RU2108524C1

RU2108524C1 - Liquid heater

Info

Publication number: RU2108524C1
Application number: RU94037817A
Authority: RU
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор"
Priority date: 1994-10-04
Filing date: 1994-10-04
Publication date: 1998-04-10
Also published as: RU94037817A

Abstract

FIELD: industrial power, as well as maritime power, heating system devices. SUBSTANCE: heater uses casing 1 with end bottoms 8 and 15, pipe system 4 making up a conveyer line for liquid heater with the aid of heat-transfer agent, hermetically fastened with the ends in tube plates 5 and 6. One of the plates can move along the axis of casing 1 in a spaced relation between its external cylindrical surface 16 and internal cylindrical surface 17 of casing 1. Chamber 14 for by-pass of heated liquid from one tube bank 4 to another one is located in the area of movable tube plate 6 having one annular groove positioned on its external cylindrical surface, the groove accommodates an elastic ring, which seals the annular gap between this surface and internal cylindrical surface. Besides, chamber 14 is formed by internal volume confined by tube plate 6 and bottom 15 of casing 1 located near it. EFFECT: enhanced efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к промышленной энергетике, а также к судовой энергетике. Оно находит применение в подогревателях жидкости и парогенераторах, работающих на использовании тепла теплоносителей - рабочих тел, отработавших в главных энергетических установках (пара, горячей воды, продуктов сгорания топлива). The invention relates to industrial energy, as well as to marine energy. It finds application in liquid heaters and steam generators operating on the use of heat carrier fluids - working fluids that have been spent in main power plants (steam, hot water, fuel combustion products).

В технике известны многочисленные примеры таких устройств. Так, известный в отечественной промышленности однокорпусный горизонтальный парогенератор АЭС [1, с. 247, рис. 150] содержит в своем составе горизонтальный цилиндрический тонкостенный корпус с приварными эллиптическими торцевыми донышками, патрубок подвода питательной воды, патрубок отвода пара, коллектор теплоносителя с подводящими и отводящими патрубками, трубную теплообменную поверхность, устройство сепарации влаги и другие элементы. Поверхность теплообмена выполнена из U-образных змеевиковых труб, скомпонованных в два пучка, между которыми образованы вертикальные коридоры, обеспечивающие устойчивую циркуляцию воды. Использование U-образных труб дает возможность для компенсации температурных удлинений труб теплообменного пучка. Трубы в теплообменных пучках размещены в шахматном порядке. Концы труб завальцованы на всю толщину стенки коллектора с предварительной их сваркой с коллектором. Такие парогенераторы обеспечивают получение пара высокого качества, надежны и безопасны в работе. Однако наличие в их составе U-образных змеевиковых труб обусловливает большую сложность рассматриваемого устройства. Numerous examples of such devices are known in the art. So, the well-known in the domestic industry single-case horizontal steam generator of nuclear power plants [1, p. 247, fig. 150] contains a horizontal cylindrical thin-walled case with welded elliptical end bottoms, a feed water supply pipe, a steam pipe, a heat transfer manifold with inlet and outlet pipes, a tube heat exchange surface, a moisture separation device and other elements. The heat exchange surface is made of U-shaped coil pipes arranged in two bundles, between which vertical corridors are formed, providing stable water circulation. The use of U-shaped tubes makes it possible to compensate for the temperature elongations of the tubes of the heat exchange beam. Pipes in heat-exchange bundles are staggered. The ends of the pipes are rolled to the entire thickness of the wall of the collector with their preliminary welding with the collector. Such steam generators provide high-quality steam, reliable and safe in operation. However, the presence of U-shaped serpentine pipes in their composition determines the great complexity of the device in question.

В другой известной конструкции теплообменная поверхность выполнена в виде набора спиральных труб, расположенных концентрично относительно друг друга [1, с. 252, рис. 151. Вертикальный парогенератор АЭС со спиралевидной поверхностью теплообмена]. In another known design, the heat exchange surface is made in the form of a set of spiral pipes located concentrically relative to each other [1, p. 252, fig. 151. A vertical steam generator of a nuclear power plant with a spiral heat exchange surface].

Такая форма труб обеспечивает самокомпенсацию их температурных растяжений и более высокую компактность этому устройству по сравнению с устройством, описанным выше. Однако изготовление спиральных труб и сборка теплообменного пучка из них являются весьма трудоемкими процессами. This shape of the pipes provides self-compensation of their temperature stretches and higher compactness of this device compared to the device described above. However, the manufacture of spiral tubes and the assembly of a heat-exchange bundle from them are very labor-intensive processes.

Другой известный парогенератор [2] имеет теплообменную поверхность, выполненную, как и в предыдущем случае, в виде набора спиральных труб. Трубы навиты на вертикальные цилиндрические коллекторы. Пароперегревательный пучок труб разделен концентрическими перегородками на кольцевые секции, что обеспечивает противоточное движение греющей и нагреваемой сред. Однако спиралевидность теплообменных труб обусловливает довольно высокую сложность и данной конструкции. Another known steam generator [2] has a heat exchange surface, made, as in the previous case, in the form of a set of spiral pipes. Pipes are wound on vertical cylindrical collectors. The superheater bundle of pipes is divided by concentric baffles into annular sections, which ensures countercurrent movement of the heating and heated media. However, the spirality of the heat exchange tubes leads to a rather high complexity of this design.

