с коллекторами также повышает надежность последнего и всего теплообменника в целом.The proposed design of the heat exchange element makes it possible to increase its resource reliability, due to the implementation of one of the channel adapters with an outer diameter equal to the outer diameter of the outer pipe, and having an edge with a groove for welding, mated with its oblique cut, which makes it possible to implement a butt welded joint between them, which has a permissible voltage twice as much as compared to the shear catheter. In addition, its location on the side of maximum stresses connecting the heat exchange element with the collectors also increases the reliability of the latter and the entire heat exchanger as a whole.

Кроме того, упрощается сборка под сварку двухтрубного теплообменного элемента из-за невозможности разворота внутренней трубы относительно наружной, что позволяет однозначно ориентировать трубы относительно друг друга.In addition, the assembly for welding of a two-pipe heat exchange element is simplified due to the impossibility of turning the inner pipe relative to the outer one, which makes it possible to unambiguously orient the pipes relative to each other.

На фиг. 1 - изображен продольный разрез теплообменного элемента типа "труба в трубе";FIG. 1 shows a longitudinal section of a tube-in-tube heat exchange element;

на фиг. 2 изображен выносной элемент А фиг. 1in fig. 2 shows the detail A of FIG. 1

Теплообменный элемент содержит внутреннюю 1 и наружную 2 трубы, канальные переходники 3,4, концевые переходники 5 и коллектора 6 и 7.The heat exchange element contains inner 1 and outer 2 pipes, channel adapters 3,4, end adapters 5 and collectors 6 and 7.

Концы наружной трубы выполнены в виде косых срезов по отношению к оси трубы. Канальные переходники 3 и 4 установлены в наружную трубу 2 и соединены с ней сварными швами. Поскольку концы наружной трубы имеют косые срезы, канальный переходник 4 имеет наружный диаметр равный наружному диаметру наружной трубы и имеет кромку с разделкой под сварку, сопрягаемую с ее косым срезом, и сварка производится по цилиндрической поверхности переходников 3 и 4 периметр сварного шва имеет эллиптическую форму. При этом образуется катетное сварное соединение 8 и стыковое сварное соединение 9.The ends of the outer pipe are made in the form of oblique cuts with respect to the pipe axis. Channel adapters 3 and 4 are installed in the outer pipe 2 and are connected to it by welded seams. Since the ends of the outer pipe have oblique cuts, the channel adapter 4 has an outer diameter equal to the outer diameter of the outer pipe and has an edge with a weld groove mating with its oblique cut, and welding is performed along the cylindrical surface of adapters 3 and 4, the perimeter of the weld is elliptical. In this case, a leg welded joint 8 and a butt welded joint 9 are formed.

Сварное соединение 9 должно располагаться в зоне максимальной разницы температур между нагреваемой средой и греющим теплоносителем.The welded joint 9 must be located in the zone of the maximum temperature difference between the heated medium and the heating medium.

Теплообменный элемент работает следующим образом.The heat exchange element works as follows.

Греющий теплоноситель, двигаясь сверху вниз, омывает внешнюю поверхность наружной трубы 2 и по отверстиям в канальных переходниках 4 и 3 поступает во внутреннюю полость внутренней трубы 1, омывая ее.The heating coolant, moving from top to bottom, washes the outer surface of the outer pipe 2 and flows through the holes in the channel adapters 4 and 3 into the inner cavity of the inner pipe 1, washing it.

Нагреваемая среда из коллектора 6 через концевой переходник 5 и отверстие в канальном переходнике 3 попадает в межтрубное пространство между внутренней трубой 1 и наружной трубой 2 и двигаясь вверх нагревается и через отверстие в канальном переходнике 4 и переходник 5 отводится в коллектор 7.The heated medium from the collector 6 through the end adapter 5 and the hole in the channel adapter 3 enters the annular space between the inner tube 1 and the outer tube 2 and, moving upwards, heats up and through the hole in the channel adapter 4 and the adapter 5 is diverted to the collector 7.

Выполнение теплообменного элемента предложенным образом позволяет:The implementation of the heat exchange element in the proposed manner allows:

- повысить надежность, за счет исключения одного катетного сварного соединения и расположения стыкового сварного соединения в зоне максимальной разницы температур между нагреваемой средой и греющим теплоносителем;- to increase the reliability by eliminating one leg welded joint and the location of the butt welded joint in the zone of the maximum temperature difference between the heated medium and the heating coolant;

- упростить сборку теплообменного элемента под сварку за счет однозначной ориентации труб относительно друг друга.- to simplify the assembly of the heat exchange element for welding due to the unambiguous orientation of the pipes relative to each other.

Claims

A heat exchange element containing an inner and outer pipe, the ends of which are made in the form of oblique cuts with respect to its axis, channel adapters installed in the outer pipe and connected to the latter by welding along the elliptical perimeter, hydraulically communicating the cavity of the inner pipe with the annular space and the cavity between the outer and inner pipe with manifolds, characterized in that one of the channel adapters has an outer diameter equal to the outer diameter of the outer pipe and has an edge with a weld groove mated with its oblique cut, while this adapter is located on the side of maximum connection stresses heat exchange element with collectors.