RU2125695C1

RU2125695C1 - Heat-exchange element

Info

Publication number: RU2125695C1
Application number: RU96113250A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Каменский; Б.М. Камашев; В.М. Рулев
Original assignee: Опытное конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1999-01-27

Abstract

FIELD: shipboard nuclear steam generating plants and power plants using pressurized-water reactors. SUBSTANCE: newly introduced pressure-tube adapter 3 is made in the form of two holes 8 and 9 which are blind in direction of its axis and two holes 10 arranged at angle to axis and emerging to side surface on either side of weld 7 joining adapter 3 to beveled external tube 2 over elliptical perimeter. Internal tube 1 is made in the form of coil with bending radius along axis smaller than half its outer diameter. EFFECT: improved power efficiency of heat-exchange element. 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в химическом, энергетическом и транспортном энергомашиностроении, в судовых атомных паропроизводящих установках и атомных электростанциях с водоводяными реакторами под давлением. The present invention relates to heat exchangers and can be used in chemical, energy and transport power engineering, in marine nuclear steam generating plants and nuclear power plants with water-water reactors under pressure.

В настоящее время широкое применение находят теплообменные аппараты, поверхность теплообмена которых выполнена из двухтрубных теплообменных элементов с двухсторонним обогревом рабочей среды. Такое конструктивное исполнение поверхности нагрева позволяет удобно компановать ее как в отдельном самостоятельном корпусе, так и в составе блочных паропроизводящих агрегатов, обеспечивает возможность объединения теплообменных элементов в модули различной конфигурации для последующего соединения их с коллекторами, разделения поверхности теплообмена на секции, независимые друг от друга по подводу и отводу рабочей среды. At present, heat exchangers are widely used, the heat exchange surface of which is made of two-pipe heat exchange elements with two-sided heating of the working medium. This design of the heating surface makes it possible to conveniently arrange it 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 for their subsequent connection with collectors, dividing the heat exchange surface into sections, independent of each other supply and removal of the working environment.

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 теплообменивающихся сред, и концевых переходников, с помощью которых теплообменные элементы соединяются с коллекторами. Наружная труба может быть гладкостенной и может иметь оребрение. Внутренняя труба может быть дистанционирована в наружной трубе различными способами, для интенсификации процесса теплообмена могут использоваться различного рода вставки, но наиболее сложной деталью является канальный переходник. Так имеющиеся значительные резервы повышения энергетической эффективности теплообменных аппаратов, заключающиеся в применении мелкоразмерных труб с соответственно уменьшенной толщиной стенки в настоящее время не реализуются из-за отсутствия приемлемой конструкции канального переходника. In the general case, a heat exchange element with two-sided heating of the working medium consists of internal and external pipes installed one into the other, channel adapters connecting the ends of the pipes and having channels for organizing the circulation of heat-exchanging media, and end adapters with which the heat exchange elements are connected to the collectors. The outer pipe may be smooth-walled and may have fins. The inner tube can be spaced in the outer tube in various ways, various types of inserts can be used to intensify the heat transfer process, but the channel adapter is the most difficult part. So, the significant reserves for increasing the energy efficiency of heat exchangers, consisting in the use of small-sized pipes with correspondingly reduced wall thicknesses, are not currently realized due to the lack of an acceptable channel adapter design.

Известна конструкция теплообменного элемента по патенту Великобритании N 955147, 1960, по кл. F 22 B. В патенте раскрыты несколько вариантов исполнения канального переходника (по материалам патента-наконечника), но все они конструктивно очень сложны и громоздки, так как имеют по крайней мере две группы отверстий, выполненных в нескольких плоскостях под различными углами к оси переходника. Некоторые варианты исполнения канальных переходников для соединения их с трубами требуют обсадки конца внутренней и раздачи конца наружной труб. Поперечное сечение канального переходника на любом участке по высоте в любом из вариантов исполнения резко ослаблено большим числом отверстий, что снижает надежность теплообменного элемента. Такое конструктивное исполнение канального переходника либо чрезвычайно затрудняет, либо вообще не позволяет использовать для него мелкоразмерные трубы с малой толщиной стенки. Known design of the heat exchange element according to British patent N 955147, 1960, according to class. F 22 B. The patent discloses several versions of the channel adapter (based on the materials of the patent tip), but all of them are structurally very complex and bulky, since they have at least two groups of holes made in several planes at different angles to the axis of the adapter. Some versions of channel adapters for connecting them to pipes require casing of the end of the inner and distribution of the end of the outer pipe. The cross section of the channel adapter at any height site in any embodiment is sharply weakened by a large number of holes, which reduces the reliability of the heat exchange element. This design of the channel adapter is either extremely difficult or does not allow the use of small pipes with a small wall thickness for it.