Более простой является конструкция сетевого вертикального подогревателя типа ПСВ-500-14-23 [3, с. 139, рис. 4-28]. Этот подогреватель выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Подогреватель-прототип имеет цилиндрический корпус с приварным эллиптическим нижним донышком и верхним фланцем. Теплообменная поверхность выполнена в виде набора двух пучков прямых труб, торцы которых герметично закреплены в верхней и нижней трубных досках. На нижней трубной доске смонтирована эллиптическая крышка, герметизирующая проходную полость теплообменных труб относительно внутреннего объема корпуса. Пучки теплообменных труб вместе с нижней доской и ее крышкой введены в корпус через его верхний открытый торец, а верхняя трубная доска уложена через герметизирующую прокладку на фланец корпуса. На верхнюю трубную доску установлено герметично верхнее эллиптическое донышко, закрепленное болтами, ввернутыми во фланец корпуса. Между наружной цилиндрической поверхностью нижней трубной доски и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса выдержан кольцевой зазор, за счет чего обеспечена свобода осевого перемещения нижней трубной доски с ее крышкой при нагреве. Между нижней трубной доской и ее крышкой образована герметичная камера, служащая для перепуска подогреваемой жидкости из одного пучка труб в другой. Внутренняя полость верхнего донышка разделена перегородкой, разделяющей теплообменные трубы на два пучка. A simpler design is the network vertical heater type PSV-500-14-23 [3, p. 139, fig. 4-28]. This heater is selected as a prototype of the invention. The prototype heater has a cylindrical body with a welded elliptical bottom and a top flange. The heat exchange surface is made in the form of a set of two bundles of straight pipes, the ends of which are hermetically fixed in the upper and lower tube boards. An elliptical cover is mounted on the lower tube plate, which seals the passage cavity of the heat exchange pipes relative to the internal volume of the housing. The heat transfer tube bundles together with the bottom board and its cover are inserted into the body through its upper open end, and the upper tube board is laid through a sealing gasket on the body flange. A sealed upper elliptical bottom is installed on the upper tube plate, secured by bolts screwed into the housing flange. An annular gap is maintained between the outer cylindrical surface of the lower tube plate and the inner cylindrical surface of the housing, which ensures freedom of axial movement of the lower tube plate with its cover when heated. A sealed chamber is formed between the lower tube plate and its cover, which serves to transfer the heated fluid from one tube bundle to another. The inner cavity of the upper bottom is divided by a partition dividing the heat exchange tubes into two bundles.

Общим между предлагаемым и известным устройствами является то, что каждое из них содержит цилиндрический корпус с торцевыми донышками, систему труб, образующих транспортную магистраль для подогреваемой с помощью теплоносителя жидкости, герметично закрепленных своими торцами в трубных досках, одна из которых размещена подвижно вдоль оси корпуса с зазором между ее наружной цилиндрической поверхностью и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, и камеру для перепуска подогреваемой жидкости из одного пучка труб в другой, расположенную в районе подвижной трубной доски. A common feature between the proposed and known devices is that each of them contains a cylindrical body with end bottoms, a system of pipes forming a transport line for fluid heated by means of a heat carrier, hermetically fixed with their ends in tube plates, one of which is placed movably along the axis of the body with the gap between its outer cylindrical surface and the inner cylindrical surface of the housing, and the chamber for bypassing the heated fluid from one bundle of pipes to another, is located nnuyu in the area of the movable tube plate.

Достоинством устройства-прототипа является простота его теплообменной поверхности, что обеспечено прямолинейностью его теплообменных труб. The advantage of the prototype device is the simplicity of its heat transfer surface, which is ensured by the straightness of its heat transfer tubes.

Недостатки известного устройства можно выявить при рассмотрении конструкции его камеры для перепуска подогреваемой жидкости из одного пучка теплообменных труб в другой. Камера образована специальной крышкой, устанавливаемой на торец подвижной трубной доски. Это довольно сложная деталь. Для своего закрепления она требует наличия фланца под крепежные детали и самих крепежных деталей. Все это несколько снижает массогабаритные характеристики известного подогревателя, что и является его недостатком. Кроме того, наличие специальной крышки в известном устройстве вносит определенную сложность в его конструкцию. Это второй недостаток устройства-прототипа. При определенных конструктивных мероприятиях указанные недостатки устройства-прототипа можно устранить. The disadvantages of the known device can be identified when considering the design of its chamber for bypassing the heated fluid from one bundle of heat transfer tubes to another. The chamber is formed by a special cover mounted on the end of the movable tube board. This is a pretty tricky part. For its fastening, it requires a flange for fasteners and fasteners themselves. All this somewhat reduces the overall dimensions of the known heater, which is its drawback. In addition, the presence of a special cover in the known device introduces a certain complexity in its design. This is the second disadvantage of the prototype device. With certain design measures, these disadvantages of the prototype device can be eliminated.

Задача изобретения - снижение массогабаритных характеристик известного устройства при упрощении его конструкции. The objective of the invention is to reduce the overall dimensions of the known device while simplifying its design.

