RU2383838C1

RU2383838C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2383838C1
Application number: RU2008150153/06A
Authority: RU
Inventors: Иван Федорович Пивин (RU); Иван Федорович Пивин
Original assignee: Иван Федорович Пивин
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-03-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used as heat exchanger in heat-exchange power unit running on fluid-metal heat carrier at variable loads. Proposed heat exchanger comprises housing with heat-exchanger fluid inlet and outlet branch pipes, bundle of heat-exchange U-shape tubes fixed in tube plate. Said plate and housing cover form, together with baffle, two chambers arranged along the path of one of fluids and accommodating shaped displacer fitted between said housing and straight sections of aforesaid heat-exchange pipe bundle. It comprises also double baffle rigidly attached thereto to divide intertubular space into two halves along axes of pipes.

EFFECT: compact heat exchanger that features safety, reliability and ease of mounting, as well as high specific thermal strains.

2 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве теплообменника моноблочной корабельной ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.The invention relates to a heat exchange technique and is intended for use as a heat exchanger of a monoblock ship nuclear power plant (NPP) operating on a liquid metal coolant in the mode of variable loads.

Известен теплообменник типа "труба в трубе", преимущественно для вязких жидкостей с внутренней трубой, снабженной наружным спиральным оребрением, причем наружная труба выполнена с изменяющейся площадью поперечного сечения, уменьшающейся в направлении движения нагреваемой среды в межтрубном пространстве, а ребра имеют высоту, увеличивающуюся обратно пропорционально шагу ребер в направлении уменьшения поперечного сечения наружной трубы [а.с. СССР 397737].Known heat exchanger type "pipe in pipe", mainly for viscous liquids with an inner pipe equipped with an external spiral finning, and the outer pipe is made with a varying cross-sectional area, decreasing in the direction of movement of the heated medium in the annulus, and the ribs have a height that increases inversely the step of the ribs in the direction of decreasing the cross section of the outer pipe [A.S. USSR 397737].

Недостатком этого технического решения является сложность конструкции, связанная с технологическим обеспечением геометрии изменения площади поперечного сечения наружной трубы совместно с изменением геометрии оребрения при достижении надежной вибропрочности труб относительно друг друга во время эксплуатации. Тем более, что для достижения соответствующей паропроизводительности требуется достаточно большое количество таких теплообменников.The disadvantage of this technical solution is the design complexity associated with the technological support of the geometry of the change in the cross-sectional area of the outer pipe together with a change in the finning geometry when reliable vibration resistance of the pipes is achieved relative to each other during operation. Moreover, in order to achieve the corresponding steam capacity, a sufficiently large number of such heat exchangers is required.

Известен кожухотрубчатый теплообменник, содержащий пучок теплообменных труб, входной и выходной коллекторы среды трубного пространства и упругий вытеснитель, размещенный между пучком и кожухом и образующий с последним зазор, причем при работе теплообменника под давлением в трубной полости, превышающим давление в межтрубном пространстве, зазор между вытеснителем и кожухом сообщен с входным коллектором среды трубного пространства, а вытеснитель может быть выполнен из эластичного материала [а.с. СССР 1064110].A shell-and-tube heat exchanger is known, comprising a bundle of heat exchange tubes, an inlet and outlet manifold of the tube space medium and an elastic displacer located between the beam and the casing and forming a gap with the latter, moreover, when the heat exchanger is operated under pressure in the tube cavity exceeding the pressure in the annulus, the gap between the displacer and the casing is in communication with the inlet manifold of the medium of the tube space, and the displacer can be made of elastic material [a.s. USSR 1064110].

Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности работы теплобменника при больших перепадах давления, расхода, температуры, что существенно сужает область его применения. Кроме того, при превышении давления среды трубного пространства над давлением межтрубного пространства в условиях соединения полостей входного коллектора и зазора между кожухом и вытеснителем будет отсутствовать межконтурная герметичность и организовать интенсивный теплообмен в таких условиях затруднительно.The disadvantage of this technical solution is the inability to operate the heat exchanger at large pressure, flow, temperature, which significantly narrows its scope. In addition, if the pressure of the medium of the pipe space exceeds the pressure of the annular space in the conditions of the connection of the cavities of the inlet manifold and the gap between the casing and the displacer, there will be no contour tightness and it is difficult to organize intensive heat transfer in such conditions.

Технический результат изобретения - повышение надежности конструкции теплообменника в условиях высоких перепадов температур теплообменивающихся жидкостей и их гидротурбулентных параметров во время эксплуатации.The technical result of the invention is improving the reliability of the design of the heat exchanger under conditions of high temperature drops of heat-exchanging liquids and their hydroturbulent parameters during operation.