Известна конструкция теплообменного элемента по патенту Великобритании N 974662, 1961, кл.F 22 B. В указанном теплообменном элементе для обеспечения дистанционирования труб на внутреннюю трубу навита лента, которая одновременно преобразует прямой кольцевой канал между трубами в спирально закрученный, что улучшает перемешивание нагреваемой среды, повышая интенсивность теплообмена. Для закручивания потока греющего теплоносителя с той же целью во внутреннюю трубу установлена вставка шнекового типа. Однако, в теплообменном элементе использован канальный переходник, описанный в предыдущем патенте, поэтому конструкция теплообменного элемента обладает всеми ранее указанными недостатками. A known design of the heat exchange element according to British patent N 974662, 1961, class F 22 B. In the specified heat exchange element to ensure the spacing of the pipes on the inner pipe, a tape is wound, which simultaneously converts the straight annular channel between the pipes into a spiral twisted, which improves mixing of the heated medium, increasing the heat transfer rate. For swirling the flow of heating coolant for the same purpose, an insert of a screw type is installed in the inner pipe. However, the channel adapter described in the previous patent is used in the heat exchange element; therefore, the design of the heat exchange element has all the previously mentioned drawbacks.

Известен переходник для теплообменного элемента по авторскому свидетельству N 328315 от 08.06.70, кл. F 28 D 7/10, 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 боковой поверхности его в зоне выхода каналов являются резкими концентраторами напряжений, что снижает работоспособность узла в условиях термоциклических нагружений. Known adapter for heat transfer element according to copyright certificate N 328315 from 08.06.70, cl. F 28 D 7/10, 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, however, it has the disadvantage that the deep milled grooves on its lateral surface in the channel exit zone are sharp stress concentrators, which reduces the operability of the unit under thermocyclic loads.

Задача - повышение энергетической эффективности теплообменного элемента. The task is to increase the energy efficiency of the heat exchange element.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в теплообменном элементе, состоящем из внутренней и наружной труб, канальных переходников, соединенных с обеими трубами и гидравлически сообщающих полость внутренней трубы с межтрубными пространствами и полость между внутренней и наружными трубами с коллекторами, концы наружной трубы выполнены в виде косых срезов по отношению к ее оси, канальный переходник установлен в наружную трубу и соединен с последней сварным швом по эллиптическому периметру, а каналы переходников образованы отверстиями "глухими" в направлении его оси и отверстиями, расположенными под углом к ней и выходящими на боковую поверхность последнего по разные стороны от сварного шва, кроме того, на боковой поверхности переходника на выходе канала в полость между внутренней и наружной трубами выполнена лыска заподлицо с наружным диаметром внутренней трубы, а последняя выполнена в виде змеевика, имеющего радиус гиба меньше половины наружного диаметра внутренней трубы. The solution to this problem is achieved by the fact that in the heat exchange element consisting of an inner and outer pipe, channel adapters connected to both pipes and hydraulically communicating the cavity of the inner pipe with the annular spaces and the cavity between the inner and outer pipes with the collectors, the ends of the outer pipe are made in the form oblique sections with respect to its axis, the channel adapter is installed in the outer pipe and connected to the last weld along the elliptical perimeter, and the adapter channels are formed by openings deaf in the direction of its axis and holes located at an angle to it and extending to the lateral surface of the latter on opposite sides of the weld, in addition, on the lateral surface of the adapter at the outlet of the channel into the cavity between the inner and outer pipes, the flat is flush with the outer diameter of the inner pipe, and the latter is made in the form of a coil having a bend radius less than half the outer diameter of the inner pipe.

Предлагаемое техническое решение позволяет использовать для теплообменного элемента мелкоразмерные тонкостенные трубы, что дает возможность повысить энергетическую эффективность поверхности элемента, а следовательно и теплообменного аппарата. The proposed technical solution allows the use of small-sized thin-walled pipes for the heat exchange element, which makes it possible to increase the energy efficiency of the surface of the element, and therefore the heat exchanger.

На фиг.1 схематически изображен общий вид теплообменного элемента,
на фиг.2 - сечение А-А фиг.1,
на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1.Figure 1 schematically shows a General view of a heat exchange element,
figure 2 is a section aa of figure 1,
figure 3 is a section bB of figure 1.