Поставленная задача достигается тем, что в известном подогревателе жидкости, содержащем цилиндрический корпус с торцевыми донышками, систему труб, образующих транспортную магистраль для подогреваемой с помощью теплоносителя жидкости, герметично закрепленных своими торцами в трубных досках, одна из которых размещена подвижно вдоль оси корпуса с зазором между ее наружной цилиндрической поверхностью и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, и камеру для перепуска подогреваемой жидкости из одного пучка труб в другой, расположенную в районе подвижной трубной доски, изменена конструкция последней и иначе выполнена упомянутая выше перепускная камера. Кроме того, в состав устройства введено эластичное кольцо, герметизирующее кольцевой зазор между наружной цилиндрической поверхностью подвижной трубной доски и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса. Так, подвижная трубная доска выполнена по меньшей мере с одной кольцевой канавкой, размещенной на ее наружной цилиндрической поверхности, в которую и установлено эластичное кольцо. А перепускная камера образована внутренним объемом, ограниченным подвижной доской и размещенным вблизи нее донышком корпуса. This object is achieved by the fact that in the known liquid heater containing a cylindrical body with end bottoms, a system of pipes forming a transport line for heated by means of a coolant, hermetically fixed with their ends in tube plates, one of which is placed movably along the axis of the body with a gap between its outer cylindrical surface and inner cylindrical surface of the housing, and a chamber for bypassing the heated fluid from one bundle of pipes to another, located hydrochloric near the movable tube plate, changed design of the latest and otherwise made the above-mentioned overflow chamber. In addition, an elastic ring is introduced into the device, which seals the annular gap between the outer cylindrical surface of the movable tube plate and the inner cylindrical surface of the housing. So, the movable tube plate is made with at least one annular groove placed on its outer cylindrical surface into which the elastic ring is installed. And the bypass chamber is formed by the internal volume bounded by the movable board and placed near the bottom of the housing.

Таким образом, необходимость в наличии специальной крышки, устанавливаемой на подвижную трубную доску, отпадает. Ее функции передаются одному из донышек корпуса. За счет этого и достигается упрощение конструкции, снижение ее массогабаритных характеристик. Следует отметить, что герметизация двух цилиндрических поверхностей эластичным кольцом выполнима лишь при сопряжении этих поверхностей по ходовой посадке с малым кольцевым зазором, причем чистота сопрягаемых поверхностей должна быть высокой. Получение внутренней цилиндрической поверхности корпуса на всей его протяженности путем механической обработки представляется весьма сложной операцией, которая бы значительно уменьшила ожидаемое упрощение конструкции. Поэтому достижение поставленной цели осуществляется также и тем, что размер диаметра герметизируемой внутренней цилиндрической поверхности корпуса, находящейся в районе расположения подвижной трубной доски и сопрягаемой с ее наружной цилиндрической поверхностью, меньше размера диаметра внутренней цилиндрической поверхности остальной части корпуса. Благодаря этому признаку механическая обработка внутренней цилиндрической поверхности корпуса ведется на небольшом участке длины корпуса, расположенном у того его торца, где находится подвижная трубная доска. Thus, there is no need for a special cover mounted on a movable tube plate. Its functions are transferred to one of the bottoms of the hull. Due to this, simplification of the design and reduction of its overall dimensions are achieved. It should be noted that the sealing of two cylindrical surfaces with an elastic ring is feasible only by pairing these surfaces along the landing with a small annular gap, and the purity of the mating surfaces should be high. Obtaining the inner cylindrical surface of the body over its entire length by machining is a very difficult operation, which would significantly reduce the expected simplification of the design. Therefore, the achievement of this goal is also achieved by the fact that the size of the diameter of the sealed inner cylindrical surface of the casing, located in the area of the movable tube plate and mating with its outer cylindrical surface, is smaller than the diameter of the inner cylindrical surface of the rest of the casing. Due to this feature, the machining of the inner cylindrical surface of the casing is carried out on a small portion of the length of the casing located at the end of the casing where the movable tube plate is located.

При высоких температурах теплоносителя и подогреваемой жидкости, превышающих 200-250^oC, условия работы эластичного кольца становятся жесткими, поэтому продолжительность эксплуатации подогревателя между сменами этих колец резко сокращается (эксплуатация эластичных колец при более низких температурах может осуществляться продолжительное время [4, с. 81, 82]. Поэтому при работе подогревателя в жестких условиях достижение поставленной цели осуществляется также и тем, что подвижная трубная доска снабжена кольцевым выступом, наружная цилиндрическая поверхность которого выполнена в виде продолжения наружной цилиндрической поверхности этой доски и на ней размещена по меньшей мере одна кольцевая канавка, в которую установлено эластичное кольцо, герметизирующее кольцевой зазор между этой поверхностью и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса. Это кольцо дублирует работу кольца, размещенного в самой трубной доске, повышая надежность конструкции. Такое решение целесообразно реализовать в том случае, если толщина стенки подвижной трубной доски оказывается недостаточной для размещения в ней нескольких кольцевых канавок. С целью уменьшения подвода тепла к эластичным кольцам в конструкцию предложено ввести теплосъемное разделительное кольцо из высокопроводного материала. Это кольцо предложено установить в одну из кольцевых канавок трубной доски, лежащую у того ее торца, который обращен в сторону расположения другой трубной доски. При особо тяжелых условиях эксплуатации подогревателя предложено корпус выполнить с кольцевыми выступами, расположенными на его наружной цилиндрической поверхности в районе размещения подвижной трубной доски. Указанные выступы предложено закрыть кожухом с патрубками для подвода и отвода рабочего тела, охлаждающего корпус в месте расположения герметизирующих эластичных колец (например, воздуха).At high temperatures of the coolant and the heated fluid in excess of 200-250 ^o C, the working conditions of the elastic ring become harsh, therefore, the life of the heater between the changes of these rings is sharply reduced (the operation of elastic rings at lower temperatures can take a long time [4, p. 81 82]. Therefore, when the heater is operating under harsh conditions, the achievement of the goal is also achieved by the fact that the movable tube plate is equipped with an annular protrusion, the outer cylinder Its surface is made in the form of a continuation of the outer cylindrical surface of this board and at least one annular groove is placed on it, into which an elastic ring is installed, which seals the annular gap between this surface and the inner cylindrical surface of the casing. tube plate, increasing the reliability of the structure.This solution is advisable to implement if the wall thickness of the movable tube plate is insufficient to accommodate several annular grooves in it. In order to reduce the supply of heat to the elastic rings, it is proposed to introduce a heat-removable spacer ring of highly conductive material into the structure. It is proposed to install this ring in one of the annular grooves of the tube plate lying at the end of the tube that faces the other tube. Under particularly severe operating conditions of the heater, it is proposed to carry out the housing with annular protrusions located on its outer cylindrical surface in the region where the movable tube plate is located. It is proposed to close these protrusions with a casing with nozzles for supplying and discharging a working fluid cooling the housing at the location of the sealing elastic rings (for example, air).