Указанный технический результат достигается тем, что теплообменник, содержит корпус с патрубками входа и выхода теплообменивающихся жидкостей, пучок теплообменных U-образных труб, закрепленных в трубной доске, образующей с крышкой, посредством перегородки, две камеры по тракту одной из жидкостей. Между корпусом и прямыми участками пучка теплообменных U-образных труб установлен профильный, в поперечном сечении теплообменника, вытеснитель, причем жестко с ним соединена двойная перегородка, разделяющая вдоль осей труб межтрубное пространство на две половины. Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где:The specified technical result is achieved in that the heat exchanger contains a housing with inlets and outlets of heat-exchanging fluids, a bundle of heat-exchanging U-shaped pipes fixed in a tube board forming with a cover, by means of a partition, two chambers along the path of one of the fluids. A profile displacer is installed between the casing and the straight sections of the bundle of heat-exchanging U-shaped pipes, a displacer in the cross-section of the heat exchanger, and a double partition is rigidly connected to it, dividing the annular space along the pipe axes into two halves. The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 - продольный разрез теплообменника;figure 1 is a longitudinal section of a heat exchanger;

на фиг.2 - поперечный разрез теплообменника по А-А.figure 2 is a cross section of a heat exchanger along aa.

Теплообменник содержит корпус 0 с патрубками входа 1 и 2 и выхода 3, 4, 5 теплообменивающихся жидкостей, причем патрубок выхода 5 предназначен для дренирования остатков жидкометаллического теплоносителя, пучок теплообменных U-образных труб 6, укрепленных в трубной доске 7, образует с крышкой 8 посредством перегородки 9 две камеры 10 и 11, причем прямые участки труб 6 помещены в трубы 12, концы которых жестко укреплены в трубных досках 13 и 14, а трубная доска 14 с днищем 15 образует полость 16, которая за счет межтрубных зазоров 17 сообщена с полостью 18 и патрубком к ней 19. Между корпусом 0 и трубами установлен профильный вытеснитель 20 и к нему подсоединена двойная перегородка 21.The heat exchanger contains a housing 0 with nozzles of the inlet 1 and 2 and the outlet 3, 4, 5 of heat-exchanging fluids, and the outlet 5 is designed to drain the remnants of the liquid metal coolant, the bundle of heat-exchanging U-shaped tubes 6, mounted in the tube plate 7, forms with a cover 8 by partitions 9 are two chambers 10 and 11, and the straight sections of the pipes 6 are placed in pipes 12, the ends of which are rigidly fixed in the pipe boards 13 and 14, and the pipe board 14 with the bottom 15 forms a cavity 16, which is connected with the cavity 18 due to the annular gaps 17 and pat ubkom thereto casing 19. Between 0 and profile tubes mounted displacer 20 and connected thereto a double dividing wall 21.

Теплообменник работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Теплообменный процесс в конструкции теплообменника осуществляется по противоточной схеме. Жидкометаллический теплоноситель поступает в патрубок 1 и движется вниз в межтрубном пространстве, омывая поверхность труб 12. Перед трубной доской 14 и жестко соединенной с ней днищем 15 теплоноситель меняет направление на противоположное и выходит через патрубок 3. Нагреваемая жидкость, поступая в патрубок 2, движется по U-образным трубам 6, откуда в виде пара попадает в камеру 11, далее выходит через патрубок 4 выхода. Через патрубок 19 подается статический газ (гелий), который является сигнализатором межконтурной неплотности. Включение в межтрубное пространство профильного вытеснителя 20 и подсоединенной двойной перегородки 21 позволяет исключить затраты на перекачку жидкометаллического теплоносителя и организовать противоточное движение теплообменивающихся жидкостей.The heat exchange process in the design of the heat exchanger is carried out according to a counter-current scheme. The liquid metal coolant enters the pipe 1 and moves downward in the annulus, washing the surface of the pipes 12. In front of the pipe board 14 and the bottom 15 which is rigidly connected to it, the coolant changes direction and exits through the pipe 3. The heated liquid, entering the pipe 2, moves along U-shaped pipes 6, from where it enters the chamber 11 in the form of steam, then exits through the outlet pipe 4. Static gas (helium) is supplied through the pipe 19, which is a signal of inter-circuit leakage. The inclusion in the annular space of the profile displacer 20 and the connected double baffle 21 eliminates the cost of pumping a liquid metal coolant and organizes countercurrent movement of heat-exchanging liquids.

Применение конструкции теплообменника с предлагаемым U-образным пучком теплообменных труб позволит получить малогабаритный теплообменник, отвечающий требованиям технологичности, монтажа и эксплуатационной надежности при высоких удельных теплонапряжениях.The application of the design of the heat exchanger with the proposed U-shaped bundle of heat transfer tubes will allow to obtain a small-sized heat exchanger that meets the requirements of manufacturability, installation and operational reliability at high specific heat voltages.

Claims

A heat exchanger comprising a housing with inlets and outlets of heat-exchanging fluids, a bundle of heat-exchanging U-shaped tubes fixed in a tube board forming with a cover, by means of a partition, two chambers along the path of one of the fluids, characterized in that between the housing and the straight sections of the heat-exchange bundle The U-shaped pipes have a profile displacer installed in the cross section of the heat exchanger, and a double partition is rigidly connected to it, dividing the annular space along the pipe axes into two halves.