Теплообменный элемент содержит внутреннюю 1 и наружную 2 трубы, канальные переходники 3 и концевые переходники 4. Концы наружной трубы выполнены в виде косых срезов 5 по отношению к оси трубы. Канальный переходник 3 установлен в наружную трубу 2 и соединен с ней сварным швом 6. Поскольку концы наружной трубы имеют косые срезы, а сварка произведена по цилиндрической поверхности канального переходника 3, периметр сварного шва имеет эллиптическую форму. Каналы переходника образованы двумя отверстиями 7 и 8, глухими в направлении оси его, и двумя отверстиями 9 и 10, расположенными под углом к ней и выходящими на боковую поверхность последнего по разные стороны сварного шва 6. На боковой поверхности канального переходника со стороны выхода отверстий 10 выполнена лыска 11 заподлицо с наружным диаметром внутренней трубы 1. Таким образом канал, образованный отверстиями 7 и 10, соединяет полость 12 между внутренней трубой 1 и наружной трубой 2 с концевыми переходниками 4 и далее - с коллекторами. Канал, образованный отверстиями 8 и 9, соединяет полость 13 внутренней трубы 1 с межтрубным пространством 14. Внутренняя труба 1 выполнена в виде змеевика, касающегося внутренней поверхности наружной трубы 2 и имеющего радиус гиба 15 меньше половины наружного диаметра внутренней трубы 1. Таким образом обеспечено дистанционирование внутренней и наружной труб, а кольцевая полость между ними преобразована в спирально закрученный канал 12 серповидного сечения без применения каких-либо дополнительных деталей в виде дистанционирующих элементов и вставок-интенсификаторов. The heat exchange element comprises an inner 1 and an outer 2 pipes, channel adapters 3 and end adapters 4. The ends of the outer pipe are made in the form of oblique sections 5 with respect to the axis of the pipe. The channel adapter 3 is installed in the outer pipe 2 and connected to it by a weld seam 6. Since the ends of the outer pipe have oblique sections, and welding is performed on the cylindrical surface of the channel adapter 3, the perimeter of the weld is elliptical. The adapter channels are formed by two holes 7 and 8, blind in the direction of its axis, and two holes 9 and 10, located at an angle to it and facing the lateral surface of the latter on different sides of the weld 6. On the side surface of the channel adapter from the outlet 10 the flat 11 is flush with the outer diameter of the inner pipe 1. Thus, the channel formed by the holes 7 and 10 connects the cavity 12 between the inner pipe 1 and the outer pipe 2 with end adapters 4 and further with the collectors. The channel formed by the openings 8 and 9 connects the cavity 13 of the inner pipe 1 with the annular space 14. The inner pipe 1 is made in the form of a coil touching the inner surface of the outer pipe 2 and having a bend radius 15 less than half the outer diameter of the inner pipe 1. Thus, spacing is ensured inner and outer pipes, and the annular cavity between them is transformed into a spirally twisted channel 12 of the crescent section without the use of any additional parts in the form of spacing elements and rate-enhancers.

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

Греющий теплоноситель, двигаясь сверху вниз, омывает внешнюю поверхность наружной трубы 2 и по каналу, образованному отверстиями 9 и 8, поступает в полость 13, омывая внутреннюю поверхность трубы 1. Нагреваемая среда из коллектора через концевой переходник 4 и канал, образованный отверстиями 7 и 10, попадает в полость 12 между внутренней и наружной трубами и двигаясь вверх по спирально закрученному каналу нагревается, испаряется и в виде перегретого пара отводится в коллектор. The heating coolant, moving from top to bottom, washes the outer surface of the outer pipe 2 and enters the cavity 13 through the channel formed by the openings 9 and 8, washing the inner surface of the pipe 1. The heated medium from the manifold through the end adapter 4 and the channel formed by the openings 7 and 10 , enters the cavity 12 between the inner and outer pipes and moving upward along a spiral twisted channel heats up, evaporates and is discharged into the collector in the form of superheated steam.

Claims

A heat exchange element consisting of inner and outer pipes, channel adapters connected to both pipes and hydraulically communicating the cavity of the inner pipe with the annular space and the cavity between the outer and inner pipes with the manifolds, characterized in that the ends of the outer pipe are made in the form of oblique sections with respect to to its axis, the channel adapter is installed in the outer pipe and is connected to the last weld in an elliptical parameter, and the adapter channels are formed by holes that are blind in the direction of si, and holes located at an angle to it and facing the lateral surface of the latter on different sides of the 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, the flat is flush with the outer diameter of the inner pipe, and the latter made in the form of a coil having a bending radius less than half the outer diameter of the inner pipe.