Из анализа существующей техники следует, что известные подогреватели жидкости и парогенераторы содержат в своем составе цилиндрический корпус с торцевыми донышками, систему труб, образующих транспортную магистраль для подогреваемой с помощью теплоносителя жидкости, герметично закрепленных своими торцами в коллекторах [1, с. 247, рис. 150] или в трубных досках (устройство-прототип). Все известные конструкции выполнены таким образом, что в них осуществлена компенсация температурных удлинений труб теплообменного пучка. Так, в первом из указанных известных устройств компенсация температурных удлинений труб осуществлена за счет использования U-образной формы труб, а во втором - за счет подвижности одной из трубных досок вдоль корпуса. Между цилиндрической внутренней поверхностью корпуса и наружной цилиндрической поверхностью подвижной трубной доски образован кольцевой зазор. При этом размер диаметра внутренней цилиндрической поверхности корпуса имеет постоянную величину и превышает размер диаметра наружной цилиндрической поверхности подвижной трубной доски. Известно также и то, что камера для перепуска подогреваемой жидкости из одного пучка труб в другой, - расположенная в районе подвижной трубной доски (устройство-прототип), образованная пространством, ограниченным этой трубной доской и закрепленной на ней специальной крышкой. Однако среди множества известных конструкций подогревателей жидкости не существует такой, у которой бы подвижная трубная доска имела бы по меньшей мере одну кольцевую канавку, размещенную на ее наружной цилиндрической поверхности, в которую было бы установлено эластичное кольцо, герметизирующее кольцевой зазор между этой поверхностью и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса. Тем более нет никаких сведений о наличии кольцевого выступа на подвижной трубной доске со своими кольцевыми канавками и эластичными герметизирующими кольцами, а также о соотношении размеров сопрягаемых герметизируемых поверхностей (корпуса и подвижной трубной доски) и внутренней цилиндрической поверхности остальной части корпуса. Авторам изобретения неизвестно и о существовании в составе известных конструкций аналогичного назначения теплосъемного разделительного кольца. Не обнаружено также никакой информации о том, что камера для перепуска подогреваемой жидкости из одного пучка труб в другой в известных подогревателях жидкости образована внутренним объемом, ограниченным подвижной трубной доской и размещенным вблизи ее донышком корпуса. Среди известных подогревателей жидкости нет такого, корпус которого был бы снабжен устройством для его охлаждения в районе расположения эластичных герметизирующих колец. From the analysis of existing technology it follows that the well-known fluid heaters and steam generators contain in their composition a cylindrical body with end bottoms, a system of pipes that form the transport line for the fluid heated by means of a coolant, hermetically fixed with their ends in the collectors [1, p. 247, fig. 150] or in tube sheets (prototype device). All known designs are made in such a way that they compensate for the temperature elongations of the tubes of the heat exchange beam. So, in the first of these known devices, the temperature extension of the pipes was compensated by using the U-shaped pipes, and in the second - due to the mobility of one of the pipe boards along the body. An annular gap is formed between the cylindrical inner surface of the housing and the outer cylindrical surface of the movable tube plate. The diameter of the inner cylindrical surface of the housing has a constant value and exceeds the size of the diameter of the outer cylindrical surface of the movable tube plate. It is also known that a chamber for transferring heated fluid from one tube bundle to another is located in the region of a movable tube plate (prototype device), formed by the space bounded by this tube plate and a special cover fixed to it. However, among the many known constructions of liquid heaters, there is no one in which the movable tube plate has at least one annular groove placed on its outer cylindrical surface, into which an elastic ring would be installed, sealing the annular gap between this surface and the inner cylindrical housing surface. Moreover, there is no information about the presence of an annular protrusion on the movable tube plate with its annular grooves and elastic sealing rings, as well as about the ratio of the sizes of the mating sealed surfaces (casing and movable tube plate) and the inner cylindrical surface of the rest of the casing. The inventors are also not aware of the existence of a heat-removing spacer ring in the known structures of a similar purpose. No information was also found that the chamber for transferring heated fluid from one tube bundle to another in known fluid heaters is formed by an internal volume bounded by a movable tube plate and located near its bottom of the housing. Among the known liquid heaters, there is no one whose case would be equipped with a device for cooling it in the region of the elastic sealing rings.

Совокупность всех этих признаков является новой, не описанной до сих пор в источниках патентной и научно-технической литературы. Поскольку перечисленные новые отличительные признаки предлагаемого устройства позволяют осуществить цель изобретения - снижение массогабаритных характеристик этого устройства при упрощении его конструкции, это позволяет сделать вывод об улучшении части технических характеристик известного устройства. Это свидетельствует о том, что предлагаемое устройство находится на новом, более совершенном техническом уровне по сравнению с тем, который присущ устройству-прототипу. Иначе говоря, технический уровень предлагаемого устройства соответствует изобретательскому уровню. The combination of all these features is new, not yet described in the sources of patent and scientific literature. Since the above new distinguishing features of the proposed device allow to achieve the purpose of the invention is to reduce the overall dimensions of this device while simplifying its design, this allows us to conclude that some of the technical characteristics of the known device are improved. This indicates that the proposed device is at a new, more advanced technical level compared to that inherent in the prototype device. In other words, the technical level of the proposed device corresponds to the inventive step.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства по диаметральной плоскости; на фиг. 2-6 - выносные элементы А, Б, В, Г и Д соответственно (фиг. 1) с вариантами исполнения нижней части корпуса и подвижной трубной доски. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a device along a diametrical plane; in FIG. 2-6 - remote elements A, B, C, D and D, respectively (Fig. 1) with options for the execution of the lower part of the housing and the movable tube board.

В качестве конкретного примера исполнения предлагаемого технического решения приведен вертикальный подогреватель жидкости, хотя с таким же успехом продолжение может быть распространено и на горизонтальный подогреватель. Цилиндрический тонкостенный корпус 1 (фиг. 1) предлагаемого подогревателя жидкости выполнен с двумя торцевыми фланцами 2 и 3. Теплообменная поверхность подогревателя скомпонована из набора прямых труб 4, концы которых герметично закреплены в стенках верхней и нижней 6 трубных досок (например, при помощи сварки и развальцовки). Трубы 4 расположены в шахматном порядке и с зазором между их наружными поверхностями. Нижняя трубная доска 6 вместе с трубами 4 введена внутрь корпуса 1 через отверстие верхнего фланца 2, а верхняя трубная доска 5 уложена через герметизирующую прокладку 7 на верхний фланец 2. На верхнюю трубную доску 5 в свою очередь установлена еще одна герметизирующая прокладка 7 и верхнее донышко 8, поджатое к верхней трубной доске 5, а через нее и к верхнему фланцу 2 болтами, ввернутыми в этот фланец. Донышко 8 снабжено патрубком, выполненным в виде тройника с двумя свободными фланцами 9 и 10. Внутренний объем, ограниченный трубной доской 5 и верхним донышком 8, а также проходное отверстие патрубка этого донышка разделены на две равные плоскости 11 и 12 перегородкой 13, имеющейся в этом донышке и патрубке. As a specific example of the implementation of the proposed technical solution, a vertical fluid heater is shown, although with the same success, the continuation can be extended to a horizontal heater. The cylindrical thin-walled housing 1 (Fig. 1) of the proposed liquid heater is made with two end flanges 2 and 3. The heat exchange surface of the heater is composed of a set of straight pipes 4, the ends of which are hermetically fixed in the walls of the upper and lower 6 tube boards (for example, by welding and flaring). The pipes 4 are staggered and with a gap between their outer surfaces. The lower tube plate 6, together with the pipes 4, is inserted inside the housing 1 through the opening of the upper flange 2, and the upper tube plate 5 is laid through the sealing gasket 7 on the upper flange 2. On the upper tube plate 5, in turn, another sealing gasket 7 and the upper bottom are installed 8, drawn to the upper tube plate 5, and through it to the upper flange 2 with bolts screwed into this flange. The bottom 8 is equipped with a nozzle made in the form of a tee with two free flanges 9 and 10. The internal volume bounded by the tube plate 5 and the upper bottom 8, as well as the passage opening of the nozzle of this bottom are divided into two equal planes 11 and 12 by a partition 13, which is present in this bottom and branch pipe.

Таким образом, трубы 4 оказываются разделенными перегородкой 13 также на два изолированных относительно друг друга в районе верхней трубной доски 5 пучка. Thus, the pipes 4 are also separated by a partition 13 into two beams isolated relative to each other in the region of the upper tube board 5.

Один пучок труб через проходное отверстие патрубка полости 11, выведенное в его фланец 10, сообщен с окружающей средой, а другой пучок труб сообщен с ней через проходное отверстие патрубка полости 12, выведенное во фланец 9. Концы обоих пучков труб, закрепленные в нижней трубной доске 6, сообщены с перепускной камерой 14. Последняя образована внутренним объемом подогревателя, ограниченным нижним донышком 15 и нижней трубной доской 6. Нижнее донышко 15 закреплено болтами на нижнем фланце 3 корпуса. Между фланцами корпуса и нижнего донышка установлена герметизирующая прокладка 7. Наружная цилиндрическая поверхность 16 (фиг. 2) нижней трубной доски 6 сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью 17 корпуса 1, имеющей постоянный размер диаметра на всей длине корпуса, по ходовой посадке (8...9 квалитеты точности), т.е. с обеспечением минимального гарантированного зазора между этими поверхностями. На поверхности 16 трубной доски 6 выполнена кольцевая канавка 18, в которую установлено эластичное кольцо 19, герметизирующее сопрягаемые поверхности 16 и 17. Таким образом, полость 14 (фиг. 1) оказалась герметичной относительно полости 20, заключенной между трубными досками 5 и 6, внутренней цилиндрической поверхностью 17 корпуса 1 и наружными поверхностями труб 4, а конструкция крепления теплообменной поверхности обеспечивает возможность осевого перемещения нижней трубной доски 6 вместе с концами закрепленных в ней труб 4. На наружной боковой поверхности корпуса 1 установлены патрубки 21, 22, через которые полость 20 сообщена с внешней средой, окружающей подогреватель. В полости 20 размещены перегородки 23, выполненные в виде сегмента окружности. Каждая из двух соседних перегородок расположена таким образом, что вырез одной из них находится в диаметрально противоположном положении по отношению к вырезу другой. One bundle of pipes through the passage opening of the nozzle of the cavity 11 brought into its flange 10 is in communication with the environment, and another bundle of pipes communicates with it through the passage of the nozzle of the cavity 12 brought into the flange 9. The ends of both bundles of pipes fixed in the lower tube board 6 are communicated with the bypass chamber 14. The latter is formed by the internal volume of the heater bounded by the lower bottom 15 and the lower tube plate 6. The lower bottom 15 is bolted to the lower flange 3 of the housing. A sealing gasket 7 is installed between the flanges of the casing and the bottom of the bottom 7. The outer cylindrical surface 16 (Fig. 2) of the lower tube plate 6 is connected with the inner cylindrical surface 17 of the casing 1, which has a constant diameter size along the entire length of the casing, along the landing (8 ... 9 accuracy qualifications), i.e. with a minimum guaranteed clearance between these surfaces. An annular groove 18 is made on the surface 16 of the tube plate 6, into which an elastic ring 19 is installed, which seals the mating surfaces 16 and 17. Thus, the cavity 14 (Fig. 1) was sealed with respect to the cavity 20 enclosed between the tube plates 5 and 6, the inner the cylindrical surface 17 of the housing 1 and the outer surfaces of the pipes 4, and the mounting structure of the heat exchange surface allows axial movement of the lower tube plate 6 along with the ends of the pipes 4 fixed therein. On the outer lateral surface The surface of the housing 1 is equipped with nozzles 21, 22, through which the cavity 20 is in communication with the external environment surrounding the heater. In the cavity 20 posted by partitions 23, made in the form of a segment of a circle. Each of the two adjacent partitions is located in such a way that the cutout of one of them is in a diametrically opposite position with respect to the cutout of the other.

На фиг. 3 представлен вариант исполнения нижней части корпуса 1 подогревателя. Внутренняя цилиндрическая поверхность 24 корпуса, находящаяся в районе расположения нижней (в дальнейшем - подвижной) трубной доски 6, и наружная цилиндрическая поверхность 16 этой доски имеют диаметр, меньший диаметра цилиндрической поверхности 17 остальной части корпуса. In FIG. 3 shows an embodiment of the lower part of the heater body 1. The inner cylindrical surface 24 of the casing, located in the region of the lower (hereinafter referred to as the movable) tube plate 6, and the outer cylindrical surface 16 of this plank, have a diameter smaller than the diameter of the cylindrical surface 17 of the rest of the casing.

На фиг. 4 представлен еще один вариант исполнения, отличающийся конструкцией подвижной трубной доски 6. Последняя выполнена с кольцевым торцевым выступом 25. Наружная цилиндрическая поверхность 26 этого выступа является продолжением наружной цилиндрической поверхности 16 доски. Таким образом, поверхности 16 и 26 являются единой цилиндрической поверхностью. На поверхности 26 кольцевого выступа 25 прорезана по меньшей мере одна кольцевая канавка, такая же, как и канавка 18 трубной доски 6. В каждую канавку 18 кольцевого выступа 25 установлено свое эластичное кольцо 19, герметизирующее кольцевой зазор между поверхностями 26 и 24 (фиг. 4) или поверхностями 26 и 17 (применительно к фиг. 1 и 2). In FIG. 4 shows another embodiment, characterized by the design of the movable tube plate 6. The latter is made with an annular end protrusion 25. The outer cylindrical surface 26 of this protrusion is a continuation of the outer cylindrical surface 16 of the board. Thus, surfaces 16 and 26 are a single cylindrical surface. At least one annular groove is cut on the surface 26 of the annular protrusion 25, the same as the groove 18 of the tube plate 6. Each elastic groove 18 of the annular protrusion 25 has its own elastic ring 19, which seals the annular gap between surfaces 26 and 24 (Fig. 4 ) or surfaces 26 and 17 (with reference to Figs. 1 and 2).

В одну из канавок 18 трубной доски 6, лежащую вблизи ее торца 27, обращенного в сторону другой трубной доски 5, установлено теплосъемное разделительное кольцо 28 из высокотеплопроводного материала вместо эластичного кольца 19 (фиг. 5). In one of the grooves 18 of the tube plate 6, lying near its end 27 facing towards the other tube plate 5, a heat-removable spacer ring 28 is made of highly heat-conducting material instead of an elastic ring 19 (Fig. 5).

На фиг. 6 представлен еще один вариант исполнения нижней части корпуса 1. На наружной цилиндрической поверхности 29 корпуса 1 размещены несколько кольцевых выступов (ребер) 30. Выступы находятся в районе расположения подвижной трубной доски 6. Они закрыты кожухом 31. Внутреннее пространство, находящееся между выступами 30, через отверстия двух патрубков 32 и 33 кожуха 31 сообщено с внешней средой, окружающей подогреватель. In FIG. 6 shows another embodiment of the lower part of the housing 1. On the outer cylindrical surface 29 of the housing 1 there are several annular protrusions (ribs) 30. The protrusions are located in the area of the movable tube plate 6. They are covered by a casing 31. The internal space located between the protrusions 30, through the openings of the two nozzles 32 and 33 of the casing 31 is in communication with the external environment surrounding the heater.

Перед началом работы с предлагаемым подогревателем его необходимо подключить к системе подогрева жидкости. Для этого фланец 10 патрубка верхнего донышка 8 подсоединяют к трубопроводу, транспортирующему жидкость для подогрева в предлагаемом устройстве. Фланец 9 этого патрубка соединяют с трубопроводом, отводящим подогретую жидкость от предлагаемого устройства. Патрубки 21 и 22 подключают к магистрали теплоносителя (например, пара, отработавшего в турбине), причем один из них, например, патрубок 21 - к подводящему трубопроводу, а другой 22 - к отводящему. Патрубок 32 подсоединяют к подводящему рабочее тело(например, холодный воздух) трубопроводу (фиг. 6), а патрубок 33 - к отводящему. Before starting work with the proposed heater, it must be connected to the fluid heating system. For this, the flange 10 of the pipe of the upper bottom 8 is connected to the pipeline transporting the heating fluid in the proposed device. The flange 9 of this pipe is connected to a pipeline that discharges the heated fluid from the proposed device. The nozzles 21 and 22 are connected to the coolant line (for example, steam spent in the turbine), one of them, for example, the nozzle 21 to the supply pipe, and the other 22 to the discharge pipe. The pipe 32 is connected to the inlet of the working fluid (for example, cold air) pipe (Fig. 6), and the pipe 33 to the discharge.

Предлагаемый подогреватель работает следующим образом. The proposed heater operates as follows.

Жидкость, подлежащая подогреву, под напором поступает в полость 11 через отверстие фланца 10 патрубка верхнего донышка 8. Из полости 11 она направляется в проходные отверстия труб 4 первого пучка этих труб и далее - в перепускную камеру 14. Перегородка 1 предупреждает перетекание жидкости непосредственно из полости 11 в полость 12. Из камеры 14 жидкость поступает в проходные отверстия труб 4 второго пучка этих труб и поднимается в полость 12, откуда через отверстие во фланце 9 патрубка верхнего донышка 8 вытекает в отводящий трубопровод, по которому и доставляется к потребителю уже в подогретом состоянии. Подогрев же осуществляется за счет теплообмена между теплоносителем и наружными стенками труб 4, а также между внутренними стенками труб 4 и подогреваемой жидкостью. The liquid to be heated, under pressure, enters the cavity 11 through the hole of the flange 10 of the nozzle of the upper bottom 8. From the cavity 11, it is sent to the passage holes of the pipes 4 of the first bundle of these pipes and then to the bypass chamber 14. The partition 1 prevents the liquid from flowing directly from the cavity 11 into the cavity 12. From the chamber 14, the liquid enters the passage openings of the pipes 4 of the second bundle of these pipes and rises into the cavity 12, from where it flows out through the hole in the flange 9 of the pipe of the upper bottom 8 into the discharge pipe, through which delivered to the consumer already in a pre-warmed state. Heating is carried out due to heat exchange between the coolant and the outer walls of the pipes 4, as well as between the inner walls of the pipes 4 and the heated fluid.

Путь подогреваемой жидкости отмечен стрелками из сплошных размерных линий. Теплоноситель подается по подводящему трубопроводу своей магистрали к патрубку 21, из которого он поступает в изолированную полость 20. Теплоноситель проходит последовательно один за другим участки полости 20, отделенные друг от друга перегородками 23 и, пройдя через патрубок 22, направляется в отводящий трубопровод своей магистрали уже охлажденным. Путь теплоносителя отмечен штрих-пунктирными стрелками. В процессе подогрева жидкости трубы 4 становятся длиннее и их концы вместе с подвижной трубной доской 6 смещаются вдоль корпуса 1, за счет чего и происходит компенсация температурных удлинений. Эластичные кольца герметизируют камеру 14 и полость 20 друг относительно друга, т.е. изолируют подогреваемую жидкость от соприкосновения с теплоносителем. Часть тепла от теплоносителя передается и эластичным кольцам 19, ухудшая условия их эксплуатации. Теплосъемное разделительное кольцо 28 воспринимает на себя часть тепла и передает его корпусу 1, уменьшая тем самым количество тепла, поступающего к эластичным кольцам 19, за счет чего условия работы эластичных колец 19 улучшаются и увеличивается срок их эксплуатации. Рабочее тело, имеющее температуру, более низкую, чем температуру теплоносителя и подогреваемой жидкости, нагнетается во внутреннее пространство, заключенное между выступами 30, через патрубок 32. Обтекая наружную поверхность 29 корпуса 1, рабочее тело получает от корпуса часть тепла и охлаждает его, удаляясь через патрубок 33 в отводящий трубопровод магистрали этого тела. За счет этого количество тепла, передаваемого эластичным кольцам 19, резко сокращается, значительно улучшаются условия работы этих колец, а срок службы их увеличивается. Путь рабочего тела отмечен пунктирными стрелками. The path of the heated fluid is indicated by arrows from solid dimension lines. The coolant is fed through the inlet pipe of its main to the pipe 21, from which it enters the insulated cavity 20. The coolant passes sequentially one after another sections of the cavity 20, separated from each other by partitions 23 and, passing through the pipe 22, is sent to the outlet pipe of its main already chilled. The coolant path is indicated by dashed-dotted arrows. In the process of heating the liquid, the pipes 4 become longer and their ends together with the movable tube plate 6 are displaced along the housing 1, due to which the temperature elongations are compensated. The elastic rings seal the chamber 14 and the cavity 20 with respect to each other, i.e. isolate the heated fluid from contact with the coolant. Part of the heat from the coolant is transferred to the elastic rings 19, worsening the conditions of their operation. The heat-removable spacer ring 28 takes on part of the heat and transfers it to the housing 1, thereby reducing the amount of heat entering the elastic rings 19, due to which the working conditions of the elastic rings 19 are improved and their service life is extended. The working fluid, having a temperature lower than the temperature of the coolant and the heated fluid, is pumped into the inner space enclosed between the protrusions 30 through the pipe 32. The flowing fluid around the outer surface 29 of the housing 1 receives part of the heat from the housing and cools it, moving away through pipe 33 into the outlet pipe of the trunk of this body. Due to this, the amount of heat transmitted to the elastic rings 19 is sharply reduced, the working conditions of these rings are significantly improved, and their service life is increased. The path of the working fluid is indicated by dashed arrows.

Подогреватель жидкости совершеннее устройства-прототипа. Такое мнение обусловлено тем, что только благодаря предлагаемым новым отличительным признакам удалось упразднить специальную крышку, устанавливаемую на подвижную трубную доску устройства-прототипа и оформляющую камеру для подогреваемой жидкости, перепускающую жидкость из одного пучка труб в другой. Вместе с крышкой отпала необходимость и в наличии большого числа крепежных деталей, необходимых для монтажа этой крышки на подвижной трубной доске. Роль аннулированной специальной крышки в предлагаемом устройстве выполняет нижнее донышко, установленное на нижнем фланце корпуса. Это донышко входит и в состав известного устройства. Таким образом, исключение из состава известного устройства специальной крышки позволило сократить длину подогревателя, т.е. уменьшить один из его габаритов, а также уменьшить его массу. Кроме того, сокращение количества деталей позволило упростить конструкцию (это утверждение не может быть отнесено лишь к исполнению, изображенному на фиг. 6, где имеются дополнительные элементы конструкции). Следует отметить, что указанное улучшение массогабаритных характеристик известного устройства достигнуто не просто за счет упразднения части деталей в этом устройстве, а за счет изменения формы подвижной трубной доски и за счет новых признаков, относящихся к образованию перепускной камеры для подогреваемой жидкости находящейся в районе размещения этой доски. The liquid heater is better than the prototype device. This opinion is due to the fact that it was only thanks to the proposed new distinguishing features that it was possible to eliminate the special cover that is mounted on the movable tube plate of the prototype device and forms a chamber for the heated fluid that allows fluid from one tube bundle to another. Together with the lid, there was no need for a large number of fasteners necessary for mounting this lid on a movable tube plate. The role of the canceled special cover in the proposed device performs the lower bottom mounted on the lower flange of the housing. This bottom is also part of the known device. Thus, the exclusion from the composition of the known device of a special cover allowed to reduce the length of the heater, i.e. reduce one of its dimensions, as well as reduce its mass. In addition, the reduction in the number of parts made it possible to simplify the design (this statement cannot be attributed only to the design shown in Fig. 6, where there are additional structural elements). It should be noted that the specified improvement in the overall dimensions of the known device was achieved not simply by eliminating some of the parts in this device, but by changing the shape of the movable tube plate and due to new features related to the formation of a bypass chamber for the heated fluid located in the area where this board is located .

Натурные испытания образцов дадут возможность для окончательного решения о целесообразности использования в судостроении предлагаемого технического решения. Предложение может быть использовано также и в промышленных энергосистемах. Field tests of samples will provide an opportunity for a final decision on the appropriateness of using the proposed technical solution in shipbuilding. The offer can also be used in industrial power systems.

Claims

A liquid heater comprising a cylindrical body with end bottoms, a system of pipes forming a transport line for a liquid heated by means of a heat carrier, hermetically fixed with its ends in tube plates, one of which is movably placed along the axis of the body with a gap between its outer cylindrical surface and the inner cylindrical surface housing, and a chamber for bypassing the heated fluid from one tube bundle to another, located in the area of the movable tube board, characterized by m, that the movable tube plate is made with at least one annular groove located on its outer cylindrical surface, in which an elastic ring is installed, which seals the annular gap between this surface and the inner cylindrical surface of the housing, and the chamber for bypassing the heated fluid is formed by the internal volume, limited movable tube plate and placed near the bottom of the housing.